Патент на изобретение №2293032

(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к электрооборудованию транспортного средства и может быть использовано в качестве устройства автоматической защиты схемы электрооборудования. Ключевое устройство включено между массой, образованной кузовом транспортного средства, и первым выводом датчика тока. Второй вывод соединен с отрицательной клеммой аккумуляторной батареи. Вход управления ключевого устройства подключен к выходу схемы управления на микроконтроллере. Первый вход схемы управления подключен к первому выводу датчика тока аккумуляторной батареи. Второй вход подключен к цепи сигнала включения стартера. Третий вход подключен к каналу связи. Четвертый вход подключен к цепи сигнала включения зажигания. Пятый вход подключен к первому выводу ручного выключателя. Второй вывод ручного выключателя подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи. Схема управления подключена одним проводом к отрицательной клемме аккумуляторной батареи, а другим проводом – к положительной клемме аккумуляторной батареи. Техническим результатом является защита электрооборудования во всех режимах эксплуатации транспортного средства. 1 ил.

Изобретение относится к электрооборудованию транспортного средства, а именно к схеме соединения аккумуляторной батареи с электрооборудованием транспортного средства, и может использоваться в качестве устройства автоматической защиты схемы электрооборудования во всех его режимах: неработающий двигатель, работающий двигатель, стартерный запуск двигателя.

Известно неразрушающееся ключевое устройство многократного действия (В.А.Родичев, Г.И.Родичева, «Тракторы и автомобили». – М.: Агропромиздат 1987), содержащее биметаллические пластины и неподвижный контакт. Если по биметаллической пластине пройдет ток, превышающий по силе расчетный, то вследствие нагрева биметаллическая пластина выгибается, что приводит к размыканию контактов и разрыву цепи. После охлаждения пластина выпрямляется и вновь замыкает цепь. Недостатком этого способа защиты электрооборудования является значительная задержка между появлением тока, превышающего по силе расчетную величину, и моментом размыкания контактов, что обусловлено временем нагрева биметаллической пластины. Это приводит к тому, что в течение этой задержки протекает неконтролируемый ток. Величина этого неконтролируемого тока может во много раз превышать допустимое значение, особенно в случае короткого замыкания в электропроводке, что может привести к разогреву проводов, нарушению и даже воспламенению изоляции. Другим недостатком описанного защитного устройства является то, что оно не различает режимов работы электрооборудования и, следовательно, величина тока срабатывания, на который настроено указанное защитное устройство, должна быть больше максимальной величины тока, необходимого для нормальной работы электрооборудования во всех режимах. Если учесть, что наиболее мощным потребителем в транспортном средстве является стартер, то указанное защитное устройство должно быть настроено на величину тока большую, чем необходимо для работы стартера. Так, например, для автомобиля «КАМАЗ» величина тока срабатывания должна быть не менее 1600 А. Этого тока вполне достаточно для сильного разогрева электропроводки, оплавления и возгорания изоляции.

Известно устройство защиты схемы электрооборудования при неработающем двигателе (патент Российской Федерации RU 2208534 С1), которое содержит электромагнитное реле с нормально разомкнутыми контактами и дополнительную цепь, защищенную предохранителем. Контакты реле включены в разрыв силовой электрической цепи между отрицательной клеммой аккумуляторной батареи и массой, образованной кузовом транспортного средства. Обмотка реле включена в цепь между положительной и отрицательной клеммами аккумуляторной батареи и включена в эту цепь посредством нормально разомкнутых контактов выключателя зажигания. Цепь зажигания подключена между положительной клеммой аккумуляторной батареи и первым выводом обмотки реле, а дополнительная цепь образована между отрицательной клеммой аккумуляторной батареи и массой. Недостатком устройства защиты схемы электрооборудования при неработающем двигателе является отсутствие защиты электрооборудования в момент стартерного запуска двигателя, а также при работающем двигателе. Также следует заметить, что устройство защиты схемы электрооборудования при неработающем двигателе является фактически устройством однократного действия, так как после срабатывания защиты требуется восстановление схемы путем замены перегоревшего защитного предохранителя.

Известно, что до 40% случаев пожаров на транспортных средствах происходит из-за короткого замыкания в электропроводке. При этом на транспортном средстве имеется два источника энергии: аккумуляторная батарея, обеспечивающая энергией электрооборудование во всех режимах, и генератор, обеспечивающий энергией электрооборудование в режиме работающего двигателя. Учитывая, что, к примеру, для легкового автомобиля ток короткого замыкания генератора составляет 40-80 А, в то время как ток короткого замыкания аккумуляторной батареи может достигать 1000 А и более, можно сделать вывод, что аккумуляторная батарея является основным источником энергии в случае возникновения короткого замыкания в электрооборудовании.

Во всех режимах работы электрооборудования, кроме режима стартерного запуска двигателя, ток, потребляемый электрооборудованием от аккумуляторной батареи, не ограничен во времени и имеет величину не более 40 А. В режиме стартерного запуска двигателя ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, ограничен во времени и составляет несколько секунд, в то время как по величине в зависимости от транспортного средства может достигать от 400 до 2000 А.

Следовательно, налицо противоречие: с одной стороны, аккумуляторная батарея потенциально пожароопасна из-за того, что обладает большой энергией, а с другой стороны, во всех случаях, кроме режима стартерного запуска двигателя, эта энергия не востребована.

Задачей изобретения является автоматическая защита электрооборудования транспортного средства, действующая во всех режимах работы электрооборудования и не допускающая в каждом из режимов превышения рассчитанного для данного режима предельно допустимого тока потребления электрооборудованием от аккумуляторной батареи.

В основе устройства автоматической защиты электрооборудования транспортного средства лежит последовательность действий, которая постоянно повторяется через равные промежутки времени, называемые периодом. При этом в течение одного периода выполняется следующая последовательность действий:

– определение текущего режима электрооборудования: неработающий двигатель, работающий двигатель, стартерный запуск двигателя;

– измерение тока потребления электрооборудованием от аккумуляторной батареи;

– сравнение тока потребления электрооборудованием с допустимым для данного режима значением;

– отключение аккумуляторной батареи от электрооборудования в случае превышения тока потребления электрооборудованием, допустимого для данного режима значения;

– определение состояния ручного выключателя;

– подключение аккумуляторной батареи к электрооборудованию в случае, если был отключен, а затем включен ручной выключатель.

Учитывая тот факт, что из-за индуктивности проводов скорость нарастания тока ограничена, период выполнения последовательности этих действий был выбран таким, чтобы за его время даже в случае короткого замыкания прирост тока потребления электрооборудованием не превысил допустимую величину.

Указанная задача в устройстве автоматической защиты электрооборудования транспортного средства, содержащем ключевое устройство, устройство управления на микроконтроллере, ручной выключатель и датчик тока, решается тем, что ключевое устройство, включенное между массой, образованной кузовом транспортного средства и первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с отрицательной клеммой аккумуляторной батареи, вход управления ключевого устройства подключен к выходу схемы управления на микроконтроллере, первый вход которой подключен к первому выводу датчика тока аккумуляторной батареи, второй вход подключен к цепи сигнала включения стартера, третий вход подключен к каналу связи, четвертый вход подключен к цепи сигнала включения зажигания, а пятый вход подключен к первому выводу ручного выключателя, второй вывод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи, при этом схема управления подключена одним проводом к отрицательной клемме аккумуляторной батареи, а другим проводом – к положительной клемме аккумуляторной батареи, при этом устройство управления на микроконтроллере постоянно получает информацию о состоянии двигателя транспортного средства: неработающий двигатель, работающий двигатель, двигатель, стартерный запуск, о величине текущего тока потребления электрооборудованием от аккумуляторной батареи, о получаемых из канала связи командах дистанционного управления от бортового компьютера, рассчитывает время с момента перехода двигателя в последнее состояние и на основании этой информации рассчитывает заданную величину максимального тока, сравнивает ее с величиной текущего тока потребления электрооборудованием от аккумуляторной батареи и, если величина потребляемого тока электрооборудованием от аккумуляторной батареи больше величины максимального тока, соответствующего данному режиму, то устройство управления на микроконтроллере выключает ключевое устройство.

На чертеже показано устройство автоматической защиты электрооборудования транспортного средства.

Устройство автоматической защиты электрооборудования транспортного средства содержит ключевое устройство 1, соединенное одним выводом с массой транспортного средства и первым выводом датчика тока 2, второй вывод которого соединен с отрицательной клеммой аккумуляторной батареи 3 и с первым проводом питания 4, подключенным к устройству управления на микроконтроллере 5, выход которого подключен к входу управления ключевое устройства 1, при этом второй провод питания 6 устройства управления на микроконтроллере подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи и генератору 7. На входы устройства управления на микроконтроллере 5 подаются информационные сигналы, при этом первый вход подключен к точке соединения датчика тока аккумуляторной батареи и ключевого устройства, второй вход подключен к цепи сигнала включения стартера 8, третий вход – к каналу связи с бортовым компьютером 9, четвертый вход подключен к цепи сигнала включения зажигания 10, пятый вход подключен к первому выводу ручного выключателя 11, второй вывод которого подключен к отрицательной клемме аккумуляторной батареи. Нормальное состояние ручного выключателя 11 – замкнутое, при этом устройство автоматической защиты электрооборудования транспортного средства находится в рабочем режиме, поддерживая ключевой элемент 1 в замкнутом состоянии во всех режимах эксплуатации транспортного средства так долго, пока по результатам входных сигналов устройство управления на микроконтроллере 5 не обнаружит превышение фактической величины тока, потребляемого электрооборудованием от аккумуляторной батареи над заданной величиной максимального тока, при этом устройство управления на микроконтроллере переведет ключевой элемент 1 в разомкнутое состояние, а само перейдет в режим ожидания. Чтобы перевести устройство автоматической защиты электрооборудования транспортного средства из режима ожидания в рабочий режим, необходимо на короткое время выключить, а затем включить ручной выключатель 11.

Устройство автоматической защиты электрооборудования транспортного средства, находящееся в рабочем режиме, может быть переведено в режим ожидания только при выключенном двигателе путем перевода ручного выключателя 11 в разомкнутое состояние. Это необходимо для того, чтобы от пульсирующего напряжения генератора 7, которое появляется только при работающем двигателе, не были повреждены элементы схемы транспортного устройства. Предусмотрена возможность передачи информации о состоянии устройства автоматической защиты в бортовой компьютером по каналу связи 9.

Техническим результатом данного изобретения является защита электрооборудования во всех режимах эксплуатации транспортного средства: во время стоянки с выключенным двигателем, в режиме запуска двигателя, во время стоянки с включенным двигателем, во время движения, а так же защита самих потребителей электроэнергии и, в частности, стартера и электропроводки от повреждения большим током.

Формула изобретения

Устройство автоматической защиты электрооборудования транспортного средства, содержащее ключевое устройство, включенное между массой, образованной кузовом транспортного средства, и первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с отрицательной клеммой аккумуляторной батареи, отличающееся тем, что вход управления ключевого устройства подключен к выходу схемы управления на микроконтроллере, первый вход которой подключен к первому выводу датчика тока аккумуляторной батареи, второй вход подключен к цепи сигнала включения стартера, третий вход подключен к каналу связи, четвертый вход подключен к цепи сигнала включения зажигания, а пятый вход подключен к первому выводу ручного выключателя, второй вывод которого подключен к положительной клемме аккумуляторной батареи, при этом схема управления подключена одним проводом к отрицательной клемме аккумуляторной батареи, а другим проводом к положительной клемме аккумуляторной батареи.

РИСУНКИ