JP2014505452A - 接触電流を推定し該接触電流から電気機器を保護する装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は接触電流に対する電気機器（３）の保護に関し、機器（３）は電力源および自動車（１）の車載装置との間に接続されるようになっている。これは機器（３）の電気的接続線（４ａ、４ｂ、４ｃ、８）に接続されるようになっている、漏れ電流検出用および接触電流推定用の回路（９）、フレーム電流測定用の回路（１４）、および接触電流の推定レベルおよびフレーム電流の測定レベルに従って機器（３）の動作を制御するための手段（１１）を実装する。本発明はハイブリッドまたは電気駆動自動車の再充電中の漏れ電流に対する保護をするために使用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、漏れ電流からの電気機器の保護、より具体的には充電器が電力配電網に接続されている場合に発生する可能性のある漏れ電流に対する電気自動車のバッテリ充電器の保護に関する。

いくつかの電気自動車に使用される充電器は絶縁されていない。充電器の各要素はシャシーに対してコモンモード容量を有する。電力配電網に接続する際、これらの様々な要素に印加される電圧はこれらの容量を介して接地漏れ電流の原因となる。

これらの接地漏れ電流は、それらが発生する際、充電プロセスを中断することのできる残留電流の差分保護を開始してもよい。

ユーザが充電中に電気自動車の車体に触れると、車両の接地に欠陥がある場合は、漏れ電流は、「タッチ（接触）」または「コンタクト（接触）」電流と呼ばれる電流になる。これらの接触電流は国際規格６１８５１−２１により３．５ｍＡに制限されている。

これらの電流を制限する目的のために、配電網とバッテリとの間にガルバニック絶縁を生成する変圧器を使用することが提案されている。

使用される変圧器はそこを流れる充電電力または電流に合わせてサイズが増加してしまう嵩高な要素である。したがって、この解決策の欠点は電気自動車に多大なペナルティを課すこととなる追加コストおよび機器容積の増加につながることである。

また、より高い充電電力を得るために、単相または三相の回路網に既存の充電器を接続することができる。それ故、三相の回路網への接続時には、使用される変圧器にストレスが増加する。

また、例えば、電気自動車の車体と中性点間に接続されたコンデンサを用いて、電力網の中性点に漏れ電流をリダイレクトすることが提案されている。

この電流制限解決法は漏れ電流の増加を考慮することができないという欠点がある。このような増加は、干渉容量の増大または補償システムの欠陥から発生する可能性がある。したがって、漏れ電流制限システムはシャシー上の接触電流を３．５ｍＡ未満に保つことができない。

上記を鑑みて、本発明の目的は接触電流の推定を提供し、接触電流が変動する際に電気自動車を保護することである。

本発明の別の目的は事前定義された制限値未満に接触電流の値を維持することである。

第１の態様によれば、本発明はこのように接触電流に対して電気機器を保護するための装置を提案し、前記機器は電力源と自動車の車載機器のアイテムとの間に接続されるように設計されている。

この装置は、機器の電気的接続線に接続されるように設計された、漏れ電流検出用および接触電流推定用の回路、接地電流測定用の回路、および接触電流の推定レベルおよび接地電流の測定レベルに従って機器の動作を制御するための手段を備える。

したがって、この制御手段は高い漏れ電流が発生したり、漏れ電流が消失したりした場合には、電力供給を許可または防止することができる。

有利には、電力源は三相または単相電力供給網であってもよい。

電気機器は自動車、電気またはハイブリッド駆動を搭載した車両である電気自動車の車載バッテリ用の充電器であってもよい。

別の態様によれば、本発明は接触電流に対して電気機器を保護するための方法を提案し、前記機器は電力源と自動車の車載機器のアイテムとの間に接続されるように設計されている。

本方法の一般的な特徴によれば、この方法は漏れ電流の検出、接触電流の推定、接地電流の測定、および接触電流の推定レベルおよび接地電流の測定レベルに従って機器の動作を制御することを備える。

有利には、電気機器は電力源に接続され、車載機器への電力供給は接触電流の推定レベルおよび接地電流の測定レベルに従って防止される。

したがって、車載機器は接続中に自動的に給電されない。

測定接地電流が第１の定義された閾値未満である場合、車載機器への電力供給が防止される。

極めて微弱な接地電流は接地接続の不具合を示す場合があるので、車載機器への電力供給を防止する必要がある。

測定接地電流が第２の定義された閾値を超えている場合、車載機器への電力供給が許可される。

接触電流の推定が第３の定義された閾値未満である場合、車載機器への電力供給が許可される。

接触電流の推定が第４の定義された閾値を超えている場合、車載機器への電力供給が防止される。

本発明の他の利点および特徴は、非限定的な例示を取り添付の図面により示される、以下の記述の検討に表れる。

図１は、本発明による漏れ電流に対する保護の一般原理を図式的に示す。 図２は、本発明による装置の実施形態を示す。 図３は、本発明による保護方法の動作を示す。

図１は、ガルバニック絶縁されていないバッテリ充電器が接続された電気自動車における漏れ電流の発生の原理を示す。

なお、この原理は特に電気またはハイブリッド駆動システムを搭載する車両で人が車両の車体に触れる際に機器の接続後に接触電流が発生し得る、バッテリ充電器または他のタイプの、任意のタイプの機器に適用されることに留意されたい。

この図において、参照番号１は車両全体を示し、参照番号２は、この例では車両の車体である、車両の導電性構造体を示している。

図示のように、この例では電気自動車１は充電器３を装備し、また図には示されていないバッテリのセットおよび電気駆動システムを備える。

当然のことながら、車両１は簡略化の理由のために図には示されていない多くの付加的な部材を取り付けられてもよい。

充電器３は電気的接続４を介して電力供給網に接続される。電気的接続４はいくつかの相を含んでいてもよい。充電器３の保護装置５は電気的接続４上に配置される。

充電器３が電力網に接続される際、干渉コンデンサ６は充電器３および構造体２との間に漏れ電流を生成する。

ユーザ７が車両２の車体に触れる場合、後者は干渉コンデンサ６を介して生成される接触電流Ｉ_Ｔによりトラバースされる。

また漏れ電流は接地電流Ｉ_Ｍを生成する。

保護装置５は漏れ電流の発生を検出し、特に漏れ電流に応じて充電器３を制御することができるようにする。

保護装置５の構造の詳細を示す図２は、車両を三相または単相の回路網に接続する３つの電気接続部４ａ、４ｂ、および４ｃ、および接地接続８を備えた車両１を示す。

保護装置５は相４ａ、４ｂ、４ｃおよび接地接続８に渡って測定される強度を検出するために有利に選択された電流測定手段を備える、漏れ電流検出および接触電流推定回路９を備える。

回路９は充電器３に流入する電流に応じた推定を提供する。

回路９は相および接地を備える測定トロイドを介しての電磁気流量の測定値から構成してもよい。

この回路９はまた、接地電流および漏れ電流との間の測定差を計算するための手段を備えていてもよい。漏れ電流の測定は三相の漏れ電流の測定を備える。

次に整合回路１０は接触電流推定回路９の出力を処理ユニット１１に接続させるために適合することができるようにする。整合回路１０は３つの抵抗器１２と２つのコンデンサ１３のセットを備える。

処理ユニット１１は充電器３を制御するための手段を備える。

接地電流を測定するための回路１４が接地接続８上に配置される。この回路１４は処理ユニット１１に抵抗器１５を介して接続される。

図３は、漏れ電流に対して電気機器を保護するために機器内で使用される様々なステップの詳細を示す。

これらのステップはこの例では充電器３を備えた電気自動車１内で行われる。

充電器３はステップＥ１中で行われる接続時に、単相または三相であってもよい電力供給網に接続される。

測定および推定の２つのステップＥ２およびＥ３は、その次に同時に行われる。ステップＥ２は回路１４による接地電流Ｉ_Ｍの測定に対応している。ステップＥ３は回路９による接触電流Ｉ_Ｔの推定に対応している。

電流Ｉ_Ｍが事前に定義されている１つ以上の閾値と比較される比較ステップＥ４がステップＥ２に、例えば試験中に続く。

例えば、測定された電流Ｉ_Ｍが第１の閾値未満である場合、接地に流れ込む電流の量は極めて微弱であり、接地接続不良を示す場合がある。充電はステップＥ６中に許可されない。

電流Ｉ_Ｍが第２の定義された閾値を超えている場合、充電器３から流れ出る電流の量は接地接続が存在することを示すのに十分であり、充電が許可される（ステップＥ７）。

推定接触電流Ｉ_Ｔが１つ以上の事前定義された閾値と比較される比較ステップＥ５がステップＥ３に続く。

推定電流Ｉ_Ｔが第３の事前定義された閾値未満である場合、充電を許可することが可能であり（ステップＥ７）、ユーザは危険なしに構造体２に触れてもよい。

推定電流Ｉ_Ｔが第４の事前定義された閾値を超えている場合、充電は許可されない（ステップＥ６）。

上記のように、これらの第３および第４の閾値は事前の学習により得られてもよく、好ましくは例えば３．５ｍＡに等しくなるように設定されてもよい。

本発明は非絶縁電気機器の任意のタイプで使用することができる装置を提供する。本発明は機器の使用中に毎回ユーザのおよび機器の保護を可能にする。また、保護は単相の回路網または三相の回路網への接続中に使用することができる。

より正確には、本発明による保護方法は過大な接触電流Ｉ_Ｔの検出時に、または微弱すぎる接地電流Ｉ_Ｍの検出時に、電気機器３の充電を停止するために電気機器３の電力供給網にメッセージを送信するステップを含んでもよい。

特に電気機器３が電気自動車である場合には、このメッセージは、例えば車両の充電を管理する車両のコンピュータから、「パイロットライン」と呼ばれる通信線を介して、電気機器３を給電する充電端子に送信される。このメッセージの受信時に、充電端子はそれまで車両に給電していた三相または単相の回路網の接続部４ａ、４ｂ、４ｃおよび８を切断する接触器を開放する。

Claims (10)

1. 接触電流に対して電気機器（３）を保護する装置であって、前記機器（３）は電力源および自動車（１）の車載機器のアイテムとの間に接続されるように設計され、
   前記機器（３）の電気的接続線（４ａ、４ｂ、４ｃ、８）に接続されるように設計された、漏れ電流検出用および接触電流（Ｉ_Ｔ）推定用の回路（９）と、接地電流測定用の回路（１４）と、前記接触電流（Ｉ_Ｔ）の推定レベルおよび前記接地電流（Ｉ_Ｍ）の測定レベルに従い前記機器（３）の動作を制御する手段（１１）と、を備えることを特徴とする装置。
2. 前記電力源は、三相または単相電力網であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記電気機器（３）は、前記自動車（１）車載のバッテリ用充電器であって、前記電気自動車（１）は電気またはハイブリッド駆動を搭載する自動車であることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の装置。
4. 接触電流に対して電気機器（３）を保護する方法であって、前記機器（３）は電力源および自動車（１）の車載機器のアイテムとの間に接続されるように設計され、
   漏れ電流を検出すること、接触電流（Ｉ_Ｔ）を推定すること、接地電流を測定すること、ならびに前記接触電流（ＩＴ）の推定レベルおよび前記接地電流（Ｉ_Ｍ）の測定レベルに従い前記機器（３）の動作を制御することとを備えることを特徴とする方法。
5. 前記電気機器（３）は前記電力源に接続され、前記車載機器への電力の供給は前記接触電流の推定レベルおよび前記接地電流の測定レベルに従い防止されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 測定された前記接地電流（Ｉ_Ｍ）が第１の閾値未満である場合、前記車載機器への電力の供給は防止されることを特徴とする請求項４または５のいずれか一項に記載の方法。
7. 測定された前記接地電流（Ｉ_Ｍ）が第２の閾値を超えている場合、前記車載機器への電力の供給は許可されることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記接触電流（Ｉ_Ｔ）の推定が第３の閾値未満である場合、前記車載機器への電力の供給は許可されることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記接触電流（Ｉ_Ｔ）の推定が第４の閾値を超えている場合、前記車載機器への電力の供給は防止されることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記車載機器への電力の供給は、前記車載機器から通信線を介して充電端子にメッセージを送信することにより停止されることを特徴とする請求項５から９のいずれか一項に記載の方法。

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