JP2009244275A - Ground fault detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接地故障保護、より詳細には、接地故障条件を検出するDC接地故障センサーシステムに関するものである。 The present invention relates to ground fault protection, and more particularly to a DC ground fault sensor system for detecting ground fault conditions.
電気自動車は、推進動力用内燃機関に依存するのではなく、比較的大きな電気牽引バッテリーに依存する車両である。電気自動車の牽引バッテリーは自動車を推進させる電気牽引モーターに連結し、そして牽引バッテリーは再充電して繰り返し使用できる。 An electric vehicle is a vehicle that relies on a relatively large electric traction battery rather than relying on an internal combustion engine for propulsion power. The traction battery of an electric vehicle is connected to an electric traction motor that propels the vehicle, and the traction battery can be recharged and used repeatedly.
牽引バッテリーは、従来の12ボルト自動車蓄電バッテリーに比べて、比較的大きな容量を有していなければならず、且つ、比較的大きな電力を供給しなければならないことは理解されよう。電力はバッテリー電圧とシステム電流に正比例するから、牽引バッテリーの満たすべき高電力供給要件は、電気自動車に存在する電圧が、内燃機関が動いていないとき補助負荷に電源を供給するのに比較的低い電力と低い電圧の蓄電バッテリーのみを通常必要とする化石燃料で動く自動車に存在する電圧より高くなるであろうことを必然的に意味する。 It will be appreciated that the traction battery must have a relatively large capacity and provide a relatively large amount of power as compared to a conventional 12 volt car storage battery. Since power is directly proportional to battery voltage and system current, the traction battery must meet the high power supply requirements that the voltage present in the electric vehicle is relatively low to power the auxiliary load when the internal combustion engine is not running It necessarily means that it will be higher than the voltage present in automobiles powered by fossil fuels that normally only require electric power and low voltage storage batteries.
ハイブリッド電気車両(HEV)は、従来の車両の内燃機関を、電気車両のバッテリーと電気モーターに組み合わせる。これにより、従来の車両より燃料の経済性が増す。また、この組み合わせによって、ユーザーが従来の車両から予期するより航続距離が延長され、迅速な燃料補給が行えるとともに、電気車両のエネルギーや環境の利益の重要部分が提供される。HEVの実用上の利益は、従来の車両に比べて燃料の経済性の向上と低い排気を含む。HEVは、その固有の柔軟性のため、応用範囲が広く、個人の輸送から商業的運搬にまで使用できる。 A hybrid electric vehicle (HEV) combines a conventional vehicle internal combustion engine with an electric vehicle battery and an electric motor. This increases fuel economy over conventional vehicles. This combination also extends the cruising range beyond what a user would expect from a conventional vehicle, provides quick refueling, and provides an important part of the energy and environmental benefits of an electric vehicle. The practical benefits of HEV include improved fuel economy and lower emissions compared to conventional vehicles. Because of its inherent flexibility, HEV has a wide range of applications and can be used from personal transportation to commercial transportation.
電気或いはハイブリッド電気車両は、化石燃料の燃焼を殆ど、或いは、全く必要としないので、斯かる車両は、化石燃料で動く車両とは対照的に、環境に有害な排気を殆ど、或いは、全く出さない。斯かる車両は、化石燃料で動く乗用車に取って代わって、ますます魅力を増しつつある。しかしながら、牽引バッテリーの高電圧要件のために、電気或いはハイブリッド電気車両の電気的安全性の心配が生じる。 Since electric or hybrid electric vehicles require little or no fossil fuel combustion, such vehicles produce little or no environmentally harmful emissions as opposed to vehicles that run on fossil fuels. Absent. Such vehicles are becoming increasingly attractive to replace passenger cars powered by fossil fuels. However, due to the high voltage requirements of traction batteries, there are concerns about the electrical safety of electric or hybrid electric vehicles.
例えば、所期の電気回路外の不所望の電流(即ち、接地故障条件)によって、(HEV推進システムのような)システム内の電子部品が大きなダメージを受けて、電子装置が不能になったり破壊されたりする。加えて、斯かる接地故障条件により、感電が生じ、従来の比較的低電圧の自動車蓄電バッテリーシステムに比べて、感電が高電圧牽引バッテリーシステムとの接触で生じた場合、深刻な結果を招き得る。斯かる感電の可能性を減少させるために、多くの牽引バッテリーシステムは、従来の自動車蓄電バッテリーシステムとは対照的に、自動車の車台に接地されていない。その代わり、多くの牽引バッテリーシステムは閉ループ帰路を有し、システムの負の電力導体(即ち、電流帰路)を電気或いはハイブリッド電気車両の車台から絶縁させる。 For example, undesired currents outside the desired electrical circuit (ie, ground fault conditions) can cause significant damage to electronic components in the system (such as HEV propulsion systems), disabling or destroying electronic devices. Or In addition, such ground fault conditions can result in electric shock and can have serious consequences when electric shock occurs in contact with a high voltage traction battery system as compared to conventional relatively low voltage automotive battery storage systems. . In order to reduce the possibility of such an electric shock, many traction battery systems are not grounded to the vehicle chassis, in contrast to conventional vehicle storage battery systems. Instead, many traction battery systems have a closed loop return that isolates the system's negative power conductor (ie, the current return) from the chassis of an electric or hybrid electric vehicle.
図1は、DC接地故障を検出する検出回路を示す。高インピーダンスネットワーク700は、第1の正電力導体200と第2の負電力導体300との間に結合し、接地基準電位(即ち、車台電圧)540に対して正負の電圧値間に一続きに並んだ高電圧バッテリーを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク700は、直列に接続された抵抗器Ra,Rb,…Rnであって、第1の電力導体200に結合された第1の端子710、第2の電力導体300に結合された第2の端子720、および抵抗器R168を介して接地基準電位540に結合された第3の端子730を有する抵抗器Ra,Rb,…Rnからなる。抵抗器Ra,Rb,…Rnの各々は等しい抵抗を有し、電圧の大きさが車台の上下に等しく中心化されるように配列することが好ましい。感知抵抗器R168は、抵抗器R168を通る誘導電流を感知することによって、不所望なインピーダンス故障によるこの中心化のシフトを検出するように動作する。
FIG. 1 shows a detection circuit for detecting a DC ground fault. The
斯かる絶縁させたシステムは、正又は負の電力導体と車台との間の短絡、或いは低インピーダンス接続が生じた場合、人への感電の可能性を最小限にし得るが、斯かる回路は車台(基準電位)と正又は負の電力導体との間の不要な電路の検出のみを提供する。それは、車台と一続きの蓄積エネルギーの中心との間の不要な電路の検出を提供できず、両電力導体と車台との間の電圧電位を再均等化するように何らの補償も提供できない。高電圧蓄積エネルギー内のDC接地故障条件を感知し、斯かる条件を補正するように能動的に補償する接地故障検出システムが望まれる。 Such an insulated system can minimize the possibility of electric shock to a person if a short circuit or a low impedance connection between the positive or negative power conductor and the chassis occurs, but such a circuit may be It only provides for the detection of unwanted electrical paths between the (reference potential) and the positive or negative power conductor. It cannot provide for the detection of unwanted electrical paths between the chassis and a series of stored energy centers, nor can it provide any compensation to re-equalize the voltage potential between both power conductors and chassis. What is desired is a ground fault detection system that senses DC ground fault conditions within the high voltage stored energy and actively compensates to correct such conditions.
故障検出システムは、基準電位と(a)浮動電力源、(b)浮動電力源の第1の端子に結合する第1の電力導体、及び(c)浮動電力源の第2の端子に結合する第2の電力導体のうちの少なくとも1つとの間の不要な電路を検出する。このシステムは、第1及び第2の電力導体に電気的に結合するとともに、基準電位に対する第1の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、及び、第1の電圧信号と基準電圧とに応答して、第1の電圧信号と基準電圧間の差が所定値を超えるとき不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する増幅器回路を含む。車台基準と浮動電力源内節点間の不要な電路の場合、システムは中心点からのインピーダンスインバランス(対車体)を示す信号を検出し、補償インピーダンスを提供して第1及び第2の電力導体間電圧(対車体)を均等化するように動作する。 The fault detection system is coupled to a reference potential and (a) a floating power source, (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the floating power source, and (c) a second terminal of the floating power source. An unnecessary electrical path between at least one of the second power conductors is detected. The system includes an impedance network that is electrically coupled to the first and second power conductors and has an output terminal that provides a first voltage signal relative to a reference potential, and a first voltage signal and a reference voltage. In response, an amplifier circuit is included that generates an amplified signal indicating the presence of an unwanted electrical path when the difference between the first voltage signal and the reference voltage exceeds a predetermined value. In the case of an unwanted circuit between the chassis reference and the node in the floating power source, the system detects a signal indicating the impedance imbalance (vs. car body) from the center point and provides a compensation impedance between the first and second power conductors Operates to equalize the voltage (vs. car body).
故障検出システムは、基準電位と(a)浮動電力源、(b)電力源の第1の端子に結合する第1の電力導体、及び(c)電力源の第2の端子に結合する第2の電力導体のうちの少なくとも1つとの間の不要な電路を検出し補償するシステムであって、第1及び第2の電力導体に電気的に結合するとともに、基準電位に対する第1の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、第1の電圧信号と基準電圧とに応答して、第1の電圧信号と基準電圧間の差が所定値を超えるとき不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する高利得増幅器、及び高利得増幅器の出力に電気的に結合する入力とそれぞれ第1及び第2の電力導体に導電路を介して電気的に結合する第1及び第2の出力とを有する補償回路であって、第1及び第2の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、補償信号は増幅信号の大きさに従って第1の電圧信号と基準電圧間の差を減少させる補償回路を含む。 The fault detection system includes a reference potential and (a) a floating power source, (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the power source, and (c) a second coupled to the second terminal of the power source. A system for detecting and compensating for an unwanted electrical path between at least one of the power conductors of the first and second power conductors, wherein the system is electrically coupled to the first and second power conductors, and a first voltage signal relative to a reference potential is provided. An impedance network having an output terminal to provide an amplified signal in response to the first voltage signal and the reference voltage, indicating an presence of an unnecessary electric circuit when a difference between the first voltage signal and the reference voltage exceeds a predetermined value; A high gain amplifier that generates, and an input that is electrically coupled to the output of the high gain amplifier, and a first and second output that are electrically coupled to the first and second power conductors, respectively, through a conductive path. Compensation circuit, first and second Providing at least one compensation signal of the power conductors, the compensation signal includes a compensation circuit for reducing the difference between the first voltage signal and the reference voltage according to the magnitude of the amplified signal.
故障モニタ装置は、第1の電力導体に結合する第1の端子と第2の電力導体に結合する第2の端子とを有する浮動電力源、第1の電力導体に電気的に結合された第1の端子、第2の電力導体に電気的に結合された第2の端子、および基準電位に結合された第3の端子を有し、第1及び第2の電力導体にかかる電圧(対基準電位)を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、第1の電力導体、第2の電力導体、及び電力源のうちの少なくとも1つと基準電位間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧がインピーダンスネットワークの第3の端子で生じるインピーダンスネットワーク、第3の端子に電気的に結合され、第3の端子での偶発的な電圧と基準電位間の差に比例する制御信号を提供するように動作する増幅器、及び制御信号に電気的に結合し、帰還路を介して第1及び第2の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、補償信号が第3の端子で生じる偶発的な電圧と基準電位間の差を減少させるように動作する補償回路を含む。 The fault monitoring apparatus includes a floating power source having a first terminal coupled to the first power conductor and a second terminal coupled to the second power conductor, and a first electrically coupled to the first power conductor. 1 terminal, a second terminal electrically coupled to the second power conductor, and a third terminal coupled to the reference potential, the voltage applied to the first and second power conductors (vs. reference) An impedance network that equally balances the potential), based on the occurrence of an accidental circuit between at least one of the first power conductor, the second power conductor, and the power source and a reference potential. An impedance network in which a voltage is generated at the third terminal of the impedance network, electrically coupled to the third terminal, to provide a control signal that is proportional to the difference between the accidental voltage at the third terminal and the reference potential. Amplifier that works And electrically coupled to the control signal, providing a compensation signal to at least one of the first and second power conductors via a feedback path, the compensation signal between the accidental voltage generated at the third terminal and the reference potential A compensation circuit that operates to reduce the difference.
故障検出システムは、基準電位と(a)電力源、(b)電力源の第1の端子に結合する第1の電力導体、及び(c)電力源の第2の端子に結合する第2の電力導体のうちの少なくとも1つとの間の不要な電路を検出するシステムであって、第1及び第2の電力導体に電気的に結合され、第1及び第2の電力導体にかかる電圧を基準電圧の周りに等しく中心化するように動作するインピーダンスネットワークであって、基準電圧に対する中心電圧信号を提供するタップを有するインピーダンスネットワーク、タップに電気的に結合される第1の入力端子、第1の電力導体に電気的に結合された第2の端子、および第2の電力導体に電気的に結合された第3の端子を有するトランジスタ、及びトランジスタの第3の端子に電気的に結合される第1の端子、基準電圧に電気的に結合された第2の端子、および出力端子を有する増幅器回路であって、その第1の端子と出力端子間に帰還ループを有してトランジスタの第3の端子に補償信号を提供し、第3の端子から第2の電力導体へ流れる電流量を修正する増幅器回路を含む。
The fault detection system includes a reference potential and (a) a power source, (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the power source, and (c) a second coupled to the second terminal of the power source. A system for detecting an unwanted electrical path between at least one of the power conductors, the system being electrically coupled to the first and second power conductors and referenced to a voltage across the first and second power conductors An impedance network that operates to center equally around a voltage, the impedance network having a tap that provides a center voltage signal relative to a reference voltage, a first input terminal electrically coupled to the tap, a first A transistor having a second terminal electrically coupled to the power conductor and a third terminal electrically coupled to the second power conductor, and a second electrically coupled to the third terminal of the
故障検出補償システムは、第1の電力導体に結合する第1の端子と第2の電力導体に結合する第2の端子とを有する浮動電力源、第1の電力導体に電気的に結合された第1の端子、第2の電力導体に電気的に結合された第2の端子、および車体に結合された第3の端子を有し、第1及び第2の電力導体にかかる電圧(対車体)を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、車体と浮動電力源内節点間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧信号が第1及び第2の電力導体間インピーダンスインバランス(対車体)によってインピーダンスネットワークの第3の端子で生じるインピーダンスネットワーク、偶発的な電圧信号に応答し第1及び第2の電力導体間インピーダンスインバランス(対車体)を示す制御信号を提供する増幅器、及び増幅器に電気的に結合し、第1及び第2の電力導体の少なくとも一方に補償インピーダンス路を提供し、第1及び第2の電力導体間電圧(対車体)を均等化する補償回路を含む。 The fault detection compensation system is electrically coupled to a first power conductor, a floating power source having a first terminal coupled to the first power conductor and a second terminal coupled to the second power conductor. A first terminal; a second terminal electrically coupled to the second power conductor; and a third terminal coupled to the vehicle body; a voltage applied to the first and second power conductors (vs. the vehicle body) ) Are equally balanced, and based on the occurrence of an accidental electrical circuit between the vehicle body and a node in the floating power source, an accidental voltage signal is generated by the impedance imbalance between the first and second power conductors (vs. the vehicle body). ) Provides an impedance network generated at the third terminal of the impedance network, and a control signal indicating the impedance imbalance between the first and second power conductors (vs. car body) in response to an accidental voltage signal. And an amplifier electrically coupled to the amplifier and providing a compensation impedance path to at least one of the first and second power conductors to equalize the voltage between the first and second power conductors (vs. the vehicle body) Includes circuitry.
本発明の諸利益、性質、及び他の種々の特徴は、図面を参照しながら次に詳述される実施例によって、より明瞭になるであろう。 The benefits, properties, and various other features of the present invention will become more apparent from the embodiments described in detail below with reference to the drawings.
図2Aは、高電力導体200又は低電力導体300或いは電力源100のような負荷と車台或いは接地のような基準電位540との間の短絡或いは超低インピーダンス接続のような偶発的な電路を検出する本発明によるDC接地故障検出器システム10の簡略化した実施例を示す。電力源100は、一続きのバッテリー101A、101Bからなり、高電圧(例えば、600V)の電源を提供し電気牽引モーター(図示せず)のような負荷を駆動する。代わりに、電力源100はシステムに電源或いはエネルギー源を供給する直列キャパシタ(例えば、ウルトラキャパシタ)、燃料電池、或いは機械的に蓄積されたエネルギー源からなってもよい。第1の電力導体200は、電力源100の端子110に電気的に結合し、負荷或いはモーターに第1の電力源(例えば、正DCリンク)を提供する。第2の電力導体300は、電力源100の端子150に電気的に結合し、モーターに第2の電力源(例えば、負DCリンク)を提供する。
FIG. 2A detects an accidental circuit such as a short circuit or ultra-low impedance connection between a load such as
第1および第2の電力導体間に電気的に結合した高インピーダンスネットワーク700は、接地基準電位(即ち、車台電圧)540に対して正負の電圧値間に電源の一続きの高電圧バッテリーを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク700は、直列に接続された抵抗器Ra,Rb,…Rnであって、第1の電力導体200に結合された第1の端子710、第2の電力導体300に結合された第2の端子720、および第3の端子或いはタップ730を有する抵抗器Ra,Rb,…Rnからなり、第1および第2の電力導体電圧間浮動電源を中心化する中心電圧信号(対基準電圧)を提供する。好ましいのは、抵抗器Ra,Rb,…Rnの各々が、等しい抵抗を有し、接地540に対する節点710での電圧の大きさが、接地540に対する節点720での電圧の大きさに等しいように配列され、端子(節点)730での中心電圧が基準或いは接地(即ち、車台)電圧540に等しいことである。
A
高利得増幅器からなる増幅器装置400は、電圧信号732を受信するようにタップ730に電気的に結合した非反転入力410と、基準電圧540に電気的に結合した反転入力420とを有する。高利得増幅器装置400は、電圧信号732と基準(即ち、車台)電圧540とに応答し、出力端子430で増幅信号S1を発生する。増幅信号S1は、電圧信号732と基準電位540間の差に相当する。正常動作条件下では(即ち、短絡或いは低インピーダンス条件がないとき)、高電圧バスが第1の電力導体200(+DCリンク)と第2の電力導体300(−DCリンク)との間に等しくバランスされるので、分圧器タップ730での出力信号は基準電圧(例えば、0V)に等しい。また、増幅器装置400から出力される増幅信号S1も、基準電圧(0V)に対して、0Vである。しかしながら、短絡或いは低インピーダンス接続が発生すると、電圧信号732と基準電圧540間の差が所定値を超え、出力信号S1は、(a)第1の電力導体、(b)第2の電力導体、(c)バッテリーパック電力源のうちの1つと基準或いは車台電圧との間の不要な電路の存在を示す。
高電力絶縁増幅器510からなる補償回路500は、高利得増幅器の出力に電気的に結合した入力512を有する。第1端子514は電路202を介して第1の電力導体200に電気的に結合し、第2端子516は電路204を介して第2の電力導体300に電気的に結合する。感知抵抗器Rsからなるセンサー530は、出力端子518と基準電圧540との間に電気的に結合し、生成されたバランスインピーダンスを流れる電流を抵抗器Rsにかかる電圧によって感知する。図示するように、Rs、R1によって得られるインピーダンスと端子514と518間内部インピーダンスは、図2B、2C、2Dに示すように、不要な電路インピーダンスに等しい大きさのインピーダンスを対向電力導体と車台との間に提供するバランスとして作用する。このように、エネルギー蓄積システムは「バランスされた」ままであり、正導体と車台との間の電圧は負導体と車台との間の電圧に等しい。電圧信号Vsは、例えばシステムコントローラーへ戻され得る。補償信号が、対応する補償路(202、204)を経由して、基準電位(車台)から第1および第2の電力導体の少なくとも一方へ、或いは、第1および第2の電力導体の少なくとも一方から基準電位(車台)へ提供される。補償路は増幅信号S1から発生し、第1の電圧信号と基準電圧間の差を減少させる。実施例では、補償信号は増幅信号の大きさに従ってこの差を減少させ、よって回路を再バランスさせる。
図2Bは、電力導体200と車台540との間に発生した故障F1による約1mAの小漏電電流を補償するように路204に沿って第2の電力導体に印加された補償信号C1を示す図2Aに示す回路の略図である。実施例では、電力オペアンプの利得を2mA/Voltと仮定すると、増幅器装置400の出力で増幅信号S1=−0.5Vが検出される。500(抵抗器Rsでの電圧降下を感知し、1mAの補正電流C1を電力導体300へ送り、故障F1による漏電電流を補償する。
FIG. 2B shows a compensation signal C1 applied to the second power conductor along
図2Cは、電力導体200と車台540との間に発生した大故障F2による約5mAの大漏電電流を補償するように第2の電力導体に印加された補償信号C1を示す図2Aに示す回路の略図である。この場合、電力導体200での電圧は基準電位(即ち、0V)にある。従って、電力導体300での電圧は全体の電源電圧Vps(即ち、−600V)である。よって、タップ730での電圧はVps/2或いは−300Vである。従って、オペアンプ400の出力は−5Vで飽和する。500(抵抗器Rsでの電圧降下を感知し、5mAの補正電流C1を電力導体300へ送り、大故障F2による漏電電流を補償する。
2C shows the compensation signal C1 applied to the second power conductor so as to compensate for a large leakage current of about 5 mA due to the major fault F2 occurring between the
図2Dは、電源100内に、図示例では電源バッテリーパック100のバッテリー101Aと101B間に発生した大故障F3による約5mAの大漏電電流を補償するように第1の電力導体200に印加された補償信号C2を示す図2Aに示す回路の略図である。この場合、タップ730での電圧は約1mVであり、増幅器回路400に供給され基準電圧と比較される。オペアンプ400の出力S1は+5Vで飽和する。5mAの電流C2が、路202を通って感知抵抗器Rsを流れる。
FIG. 2D is applied to the
図3Aに示す代替実施例では、DC接地故障検出モニターシステム30は、第1端子で電力導体200に結合したバッテリ101Aと第2端子で電力導体300に結合したバッテリ101Bとを有する浮動蓄電池パック100を含む。インピーダンスネットワーク700は、第1の電力導体200に結合された第1の端子710、第2の電力導体300に結合された第2の端子720、および第3の端子或いはタップ730を有する直列抵抗器RaとRbからなり、第1および第2の電力導体電圧間浮動電源を中心化する中心電圧信号(対基準電圧)を提供する。電界効果トランジスタ(FET)のようなトランジスタデバイス300は、タップ730の出力に結合された第1の端子300a、電力導体200に結合された第2の端子300b、および節点Aで負荷素子310と増幅器320の反転入力とに結合された第3の端子300cを有する。トランジスタデバイス300は、第2の電力導体300に結合されたバイアス抵抗器である負荷素子310を有するソースフォロワとして配置する。増幅器320の非反転入力は、電圧Vに結合する。増幅器320の出力信号S1は、負帰還抵抗器Rnを介して反転端子に結合する。接地故障が存在しない場合、モニターシステム30の動作は以下の通りである。600Vの電源バッテリーパック電圧Vに対して、抵抗器Raでの電圧降下VRaは300Vであり、抵抗器Rbでの電圧降下VRbに等しい(即ち、VRb=300V)。ゲート端子300aとドレイン端子300b間に3.5Vの電圧降下が存在する。よって、電力導体200での電圧は+303.5Vであり、電力導体300での電圧は−296.5Vである。電力導体200からバイアス抵抗器310を流れるバイアス電流Iバイアスは約10mAである。増幅器320の反転入力での電圧は0Vであり、出力S1も0Vである。
In an alternative embodiment shown in FIG. 3A, DC ground fault
図3Bは、電力導体200と車台540との間に発生した故障F1による約2mAの小漏電電流を補償するようにバイアス抵抗器310を介して第2の電力導体300に印加された2mAの補償信号C1を示す図3Aに示す回路の略図である。導体200から流れる8mAのバイアス電流Iバイアスは、故障F1による漏電電流を補償するように抵抗器310へ帰還する補償電流信号C1と合わさる。
FIG. 3B shows a 2 mA compensation applied to the
図3Cは、電力導体200と車台540との間に発生した大故障F2による約20mAの大漏電電流を補償するように第2の電力導体300に印加された補償信号C1を示す図3Aに示す回路の略図である。さらに、図3Cは節点Aと車台540との間に結合されたクランプダイオード312のようなリミッタを含む。この場合、電力導体200での電圧は基準電位(即ち、0V)にある。導体200から流れるバイアス電流Iバイアスは0mAである。ダイオード312は−0.7Vのクランプ電圧VCLで節点Aにおいて電圧をクランプするように動作し、オペアンプ320は出力信号S1が+5Vにあるように飽和状態で配置する。10mAの補償電流C1が増幅器320の帰還路を通ってバイアス抵抗器310へ流れ、10mAの補償電流C2がダイオード312を通って抵抗器310へ流れる。このように、C1+C2=20mAの電流が抵抗器310を流れ、電力導体300へ送られて大故障F2による漏電電流を補償する。
FIG. 3C shows a compensation signal C1 applied to the
図4は、別の代替実施例であり、電流源330を図2Aのバイアス抵抗器310の代わりに配置する。電流源330は、故障電流を任意の或いは所定のレベル、例えば10mAに制限するように動作できる。
FIG. 4 is another alternative embodiment in which the
図5は、本発明による能動DC接地故障検出モニターシステム500のより詳細な実施例を示す。第1の電力導体200と第2の電力導体300間に電気的に結合した高インピーダンスネットワーク700は、接地基準電位(即ち、車台電圧)540に対して正負の電圧値間に電力源(図示せず)の一続きの高電圧バッテリを等しくバランスするように動作する。高インピーダンスネットワーク700は、直列に接続された抵抗器Ra,Rb,…Rhであって、第1の電力導体200に結合された第1の端子710、第2の電力導体300に結合された第2の端子720、および第3の端子或いはタップ730を有する抵抗器Ra,Rb,…Rhからなり、第1および第2の電力導体電圧間浮動電源を中心化する中心電圧信号(対基準電圧)を提供する。好ましいのは、抵抗器Ra,Rb,…Rhの各々が、等しい抵抗を有し、接地540に対する節点710での電圧の大きさが、接地540に対する節点720での電圧の大きさに等しいように配列されることである。高利得増幅器からなる増幅器装置400は、電圧信号732を受信するようにタップ730に電気的に結合した非反転入力410と、抵抗器R155を介して基準電圧540に電気的に結合した反転入力420とを有する。クランプダイオードD21とD23として図示する入力保護回路740は、増幅器装置の入力を保護するように動作する。高利得増幅器装置400は、電圧信号732と基準(即ち、車台)電圧とに応答し、出力端子で増幅信号S1を発生する。増幅信号S1は、電圧信号732(パックの中心)と基準電圧間の差に相当する。増幅器の出力は、抵抗器R129、R154、R155とキャパシタC37、C38、C40、C44とからなる帰還ループ補償用エラー補償回路408を介して反転入力に結合する。図5に示すように、回路は、高利得増幅器を使用して車台に対して高電圧バスの中心での電圧を比較する。高電圧側が車台に対して中心化される場合、電圧は(部品許容差内で)等しくなる。即ち、正常動作条件下では(即ち、短絡或いは低インピーダンス条件がないとき)、高電圧バスが第1の電力導体200(+DCリンク)と第2の電力導体300(−DCリンク)との間に等しくバランスされるので、例えば、バスの高電圧側に対応する分圧器タップ730での出力信号は基準電圧(例えば、0V)に等しい。また、増幅器装置400から出力される増幅信号S1も、基準電圧(0V)に対して、0Vである。しかしながら、短絡或いは低インピーダンス接続が発生すると、電圧信号732と基準電圧540間の差が所定値を超え、出力信号S1は、(a)第1の電力導体、(b)第2の電力導体、(c)バッテリーパック電力源のうちの1つと基準或いは車台電圧との間の不要な電路の存在を示す。この場合、十分な電圧差が存在すると、増幅器装置400は導電路80、90を介してFETスイッチQ8又はFETスイッチQ9のいずれかを作動する(即ち、オンにする)ように動作する。これは、オプトカプラU68、U57として図示する対応するカプラ82、92の一方をオンにすることによって達成し得る。カプラは、対応するフィルタ回路83、93からスイッチQ8、Q9まで通るそれぞれの導電路を作動させる。「高い側」スイッチ(FETQ8)又は「低い側」スイッチ(FETQ9)のいずれかを作動することは、車台に対して高電圧バスを再バランスするように等しい逆インピーダンス(対車台)を生成するように作用する。スイッチQ8、Q9のいずれかをオンにし、(スイッチQ8用補償路202とスイッチQ9用補償路204を介して提供される)生成されたバランスインピーダンスを通る電流Isを感知抵抗器R194にかかる電圧により感知する。感知した電圧は、システムコントローラー或いは他の制御デバイスへ戻され得る。電流制限回路85,95は、それぞれのFETQ8、Q9を通る電流を所定値(例えば+5mA又は−5mA)に制限し回路を保護するように動作する。このように、所定値以下の漏電のため、回路はパック電圧を中心化するように依然動作できる。上述した回路は、例えば自動挿入機器を使用してプリント回路板上に装着され、ハイブリッド電気車両や電気車両を含む用途、或いは接地故障の検出補正を必要とする場合など種々の用途に使用され得る。
FIG. 5 illustrates a more detailed embodiment of an active DC ground fault
以上に、本発明を固有の実施例について説明したけれど、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例えば、接地故障検出モニター回路およびシステムを帰還ループに基づいて示したが、図6は本発明による開ループシステムの実施例を提供する。図6では、第1の正電力導体200と第2の負電力導体300との間に結合した分圧器700は、FETデバイス610のゲートに結合したセンタータップ730を有する。FETデバイス610は、ソースが抵抗器R1とダイオードZDを介してゲートに結合するソースフォロワとして構成する。増幅器装置620は、反転及び非反転端子に印加された電圧差を感知し、この電圧差を示す出力信号を提供する。この出力信号は、Rnを通る負帰還路を経由して反転入力に印加される。このように、最大漏電電流(IGF)の検出後、接地故障は断定され、バッテリパックはその中心電圧からずれる傾向がある。さらに、図7に示すように、ゲートをダイオードZDによりクランプするソースフォロワ構成において複数のFET710、715を互いに結合してもよい。センタータップ730の出力は電流保護回路750を介して増幅器装置725の反転入力に結合し、非反転入力は基準電位に結合する。出力信号S1は、中心電圧信号と基準電位間の差に相当し、不要な電路或いは接地故障条件の存在を示す。これら及び他の全ての斯かる修正および変更は、特許請求の範囲内にあるものとする。
Although the present invention has been described with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, while a ground fault detection monitor circuit and system has been shown based on a feedback loop, FIG. 6 provides an embodiment of an open loop system according to the present invention. In FIG. 6, a
Claims (22)
前記第1及び第2の電力導体に電気的に結合するとともに、前記基準電位に対する第1の電圧信号を提供する出力端子を有し、前記出力端子がインピーダンスの中心点に設けられるインピーダンスネットワーク、及び
前記第1の電圧信号と基準車体電圧とに応答して、前記第1の電圧信号と前記基準車体電圧間の差が所定値を超えるとき前記不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する増幅器回路を含むことを特徴とする故障検出システム。 A reference potential; (a) a floating power source; (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the power source; and (c) a second power coupled to the second terminal of the power source. A system for detecting an unwanted electrical path between at least one of the conductors,
An impedance network electrically coupled to the first and second power conductors and having an output terminal for providing a first voltage signal relative to the reference potential, wherein the output terminal is provided at a center point of impedance; and An amplifier that generates an amplified signal indicating the presence of the unnecessary electric circuit when a difference between the first voltage signal and the reference vehicle body voltage exceeds a predetermined value in response to the first voltage signal and the reference vehicle body voltage. A fault detection system comprising a circuit.
前記第1及び第2の電力導体に電気的に結合するとともに、前記基準電位に対する第1の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、及び
前記第1の電圧信号と基準電圧とに応答して、前記第1の電圧信号と前記基準電圧間の差が所定値を超えるとき前記不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する手段を含むことを特徴とする故障検出システム。 A reference potential; (a) a power source; (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the power source; and (c) a second power conductor coupled to the second terminal of the power source. A system for detecting an unnecessary electrical circuit between at least one of the following:
An impedance network electrically coupled to the first and second power conductors and having an output terminal for providing a first voltage signal with respect to the reference potential; and responsive to the first voltage signal and the reference voltage. And a means for generating an amplified signal indicating the presence of the unnecessary electric circuit when a difference between the first voltage signal and the reference voltage exceeds a predetermined value.
前記第1及び第2の電力導体に電気的に結合するとともに、前記基準電位に対する第1の電圧信号を提供する出力端子を有するインピーダンスネットワーク、
前記第1の電圧信号と基準電圧とに応答して、前記第1の電圧信号と前記基準電圧間の差が所定値を超えるとき前記不要な電路の存在を示す増幅信号を発生する高利得増幅器、及び
前記高利得増幅器の出力に電気的に結合する入力とそれぞれ前記第1及び第2の電力導体に導電路を介して電気的に結合する第1及び第2の出力とを有する補償回路であって、前記第1及び第2の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、前記補償信号は前記増幅信号の大きさに従って前記第1の電圧信号と前記基準電圧間の差を減少させる前記補償回路を含むことを特徴とする故障検出システム。 A reference potential; (a) a floating power source; (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the power source; and (c) a second power coupled to the second terminal of the power source. A system for detecting and compensating for unwanted electrical paths between at least one of the conductors,
An impedance network having an output terminal electrically coupled to the first and second power conductors and providing a first voltage signal relative to the reference potential;
In response to the first voltage signal and the reference voltage, a high gain amplifier that generates an amplified signal indicating the presence of the unnecessary electric circuit when a difference between the first voltage signal and the reference voltage exceeds a predetermined value And a compensation circuit having an input electrically coupled to the output of the high gain amplifier and a first and second output electrically coupled to the first and second power conductors, respectively, through a conductive path. And providing a compensation signal to at least one of the first and second power conductors, the compensation signal reducing the difference between the first voltage signal and the reference voltage according to the magnitude of the amplified signal. A failure detection system comprising a compensation circuit.
前記第1の電力導体に電気的に結合された第1の端子、前記第2の電力導体に電気的に結合された第2の端子、および基準電位に結合された第3の端子を有し、前記第1及び第2の電力導体にかかる電圧(対前記基準電位)を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、前記第1の電力導体、前記第2の電力導体、及び前記電力源のうちの少なくとも1つと前記基準電位間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧が前記インピーダンスネットワークの前記第3の端子で生じる前記インピーダンスネットワーク、
前記第3の端子に電気的に結合され、前記第3の端子での前記偶発的な電圧と前記基準電位間の差に比例する制御信号を提供するように動作する増幅器、及び
前記制御信号に電気的に結合し、帰還路を介して前記第1及び第2の電力導体の少なくとも一方に補償信号を提供し、前記補償信号が前記第3の端子で生じる前記偶発的な電圧と前記基準電位間の差を減少させるように動作する補償回路を含むことを特徴とする故障モニタ装置。 A floating power source having a first terminal coupled to the first power conductor and a second terminal coupled to the second power conductor;
A first terminal electrically coupled to the first power conductor; a second terminal electrically coupled to the second power conductor; and a third terminal coupled to a reference potential. , An impedance network that equally balances the voltage across the first and second power conductors (vs. the reference potential), wherein the first power conductor, the second power conductor, and the power source The impedance network in which an accidental voltage is generated at the third terminal of the impedance network based on the occurrence of an accidental circuit between at least one and the reference potential;
An amplifier electrically coupled to the third terminal and operative to provide a control signal proportional to a difference between the incidental voltage at the third terminal and the reference potential; and to the control signal Electrically coupled and providing a compensation signal to at least one of the first and second power conductors via a feedback path, the accidental voltage generated at the third terminal and the reference potential A fault monitoring apparatus comprising a compensation circuit that operates to reduce a difference between the two.
前記第1及び第2の電力導体に電気的に結合され、前記第1及び第2の電力導体にかかる電圧を基準電圧の周りに等しく中心化するように動作するインピーダンスネットワークであって、前記基準電圧に対する中心電圧信号を提供するタップを有する前記インピーダンスネットワーク、
前記タップに電気的に結合される第1の入力端子、前記第1の電力導体に電気的に結合された第2の端子、および前記第2の電力導体に電気的に結合された第3の端子を有するトランジスタ、及び
前記トランジスタの前記第3の端子に電気的に結合される第1の端子、前記基準電圧に電気的に結合された第2の端子、および出力端子を有する増幅器回路であって、その第1の端子と出力端子間に帰還ループを有して前記トランジスタの前記第3の端子に補償信号を提供し、前記第3の端子から前記第2の電力導体へ流れる電流量を修正する前記増幅器回路を含むことを特徴とする故障検出システム。 A reference potential; (a) a power source; (b) a first power conductor coupled to the first terminal of the power source; and (c) a second power conductor coupled to the second terminal of the power source. A system for detecting an unnecessary electrical circuit between at least one of the following:
An impedance network electrically coupled to the first and second power conductors and operative to equally center a voltage across the first and second power conductors around a reference voltage, the reference network The impedance network having a tap to provide a center voltage signal for the voltage;
A first input terminal electrically coupled to the tap, a second terminal electrically coupled to the first power conductor, and a third electrically coupled to the second power conductor A transistor having a terminal; a first terminal electrically coupled to the third terminal of the transistor; a second terminal electrically coupled to the reference voltage; and an amplifier circuit having an output terminal. A compensation loop is provided between the first terminal and the output terminal to provide a compensation signal to the third terminal of the transistor, and the amount of current flowing from the third terminal to the second power conductor is reduced. A fault detection system comprising the amplifier circuit to be corrected.
前記第1の電力導体に電気的に結合された第1の端子、前記第2の電力導体に電気的に結合された第2の端子、および車体に結合された第3の端子を有し、前記第1及び第2の電力導体にかかる電圧(対車体)を等しくバランスするインピーダンスネットワークであって、前記車体と前記浮動電力源内節点間の偶発的な電路の発生に基づいて、偶発的な電圧信号が前記第1及び第2の電力導体間インピーダンスインバランス(対車体)によって前記インピーダンスネットワークの 前記第3の端子で生じる前記インピーダンスネットワーク、
前記偶発的な電圧信号に応答し前記第1及び第2の電力導体間インピーダンスインバランス(対車体)を示す制御信号を提供する増幅器、及び
前記増幅器に電気的に結合し、前記第1及び第2の電力導体の少なくとも一方に補償インピーダンス路を提供し、前記第1及び第2の電力導体間電圧(対車体)を均等化する補償回路を含むことを特徴とする故障検出補償システム。 A floating power source having a first terminal coupled to the first power conductor and a second terminal coupled to the second power conductor;
A first terminal electrically coupled to the first power conductor, a second terminal electrically coupled to the second power conductor, and a third terminal coupled to the vehicle body; An impedance network that equally balances the voltage (vs. vehicle body) applied to the first and second power conductors, and the accidental voltage based on the occurrence of an accidental electrical circuit between the vehicle body and the node in the floating power source The impedance network in which a signal is generated at the third terminal of the impedance network by an impedance imbalance (vs. vehicle body) between the first and second power conductors;
An amplifier for providing a control signal in response to the accidental voltage signal and indicating an impedance imbalance (to the vehicle body) between the first and second power conductors; and electrically coupled to the amplifier; A fault detection and compensation system comprising a compensation circuit that provides a compensation impedance path to at least one of the two power conductors and equalizes the voltage between the first and second power conductors (vs. the vehicle body).
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