JP2016136129A - 電気的短絡検出のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の発電制動配電網などの電気システムにおける短絡を検出する方法およびシステムを提供する。【解決手段】電気システム１０４の１つまたは複数の抵抗素子を通じて伝導される電流の特性を測定する。電流は電源１０２から印加電圧として電気システムに供給される。１つまたは複数の抵抗素子の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化信号が決定される。抵抗変化信号は、少なくとも一部、測定される電流の特性と、測定される電流の特性のうちの１つまたは複数の低域通過フィルタリングされた値または電源によって供給された印加電圧との差に基づく。短絡事象は、少なくとも一部、抵抗変化信号に基づいて識別される。【選択図】図１

Description

本明細書に説明する本発明的主題の実施形態は、電力抵抗器などの電子システムにおける電気的短絡の検出に関する。

公知の電子システムの中には、電流を消散させるために電流を抵抗器に伝導するものがある。例えば、車両には、発電制動または回生制動の間、電動機によって発生された電力を受け取る導電性リボンを有する配電網を含むものもある。この電力は、電動機が車両の動きを減速または停止させる働きをすることによって発生される。電力は車両の発電制動システムから熱として消散されるために配電網に伝導される。

配電網は１つまたは複数の一連の抵抗器から形成することができる。これらの抵抗器は、相対的に互いに近接して配設される導電性プレートで実装することができる。時間が経つにつれて、抵抗器は、配電網の損傷、通常の摩耗および裂け目、または他の理由により、互いに対して相対的に動きだすことがある。抵抗器が互いに接触する場合、（例えば、振動または他の動きにより）、抵抗器間の内部電気的短絡が発生され得る。この短絡は、配電網を損傷することがあり、発電制動システムを損傷することがあり、および／または他の点で車両の動作に悪影響を及ぼすことがある。

米国特許出願公開第２０１３／０１７３１８３号明細書

一実施形態において、方法（例えば、電気システムにおける短絡を検出するための）は、電気システムの１つまたは複数の抵抗素子を通じて伝導される電流の特性を測定するステップを含む。電流は電源から印加電圧として電気システムに供給される。方法は、１つまたは複数の抵抗素子の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化信号を決定するステップも含む。抵抗変化信号は、少なくとも一部、測定される電流の特性と、測定される電流の特性のうちの１つまたは複数の低域通過フィルタリングされた値または電源によって供給された印加電圧との差に基づくことができる。方法は、少なくとも一部、抵抗変化信号に基づく短絡事象を識別するステップも含むことができる。

別の実施形態において、システム（例えば、検出システム）は、感知装置と処理組立品とを含む。感知装置は、電気システムの１つまたは複数の抵抗素子を通じて伝導される電流の特性を測定するように構成される。電流は電源から印加電圧として電気システムに供給することができる。処理組立品は、１つまたは複数の抵抗素子の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化信号を決定するように構成することができる。抵抗変化信号は、少なくとも一部、測定される電流の特性と、測定される電流の特性のうちの１つまたは複数の低域通過フィルタリングされた値または電源によって供給された印加電圧との差に基づくことができる。処理組立品は、少なくとも一部、抵抗変化信号に基づく短絡事象を識別するようにも構成することができる。

次に添付の図面を簡単に参照する。

一実施形態による動力システムを示す。 一実施形態による、図１に示す動力システムの電気システムおよび電気的短絡検出システムの模式図を示す。 図１に示す電気システムおよび図２に示す検出システムの一実施形態の回路図である。 短絡事象を検出するための方法の一実施形態の流れ図である。

本明細書に説明する本発明的主題の１つまたは複数の実施形態は、電子システムにおける電気的短絡を検出する。一態様において、本明細書に説明するシステムおよび方法は、鉄道および他のオフハイウェイ（ＯＨＶ）車両などの車両の発電制動配電網（ＤＢＧ）における電気的短絡を検出するのに使用することができる。しかし、すべての実施形態がＤＢＧまたは鉄道車両に限定されるわけではない。１つまたは複数の実施形態は、非車両システムおよび鉄道車両以外またはＯＨＶ以外の車両システムを含む、他のシステムにおいて短絡を検出するのに使用することができる。

ＤＢＧの動作の間、ＤＢＧの導電性プレートは、電気的短絡を形成することがあり、電気的短絡により、ＤＢＧ内の電流はプレートによって形成された電気抵抗の少なくとも一部を迂回する。プレートは、電流によって形成された熱を消散させるようにプレート間の空気を強制する、送風機（例えば、ファン）によって発生された気流により動くなど、激しく動かされたとき、短絡を形成することがある。しかし、プレートは、金属元素の歪みおよび／または転位を生じることがあるＤＢＧの熱サイクルにより、短絡を形成することもある。これらの短絡は、プレートの２つ以上の間に局所的ホットスポットをもたらすことがあり、それらは最終的に増大して、ＤＢＧのスパーキング、溶融、アーク放電、および故障を生じることがある。

ＤＢＧの故障を防止するために、本明細書に説明するシステムおよび方法は、電気的短絡の初期検出を実現することができる。短絡をより初期に検出することにより、予防点検および保守を構成することができ、それによって、ＤＢＧまたは他の電気システムのより顕著な損傷および／またはダウンタイムを回避することができる。

図１は、一実施形態による動力システム１００を示す。動力システム１００は、機関車として示されるが、代替として、車両ではない、別の種類のシステムでもよく、または別の種類の車両でもよい。システム１００は、発電制動動作時に電力を発生する牽引電動機などの電源１０２を含む。あるいは、電源１０２は、交流発電機、発電機、電池、または他の電力源を表すことができる。電源１０２は、電気システム１０４に伝導される電流を発生する。電気システム１０４は、電力抵抗器などの１つまたは複数の抵抗素子を含む。これらの抵抗素子は、電源１０２からの電流を熱に変換することができる。例えば、熱は、送風機（例えば、ファン）によって動力システム１００から消散させることができる。例示する実施形態において、電源１０２は、動力システム１００の発電制動の間、電流を発生する牽引電動機を含むことができる。電気システム１０４は、電力を熱として変換し消散させるＤＢＧを含むことができる。

図２は一実施形態による、電気システム１０４および電気的短絡検出システム２００（図２の「検出システム」）の模式図を示す。システム１０４は、互いに直列に伝導的に結合された、いくつかの電気的抵抗素子２０２を含む。例示する実施形態において、抵抗素子２０２は、第３の垂直方向よりも、２つの垂直方向においてより大きい外のり寸法を有する、導電性二次元物体などの導電性プレートである。あるいは、抵抗素子２０２は、別の種類の抵抗器でもよい。システム１０４の動作の間、電源１０２からの電力は抵抗素子２０２を通じて伝導される。抵抗素子２０２は、電気システム１０４を通じて電流の流れを低減し、電力を熱に変換する。一例として、車両の発電制動の間、車両の牽引電動機によって発生された電力は、抵抗素子２０２（例えば、ＤＢＧ）に伝導し、熱として消散させることができる。

抵抗素子２０２は、相対的に互いに近接して離隔することができる。動作の間、抵抗素子２０２は、送風機によって発生された気流により動くことがあり、および／または抵抗素子２０２中に伝導された電力によって発生された熱により、形状を歪め、または他の方法で変化させることがある。この動きおよび／または形状の変形により、抵抗素子２０２は、互いに接触し、電気的短絡を形成することがある。短絡は、動力システム１００を損傷し、および／または動力システム１００の動作を限定することがある。

検出システム２００は、電気システム１０４を通じて伝導される電流の電気的特性を監視するために、１つまたは複数の位置において電気システム１０４に伝導的に結合される。検出システム２００は、時間とともに電気システム１０４の電気抵抗の変化を監視し、これらの変化に基づいて、電気的短絡を検出する。例えば、抵抗素子２０２が互いに接触していない時間の間、抵抗素子２０２を通じて伝導された電圧および／または電流は、電源１０２によって発生された電圧に比例することがある。電源１０２によって発生され、電気システム１０４中に伝導された電圧および／または電流は、これが抵抗素子２０２に印加される電圧または電流であるので、印加電圧（Ｖ_dc）および／または印加電流と呼ぶことができる。抵抗素子２０２を通じて伝導される電圧および／または電流（本明細書では伝導電圧または伝導電流と呼ぶ）は、１つまたは複数の比例定数による印加電圧および／または印加電流に比例することがある。例えば、伝導電圧と比例定数との積は、入力電圧に等しくてよく、および／または伝導電流と同じまたは異なる比例定数との積は入力電圧に等しくてよい。比例定数は、時間とともに．同じまま、または実質的に同じままであり得る。

しかし、抵抗素子２０２の２つ以上が少なくとも瞬間的に互いに接触して、電気的短絡を形成するとき、比例定数に急激な変動があり得る。したがって、伝導電圧および／または伝導電流の比の急な変化は、電気的短絡を示すことがある。検出システム２００は、短絡が電気システム１０４および／または動力システム１００の動作を損う前に短絡を迅速に識別するために、伝導電圧、伝導電流、および／またはこれらの電圧および／または電流の比の変化を監視する。

図３は電気システム１０４および検出システム２００の一実施形態の回路図である。抵抗素子２０２の異なる組は、互いに並列に接続され、その組内の抵抗素子２０２は互いに直列に接続される。例えば、「１」、「２」、および「３」と表示された抵抗素子２０２は、第１の組内で互いに直列でよく、「４」、「５」、および「６」と表示された抵抗素子２０２は第２の組内で互いに直列でよく、「７」、「８」、および「９」と表示された抵抗素子２０２は、第３の組内で互いに直列でよく、「１０」、「１１」、および「１２」と表示された抵抗素子２０２は、第４の組内で互いに直列でよく、第１、第２、第３、および第４の組は互いに並列である。スイッチ３０４を各組内の抵抗素子２０２の両側に配設して、どの抵抗素子２０２が電源１０２から印加電流を受け取るのかを制御することができる。

検出システム２００は、抵抗素子２０２に伝導的に結合される感知装置３００を含む。感知装置３００は、電源１０２によって電気システム１０４に供給される電流の特性を測定する１つまたは複数のデバイスを表すことができる。例えば、感知装置３００は、伝導電圧および／または伝導電流を測定することができる。例えば、感知装置３００は、１つまたは複数の電圧および／または電流計３０２（図３の「ＶＡＭ」）、高電圧フィルタ３０６（図３の「高Ｖ」）、および／または低電圧フィルタ３０８（図３の「低Ｖ」）を含むことができる。電圧および／または電流計３０２および／またはフィルタ３０６、３０８は、抵抗素子２０２の間の電圧および／または図３に示す位置および／または他の位置の２つ以上の抵抗素子２０２にわたる電圧降下を測定することができる。あるいは、感知装置３００は、抵抗素子２０２の間でおよび／または抵抗素子２０２を通じて伝導される電圧および／または電流を測定する別の種類のセンサを含むことができる。

検出システム２００は、感知装置３００に動作可能なように結合される処理組立品３１０も含むことができる。例えば、処理組立品３１０および感知装置３００は、１つまたは複数の有線および／または無線接続によって接続され得る。処理組立品３１０は、１つまたは複数のプロセッサ３１２（図３の「処理」。例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ、または他の電子ロジックベースのデバイス）を含むおよび／または１つまたは複数のプロセッサ３１２に接続されるハードウェア回路および／または回路を含む。この回路は入出力モジュール３１４（図３の「Ｉ／Ｏ」）と、入出力回路基板３１６（図３の「ＣＩＯ」）とを含むことができる。入出力モジュール３１４は、運転士に提示するために出力される信号（例えば、検出した短絡について運転士に警告するために表示デバイスに通信される信号）を発生する、１つまたは複数のプロセッサを含むおよび／または１つまたは複数のプロセッサに接続されるハードウェア回路および／または回路を表すことができる。入出力回路基板３１６は、表示デバイスまたは他の出力デバイスに信号を通信するための１つまたは複数のプロセッサを含むおよび／または１つまたは複数のプロセッサに接続されるハードウェア回路および／または回路を表すことができる。任意選択で、入出力回路基板３１６は、電源１０２によって発生され、電気システム１０４に伝導された印加電圧を表す信号など、１つまたは複数の他のデバイスから入力された信号を受け取ることができる。

図４は短絡事象を検出するための方法４００の一実施形態の流れ図である。方法４００は、一実施形態において、検出システム３００によって実行され得る。４０２において、伝導電圧および伝導電流が感知装置３００によって測定される。４０４において、電源１０２によって電気システム１０４に供給された印加電圧および／または印加電流が決定される。例えば、感知装置３００は、電源１０２からの印加電圧を測定するために１つまたは複数の他の位置における電気システム１０４に接続することができる。

４０６において、測定電圧および／または電流（例えば、伝導電圧および／または伝導電流）と、印加電圧および／または電流に対する測定電圧および／または電流のフィルタリングされた比との差が計算される。これらの差は、抵抗変化信号と呼ぶことができる。

処理組立品３１０は、電気システム１０４の比例定数を決定するために伝導電圧および／または伝導電流の比を計算することができる。例えば、処理組立品３１０は、第２の抵抗素子２０２と第３の抵抗素子２０２（例えば、図３の要素「２」と「３」）との間で測定された伝導電圧を第５の抵抗素子２０２と第６の抵抗素子２０２（例えば、図３の要素「５」と「６」）との間、第８の抵抗素子２０２と第９の抵抗素子２０２（例えば、図３の要素「８」と「９」）との間、第１０の抵抗素子２０２と第１１の抵抗素子２０２（例えば、図３の要素「１０」と「１１」）との間、または抵抗素子２０２の別の対の間で測定された伝導電圧で割ることができる。電気システム１０４の追加の比例定数を計算するために追加の比を測定することができる。

通常動作の間（例えば、短絡がない場合）、比例定数は同じままであるか、または実質的に同じままである（例えば、１％、３％、５％または他の値などの指定された閾値によって変動しない）。しかし、時間が経つにつれて、抵抗素子２０２によって提供された抵抗は、時間に関してゆっくり変化することがある。結果として、比例定数は時間に関してゆっくり変化することがある。比例定数は、抵抗変化信号と呼ぶことができる。通常の状態の下で（例えば、短絡がない場合）、比例定数の変化は、雑音だけを含み、比例定数の実際の変化を含まない可能性がある。短絡は抵抗素子２０２の２つ以上の接触事象の間に起こり得る。そのような接触事象の間、抵抗変化信号は雑音を超えて増加し、短絡を表すことがある。

一実施形態において、処理組立品３１０は、印加電圧および伝導電圧から抵抗変化信号を計算することができる。あるいは、印加電流および伝導電流から抵抗変化信号を計算することができる。本明細書の説明は、電圧から抵抗変化信号を計算することに重点を置いているが、すべての実施形態が電圧を使用することに限定されるわけではない。

処理組立品３１０によって計算され得る抵抗変化信号の一例は、比率偏差信号である。一実施形態において、処理組立品３１０比率偏差信号を以下のように計算する。

ここでＲａｔｉｏＤｅｖｉａｔｉｏｎ（ｔ）は、比率偏差信号を表し、Ｖ_grid（ｔ）は電気システム１０４または配電網にわたる電圧（例えば、伝導電圧）を表し、Ｖ_base（ｔ）は印加電圧もしくはベース電圧、または６もしくは別の数などの定数で割られた印加電圧を表し、

は

の低域通過フィルタリングを表す。

の値の低域通過フィルタリングは、指定時間間隔よりも短い時間間隔にわたって起きる

の変化を捨てることができる。例えば、１００ミリ秒、５０ミリ秒、０．１秒、または別の時間間隔以内に開始し終了する

の増加または減少は、無視され得るが、指定時間間隔よりも長く持続する

の増加または減少は、

の値として使用される。

の値は、比率偏差信号のベースラインまたは期待値として使用され得る。比例定数が顕著に変化しない時間間隔の間、

および

の値は、値がより近接していて、結果として、比率偏差信号はより小さいかまたはゼロである。しかし、比例定数が顕著に変化しない時間間隔の間、

および

の値は、値がさらに離れ、結果として、比率偏差信号がより大きい。

処理組立品３１０によって計算され得る抵抗変化信号の別の例は、電圧偏差信号である。一実施形態において、処理組立品３１０は電圧偏差信号を以下のように計算する。

ここで、ＶｏｌｔａｇｅＤｅｖｉａｔｉｏｎ（ｔ）は電圧偏差信号を表す。

処理組立品３１０によって計算され得る抵抗変化信号の別の例は、以下のように二乗偏差信号である。

ここで、ＶｏｌｔａｇｅＳｑｕａｒｅｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ（ｔ）は二乗偏差信号を表し、〈Ｖ_base（ｔ）〉はＶ_base（ｔ）の低域通過フィルタリングを表し、〈Ｖ_grid（ｔ）〉はＶ_grid（ｔ）の低域通過フィルタリングを表す。

４０８において、測定電圧および／または電流（例えば、伝導電圧および／または伝導電流）と、印加電圧および／または電流に対する測定電圧および／または電流のフィルタリングされた比との差が短絡事象を示すかどうかに関して決定が行われる。例えば、処理組立品３１０は、抵抗変化信号を調べて短絡事象を識別することができる。

上記の比率偏差信号（ＲａｔｉｏＤｅｖｉａｔｉｏｎ（ｔ））に関して、短絡事象は、閾値（Ｋ）を超える比率偏差信号の絶対値に応じて識別することができる。閾値は検出システム２００の感度を変更するように選択することができる。例えば、検出システム２００は、短絡に対してより感受性があり得るが、閾値（Ｋ）のより低い値により、短絡事象を誤って識別する可能性もよりあり得る。しかし、検出システム２００は、短絡に対してより感受性がないが、閾値（Ｋ）のより大きな値により、短絡事象を誤って識別する可能性がより低いことがあり得る。

上記の電圧偏差信号（ＶｏｌｔａｇｅＤｅｖｉａｔｉｏｎ（ｔ））に関して、短絡事象は、電圧偏差信号の値を監視する処理組立品３１２によって識別され得る。例えば、短絡事象は、閾値（Ｋ）とＶ_base（ｔ）との積を超える電圧偏差信号の絶対値に応じて識別することができる。

上記の二乗偏差信号（ＶｏｌｔａｇｅＳｑｕａｒｅｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ（ｔ））に関して、短絡事象は、二乗偏差信号の値を監視する処理組立品３１２によって識別され得る。例えば、短絡事象は、閾値（Ｋ）と、Ｖ_base（ｔ）と、〈Ｖ_base（ｔ）〉との積を超える二乗偏差信号の絶対値に応じて識別することができる。

短絡事象が検出された場合、方法４００の流れが４１０に進むことができる。その他の場合、方法４００の流れは、電気システム１０４をさらに監視するために４０２に戻ることができる。４１０において、短絡事象の累積値が修正される。例えば、抵抗変化信号が短絡事象を示すたびに、短絡事象が起きたことを決定することと対照的に、処理組立品３１０は、短絡事象の数、持続時間、および／またはエネルギーに基づいて値を変更する累積値を追跡することができる。

一例として、処理組立品３１０は、短絡事象の累積値を短絡事象の総数として計算することができる。そのような累積値の値の増加は、短絡事象の重大度の増加を示すことができる。

別の例として、処理組立品３１０は、累積値を短絡事象の総持続時間として計算することができる。例えば、抵抗変化信号が上記の閾値の１つまたは複数を超える総時間間隔を累積値として計算することができる。短絡事象が１秒間持続する場合、後続の短絡事象は２分の１秒間持続し、別の短絡事象が２秒間持続すると、短絡事象の総時間間隔は３．５秒となり得る。総時間間隔の増加は、より短い総時間間隔に比べて抵抗素子２０２への損傷の増加を示し得る。総時間間隔は、動力システム１００が最初の位置から目的地の位置まで移動した後などに、ゼロにリセットすることができる。

別の例として、処理組立品３１０は、累積値を短絡事象のエネルギーとして計算することができる。例えば、処理組立品３１０は、短絡事象の検出の間、累積値を二乗偏差信号の時間積分として計算することができる。この累積値は、短絡事象が起きている抵抗素子２０２の間の接触点に入る熱エネルギーまたは熱の量を示し得るおよび／または熱エネルギーまたは熱の量に比例し得る。

４１２において、累積値が、電気システム１０４が損傷されている（したがって、短絡事象を発生している）ことを示しているかどうかに関して決定が行われる。一実施形態において、処理組立品３１０は、これらの累積値の１つまたは複数を関連する指定閾値と比較することができる。累積値が閾値を超える場合、処理組立品３１０は、電気システム１０４が損傷されている可能性があることを決定することができる。結果として、流れは、４１４に続けることができる。その他の場合、方法４００の流れは４０２に戻ることができる。

４１４において、警戒信号が発生される。この警戒信号は、処理組立品３１０によって発生され、動力システム１００の運転士に提示され得る。警戒信号は、電気システム１０４が剥離などの損傷の初期段階にあることを運転士に示すことができる。一態様において、累積値は、異なるレベルの損傷（例えば、様々な段階の剥離）を表すいくつかの異なる閾値と比較することができる。閾値は、上記の量を測定しながら電気システム１０４の破壊への試験をし、次いで工学的判断に基づいて閾値を設定することにより決定することができる。警戒信号は動力システム１００の動作を制御するのに使用することができる。例えば、警戒信号により、動力システム１００は動作を停止させられ、出力を低減し、または他の方法で動力システム１００の動作を減少させて、電気システム１０４へのそれ以上の損傷を回避することができる。

方法４００は、動力システム１００の動作の間、１つまたは複数の回数、繰り返すことができる。例えば、方法４００の流れは４０２に戻って、電気システム１０４をさらに監視することができる。

一実施形態において、方法（例えば、電気システムにおける短絡を検出するための）は、電気システムの１つまたは複数の抵抗素子を通じて伝導される電流の特性を測定するステップを含む。電流は電源から印加電圧として電気システムに供給される。方法は１つまたは複数の抵抗素子の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化信号を決定するステップも含む。抵抗変化信号は、少なくとも一部、測定される電流の特性と、測定される電流の特性のうちの１つまたは複数の低域通過フィルタリングされた値または電源によって供給される印加電圧との差に基づくことができる。方法は、少なくとも一部、抵抗変化信号に基づく短絡事象を識別するステップも含むことができる。

一態様において、印加電圧は、車両の発電制動の間、車両の牽引電動機によって発生することができ、１つまたは複数の抵抗素子は発電制動配電網の１つまたは複数の抵抗器を含むことができ、および／または伝導電圧は１つまたは複数の抵抗器にわたる電圧降下を含むことができる。

一態様において、抵抗変化信号は、短絡事象により、１つまたは複数の抵抗素子の熱の増加によって生じる１つまたは複数の電気抵抗の変化を表すことができる。

一態様において、測定される電流の特性は、抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下を含むことができる。

一態様において、抵抗変化信号は、印加電圧に対する抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の比と、印加電圧に対する抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の比の低域通過フィルタリングされた値との差を表すことができる。

一態様において、短絡事象は、指定された非ゼロ閾値を超える抵抗変化信号の絶対値に応じて識別することができる。

一態様において、抵抗変化信号は、抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下と、印加電圧に対する抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の比の低域通過フィルタリングされた値と印加電圧との積との差を表すことができる。

一態様において、短絡事象は、印加電圧と指定された非ゼロ閾値との積を超える抵抗変化信号の絶対値に応じて識別することができる。

一態様において、抵抗変化信号は、抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下と印加電圧の低域通過フィルタリングされた値との第１の積と、印加電圧と抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の低域通過フィルタリングされた値との第２の積との差を表すことができる。

一態様において、短絡事象は、印加電圧と、少なくとも１つの抵抗素子にわたる電圧降下と、指定された非ゼロ閾値との積を超える抵抗変化信号の絶対値に応じて識別することができる。

一態様において、方法は、短絡事象が識別される回数を監視するステップと、指定された非ゼロ閾値を超える短絡事象が識別される回数に応じて、電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するステップとを含むこともできる。

一態様において、方法は、短絡事象の総時間間隔持続時間を監視するステップと、指定された非ゼロ閾値を超える総持続時間に応じて、電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するステップとを含むこともできる。

一態様において、方法は、抵抗変化信号の時間積分を監視するステップと、指定された非ゼロ閾値を超える時間積分に応じて、電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するステップとを含むこともできる。

一態様において、方法は、少なくとも一部、短絡事象を識別するステップに基づいて警戒信号を発生するステップを含むこともできる。警戒信号は、電気システムを含む動力システムの運転士に電気システムへの損傷を示すことができる。

別の実施形態において、システム（例えば、検出システム）は、感知装置と処理組立品とを含む。感知装置は、電気システムの１つまたは複数の抵抗素子を通じて伝導される電流の特性を測定するように構成される。電流は電源から印加電圧として電気システムに供給することができる。処理組立品は、１つまたは複数の抵抗素子の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化信号を決定するように構成することができる。抵抗変化信号は、少なくとも一部、測定される電流の特性と、測定される電流の特性のうちの１つまたは複数の低域通過フィルタリングされた値または電源によって供給された印加電圧との差に基づくことができる。処理組立品は、少なくとも一部、抵抗変化信号に基づく短絡事象を識別するように構成することもできる。

一態様において、印加電圧は、車両の発電制動の間、車両の牽引電動機によって発生させることができ、１つまたは複数の抵抗素子は、発電制動配電網の１つまたは複数の抵抗器を含むことができ、伝導電圧は、１つまたは複数の抵抗器にわたる電圧降下を含むことができる。

一態様において、抵抗変化信号は、短絡事象により、１つまたは複数の抵抗素子の熱の増加によって生じた、１つまたは複数の電気抵抗の変化を表すことができる。

一態様において、測定される電流の特性は、抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下を含むことができる。

一態様において、抵抗変化信号は、印加電圧に対する抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の比と、印加電圧に対する抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の比の低域通過フィルタリングされた値との差を表すことができる。

一態様において、処理組立品は、指定された非ゼロ閾値を超える抵抗変化信号の絶対値に応じて、短絡事象を識別するように構成することができる。

一態様において、抵抗変化信号は、抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下と、印加電圧に対する抵抗素子のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下の比の低域通過フィルタリングされた値と印加電圧との積との差を表すことができる。

一態様において、処理組立品は、印加電圧と指定された非ゼロ閾値との積を超える抵抗変化信号の絶対値に応じて、短絡事象を識別するように構成することができる。

一態様において、抵抗変化信号は、少なくとも１つの抵抗素子にわたる電圧降下と印加電圧の低域通過フィルタリングされた値との第１の積と、印加電圧と少なくとも１つの抵抗素子にわたる電圧降下の低域通過フィルタリングされた値との第２の積との差を表すことができる。

一態様において、処理組立品は、印加電圧と、少なくとも１つの抵抗素子にわたる電圧降下と、指定された非ゼロ閾値との積を超える抵抗変化信号の絶対値に応じて、短絡事象を識別するように構成することができる。

一態様において、処理組立品は、短絡事象が識別される回数を監視し、指定された非ゼロ閾値を超える短絡事象が識別される回数に応じて、電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するように構成することができる。

一態様において、処理組立品は、短絡事象の総時間間隔持続時間を監視し、指定された非ゼロ閾値を超える総持続時間に応じて、電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するように構成することができる。

一態様において、処理組立品は、抵抗変化信号の時間積分を監視し、指定された非ゼロ閾値を超える時間積分に応じて、電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するように構成することができる。

一態様において、処理組立品は、少なくとも一部、短絡事象を識別するステップに基づいて、警戒信号を発生するように構成することができる。警戒信号は、電気システムを含む動力システムの運転士に電気システムへの損傷を示すことができる。

上記の説明は、制限的ではなく、例示的であることが意図されていることを理解されたい。例えば、上記の実施形態（および／またはそれの態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。さらに、本発明的主題の教示に、その範囲を逸脱することなく、特定の状況または材料を適合させるように多くの修正を加えることができる。本明細書に説明する材料の寸法および種類が本発明的主題のパラメータを画定することが意図されているが、それらは決して限定するものではなく、例示的な実施形態である。上記の説明を検討すると多くの他の実施形態が当業者には明らかになろう。したがって、本発明的主題の範囲は、そのような特許請求の範囲が権利を有する同等物の全範囲とともに添付の特許請求の範囲に関して決定すべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む」および「それに」という用語は、「備える」および「それにおいて」というそれぞれの用語の平易な英語の同等物として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」および「第３の」などの用語は、単に表示として使用され、それらの対象に数値的な要件を課すことは意図されていない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクション形式で記載されておらず、そのような特許請求の範囲の限定が、さらなる構造がない機能のステートメントが後に続く「のための手段」という語句を明確に使用しない限り、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づいて解釈されることが意図されていない。

この書面による説明は、本発明的主題のいくつかの実施形態を開示するために、また当業者が、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む、本発明的主題の実施形態を実践することを可能にするために、例を使用している。本発明的主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言語と異ならない構造的要素を有する場合またはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言語と非実質的に異なる同等の構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図されている。

本発明的主題のある一定の実施形態の以上の説明は、添付の図面と併せ読むときよりよく理解されよう。図が様々な実施形態の機能ブロックの図を例示する限度において、機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間の分割を示していない。したがって、例えば、機能ブロックの１つまたは複数（例えば、プロセッサまたはメモリ）は、単一のハードウェア（例えば、汎用メッセージプロセッサ、マイクロコントローラ、ランダムアクセスメモリ、ハードディスクなど）で実装することができる。同様に、プログラムは、独立型プログラムでもよく、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込まれてもよく、インストールされたソフトウェアパッケージでの機能であってもよいなどである。様々な実施形態は、図面に示す構成および手段に限定されない。

本明細書で使用される場合、単数で記載され、「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」という単語が先行する要素またはステップは、そのような前記要素またはステップの複数を除外しないものと理解すべきである。ただし、そのような除外が明示的に記述されていない場合に限る。さらに、本発明的主題の「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込む、追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることが意図されていない。さらに、明示的に反対の記載がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える」、「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加のそのような要素を含むことができる。

最後に、代表的な実施態様を以下に示す。
［実施態様１］
電源（１０２）から電気システム（１０４）に印加電圧として供給され、前記電気システム（１０４）の１つまたは複数の抵抗素子（２０２）を通じて伝導される電流の特性を測定するステップと、
少なくとも一部、測定される前記電流の前記特性と、測定される前記電流の前記特性のうちの１つまたは複数のフィルタリングされた値または前記電源（１０２）によって供給された前記印加電圧との差に基づいて、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の抵抗変化を決定するステップと、
少なくとも一部、前記抵抗変化に基づいて短絡事象を識別するステップとを含む、方法。
［実施態様２］
前記印加電圧が、車両の発電制動の間、前記車両の牽引電動機によって発生され、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）が、発電制動配電網の１つまたは複数の抵抗器を含み、前記印加電圧が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）にわたる電圧降下である、実施態様１記載の方法。
［実施態様３］
測定される前記電流の前記特性が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下である、実施態様１記載の方法。
［実施態様４］
前記抵抗変化が、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つの両端間の前記電圧降下の比と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つの両端間の前記電圧降下の前記比のフィルタリングされた値との差を表す、実施態様３記載の方法。
［実施態様５］
前記短絡事象が、指定された非ゼロ閾値を超える前記抵抗変化に応じて、識別される、実施態様４記載の方法。
［実施態様６］
前記抵抗変化が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比のフィルタリングされた値と前記印加電圧との積との差を表す、実施態様３記載の方法。
［実施態様７］
前記短絡事象が、前記印加電圧と、指定された非ゼロ閾値との積を超える前記抵抗変化に応じて識別される、実施態様６記載の方法。
［実施態様８］
前記抵抗変化が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と前記印加電圧の第１のフィルタリングされた値との第１の積と、前記印加電圧と前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の第２のフィルタリングされた値との第２の積との差を表す、実施態様３記載の方法。
［実施態様９］
前記短絡事象が識別される回数、前記短絡事象の総時間間隔持続時間、または前記抵抗変化の時間積分のうちの１つまたは複数を監視するステップと、
第１の指定された非ゼロ閾値を超える前記短絡事象が識別される前記回数、第２の指定された非ゼロ閾値を超える前記総持続時間、または第３の指定された非ゼロ閾値を超える前記時間積分のうちの１つまたは複数に応じて、前記電気システム（１０４）への損傷を表す警戒信号を発生するステップとをさらに含む、実施態様１記載の方法。
［実施態様１０］
電源（１０２）から電気システム（１０４）に印加電圧として供給され、前記電気システムの１つまたは複数の抵抗素子（２０２）を通じて伝導される電流の特性を測定するように構成された感知装置（３００）と、
前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化を決定するように構成された処理組立品（３１０）であって、前記抵抗変化が少なくとも一部、に基づいて測定される前記電流の前記特性と、測定される前記電流の前記特性のうちの１つまたは複数のフィルタリングされた値または前記電源（１０２）によって供給された前記印加電圧との差に基づく、処理組立品とを備えたシステムであって、前記処理組立品（３１０）が、少なくとも一部、前記抵抗変化に基づいて短絡事象を識別するようにも構成される、システム。
［実施態様１１］
前記印加電圧が、車両の発電制動の間、前記車両の牽引電動機によって発生され、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）が、発電制動配電網の１つまたは複数の抵抗器を含み、前記伝導電圧が、１つまたは複数の抵抗器にわたる電圧降下である、実施態様１０記載のシステム。
［実施態様１２］
前記感知装置（３００）が、前記電流の特性として前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下を測定するように構成される、実施態様１０記載のシステム。
［実施態様１３］
前記感知装置（３００）が、
前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の前記比のフィルタリングされた値との差、
前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比のフィルタリングされた値と前記印加電圧との積との差、または、
前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と前記印加電圧のフィルタリングされた値との第１の積と、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の低域通過フィルタリングされた値と前記印加電圧との第２の積との差のうちの１つまたは複数として抵抗変化を測定するように構成される、実施態様１２記載のシステム。
［実施態様１４］
前記処理組立品（３１０）が、前記短絡事象が識別される回数、前記短絡事象の総時間間隔持続時間、または前記抵抗変化の時間積分のうちの１つまたは複数を監視し、指定された非ゼロ閾値を超える前記短絡事象が識別される前記回数、指定された非ゼロ閾値を超える前記総持続時間、または指定された非ゼロ閾値を超える前記時間積分のうちの１つまたは複数に応じて、前記電気システムへの損傷（１０４）を表す警戒信号を発生するように構成される、実施態様１０記載のシステム。

１００ 動力システム
１０２ 電源
１０４ 電気システム
２００ 電気的短絡検出システム
２０２ 電気抵抗素子
３００ 感知装置
３０２ 電圧および／または電流計
３０４ スイッチ
３０６ 高電圧フィルタ
３０８ 低電圧フィルタ
３１０ 処理組立品
３１２ プロセッサ
３１６ 入出力回路基板
４００ 方法

Claims (20)

1. 電源（１０２）から印加電圧として電気システム（１０４）に供給され、前記電気システム（１０４）の１つまたは複数の抵抗素子（２０２）を通じて伝導される電流の特性を測定するステップと、
   少なくとも一部、測定される前記電流の前記特性と、測定される前記電流の前記特性のうちの１つまたは複数のフィルタリングされた値または前記電源（１０２）によって供給された前記印加電圧との差に基づいて、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の抵抗変化を決定するステップと、
   少なくとも一部、前記抵抗変化に基づいて短絡事象を識別するステップとを含む、方法。
2. 前記印加電圧が、車両の発電制動の間、前記車両の牽引電動機によって発生され、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）が、発電制動配電網の１つまたは複数の抵抗器を含み、前記印加電圧が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）にわたる電圧降下である、請求項１記載の方法。
3. 測定される前記電流の前記特性が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下である、請求項１記載の方法。
4. 前記抵抗変化が、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の前記比のフィルタリングされた値との差を表す、請求項３記載の方法。
5. 前記短絡事象が、指定された非ゼロ閾値を超える前記抵抗変化に応じて、識別される、請求項４記載の方法。
6. 前記抵抗変化が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比のフィルタリングされた値と前記印加電圧との積との差を表す、請求項３記載の方法。
7. 前記短絡事象が、前記印加電圧と、指定された非ゼロ閾値との積を超える前記抵抗変化に応じて識別される、請求項６記載の方法。
8. 前記抵抗変化が、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と前記印加電圧の第１のフィルタリングされた値との第１の積と、前記印加電圧と前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の第２のフィルタリングされた値との第２の積との差を表す、請求項３記載の方法。
9. 前記短絡事象が識別される回数、前記短絡事象の総時間間隔持続時間、または前記抵抗変化の時間積分のうちの１つまたは複数を監視するステップと、
   第１の指定された非ゼロ閾値を超える前記短絡事象が識別される前記回数、第２の指定された非ゼロ閾値を超える前記総持続時間、または第３の指定された非ゼロ閾値を超える前記時間積分のうちの１つまたは複数に応じて、前記電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
10. 電源（１０２）から印加電圧として電気システム（１０４）に供給され、前記電気システムの１つまたは複数の抵抗素子（２０２）を通じて伝導される電流の特性を測定するように構成された感知装置（３００）と、
    前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化を決定するように構成された処理組立品であって、前記抵抗変化が、少なくとも一部、測定される前記電流の前記特性と、測定される前記電流の前記特性のうちの１つまたは複数のフィルタリングされた値または前記電源（１０２）によって供給された前記印加電圧との差に基づく、処理組立品とを備えたシステムであって、前記処理組立品（３１０）が、少なくとも一部、前記抵抗変化に基づいて短絡事象を識別するようにも構成される、システム。
11. 前記印加電圧が、車両の発電制動の間、前記車両の牽引電動機によって発生され、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）が、発電制動配電網の１つまたは複数の抵抗器を含み、前記伝導電圧が、１つまたは複数の抵抗器にわたる電圧降下である、請求項１０記載のシステム。
12. 前記感知装置（３００）が、前記電流の前記特性として前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下を測定するように構成される、請求項１０記載のシステム。
13. 前記感知装置（３００）が、前記抵抗変化を、
    前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の前記比のフィルタリングされた値との差、
    前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比のフィルタリングされた値と前記印加電圧との積との差、または、
    前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と前記印加電圧のフィルタリングされた値との第１の積と、前記１つまたは複数の抵抗素子（２０２）のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の低域通過フィルタリングされた値と前記印加電圧との第２の積との差のうちの１つまたは複数として測定するように構成される、請求項１２記載のシステム。
14. 前記処理組立品（３１０）が、前記短絡事象が識別される回数、前記短絡事象の総時間間隔持続時間、または前記抵抗変化の時間積分のうちの１つまたは複数を監視し、指定された非ゼロ閾値を超える前記短絡事象が識別される前記回数、指定された非ゼロ閾値を超える前記総持続時間、または指定された非ゼロ閾値を超える前記時間積分のうちの１つまたは複数に応じて、前記電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するように構成される、請求項１０記載のシステム。
15. 車両の牽引電動機から印加電圧として前記車両の電気システム（１０４）に供給され、前記電気システム（１０４）の１つまたは複数の抵抗器を通じて伝導される電流の特性を測定するように構成された感知装置（３００）と、
    前記電気システムの前記１つまたは複数の抵抗器の１つまたは複数の電気抵抗の変化を表す抵抗変化を決定するように構成された処理組立品（３１０）であって、前記抵抗変化が、少なくとも一部、測定される前記電流の前記特性と、測定される前記電流の前記特性のうちのまたは複数の低域通過フィルタリングされた値または前記牽引電動機によって供給される前記印加電圧との差に基づく、処理組立品（３１０）とを備えたシステムであって、前記処理組立品（３１０）が、少なくとも一部、前記抵抗変化に基づいて、前記電気システムにおける短絡事象を表す前記電気システム（１０４）の熱の増加を識別するようにも構成される、システム。
16. 前記感知装置（３００）が、前記電流の前記特性として前記１つまたは複数の抵抗器のうちの少なくとも１つにわたる電圧降下を測定するように構成される、請求項１５記載のシステム。
17. 前記感知装置（３００）が、前記抵抗変化を、
    前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の前記比の低域通過フィルタリングされた値との差、
    前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と、前記印加電圧に対する前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の比の低域通過フィルタリングされた値と前記印加電圧との積との差、または
    前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と前記印加電圧のフィルタリングされた値との第１の積と、前記印加電圧と前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下の低域通過フィルタリングされた値との第２の積との差の１つまたは複数として測定するように構成される、請求項１６記載のシステム。
18. 前記処理組立品（３１０）が、前記印加電圧と指定された非ゼロ閾値との積、または前記印加電圧と、前記１つまたは複数の抵抗器のうちの前記少なくとも１つにわたる前記電圧降下と、前記指定された非ゼロ閾値との積のうちの１つまたは複数を超える前記抵抗変化の絶対値に応じて、熱の増加を識別するように構成される、請求項１７記載のシステム。
19. 前記処理組立品（３１０）が、前記短絡事象が識別される回数、前記短絡事象の総時間間隔持続時間、または前記抵抗変化の時間積分のうちの１つまたは複数を監視し、指定された非ゼロ閾値を超える前記短絡事象が識別される前記回数、指定された非ゼロ閾値を超える前記総持続時間、または指定された非ゼロ閾値を超える前記時間積分のうちの１つまたは複数に応じて、前記電気システムへの損傷を表す警戒信号を発生するように構成される、請求項１５記載のシステム。
20. 前記電気システム（１０４）が発電制動配電網である、請求項１５記載のシステム。