阅读说明：本技术 用于检测何时超过预定义温度阈值的方法和装置 (Method and apparatus for detecting when a predefined temperature threshold is exceeded ) 是由 N·拉特 A·艾特埃尔巴查 A·多克特 于 2019-02-05 设计创作，主要内容包括：一种用于检测至少一个热源何时超过温度阈值的装置和方法,所述装置包括：部件,该部件的电阻根据该部件的工作温度而变化；以及电源,该电源适合于向该部件供应电流。该部件可以热耦合到该热源,使得该工作温度根据该热源的温度和由于焦耳效应而在该部件中释放出的热量而变化,如果该工作温度大于触发阈值,则该可变电阻具有高值,该电源被配置为生成该电流,使得一旦该热源的温度大于或等于该温度阈值,该工作温度就大于或等于该触发阈值,进而该可变电阻具有该高值。该电源是电流源,并且该电流以具有固定占空比或可变占空比的周期性脉冲的形式被供应。(An apparatus and method for detecting when at least one heat source exceeds a temperature threshold, the apparatus comprising: a component, the resistance of which varies according to the operating temperature of the component; and a power supply adapted to supply current to the component. The component may be thermally coupled to the heat source such that the operating temperature varies as a function of the temperature of the heat source and the amount of heat released in the component due to joule effect, the variable resistance having a high value if the operating temperature is greater than a trigger threshold, the power source being configured to generate the current such that the operating temperature is greater than or equal to the trigger threshold once the temperature of the heat source is greater than or equal to the temperature threshold, and the variable resistance having the high value. The power source is a current source and the current is supplied in the form of periodic pulses with a fixed duty cycle or a variable duty cycle.)

用于检测何时超过预定义温度阈值的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于监测热源温度的装置，并且更具体地涉及包括其电阻可随工作温度变化的电子部件的监测装置。

背景技术

本发明提出了一种用于检测一个或多个热源的温度的超过的装置，从而允许对所监测的温度阈值进行调整。

从文献CN 102195270中已知一种用于监测由电池的电池单元构成的多个热源的温度的装置。该装置包括体积可随温度变化的板。该板抵靠要监测的电池单元壁放置。在过热的情况下，板发生膨胀并机械地致动面向所述板放置的开关，该开关的断开会中断充电电流通过电池单元的通道。

然而，在该解决方案中，只存在一个用于调整过热温度阈值的参数，即，板与开关之间的距离；因此，此参数仅在包括一个或多个要监测的电池单元的模块的制造期间是可调整的，并且此后不可改变。在制造完成后，将无法再调整所监测的温度阈值。另外，会导致电池单元突然断开连接，并且因此无法设想其他的校正措施。

因此，需要一种用于监测一个或多个热源的温度的装置，从而允许对所监测的温度阈值进行调整。

为此目的，本发明旨在提供一种用于检测至少一个热源超过温度的第一预定义阈值的装置，该检测装置包括：

-至少一个部件，该至少一个部件的电阻可根据该部件的工作温度而变化，

-电源，该电源能够传递流经所述部件的电流，

所述部件能够热耦合到所述热源，使得该工作温度(Tf)根据以下各项而变化：

-该热源的温度，以及

-当该电流流经该部件时由于该部件中的焦耳加热而释放出的热量，

如果该工作温度高于被称为跳闸阈值的第二预定义温度阈值，则该可变电阻具有高值，

该电源被配置为生成该电流，使得在所述热源的温度高于或等于该第一预定义温度阈值时该工作温度高于或等于该跳闸阈值，进而该可变电阻具有该高值，

其中，该电源是电流源，并且其中，该电流以具有固定占空比或可变占空比的周期性脉冲的形式被传递。

在优选实施例中，根据本发明的装置可以有利地单独或组合地具有以下特征：

-该装置可以与该热源电气隔离，

-该装置可以被配置为检测多个热源当中的一个热源超过该第一温度阈值，并且该装置可以包括采取多个自恢复保险丝的形式的多个部件，每个自恢复保险丝热耦合到至少一个热源，这些保险丝串联连接，

-该装置还可以包括多个电阻器，这些电阻器可以各自具有不同的电阻，一个电阻器可以跨每个保险丝的两端并联连接，

-该至少一个热源可以是电池的电池单元，

-该装置还可以包括监测模块，该监测模块被配置为当所述部件之一的可变电阻具有该高值时触发校正动作或标记动作。

本发明的另一主题是一种用于监测至少一个热源超过温度的第一阈值的方法，该方法由检测装置(D)执行，该检测装置包括：

-至少一个部件，该至少一个部件的电阻可根据该部件的工作温度而变化，如果该工作温度高于被称为跳闸阈值的第二预定义温度阈值，则该可变电阻具有高值，

-电源，该电源能够传递流经所述部件的电流，

该方法包括：

-将该至少一个热源热耦合到该至少一个部件以使得该工作温度根据以下各项而变化的步骤：

■该热源的温度，以及

■当该电流流经该部件时由于该部件中的焦耳加热而释放出的热量，

-将该电源连接到该至少一个部件的步骤；

-将该电源配置为生成该电流以使得在所述热源的温度高于或等于该第一预定义温度阈值时该工作温度高于或等于该跳闸阈值，进而该可变电阻具有该高值的步骤，

其中，该电源是电流源，并且其中，该电流以具有固定占空比或可变占空比的周期性脉冲的形式被传递。

在优选实施例中，根据本发明的方法可以有利地单独或组合地具有以下特征，只要该检测装置能够包括以下各项即可：

-多个部件，这些部件串联连接并且各自具有可根据相应的工作温度而变化的电阻，以及

-具有不同电阻的多个电阻器，一个电阻器跨每个部件的两端并联连接，使得当部件的电阻具有该高值时，由这些部件和这些电阻器形成的电气链的等效电阻对于每个部件和与该部件并联连接的电阻器具有不同的值，

该方法然后可以包括：

-在该热耦合步骤期间，将每个部件热耦合到至少一个热源，

-在该连接步骤期间，将该电源连接到由这些部件和这些电阻器形成的电气链，

该方法然后还可以包括：

-利用该电源生成供电信号的步骤，

-检测跨该电源的两端的响应信号的步骤，

-确定由这些部件和这些电阻器形成的电气链的等效电阻的步骤；

-根据该等效电阻来识别出其电阻具有该高值的部件的步骤。

然后，该配置步骤可以包括确定该检测装置的量纲的子步骤，该子步骤包括根据以下各项来确定周期性电流脉冲的第一占空比：

-要监测的第一温度阈值，

-该至少一个部件的电气特性，以及

-该至少一个热源与该至少一个部件之间的热耦合的特性。

在第一次检测到超过该第一温度阈值之后，该配置步骤还可以包括：

-发射其第二占空比小于该第一占空比的电流脉冲的子步骤；

-确认该第一次超过检测的检测的子步骤。

本发明的另一主题涉及一种车辆，该车辆包括如上所述的用于检测温度超过的装置。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的检测装置。装置D被安装在车辆V中，以监测由被分组到模块M1、……、Mm中的电池的电池单元构成的多个热源S1、S2、Sj、……、Sn的温度。这些电池的电池单元是软壳电池单元。

该装置包括多个部件C1、C2、Ci、Ck，这些部件的电阻R_PTC可根据部件C1、C2、Ci、Ck的工作温度Tf而变化。在一个优选实施例中，部件C1、C2、Ci、Ck采取多个自恢复保险丝的形式。

每个自恢复保险丝C1、C2、Ci、Ck热耦合到至少一个热源S1、S2、Sj、Sn。在图1所展示的示例中，热源是电池的电池单元，并且通过以下方式实现热耦合：用热涂层涂覆每个自恢复保险丝C1、C2、Ci、Ck，然后将该热涂层紧固成与电池的电池单元接触。每个自恢复保险丝C1、C2、Ci、Ck耦合到两个电池的电池单元，涂层通过粘合性结合和/或压缩来紧固。

该装置还包括电源E，该电源能够传递流经自恢复保险丝C1、C2、Ci、Ck的电流Is，这些自恢复保险丝热耦合到电池的电池单元S1、S2、Sj、Sn，并且因此部件C1、C2、Ci、Ck的相应工作温度根据以下各项而变化：

-部件所热耦合的一个或多个热源S的温度T，以及

-当电流Is流经部件C1、C2、Ci、Ck时由于部件中的焦耳加热而释放出的热量。

如果部件的工作温度Tf高于被称为跳闸阈值Td的第二预定义温度阈值，则该部件(在此示例中为自恢复保险丝)的可变电阻具有高值Rd。

电源被配置为生成电流Is，使得在所述热源S的温度T高于或等于第一预定义温度阈值TS时工作温度Tf高于或等于跳闸阈值Td，进而该可变电阻具有高值Rd。

装置D与热源S电气隔离。以这种方式，检测装置D的工作特性与要监测的热源的电气特性无关：对于由电源E传递的典型值为12V的电压，流经自恢复保险丝的电流Is的值在100mA到800mA之间变化，而由所有所考虑的电池的电池单元共同传递的工作电压通常为400V。

在所展示的示例中，电源E是电流源，并且部件C1、C2、Ci、Ck串联连接。以这种方式，电流Is既不取决于装置D的部件的数量k，也不取决于要监测的热源的数量n，这简化了对第一温度阈值TS的调整。仅通过减小由电流源E传递的电流Is，就可以增大第一温度阈值TS，并且反之亦然。

如已经提及的，部件(在此示例中为自恢复保险丝)的工作温度取决于部件所热耦合的热源S的温度T、以及当电流Is流经部件时由于部件中的焦耳加热而产生的热量。因此，对于以给定的跳闸温度阈值Td为特征的部件，可以通过改变由于部件中的焦耳加热而产生的热量的量来调整所监测的热源S1、S2、Sj、Sn的第一温度阈值TS。

在一个优选实施例中，电流Is以具有固定占空比或可变占空比的周期性脉冲的形式被传递。

因此，可以通过修改电流流经部件所持续的时间来调整由于部件中的焦耳加热而产生的热量的量，这可以仅通过改变周期性脉冲的占空比来实现。

图3展示了检测装置的一个实施例，该检测装置结合了被配置为以电脉冲的形式传递电流Is的电源E。

在确定检测装置D的量纲的阶段E32中，可以根据要监测的第一温度阈值TS、部件C1、C2、Ci、Ck的电气特性、以及要监测的热源与这些部件之间的热耦合的特性，针对每种应用定义固定占空比。因此，可以根据每个应用的特殊性来调整此占空比、以及因此要监测的第一温度阈值TS。

在检测装置D的利用阶段中，改变占空比的能力允许在无需改变装置D的安装方式或其热耦合到热源的方式的情况下改变第一温度阈值TS。

在第一次检测到超过第一温度阈值TS之后，对占空比进行一次性改变允许在阶段E36中确认此第一次检测，并且因此允许通过在阶段E34中发射具有较低占空比的脉冲来提高检测结果的可靠性。

在一个优选实施例中，检测装置D还包括监测模块M，该监测模块被配置为当所述部件C1、C2、Ci、Cn之一的可变电阻具有高值Rd时触发校正动作或标记动作。此模块M被配置为例如通过测量跨电源两端的电压和/或测量电源的端子处的电流来检测部件Ci的电阻值的变化。

接下来，监测模块M可能会触发冷却动作，这将导致热源和部件C1、C2、Ci、Cn的温度降低。此配置在检测装置D配备有采取自恢复保险丝形式的部件C1、C2、Ci、Cn的情况下特别有利。具体地，一旦工作温度下降了，这种类型的部件的可变电阻就会返回到低值(被称为保持电阻Rm)，这使得监测热源温度的过程再次开始。

在一个优选实施例中，如图2所展示的，装置D还包括多个电阻器R1、R2、Ri、Rk，这些电阻器各自具有不同的电阻，一个电阻器跨每个部件C1、C2、Ci、Ck的两端并联连接。

如下文将解释的，此布置允许识别出已经超过了第一温度阈值TS的自恢复保险丝Ci(其热耦合到一个热源Sj，在此示例中为电池单元)。因此，可以实施针对特定热源的冷却策略。

这种检测装置D可以被配置为在多个热源S1、S2、Sj、Sn当中识别出已经超过了第一预定义温度阈值TS的热源Sj。装置D包括多个部件C1、C2、Ci、Ck，这些部件串联连接并且各自的电阻可根据相应的工作温度而变化，如果工作温度Tfj高于第二预定义温度阈值(被称为跳闸阈值Td)，则该可变电阻具有高值Rd(被称为跳闸电阻)，而在相反的情况下，该可变电阻具有低值Rm(被称为保持电阻)。

应当注意，根据实施例，部件C1、C2、Ci、Ck的保持电阻Rm可以对应于接近0Ω的值，并且跳闸电阻Rd对应于开路；这是针对诸如保险丝或通/断开关等部件的情况。

在使用自恢复保险丝的实施例中，保持电阻Rm通常为0Ω的电阻，并且跳闸电阻Rd通常为几kΩ的电阻。

在任何情况下，保持电阻Rm的值相对于跳闸电阻Rd的值而言都可忽略不计，使得Rd+(k-1)*Rm≈Rd，k为检测装置D的部件的数量。下面将说明对此特征的使用。

每个部件C1、C2、Ci、Ck都能够热耦合到热源S1、S2、Sj、Sn中的至少一个热源，使得在所述至少一个热源Si、Sk、Sn的温度高于或等于第一预定义温度阈值TS时该部件的工作温度高于或等于跳闸阈值Td，进而可变电阻具有高值Rd。

装置D还包括具有不同电阻的多个电阻器R1、R2、Ri、Rk，一个电阻器跨每个部件C1、C2、Ci、Ck的两端并联连接，使得当部件Ci的电阻具有高值Rd时，由部件C1、C2、Ci、Ck和电阻器R1、R2、Ri、Rk形成的电气链的等效电阻Re是此部件(Ck)和与该部件并联的电阻器Ri的特性值。

可替代地，电阻器Ri可以并联连接到一组部件Ci-1、Ci、Ci+1，这组部件串联连接并且各自耦合到至少一个相应的热源。此布置在热源被分组时特别有利。本发明的这一实施例的应用的示例是监测被分组到电池模块M1、M2、……、Mm中的软壳电池的电池单元的温度，如图4所展示的。如果所监测的电池的电池单元之一Sj超过第一预定义温度阈值TS，则热耦合到此电池单元Sj的部件Ci将具有高电阻Rd。如果电池中的其他电池单元未超过第一温度阈值TS，则串联连接的这组部件将具有等效电阻Rd+(k-1)*Rm，k为串联连接的部件的数量；并联连接到电阻器Ri的这些电阻将共同具有等效电阻

Re＝Ri*[Rd+(k-1)*Rm]/[Ri+Rd+(k-1)*Rm]。

部件Ci和电阻器Ri被选择成使得：

1)电阻Rm的值相对于Rd的值而言可忽略不计，即，使得：

Rd+(k-1)*Rm≈Rd。

因此，由于：

Re＝Ri*[Rd+(k-1)*Rm]/[Ri+Rd+(k-1)*Rm]，

其值基本上等于：

Re≈Ri*Rd/(Ri+Rd)。

2)Ri相对于Rd而言可忽略不计，并且因此：

Ri*Rd/(Ri+Rd)≈Ri。

因此，并联连接到以下各项的电阻器Ri的等效电阻Re基本上等于Ri：部件Ci，其热耦合到已经超过了第一温度阈值TS的电池的电池单元Sj；或者一组部件Ci-1、Ci、Ci+1，其串联连接并且其中的一个部件Ci热耦合到已经超过了第一温度阈值TS的电池的电池单元Sj。通过明智地为电阻器R1、R2、……、Ri、Rk选择不同的电阻，可以使所讨论的电气链的等效电阻表现出以下各项的特性值：

-部件Ci，其热耦合到已经超过了第一温度阈值TS的电池的电池单元Sj，或者

-一组部件Ci-1、Ci、Ci+1，其串联连接并且其中的热耦合到一个电池的电池单元Sk的一个部件Ci已经超过了第一温度阈值TS，

以及与该部件或该组部件并联连接的电阻器Ri。

现在将参考图5来描述用于在多个热源S1、S2、Sj、Sn当中识别出已经超过了温度T的第一预定义阈值TS的热源Sj的方法。

该方法可以使用诸如以上所述的检测装置来实施，即，使用包括以下各项的检测装置：多个部件C1、C2、Ci、Ck，这些部件能够根据其工作温度而具有低值(被称为保持电阻Rm)或高值(被称为跳闸电阻Rd)；以及多个电阻器R1、R2、Ri、Rk，这些电阻器具有不同的电阻，并且并联连接到一个部件Ci或串联连接的一组部件Ci-1、Ci、Ci+1。

该方法包括：

-步骤E10，将多个热源S1、S2、Sj、Sn热耦合到部件C1、C2、Ci、Ck，每个部件热耦合到至少一个热源Si，使得在所述至少一个热源的温度高于或等于第一预定义温度阈值TS时该部件的工作温度高于或等于跳闸阈值Td，进而该部件的可变电阻具有高值Rd，

-步骤E20，将由部件C1、C2、Ci、Ck和电阻器R1、R2、Ri、Rk形成的电气链连接到电源E，

-步骤E30，利用电源E生成供电信号U、I，

-步骤E40，检测跨电源E的两端的响应信号i、u，

-步骤E50，确定由部件C1、C2、Ci、Ck和电阻器R1、R2、Ri、Rk形成的电气链的等效电阻Re；

-步骤E60，根据等效电阻Re来识别出其电阻具有高值Rd的部件Ci。

在所展示的示例中，在生成步骤E30中生成的供电信号是电流Is，并且在检测步骤E40中检测到的响应信号是跨电流源E的两端的电压。

由于所生成的电流Is的值和检测到的电压的值是已知的，因此在执行确定步骤E50期间确定电气链的等效电阻Re。如以上所解释的，此等效电阻是部件Ci或者一组部件以及连接到该部件或该组部件的电阻器Ri的特性，该部件或者该组部件之一具有高电阻值Rd。这允许在识别步骤E60中识别出此部件Ci。

当然，本发明不限于所描述和示出的这些示例和实施例。相反，可产生在本领域技术人员的能力范围内的本发明的许多变体。

例如，取决于热源的配置，其他布置也是可能的。特别地，本发明可以应用于在以下条件下监测热源的区域：形成了覆盖要监测的区域的栅格，并且热耦合到要监测的区域的部件(诸如所描述的)放置在栅格的节点处。