JP2024507861A - ワイヤレス電力伝送システムにおけるアークの受動検出および軽減 - Google Patents

Abstract

【要約】【解決手段】 電池を充電する充電システムは、交流（ＡＣ）電源から受け取った電力を充電のために電池に印加される直流（ＤＣ）信号に整流する整流器と、前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定し、測定ノイズ信号を生成するアーク検出回路とを含む。プロセッサは、直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析し、直列アークが検出された場合、前記整流器に交流（ＡＣ）電流を一定期間の間分流させて、前記整流器の直流（ＤＣ）出力をゼロに向けて減少させる。前記整流器と前記電池との間にアーク受動検出回路が挿入され、このアーク受動検出回路は、平滑コンデンサと並列接続されたフィルタコンデンサと感知抵抗とを含む。前記直流（ＤＣ）信号を走査して、異なる周波数窓における測定ノイズ信号を取得することができる。【選択図】 図５

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、「ＳＡＦＥＴＹ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＦＯＲ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＰＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ（ワイヤレス電力伝送のための安全回路）」と題する、２０２０年４月１６日付で出願された米国特許仮出願第６３／０１０，７７１号および２０２０年１１月１９日付で出願された米国特許出願第１６／９５２，９３３号、ならびに「ＣＵＲＲＥＮＴ ＳＥＮＳＩＮＧ ＩＮ Ａ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＰＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ ＳＹＳＴＥＭ（ワイヤレス電力伝送システムにおける電流感知）と題する、２０２０年３月２０日付で出願された米国特許出願第１６／８２５，６２４号に関連する。当該特許出願の内容は、この参照により本明細書に組み込まれる。

本特許出願は、誘導型ワイヤレス電力伝送システムで使用するワイヤレス充電に関連するワイヤレス電力伝送アセンブリについて記載する。本明細書に記載するワイヤレス電力伝送アセンブリは、直列アーク故障の受動検出および能動的軽減のための回路を含む。

アーク故障は、回路内の意図しない電気的故障である。アークは、電流の偶発的な分岐経路に基づいて２つのタイプに分けられる。並列アークは負荷に対して並列に形成されるアークとして定義され、直列アークは負荷に対して直列に形成されるアークとして定義される。

並列アークは、負荷に対して新たな導電路を形成し、この新たに形成された導電路は負荷によって制限を受けないため、大電流が流れることを特徴とする。この新たに形成された導電路は、接地に接続された通常の回路と比べより低電圧の第２の導体、またはより低抵抗の回路である可能性がある。並列アーク故障では、回路内の高電力散逸によって非常に高温となるため、即座に損傷が生じる可能性がある。

直列アークは、負荷と直列に導電経路を形成するものであり、通常、接続不良のコネクタ、導体の断線（例えば、破断したワイヤ）、または開放されたリレーに亘って発生する。直列アークでは、依然として接続されている負荷により電流が制限されるため、並列アークによって生じる大電流は阻止される。直列アークでは、負荷により電流が制限されるため、損傷は浸食によって生じ、アークによって形成される局所的なプラズマが導体表面および周囲の絶縁体に損傷を与え、最終的に熱による導電体の機械的損傷、および周囲構造体の損傷を引き起こす連鎖反応を発生させる。

以下の詳細な説明においてさらに説明する概念の一部を簡略化した形で導入するために様々な実施例を説明する。本概要は、特許請求の範囲における発明特定事項の範囲の限定に使用することを意図するものではない。

例示的な実施形態は、電池を充電するための充電システムに関する。前記充電システムは、整流器と、アーク検出回路と、車両充電制御装置のプロセッサとを含む。前記整流器は、交流（ＡＣ）電源から受け取った電力を充電のために電池に印加される直流（ＤＣ）信号に整流し、前記アーク検出回路は、前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定し、測定ノイズ信号を生成する。前記車両充電制御装置のプロセッサは、直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析し、直列アークが検出された場合、前記整流器に交流（ＡＣ）電流を一定期間の間分流させて、前記整流器の直流（ＤＣ）出力をゼロに向けて減少させる。

例示的な実施形態において、前記アーク検出回路は、前記整流器と前記電池との間に配置されたアーク受動検出回路を有する。前記アーク受動検出回路は、フィルタコンデンサと感知抵抗とを含む第１の経路と、前記第１の経路および前記電池と並列接続され、平滑コンデンサを含む第２の経路とを含む。前記感知抵抗の両端の電圧をデジタル化し、当該デジタル化された電圧を前記測定ノイズ信号として前記プロセッサに対して出力するためにアナログ・デジタル変換器がさらに提供される。また、前記デジタル化の前に前記感知抵抗の両端の電圧を増幅する増幅器をさらに提供することができる。

例示的な実施形態において、前記車両充電制御装置のプロセッサは、前記整流器の付加されたノイズを含む直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して周波数窓内の測定ノイズ信号を取得し、前記測定ノイズ信号を前記周波数窓における検出閾値と比較するように構成することができる。また、前記整流器を含む受信アセンブリに関する情報を前記プロセッサに提供するデータベースを提供することができる。前記情報は、走査周期の周期性の通知、充電セッションの即時中止、走査周波数の数の設定、または局所的なノイズ、周囲ノイズ、若しくは干渉要因を回避するための少なくとも１つの周波数窓の調整のために使用されるデータのうちの少なくとも１つのデータを含む。前記プロセッサは、前記整流器の直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して前記周波数窓内の前記測定ノイズ信号を取得した後、前記周波数窓における検出閾値を超えた場合に直列アークを検出することができる。前記プロセッサは、さらに、前記直列アークの検出を示す直列アーク検出イベントに対し信号解析および履歴解析を実行し、誤検出の確率を決定することができる。

例示的な実施形態において、前記車両充電制御装置のプロセッサは、前記測定ノイズ信号に対してフーリエ変換（ＦＴ）計算を実行して、フーリエ変換（ＦＴ）の結果を生成する工程と、前記フーリエ変換（ＦＴ）の結果をマスクして、前記整流器の直流（ＤＣ）電流出力の事前選択された周波数窓における結果を導出する工程と、前記事前選択された周波数窓の各々について、周波数振幅に基づくスコアを作成する工程と、サンプル数ｎの積分を実行し、サンプル数ｎの期間にわたってスコアを平均化して積分されたスコアを生成する工程と、サンプル数ｎの各期間について、前記積分されたスコアを閾値と比較する工程と、前記積分されたスコアが前記閾値を超えた場合、直列アーク検出イベントをトリガする工程とを含む動作を実行することにより、前記直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析する命令をさらに実行することができる。

充電回路によって実施される方法も本明細書で説明する。この充電方法は、整流器により、交流（ＡＣ）電源から受け取った電力を充電のために電池に印加される直流（ＤＣ）信号に整流する工程と、アーク検出回路により、前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定し、測定ノイズ信号を生成する工程と、直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析する工程と、直列アークが検出された場合、前記整流器に交流（ＡＣ）電流を一定期間の間分流させて、前記整流器の直流（ＤＣ）出力をゼロに向けて減少させる工程とを含む。

例示的な実施形態において、前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定する工程は、前記整流器と前記電池との間にアーク受動検出回路を挿入する工程を含み、前記アーク受動検出回路は、フィルタコンデンサと感知抵抗とを含む第１の経路と、前記第１の経路および前記電池と並列接続され、平滑コンデンサを含む第２の経路とを含む。前記感知抵抗の両端の電圧は、増幅およびデジタル化されて、前記測定ノイズ信号として出力される。

例示的な実施形態において、前記測定ノイズ信号を生成する工程は、アーク受動検出回路により、前記整流器の付加されたノイズを含む直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して周波数窓内の測定ノイズ信号を取得する工程と、前記測定ノイズ信号を前記周波数窓における検出閾値と比較する工程とを含むことができる。前記方法はまた、前記整流器を含む受信アセンブリに関する情報をデータベースから受信する工程を含むことができる。例示的な実施形態において、前記情報は、走査周期の周期性の通知、充電セッションの即時中止、走査周波数の数の設定、または局所的なノイズ、周囲ノイズ、若しくは干渉要因を回避するための少なくとも１つの周波数窓の調整のために使用されるデータのうちの少なくとも１つのデータを含でもよい。前記整流器の直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して前記周波数窓内の前記測定ノイズ信号を取得する工程の後、前記周波数窓における検出閾値を超えた場合、直列アークが検出される。前記方法はまた、前記直列アークの検出を示す直列アーク検出イベントに対し信号解析および履歴解析を実行し、誤検出の確率を決定する工程を含むことができる。

例示的な実施形態において、前記直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析する工程は、前記測定ノイズ信号に対してフーリエ変換（ＦＴ）計算を実行して、フーリエ変換（ＦＴ）の結果を生成する工程と、前記フーリエ変換（ＦＴ）の結果をマスクして、前記整流器の直流（ＤＣ）電流出力の事前選択された周波数窓における結果を導出する工程と、前記事前選択された周波数窓の各々について、周波数振幅に基づくスコアを作成する工程と、サンプル数ｎの積分を実行し、サンプル数ｎの期間にわたってスコアを平均化して積分されたスコアを生成する工程と、サンプル数ｎの各期間について、前記積分されたスコアを所定の閾値と比較する工程と、前記積分されたスコアが前記閾値を超えた場合、直列アーク検出イベントをトリガする工程とを含むことができる。

本発明の概要は、進歩性を有する発明特定事項の観点を簡略化して導入するために提供するものであり、以下の発明の詳細な説明の記載においてこの進歩性を有する発明特定事項をさらに詳細に説明する。本発明の概要は、特許請求の範囲における発明特定事項の必須または必要な特徴を特定することを意図するものではなく、本発明の概要において記載した要素の特定の組み合わせおよび順序は、特許請求の範囲における発明特定事項の要素を限定することを意図するものではない。むしろ、以下の部分は、以下の発明の詳細な説明に記載する実施形態の一部の概要例を提供するものであることが理解される。

本明細書で説明するシステムおよび方法の上述の特徴およびその他の有益な特徴と利点は、添付の図面とともに以下の詳細な説明により明らかになると考えられる。
図１は、ワイヤレス電力伝送システムにおける電池の充電およびＤＣ回路の給電のための、安全強化された磁気共鳴誘導システムの上位レベルの例示的な回路の実施形態を概略的に示す。 図２は、点火の瞬間時の直列アーク故障を図示する。 図３Ａは、最小限に検出可能な直列アークによって導入されたピンクノイズの特性を示す。 図３Ｂは、僅かに検出可能な直列アークによって導入されたピンクノイズの特性を示す。 図３Ｃは、大型の直列アークによって導入されたピンクノイズの特性を示す。 図３Ｄは、最大の直列アークによって導入されたピンクノイズの特性を示す。 図４は、選択された検出周波数を含む、例示的な直列アークのノイズスペクトルを示す。 図５は、例示的な実施形態における直列アークの受動検出のための例示的な回路を概略的に示す。 例示的な１実施形態におけるアークの受動検出および軽減の工程を図式化したものである。 図７は、図７は、例示的な１実施形態における受動走査のための信号解析のフローチャートを示す。

本明細書に記載する電流測定装置および方法は、以下の詳細な説明を本開示の一部である添付の図面および実施形態と関連付けて参照することでより理解される。また、本記載は、本明細書に記載する、および／または本明細書に示す特定の製品、方法、条件またはパラメータに限定されるものではないこと、さらに、本明細書で使用される用語は、例示的に特定の実施形態を説明することのみを目的として使用されているものであり、特許請求の範囲に記載する発明特定事項を限定することを意図するものではないことを理解されたい。同様に、可能な機構、動作形態、または改良の必要性の理由に関する任意の説明は例示のみを目的とするものであり、本明細書に記載する発明特定事項は、このような示唆された機構、動作形態、または改良の必要性の理由が正確性、若しくは不正確性よって制約されるものではない。本明細書全体を通して、本説明は方法、および当該方法を実施するシステム／ソフトウェアの双方を言及することを理解されたい。

次に、図１～図７を参照して、例示的な実施形態を詳細に説明する。本明細書は、可能な実施態様の詳細な説明を提供するが、そのような詳細は例示的であることを意図しており、決して本発明の発明特定事項の範囲を限定するものではないことに留意されたい。本明細書において、「電池」という用語は、一般的な化学エネルギー貯蔵システムを表すために使用され、その他の携帯型エネルギー貯蔵システム（例えば、固体電池、可逆性燃料電池、ウルトラキャパシタ）と置換できること、またはその他の携帯型エネルギー貯蔵システムによって補足またはハイブリッド化することができることに留意されたい。また、使用例の多くは、車載システムに電力を供給し、定置電動車両（ＥＶ）の電池を充電するために使用されるワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムに関するのものであるが、このような使用用途は決して唯一の使用用途ではない。

高出力誘導型ワイヤレス充電システムは、本質的に高品質（負荷不変の）交流（ＡＣ）電源である。当業者であれば、共鳴ネットワークはすべて、共鳴ネットワークのインピーダンスと負荷との間の所定の比によって定義される時点で、電圧源から電流源に移行することを理解すると考えられる。電力が十分高い場合、インピーダンスネットワークは全電力範囲にわたって電流源として動作する。そのような高電力では、多くの測定技術において測定の精度と正確性が損なわれ、必要な回路が利用不可となる。大電力の交流システムにおける直列アーク故障の迅速な検出は、負荷回路が依然としてアクティブであるため困難である。さらに、直流（ＤＣ）システムでは、定電流により、交流（ＡＣ）システムのようにアークの停止と再点弧との間に冷却が可能でないため、持続的な直列アークによって連鎖的に損傷が生じる確率が増幅される。

直列アークから持続的な導電性プラズマ経路が形成されると、明瞭な「ピンク」ノイズ源が発生するが、この特性は、負荷によって生じる減衰、周波数変化、位相シフトによって歪む可能性がある。さらに、ピンクノイズ（ｐｉｎｋ ｎｏｉｓｅ）信号はまた、熱雑音および誘導電磁干渉（ＥＭＩ）によって損なわれる可能性がある。

ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムでは、誘導結合された一次コイルおよび二次コイルを使用して一定のＡＣ電流源を生成するため、直列アーク故障の検出が困難となる。（例えば、電動車両などの）電池ーパックを充電するためのＤＣ電源を生成するために整流器をワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムに追加した場合、電池パック自体が定電圧ＤＣ電源として機能するため、直列アーク故障の検出（および軽減）がさらに複雑になる。ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）信号は、整流されると高品質（負荷不変）ＤＣ電流源として動作する。高直流（ＤＣ）電圧および電流によるセンサの飽和のため、直列アーク故障において維持される公称負荷を高電力レベルで精確に測定することが困難となる。

本明細書で説明する直列アーク故障の受動検出システムは、ノイズの多い、高電流、かつ高電圧の動作環境で継続的に動作し、受動的にこのような直列アーク故障を検出および軽減するように設計されている。

図１
図１は、ワイヤレス電力伝送システムにおける電池の充電およびＤＣ回路の給電のための、安全強化された磁気共鳴誘導システムの上位レベルの例示的な回路の実施形態を概略的に示す。本システムの１実施形態は、電動車両のワイヤレス充電に使用することができる。

図１において、接地側（ｇｒｏｕｎｄ－ｓｉｄｅ）電子機器１０１は、ローカル電源への接続を提供して、電圧平準化および電気信号整形を行う。接地アセンブリ（ＧＡ：ｇｒｏｕｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０２は、一次コイル１０３と、共鳴磁気信号源を提供する平衡コンデンサ１０４および１０５とから構成される。車両アセンブリ（ＶＡ）１０６は、二次コイル１０７と、平衡コンデンサ１０８および１０９とを含み、共鳴磁気信号の受信装置を提供する。一次コイル１０３および二次コイル１０７は、コイル間の間隙１１０を有する開放型変圧器を構成する。例示的な１実施形態では、複数の接地アセンブリ（ＧＡ）１０２と車両アセンブリ（ＶＡ）１０６の対を並列に配置して、利用可能な総電力伝送を増加させることができる。

車両アセンブリ（ＶＡ）１０６で生成された電流は、低抵抗電気バス１１５を介して車両アセンブリ（ＶＡ）１０６から出力ネットワーク１１１の整流器１１６に渡される。例示的な１実施形態では、能動型整流器１１６は、一対の常開型（ＮＯ）スイッチ１１７および１１８と、一対の常閉型（ＮＣ）スイッチ１１９および１２０とを有する同期整流回路を含む。整流信号は、低抵抗、大容量電力バス１２４を介して信号調整回路１２５に渡される。信号調整回路１２５の出力は、電池１２６を充電するために使用される調整されたＤＣ信号である。

整流器制御装置１１３は、第１の電流および電圧センサ１１４を整流器スイッチ１１７、１１８、１１９、および１２０のタイミングを制御するための基準として使用し、共鳴ネットワークの電流に位相ロックする。（通常、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または従来のマイクロコントローラである）整流器制御装置１１３は、第１の電流および電圧センサ１１４を介して大容量ＡＣ電力バス１１５によって伝送され、リンク１１２を介して受信される、二次コイル１０７からの入力ＡＣ波形の振幅、周波数、および瞬時位相の推定値を生成するものであり、このような推定値の生成は、ＡＣ波形が十分な振幅を有し、スイッチング周波数がその取得範囲内にある場合に常に行われる。また、整流器制御装置１１３は、第２の電流および電圧センサ１２７、およびデータリンク１２８を介して電池１２６に印加される出力ＤＣ電流波形の振幅を監視する。

（通常、マイクロプロセッサ上で動作するソフトウェアとして実装される）車両充電プロセッサ１２９は、インターフェース（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バス）を介して内部（ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムに対する）サブシステムおよび外部車両システムとの通信を処理し、整流器制御装置１１３の動作を指令することができる。例えば、整流器制御装置１１３は、例えば、車両充電プロセッサ１２９からクエリを受けた際に、入力ＡＣ信号振幅、入力ＡＣ信号周波数、ＤＣ出力電圧および電流、ならびにスイッチング装置の温度を報告する。報告された入力スイッチング周波数が許容閉範囲内（例えば、７９ｋＨｚ～９０ｋＨｚ）であり、ＡＣ二乗平均平方根（ＲＭＳ）が閾値（例えば、５Ａ）を超えており、故障の検出がない場合、車両充電プロセッサ１２９は、整流器制御装置１１３に、入力ＡＣ波形の適切なゼロクロス地点で、制御リンク１２１を介して一対の上方スイッチ１１７および１１８、ならびに一対の下方スイッチ１１９および１２０をオン／オフするように命令し、整流の効率を最大化することができる。公称状態は「起動」または「安全」であり、この状態では、一対の上方ＮＯスイッチ１１７および１１８は開放されており、一対の下方ＮＣスイッチ１１９および１２０は閉鎖されている。二次コイル１０７が正信号を出力しているときは、第１の組のスイッチ１１７および１１９は開放されており、第２の組のスイッチ１１８および１２０は閉鎖されている。二次コイル１０７からの信号が反転すると、第１の組のスイッチ１１７および１１９は閉鎖され、２の組のスイッチ１１８および１２０は開放される。このシーケンスが繰り返されることで、入力ＡＣ信号の数学的な絶対値である出力信号が得られる。

車両充電プロセッサ１２９によって無効化された場合、整流器制御装置１１３は、一対の上方ＮＯスイッチ１１７および１１８をオフにし、一対の下方ＮＣスイッチ１１９および１２０をオンに保持する。過電圧、過電流故障状態が第２の電流および電圧センサ１２７で検出された場合、若しくは過温度故障状態が温度センサ１２３で検出され、リンク１２２を介して整流器制御装置に提供された場合、整流器制御装置１１３は一対の上方ＮＯスイッチ１０７および１０８をオフにし、一対の下方ＮＣスイッチ１０９および１１０をオンに保持する。

整流器制御装置１１３は、センサ１２７を介して整流器段１１６からの出力ＤＣ電圧を監視する。整流器制御装置１１３はまた、電圧および振幅センサ１２７を介して出力ＤＣ電流を測定し、システムが電池１２６に供給される総電力を計算できるように、当該出力ＤＣ電流を車両充電プロセッサ１２９に報告する。さらに、整流器制御装置１１３は、整流器のスイッチング装置１１７～１２０の取り付け板の温度を測定する温度センサまたは複数の温度センサ（例えば、サーミスタまたはサーミスタのネットワーク）１２３を監視することができる。この取り付け板の温度は、スイッチング装置１１７～１２０のケース温度を表し、スイッチ１１７～１２０を通じた電力損失に関連する。

共鳴ネットワーク１０１は、直列共鳴伝送装置（ｓｅｒｉｅｓ－ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）（図示せず）と組み合わせた場合、ＡＣ電流源となる。共鳴ネットワーク１０１が開回路となる任意の状態は、安全でない状態をもたらす。但し、同期整流器段１１６としてＮＯスイッチ１１７および１１８と、ＮＣスイッチ１１９および１２０を選択することで、本質的に安全なシステムとなる。通常の状態では、付随的にまたは特別に制御されることで、ＮＣスイッチ１１９および１２０は、共鳴ネットワーク１１６のＡＣ電流源を分流する手段を構成する。ＮＯスイッチ１１７および１１８は、出力ネットワーク１１１、特に電池１２６の短絡を防止する。

故障が発生すると、電池１２６は信号調整回路１２５から切り離され、信号調整回路１２５から流出する電流はゼロに減少するが、信号調整回路１２５に流入する電流は変化しない。これにより、信号調整回路１２５と整流器段１１６の両端の電圧は、整流電流と信号調整回路１２５のインピーダンスに比例した割合で上昇する。

整流器制御装置１１３は、電圧および振幅センサ１２７を用いて電圧および／または電流を監視し、電池１２６の断線を検出する。故障が発生した場合、整流器制御装置１１３は、スイッチ１１７および１１８を開放し、スイッチ１１９および１２０を閉鎖ことによって応答する。これにより、ＡＣ電流源１０１が信号調整回路１２５および電池１２６から切り離される。信号調整回路１２５および電池１２６に対する整流器段１１６からの整流電流の流れはスイッチ１１７および１１８によって遮断され、ＡＣ電流源１０１からの電流の流れはスイッチ１１９および１２０を介して分流されるため、電力伝送は直ちに停止される。分流検出イベントが必要とされる場合、整流器制御装置１１３は、整流器段１１６を分流するように命令することができる。

そのような検出イベントの１つは直列アーク検出である。能動型安全整流器１１６は、受動検出技術と、車両充電プロセッサ１２９へ報告するための回路を使用する直列アーク検出スキームの機能を提供し、これにより車両充電プロセッサ１２９は、整流器制御装置１１３に対して、二次コイル１０７からの入力電流を分流してワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムに対する通電を直ちに遮断するように命令する。

また、安全整流器１１６は、制御装置を動作させる、若しくは同期整流を行うための制御電力がないデフォルトの安全状態を提供する。このデフォルト安全状態では、ＮＯスイッチ１１７および１１８は出力ネットワーク１１１を開放し、ＮＣスイッチ１１９およびと１２０は共鳴ネットワーク１０１を分流する。これにより、充電器、負荷、サービス要員は、共鳴ネットワーク１０１によってピックアップされるスプリアスエネルギー（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｅｎｅｒｇｙ）から保護される。

スイッチおよびダイオードの双方に基づいた整流のための安全整流器１１６のアーキテクチャおよび回路のその他の代替例は、「ＳＡＦＥＴＹ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＦＯＲ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＰＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ（ワイヤレス電力伝送のための安全回路）」と題する、２０２０年１１月１９日付で出願された米国特許出願第１６／９５２，９３３号に記載されており、当該特許出願はこの参照により本明細書に組み込まれる。

図２
図２は、点火の瞬間時の直列アーク故障を図示する。直列アークは、同位相内の２若しくはそれ以上の点間の間隙に電気の橋絡が生じたときに発生する。直列アークは同位相内で発生するため、電流量は負荷電流を上回らない。直流（ＤＣ）によって直列アークの検出は困難となり、また、磁気共鳴誘導コイルの電流源の性質によって直列アークの検出は潜在的に危険なものとなる。直列アーク故障は、負荷インピーダンスを有効に増加させ、電圧源では、これによって電流および電力出力が減少する。アークが抑制されない場合、最初は電力が増加するが、最終的には自己消滅することになる。しかしながら、電流源では、電流が一定であるため、インピーダンスの増加によって電圧源の電圧が増加する。このため、アークのインピーダンスの増加に伴ってアークの電力散逸が増加する一方となる。

図２において、導体は、例えば、断線または接続不良によって、第１のセグメント２０１と第２のセグメント２０２に分割されている。断線または接続不良の場合、間隙の大きさは時間とともに変化し、間隙が小さいときにアークが発生する可能性があり、一旦アークが点火すると、間隙が拡大したとしても、はるかに小さい電圧で持続可能である。電圧が間隙の誘電体を克服するのに十分である場合、電流２０３が流れる。電流の流れ２０３は、溶融導体２０４および２０５によって急速に形成される液体溜り、およびイオン化した誘電体と気化した導体によって形成されるプラズマ雲２０６によって促進される。アークの点火により、炭化した絶縁体および導体の液滴からなる破片２０７の噴霧が発生する可能性がある（「銅の微小な輝球の爆発的放出」と表現されることもある）。アークの点火は、気体または液体雰囲気中で破裂音２０８を伴うこともある。

図３
ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）の受信装置は、ＡＣ／ＤＣ整流器段を使用して、二次コイルで生成されたＡＣ信号を、ＤＣシステムを給電、若しくは電池を充電するＤＣ信号に変換する。任意の時点において、整流後の（ＤＣ）回路の任意の位置で直列アーク故障が発生する可能性がある。このアークによって、整流処理で既にＡＣ（リップル）アーチファクトを有するＤＣ電流上に１／ｆ（「ピンク」）ノイズが生成される。アーク故障と検出回路との間に、クロストークによってノイズが追加され、信号周波数および位相がシフトし、信号（およびノイズ）が減衰する可能性がある。磁気共鳴ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムからの狭帯域入力ＡＣにより、整流後および平滑後のリップルは、同一の中心周波数を維持するため、最大電力のＤＣノイズ源はそのスペクトルが制限され、容易に欠測が生じる。

電気アーク放電は、「ピンクノイズ」を発生させる自然作用の１つである。ピンクノイズは、次式で記述することができる。
Ｐ（ｆ）＝１／ｆ^α， （１）
式中、Ｐはスペクトルパワーであり、αはノイズの「色」を決定する指数であり、α＝０は「ホワイトノイズ」（ホワイトノイズは周波数に依存しないと定義される）、α＝１はピンクノイズである。ピンクノイズは、パワースペクトルが周波数に反比例して変化する（すなわち１／ｆ振幅）広帯域信号として特徴付けられる。これは、アークの点火により低い周波数に比例してノイズが大幅に増加することを意味する。

図３Ａは、周波数（ｋＨｚ）対パワー（ｄＢ）の両対数グラフにおいて直列アーク故障の検出が最小限である場合の例を示す。ピンクノイズのシグネチャ３０１は、正検出のために十分なパワー（約５ｄＢ）を有する低周波数（３ｋＨｚ未満）３０３において明白である。より高周波数のスペクトル３０４では、ノイズフロア３０２がピンクノイズよりも優勢である。

図３Ｂは、周波数（ｋＨｚ）対パワー（ｄＢ）の両対数グラフにおける、低パワーの直列アーク故障の例を示す。ピンクノイズのシグネチャ３０５は、正検出に十分なパワー（＞１０ｄＢ）を有する低周波（１１ｋＨｚ未満）３０６において明白である。より高周波数のスペクトル３０７では、ノイズフロア３０２がピンクノイズよりも優勢である。直列アークのパワーが増加するに伴って、誤検出の統計的確率が減少するため、より高い周波数で発生するピンクノイズを検出する能力が増加することに留意されたい。

図３Ｃは、周波数（ｋＨｚ）対パワー（ｄＢ）の両対数グラフにおける、高パワーの直列アーク故障の例を示す。ピンクノイズのシグネチャ３０８は、正検出に十分なパワー（＞２５ｄＢ）を有する低周波（１２０ｋＨｚ未満）３０９において明白である。より高周波数のスペクトル３１０では、ノイズフロア３０２がピンクノイズ３０８よりも優勢である。

図３Ｄは、周波数（ｋＨｚ）対パワー（ｄＢ）の両対数グラフにおける、極めて高パワーの直列アーク故障の例を示す。ピンクノイズのシグネチャ３１１は、正検出に十分なパワー（＞３０ｄＢ）を有する全周波（１０００ｋＨｚ未満）３１２において明白である。

図４
図４は、整流後の例示的な直列アークのノイズスペクトルを示しており、選択された検出周波数を含む。図４は、ピンクノイズの存在、したがって直列アーク故障を検出するために、一連の周波数４０６～４１０の連続的または周期的な受動走査が実行される事例を示す。周波数（ｋＨｚ）対パワー（ｄＢ）の両対数グラフには、検出器で受信された信号４０１のスペクトル特性が示されている。検出器回路は、ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムの（整流後の）ＤＣ段に組み込まれている。検波回路はＤＣ信号成分を除去するように設計されており、その結果、検出信号４０１が得られる。この検出信号４０１の例では、低周波数スペクトル４０４にはピンクノイズが見られるが、高周波数スペクトル４０５には見られない。整流後、狭帯域８５ｋＨｚのＡＣ充電信号４０２は完全に除去されている。付加的なノイズ源（ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）アセンブリおよびアプリケーションの外部に固有のもの（例えば、電動車両（ＥＶ）充電など））の例は、６～８ｋＨｚの範囲４０３で示されている。

周波数窓４０６、４０７、４０８、４０９、および４１０は、既知のノイズ周波数範囲（通常のホワイトノイズに追加されるノイズ）を回避するように選択される。本例で示すように、周波数窓は、小さなアークによって発生するピンクノイズをより的確に特定するのみでなく、充電信号からの高調波４１１を回避するために、その大部分が低周波数範囲に分布する。

図５
図５は、例示的な実施形態における直列アーク検出のための例示的な回路を概略的に示す。図５は、電子機器の電力供給およびエネルギー貯蔵システム（例えば、化学電池または固体電池、可逆性燃料電池、ウルトラキャパシタなど）の充電のためのワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）の受信サブシステム（別名、ＷＰＴの二次システム）を示す。このようなシステムの用途の１つは、電動車両の充電である。図５の実施形態は、ピンクノイズの付加を検出することによる直列アークの受動検出に必要な回路を含む上位レベルの構成を図示する。磁気共鳴誘導回路を使用するワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムでは、共鳴ネットワーク５０１は、中心周波数が８５，０００ヘルツ（公称では７９～９０ｋＨｚの範囲が許容される）の高品質電流源である。共鳴ネットワークのインピーダンスにより、狭帯域の共鳴周波数と高調波内で電流を供給することが可能となる。整流器５０３は、ＡＣ電気バス５０２を介して受信した狭帯域のＡＣ電流を、基本周波数の偶数倍の高調波を有するＤＣ電流に変換する。図５の整流器段５０３は、「ＳＡＦＥＴＹ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＦＯＲ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＰＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ（ワイヤレス電力伝送のための安全回路）」と題する、２０２０年１１月１９日付で出願された米国特許出願第１６／９５２，９３３で教示されているタイプの安全整流器であってもよい。整流器５０３からの高調波電流はアーク検出回路５０６によって分流され、ＡＣ電流は出力電流センサ５１２を通って車両充電制御装置５１５に至る。負荷５０５に直列アークが発生すると、ピンクスペクトルのシグネチャを有する広帯域の電流が流れる。「ＣＵＲＲＥＮＴ ＳＥＮＳＩＮＧ ＩＮ Ａ ＷＩＲＥＬＥＳＳ ＰＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳＦＥＲ ＳＹＳＴＥＭ（ワイヤレス電力伝送における電流感知）」と題する、２０２０年３月２０日付で出願された米国特許出願第１６／８２５，６２４号に記載されているタイプの「部分電流センサ」を使用して、例示的な実施形態における、ＡＣ電気バス５０２およびＤＣ電気バス５０４の電流検出を提供してもよい。

図５の実施形態では、充電信号が磁束を介して共鳴ネットワーク５０１の二次コイルアセンブリに供給されて電流に変換される。受信されたＡＣ電気信号は、大電力用に配線されたＡＣバス５０２によって整流サブシステム５０３に供給される。ＡＣ信号は、大電力用に配線されたＤＣバス５０４を介して電力貯蔵サブシステム５０５に供給される前に、電池の充電に適したＤＣ信号に整流される。

受動的なアーク検出を可能にするために、整流サブシステム５０３と電力貯蔵サブシステム５０５との間にアーク検出回路５０６が挿入されている。２つの新規の並列経路が設置されており、第１の経路は、フィルタコンデンサ５０７と、感知抵抗５０８とを含む。第２の経路は、平滑コンデンサ５０９を含む。第１および第２の経路は、互いに並列であるとともに、電力負荷／貯蔵サブシステム５０５と並列である。任意の既存平滑コンデンサまたはコンデンサバンクが平滑コンデンサ５０９に含まれる。

電流感知抵抗５０８は、リップル電流（整流ＤＣ電流ベース上のＡＣ電流ノイズ）にのみ晒される。電流感知抵抗５０８をフィルタコンデンサ５０７と直列に配置することで、アーク検出回路５０６は、整流サブシステム５０３からのＤＣ負荷電流を除去し、ＤＣ負荷電流に付加されたノイズの電圧を測定することが可能となる。

感知抵抗５０８上に生成された電圧は、バンドパスフィルタ処理され、低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）５１０によって増幅される。特徴的な（１／周波数）ピンクノイズ信号の振幅は、アーク故障の大きさおよび重大度に直接関係するため、このような増幅は、デジタイザ５１２自体によって誘導されるノイズ源（例えば、コード遷移ノイズ、微分非直線性、入力参照ノイズ）、および低検出範囲を制限する量子化ノイズによって許容されるアーク故障よりもより小さいアーク故障を検出するために使用することができる。フィルタ処理および増幅された電圧は、バス５１１を介してデジタイザ５１２（通常、高ダイナミックレンジのアナログ・デジタル変換器）に渡される。デジタイザ５１２は、事前にフィルタ処理および増幅された電圧を、予測されるナイキスト速度を超える周波数でサンプリングする。このデジタル情報は、分析のためにデジタルデータリンク５１４を介して車両充電制御装置５１５に送信される。車両充電制御装置５１５のプロセッサによるデジタル情報の分析中に直列アークが検出された場合、車両充電制御装置５１５は、完全なシステムの停止および磁束充電信号の終了が実行されるまで、制御データリンク５１６を介して安全整流器５０３に対し、電流を分流して整流器５０３のＤＣ出力をゼロに向けて減少させるように命令することができる。車両充電制御装置５１５はさらに、電流および電圧センサ５１７およびデータリンク５１６を介して、電力負荷／貯蔵サブシステム５０５に印加されるＤＣ電流波形の振幅を監視することができる。

図６
図６は、例示的な１実施形態におけるアークの受動検出および軽減の工程を図式化したものである。

図６に示すように、アークの受動検出工程の開始６０１は、受信アセンブリ、充電ステーション（存在する場合）、過去の充電履歴、または他の情報の特性を取得可能な（遠隔、ローカル、または電動車両に搭載されている）データベース６０２との通信を含む。この情報は、走査周期の周期性の通知、充電セッションの即時中止、走査周波数の数の設定、および／または既知の局所的なノイズ、周囲ノイズ、または干渉要因を回避するための周波数窓（複数可）の調整のために使用することができる。

受動走査６０３は、アーク検出回路５０６から受信した整流ＤＣ信号特性に付加されたノイズに関する情報を収集する反復段階である。１実施例では、２若しくはそれ以上の周波数間の振幅差を利用して、パワースペクトル密度（周波数区間あたりのパワー）が信号の周波数に反比例しているかどうかを決定する。所定の周波数範囲および複数の周波数範囲にわたるピンクノイズの反復表示の双方を検出イベントの決定に使用することができる。誤検出の統計的確率を決定するために、検出イベントに対して追加の信号および履歴分析を実行することができる。

車両充電制御装置５１５のプロセッサの走査手段（例えば、図７のフローチャートを実施するソフトウェア）による受動走査６０３における高確率の受動検出（例えば、品質閾値を１つ上回るなど）により、充電セッションの中止６０４がトリガされる。充電セッションが中止６０４された場合、車両充電制御装置５１５は、安全整流回路５０３内の分流回路を接続して、接地ステーションの充電コイルに対する通電が遮断されるまで電流を分流させる。中止工程６０４の間、ローカルアラーム、告知、およびインジケータが発信され、充電セッションを終了するために接地アセンブリへの通信が行われる。補助システム（例えば、換気、火災検知、火災消火）は、必要に応じて作動されるか、若しくは利用可能となる。

接地ステーションの充電コイルに対する通電が遮断されると終了段階６０５に達し、データベース６０２は、検出イベントおよび車両特性（例えば、電動車両（ＥＶ）のメーカ、電動車両（ＥＶ）のモデル、インストールされたソフトウェアパッケージおよび改訂、電池メーカー、モデル、電圧、容量など）に関連する収集データで更新される。

図７
図７は、例示的な１実施形態における受動走査のための信号解析のフローチャートを示す。

図７に示すように、信号データが収集されると、時間領域から周波数領域への変換（例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ））計算７０１が実行される。ＦＦＴの結果は、既知の外部干渉およびノイズ源（例えば、インバータスイッチング、信号高調波）を除去するためにマスク７０２される。マスクされた結果における、ピンクノイズの１／ｆ振幅特性への適合性に基づいてスコア７０３が作成される。サンプル数ｎの積分（ｎ－ｓａｍｐｌｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）７０４が実行され、スコアが継続時間にわたって平均化される。サンプル数ｎの各期間について、積分されたスコアが閾値と比較７０５される。閾値を超えた場合、受動型直列アーク検出システムによって検出７０６がトリガされる。例示的な実施形態において、信号解析は、車両充電制御装置５１５のプロセッサ上で実行されるソフトウェアによって実行されてもよい。図５に関して上述したように、直列アークが検出された場合、車両充電制御装置５１５は、完全なシステムの停止および磁束充電信号の終了が実行されるまで、制御データリンク５１６を介して安全整流器５０３に対し、電流を分流して整流器５０３のＤＣ出力をゼロに向けて減少させるように命令することができる。

結論
上記で様々な実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は例示的な目的のみで提示されているものであり、限定的なものではないことを理解されたい。例えば、上述したシステムおよび方法に関連する要素のいずれも上述した望ましい機能のうち任意の機能を採用することができる。したがって、好適な実施形態の範囲は、上述した例示的な実施形態のうち任意の実施形態によって限定されるべきではない。

本明細書で説明したように、本明細書に記載した方法の態様を実施する論理、コマンド、または命令は、デスクトップまたはノートブックパーソナルコンピュータ、タブレット、ネットブック、およびスマートフォンなどのモバイルデバイス、クライアント端末、およびサーバによってホストされるマシンインスタンスなどのコンピューティングシステムのための任意の数のフォームファクタを含むコンピューティングシステムにおいて提供することができる。本明細書に記載した別の実施形態は、本明細書に記載される技術を別の形態に組み込むことを含むものであり、当該形態は、当該技術の機能を実行する各手段を有する装置を含む、プログラムドロジック、ハードウェア構成、または特殊なコンポーネントもしくはモジュールの別の形態を含む。このような技術の機能を実施するために使用される各アルゴリズムは、本明細書に記載される電子的動作の一部またはすべてのシーケンス、または添付の図面および詳細な説明に記載されるその他の態様を含むことができる。本明細書に記載された方法を実施するための命令を含むシステムおよびコンピュータ可読媒体はまた、例示的な実施形態を構成する。

本明細書に記載した整流器制御装置１１３、車両充電プロセッサ１２９、および／または車両充電制御装置５１５の監視機能および制御機能は、１実施形態においてソフトウェアで実施することができる。ソフトウェアは、ローカルまたはネットワーク接続された１若しくはそれ以上の複数の非一時的メモリまたはその他のタイプのハードウェアベースの記憶装置などのコンピュータ可読媒体またはコンピュータ可読記憶装置に格納されたコンピュータ実行可能命令で構成されてもよい。さらに、このような機能はモジュールに対応し、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。必要に応じて複数の機能を１若しくはそれ以上のモジュールで実行可能であり、記載した実施形態は単なる例に過ぎない。ソフトウェアは、パーソナルコンピュータ、サーバ、または特定用途向けにプログラムされた機械に変更されたその他のコンピュータシステムなどのコンピュータシステム上で動作するデジタルシグナルプロセッサ、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、マイクロプロセッサ、またはその他のタイプのプロセッサで実行することができる。

本明細書で説明したように、本実施例は、プロセッサ、論理、または多数のコンポーネント、モジュール、または機構（「モジュール」と言う。）を含むことができ、若しくは当該モジュール上で動作することができる。モジュールは、指定された動作を実行することができる有形エンティティ（例えば、ハードウェア）であり、特定の態様で構成または配置されてもよい。一例として、回路は、モジュールとして指定された態様で（例えば、内部に、または他の回路などの外部エンティティに対して）配置されてもよい。一例において、１若しくはそれ以上のコンピュータシステム（例えば、スタンドアロン、クライアントまたはサーバコンピュータシステム）、または１若しくはそれ以上のハードウェアプロセッサの全体または一部は、指定された動作を実行するように動作するモジュールとしてのファームウェアまたはソフトウェア（例えば、命令、アプリケーションの一部分、またはアプリケーション）によって構成されてもよい。一例において、ソフトウェアは、機械可読媒体上に存在してもよい。ソフトウェアは、モジュールの基礎となるハードウェアによって実行されることで、ハードウェアに指定動作を実行させる。

したがって、「モジュール」という用語は、有形ハードウェアおよび／またはソフトウェアエンティティを包含するものであり、当該エンティティは、物理的に構築、または（例えば、ハードウェアにより実現される）特定用途向けに構成、または一時的に構成され（例えば、プログラムされ）、指定された態様で動作、若しくは本明細書に記載される任意の動作の一部または全部を実行するものであると理解される。モジュールが一時的に構成される例を考えると、各モジュールは、任意の瞬間時においてインスタンス化される必要はない。例えば、モジュールがソフトウェアを使用して構成された汎用ハードウェアプロセッサからなる場合、汎用ハードウェアプロセッサは、異なる時点でそれぞれの異なるモジュールとして構成されてもよい。したがって、ソフトウェアは、例えば、ある時点では特定のモジュールを構成し、異なる時点では異なるモジュールを構成するように、ハードウェアプロセッサを構成することができる。

当業者であれば、本明細書に記載されたトポロジーおよび回路実装方法により、単一の特定用途向け集積回路としての効果的な実現が可能となることを理解すると考えられる。さらに、本明細書に含まれる開示は車両への電力供給に関するものであるが、これは多くの可能な用途の１つに過ぎず、非車両用途を含む他の実施形態も可能であることを理解されたい。例えば、当業者であれば、歯ブラシ、携帯電話、およびその他の装置を充電するために使用される充電器（例えば、ＰｏｗｅｒＭａｔ（商標））など、携帯型家電装置用充電器のなどの非車両誘導充電用途において電流源安全回路を提供する多数の用途があることを理解すると考えられる。したがって、これらの用途およびその他の用途は、以下の特許請求の範囲に含まれる。

直列アークは、負荷と直列に導電経路を形成するものであり、通常、接続不良のコネクタ、導体の断線（例えば、破断したワイヤ）、または開放されたリレーに亘って発生する。直列アークでは、依然として接続されている負荷により電流が制限されるため、並列アークによって生じる大電流は阻止される。直列アークでは、負荷により電流が制限されるため、損傷は浸食によって生じ、アークによって形成される局所的なプラズマが導体表面および周囲の絶縁体に損傷を与え、最終的に熱による導電体の機械的損傷、および周囲構造体の損傷を引き起こす連鎖反応を発生させる。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許出願公開第２００６／０２０３４０１号明細書
（特許文献２） 米国特許出願公開第２００５／００２４０１６号明細書
（特許文献３） 米国特許出願公開第２０１４／０１４２８７３号明細書
（特許文献４） 米国特許出願公開第２０１４／０１１９０７２号明細書
（特許文献５） 米国特許出願公開第２０１７／０２０７７４６号明細書
（特許文献６） 米国特許出願公開第２０１７／０２３７３４０号明細書
（特許文献７） 米国特許出願公開第２０１６／０１８１８７５号明細書
（特許文献８） カナダ国特許発明第２１２５０２６号明細書

Claims (14)

1. 電池を充電する方法であって、
   整流器により、交流（ＡＣ）電源から受け取った電力を充電のために電池に印加される直流（ＤＣ）信号に整流する工程と、
   アーク検出回路により、前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定し、測定ノイズ信号を生成する工程と、
   直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析する工程と、
   直列アークが検出された場合、前記整流器に交流（ＡＣ）電流を一定期間の間分流させて、前記整流器の直流（ＤＣ）出力をゼロに向けて減少させる工程と
   を有する、方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定する工程は、
   前記整流器と前記電池との間にアーク受動検出回路を挿入する工程であって、前記アーク受動検出回路は、
   フィルタコンデンサと感知抵抗とを含む第１の経路と、
   前記第１の経路および前記電池と並列接続され、平滑コンデンサを含む第２の経路と
   を含むものである、前記挿入する工程と、
   前記感知抵抗の両端の電圧をデジタル化する工程と、
   前記デジタル化された電圧を前記測定ノイズ信号として出力する工程と
   を有する、方法。
3. 請求項２記載の方法において、さらに、
   前記感知抵抗の両端の電圧を増幅する工程を有する、方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記測定ノイズ信号を生成する工程は、アーク受動検出回路により、
   前記整流器の付加されたノイズを含む直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して周波数窓内の測定ノイズ信号を取得する工程と、
   前記測定ノイズ信号を前記周波数窓における検出閾値と比較する工程と
   を有する、方法。
5. 請求項４記載の方法において、さらに、
   前記整流器を含む受信アセンブリに関する情報をデータベースから受信する工程であって、前記情報は、走査周期の周期性の通知、充電セッションの即時中止、走査周波数の数の設定、または局所的なノイズ、周囲ノイズ、若しくは干渉要因を回避するための少なくとも１つの周波数窓の調整のために使用されるデータのうちの少なくとも１つのデータを含むものである、前記受信する工程と、
   前記整流器の直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して前記周波数窓内の前記測定ノイズ信号を取得する工程の後、前記周波数窓における検出閾値を超えた場合、直列アークを検出する工程と
   を有する、方法。
6. 請求項５記載の方法において、さらに、
   前記直列アークの検出を示す直列アーク検出イベントに対し信号解析および履歴解析を実行し、誤検出の確率を決定する工程を有する、方法。
7. 請求項１記載の方法において、前記直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析する工程は、
   前記測定ノイズ信号に対してフーリエ変換（ＦＴ）計算を実行して、フーリエ変換（ＦＴ）の結果を生成する工程と、
   前記フーリエ変換（ＦＴ）の結果をマスクして、前記整流器の直流（ＤＣ）電流出力の事前選択された周波数窓における結果を導出する工程と、
   前記事前選択された周波数窓の各々について、周波数振幅に基づくスコアを作成する工程と、
   サンプル数ｎの積分を実行し、サンプル数ｎの期間にわたってスコアを平均化して積分されたスコアを生成する工程と、
   サンプル数ｎの各期間について、前記積分されたスコアを所定の閾値と比較する工程と、
   前記積分されたスコアが前記閾値を超えた場合、直列アーク検出イベントをトリガする工程と
   を有する、方法。
8. 電池を充電するための充電システムであって、
   交流（ＡＣ）電源から受け取った電力を充電のために電池に印加される直流（ＤＣ）信号に整流する整流器と、
   前記直流（ＤＣ）信号に付加されたノイズを測定し、測定ノイズ信号を生成するアーク検出回路と、
   直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析し、直列アークが検出された場合、前記整流器に交流（ＡＣ）電流を一定期間の間分流させて、前記整流器の直流（ＤＣ）出力をゼロに向けて減少させるプロセッサと
   を有する、システム。
9. 請求項８記載のシステムにおいて、前記アーク検出回路は、前記整流器と前記電池との間に配置されたアーク受動検出回路を有し、当該アーク受動検出回路は、
   フィルタコンデンサと感知抵抗とを含む第１の経路と、
   前記第１の経路および前記電池と並列接続され、平滑コンデンサを含む第２の経路と
   前記感知抵抗の両端の電圧をデジタル化し、当該デジタル化された電圧を前記測定ノイズ信号として出力するアナログ・デジタル変換器と
   を有する、システム。
10. 請求項９記載のシステムにおいて、さらに、
    前記感知抵抗の両端の電圧を増幅する増幅器を有する、システム。
11. 請求項８記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、前記整流器の付加されたノイズを含む直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して周波数窓内の測定ノイズ信号を取得し、前記測定ノイズ信号を前記周波数窓における検出閾値と比較するように構成されているものである、システム。
12. 請求項１１記載のシステムにおいて、さらに、
    前記整流器を含む受信アセンブリに関する情報を前記プロセッサに提供するデータベースを有し、
    前記情報は、走査周期の周期性の通知、充電セッションの即時中止、走査周波数の数の設定、または局所的なノイズ、周囲ノイズ、若しくは干渉要因を回避するための少なくとも１つの周波数窓の調整のために使用されるデータのうちの少なくとも１つのデータを含むものであり、
    前記プロセッサは、前記整流器の直流（ＤＣ）出力の直流（ＤＣ）周波数スペクトルを走査して前記周波数窓内の前記測定ノイズ信号を取得した後、前記周波数窓における検出閾値を超えた場合に直列アークを検出するものである、
    システム。
13. 請求項１２記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、さらに、
    前記直列アークの検出を示す直列アーク検出イベントに対し信号解析および履歴解析を実行し、誤検出の確率を決定するものである、システム。
14. 請求項８記載のシステムにおいて、前記プロセッサは、
    前記測定ノイズ信号に対してフーリエ変換（ＦＴ）計算を実行して、フーリエ変換（ＦＴ）の結果を生成する工程と、
    前記フーリエ変換（ＦＴ）の結果をマスクして、前記整流器の直流（ＤＣ）電流出力の事前選択された周波数窓における結果を導出する工程と、
    前記事前選択された周波数窓の各々について、周波数振幅に基づくスコアを作成する工程と、
    サンプル数ｎの積分を実行し、サンプル数ｎの期間にわたってスコアを平均化して積分されたスコアを生成する工程と、
    サンプル数ｎの各期間について、前記積分されたスコアを所定の閾値と比較する工程と、
    前記積分されたスコアが前記閾値を超えた場合、直列アーク検出イベントをトリガする工程と
    を含む動作を実行することにより、前記直列アークを検出するために前記測定ノイズ信号を分析する命令を実行するものである、システム。

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