JP6189430B2 - 接地抵抗を測定する装置及びそのような装置を有する車載充電器 - Google Patents

Description

本発明の主題は、接地抵抗を測定する装置に関し、特に、車載のバッテリ充電器に組み込まれる接地抵抗測定装置に関する。

電気自動車を推進させるためのバッテリの充電に使用される電流の強度は、特に高い。

したがって、安全上の理由から、バッテリの充電を開始する前に、乗り物に接触しようとする人を守るために、充電器のアースが十分に有効であるか確認することが必要となる。

接地抵抗を測定する装置は存在する。そのような装置は、典型的には、定電流源及び電流計が配置された第１の電気分路を含み、この分路は、電気回路網の相（ｐｈａｓｅ）に接続される。そのような装置はさらに、コンデンサ及び抵抗が配置された第２の分路を含み、抵抗には電圧計が設けられ、分路は電気回路網の中性線に接続される。

接地抵抗の測定は、通常、接地を測定する装置以外の電気器具が、回路網に接続されないようにして行われる。別の器具が回路網に接続された状態では、電流ループ干渉が生じて測定の結果を変えてしまう可能性がある。

本発明の目的は、高い測定精度を確保するとともに、使用する電源回路網に接続され得る器具によって干渉電流が生じた場合でも、干渉電流に対する感度を抑制した接地抵抗測定装置を提供することである。

この目的に対して、本発明は、以下のものを含む、機器の接地抵抗を測定する装置を提供する、すなわち、
‐ 電源回路網の相を機器のアースと接続するために、第１の分路が設けられ、これに電流源及び電流計が配置される、
‐ 電源回路網の中性線を機器のアースと接続するために、第２の分路が設けられ、この分路は、抵抗及びこの抵抗と直列な第１のコンデンサを備え、抵抗の両端には電圧計が接続される。

装置は、回路網の中性線を機器のアースと接続するために第３の分路を備え、これは第２のコンデンサを備え、この第２のコンデンサは、第１のコンデンサ及び第１の抵抗と並列に配置され、第１のコンデンサよりも高い値を有する。

インダクタを、抵抗及び第１のコンデンサとは直列で、第２のコンデンサとは並列に配置してよい。

有利には、第２のコンデンサは、第１のコンデンサよりも少なくとも５倍の大きさとし、好ましくは、第１のコンデンサよりも少なくとも１０倍の大きさとする。

第２のコンデンサは、１０から１００ｎＦ（ナノファラッド）の間の値とし、好ましくは、２０から３００ｎＦの間の値とする。

インダクタは、１から１０ｍＨ（ミリヘンリー）の間の値とする。

本発明はまた、説明した接地測定装置を含む、自動車のバッテリのための充電器を提供する。

充電器は、第２の分路を、充電器電源の第１の接続端子、及び第１の接続端子とは異なる充電器電源の第２の接続端子に、交互に接続することが可能なリレーを含む。また、充電器に、接地端子と第２の端子との間に接続される第２の電圧計（１５）を含めて、第２の端子をリレーによって切断できるようにし、また、接地端子と第１の端子との間に接続される第３の電圧計を含めて、第１の端子をリレーによって切断できるようにしてもよい。

好ましい実施形態において、第１の分路及び第２の分路を、装置の第１の入力端子及び第２の入力端子にそれぞれ接続し、又は反対に、第２及び第１の入力端子にそれぞれ接続するようにしてもよく、それは接続端子の側部か又は第１及び第２の電気分路の端部にスプリット接続を備える同じ機械的なスイッチを使用して行われ、その１つは第１のスプリット端部から第２のスプリット端部へと、他方は第２のスプリット端部から第１のスプリット端部へと、各々同時にスイッチングすることが可能である。

充電器は電気制御ユニットを含み、この電気制御ユニットは、端子を電源回路網に接続する際にリレーをスイッチングし、このリレーのスイッチングにより、２つの接続端子のうち、第２のコンデンサの端子測定電圧が低くなる方の接続端子に、第２の分路が接続される。

電気制御ユニットは、抵抗の端子測定電圧がリレーの起動の後に閾値電圧よりも高い状態を維持する場合に、電源回路網に接続する試みに続くバッテリの充電を防止するように構成される。

電気制御ユニットは、電流計及び第１の電圧計の読みから計算された接地抵抗が閾値抵抗よりも大きいか等しい場合に、バッテリの充電を防止するように構成される。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、単なる非限定的な具体例及び添付の図面を参照してなされる以下の説明を読むことによって理解することができるだろう。

図１は、先行技術による、接地抵抗を測定する装置の概略図である。 図２は、本発明による、接地抵抗を測定する装置の概略図である。 図３は、本発明による、接地抵抗を測定するための別の装置の概略図である。

図１に図示されるように、車載バッテリ充電器１は、接地抵抗２を測定する装置を含む。充電器１は、第１の接続端子６及び第２の接続端子７を含み、第１の接続端子は、電気回路網３の相線５に接続される電源出力プラグに挿入され、第２の接続端子は、同じ電気回路網の中性線４に接続されるプラグに挿入されるように構成されている。

電気回路網は、ここでは電圧源３の記号で概略的に表されている。

充電器１はまた、電気回路網のアース線１９と電気的に接触するように配置される接地端子３２を含む。

測定装置２は、第１の端子６及び接地端子３２を接続する、第１の電気分路２１を含む。この分路２１には、電流計９とダイオード２９に直列に取り付けられる定電流源８が配置され、ダイオード２９は、回路網の電流が定電流源８による電流と同じ方向にのみ流れるように構成されている。

接地抵抗２を測定する装置はさらに、第２の接続端子７を接地端子３２と接続する、第２の電気分路２２を含む。この第２の分路と直列に配置されるのは、第１のコンデンサ１０及び抵抗１３であり、抵抗の両端には第１の電圧計１４が接続される。電気制御ユニット１６は、電圧計及び電流計の測定値を収集できるように、電圧計１４及び電流計９に接続されている。電気制御ユニット１６はまた、電流を測定装置２の第１の分路２１に注入することができるように、定電流源８に接続されている。

電流源８による第２の分路への電流注入は、接地端子３２を介して、電気回路網３及び抵抗１３を通過する並流ループの中性線４への反流をもたらす。

電気抵抗２４は、接地線１９及び回路網の中性線４の間の電流の流れに応じて測定される。この抵抗２４は、装置２を使用して測定される接地抵抗である。

既知の測定手順は、電気制御ユニット１６が、電流計９及び電圧計１４から与えられる値に基づいて、接地抵抗２４の値を推定することを可能にする。例えば、一次近似として、接地抵抗２４は、ＲＴという値を有すると考えられる。
ここで、ＲＴ＝Ｖ／Ａであり、Ｖは第１の電圧計１４によって測定された電圧であり、Ａは電流計９によって同時に測定された電流の強度であり、特に、そのように決定されるＲＴの値が抵抗１３の値よりも実質的に小さい場合はそうである。

しかしながら、同じ電気回路網３に、干渉源である電気器具１２が接続された状態で測定が行われる場合、この干渉する電気器具１２は寄生電流を接地線１９に送るとともに、寄生電流ループ２５を発生する。このループは、太線と電流の流れを示す矢印とにより図１の中において表わしている。この寄生電流ループ２５は、抵抗１３を通過して、電気制御ユニット１６によって実行された接地抵抗測定の結果を変更する。

図２は、本発明による、抵抗を測定する装置２６が組み込まれた充電器１を描いたものである。

図２に示すいくつかの要素は、接地抵抗２を測定する図１の装置と共通であって、同じ要素には同じ参照符号を付してある。

測定装置２６は第３の分路２３を備え、これにより第２の端子７と接地端子３２とを接続する。

この分路に置かれるコンデンサ２０は、コンデンサ１０よりも値が大きい。第２の電圧計１５は、接地端子３２と、充電器の第１の接続端子６との間に接続される。第３の電圧計３０は、接地端子３２と、充電器の第２の接続端子７との間に接続される。

第２の分路２２は、図１の装置２について説明したものと同一のままであってよく、あるいは、第１のコンデンサ１０と直列にインダクタ１１を備えてもよい。

コンデンサ２０の値は、第２の分路のコンデンサ１０よりも実質的に大きく、例えば１０倍大きくなるように選ばれる。このようにすれば、干渉源１２によって発生する寄生電流は、接地抵抗の測定に使用する周波数よりも概して高い周波数であって、電気回路網の周波数よりも概して高い周波数となるため、コンデンサ２０のレベルに応じて、第２の分路のインピーダンスより低いインピーダンスを「見る」ことになる。このインピーダンスの差異により、寄生電流ループ２５は第３の分路側に転流して、寄生電流は装置２６の第２の分路に流れる測定電流とは干渉しないようになる。

電気回路網が伝送するのが５０ヘルツであるのに対して、家庭電化製品から発生する干渉電流の周波数は、典型的には、キロヘルツのオーダーである。インダクタ１１を使用することにより、装置２６の第２の分路２２の寄生電流から「見える」インピーダンスを増加することができる。

そのような電流の周波数に対して、コンデンサは、１０から１００ｎＦ（ナノファラッド）の間の値が有利であり、好ましくは、２０から３００ｎＦの間の値が選ばれる。

インダクタは、１から１０ｍＨ（ミリヘンリー）の間の値であってよい。なお、インダクタの値は、変形的な実施形態において、付加的なインダクタンスを有することなしに、ゼロとなり得る。

電気制御ユニット１６によって実行される接地抵抗の測定の手順は、実質的に変わらないままである。

接地抵抗を測定する装置２６はさらに、接続端子６及び７に係わるリレーシステムを備えてよく、それによって、第１の分路と回路網の相線５との適切な接続を確保でき、第２の分路２２と回路網３の中性線４との適切な接続確保できる。

例えば、第１のリレー１７は、第１の物理端子６と第２の物理端子７とに対して、交互に第２の分路２２の接続をスイッチングするように構成される。

第２のリレー１８は、第１の物理端子６と第２の物理端子７とに対して、交互に第１の分路２１の接続をスイッチングするように構成される。

電圧計１５及び３０の測定結果は、中性線４の状態確認に使用できることから、これらの測定の実行後に、第２の分路２２及び第３の分路２３を中性線４に接続し、第１の分路２１を相５に接続することができる。

したがって、第２の分路２２を回路網３の中性線４に確実に接続することができる。その後、電気制御ユニット１６は、第２のリレー１８を、端子７及び端子６のいずれにも接触していない位置からスイッチングして、第１のリレー１７によって利用可能に残されている端子と接触するように配置することができる。

図３は、図２の充電器を変形したものである。この変形実施形態において、第１及び第２の分路の回路網に対する接続は、二重作動スイッチにより行われるようになっていて、この二重作動スイッチには、電気制御ユニット１６によって同時に作動する第１の接触器２７及び第２の接触器２８が含まれる。充電器１の端子６及び端子７は、それぞれ分割され、端子６の場合は２つの接点６ａ、６ｂに、端子７の場合は２つの接点７ａ、７ｂに分割される。例えば、接点６ａ、６ｂは、接点７ａ、７ｂの外側に配置される。第１の分路２１に接続される第１の接触器２７は、接点６ａから接点７ａにスイッチングすることができ、これと同時に、第２の接触器は、接点７ｂから接点６ｂにスイッチングすることができる。

第１の接触器２７が接点６ａに接触した状態では、第２の接触器２８は接点７ｂと接触する。これは、図１において、端子６が回路網の相に接続され、端子７が回路網の中性線４に接続される場合に相当する。

ここで、端子６を回路網の中性線に接続し端子７を回路網の相に接続する場合（図示されていない構成）には、電気制御ユニット１６により、接触器２７をスイッチングして接点７ａと接触させる。一方、接触器２８は、例えば、２つの接触器を連結する機械的なリンクにより、同時にスイッチングして接点６ｂと接触する。このようにして、第１の分路２１は相５に接続され、第２の分路２２は中性線４に接続される。

変形的な実施形態において、接続は、接続端子６及び７側で分割する代わりに、第１（２１）及び第２（２２）の電気分路側で分割してもよい。図２の実施形態と同様に、接触器の上流側に配置される２つの電圧計１５及び３０を介して、電気制御ユニット１６は、第１の分路２１を回路網の相５に接続可能であり、第２の分路２２を回路網の中性線４に接続可能である。

電気制御ユニット１６は、第１及び第２の分路をそれぞれ回路網の相及び中性線に適切に接続する試みの後に、電圧計１４の測定電圧が所定の閾値よりも高いままである場合、充電器の使用を防止するように構成される。例えば、この異常な電圧は、接触器１７、１８又は２７、２８のシステムの故障によるものである。すなわち、システムは、充電器１４を回路網３に接続するために使用される電気プラグの幾何学的形状に関して望ましいものとは逆の構成になっている。

電気制御ユニット１６はまた、接地抵抗が所定の閾値よりも高い場合、例えば、１００オームよりも高い場合、又は２００オームよりも高い場合、充電器の使用を防止するように構成される。

本発明による接地抵抗を測定する装置は、機器の接地抵抗値を確実に監視することによって安全性を高めるとともに、装置の相線及び中性線がスイッチングされる場合に、相線が装置の第３の分路にダイレクトに接続されないようにして、望ましくない強度の電流が乗り物のアースに流れる危険性を防止する。

本発明は、説明した実施形態の例に限られるものではなく、かつ多くの変形例が可能である。

接地を測定する装置２６は、相及び中性線をスイッチングするために使用できる可変形状との接続を欠いていてもよい。

装置は、少なくとも１つの相線、中性線、及びアースのための対応する線を備える限りにおいて、単相、２相、又は３相の回路網のいずれにも接続されるように設計可能である。

ここに、装置は、相線のうちの１つと中性線との間に接続することができるものである。

装置は、インダクタ１１を備えなくてもよいし、第２の電圧計１５若しくは第３の電圧計３０を備えなくてもよい。第１及び第２のコンデンサに対して採用される値は、回路網の電流の周波数の範囲や、回路網上の想定される干渉源の電流の周波数の範囲に応じて変更できる。定電流源８から注入する電流周波数は、干渉源１２により発生する寄生電流について見込まれる周波数から離れた周波数とする。想定される干渉源１２が、定電流源８の使用周波数よりも実質的に低い周波数領域で作動する場合、第３の分路のコンデンサ２０は、例えば、１から１０ｍＨの間の値などの、低い値のインダクタに置き代えることができる。

装置には、既述の構成要素に加えて、他の抵抗、コンデンサ、インダクタを追加してもよい。

Claims (11)

1. 機器の接地抵抗（２４）を測定する装置（２６）であって、
   電源回路網（３）の相（５）を機器のアース（１９）と接続するための第１の電気分路（２１）に電流源（８）及び電流計（９）が配置され、
   電源回路網（３）の中性線（４）を機器のアース（１９）と接続するための第２の電気分路（２２）に第１の抵抗（１３）及び第１の抵抗（１３）と直列な第１のコンデンサ（１０）が配置され、第１の抵抗（１３）の両端には電圧計（１４）が接続され、
   電源回路網の中性線（４）を機器のアース（１９）と接続するための第３の電気分路（２３）を設け、第３電気分路（２３）は、第１のコンデンサ（１０）及び第１の抵抗（１３）と並列に第２のコンデンサ（２０）を備え、第２のコンデンサ（２０）は第１のコンデンサ（１０）よりも高い値を有することを特徴とする、装置（２６）。
2. 第１の抵抗（１３）及び第１のコンデンサ（１０）とは直列に、第２のコンデンサ（２０）とは並列にインダクタ（１１）が配置される、請求項１に記載の装置。
3. 第２のコンデンサ（２０）は、第１のコンデンサ（１０）よりも少なくとも５倍大きい、請求項１に記載の装置。
4. 第２のコンデンサ（２０）は、１０から１００ｎＦ（ナノファラッド）の間の値を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 第２のコンデンサ（２０）は、２０から３００ｎＦの間の値を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
6. インダクタ（１１）は、１から１０ｍＨ（ミリヘンリー）の間の値を有する、請求項２から５のいずれか一項に記載の装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（２６）を含む、自動車用バッテリのための充電器（１）。
8. 第２の電気分路（２２）を、充電器（１）の電源の第１の接続端子（６）と、第１の接続端子とは異なる、充電器の電源の第２の接続端子（７）とに、交互に接続することができるリレー（１７）を含むとともに、接地端子（３２）と第２の接続端子（７）との間に接続される第２の電圧計（１５）を含んで、第２の接続端子（７）はリレーによって切断されることができ、さらに、接地端子（３２）と第１の接続端子（６）との間に接続される第３の電圧計（３０）を含んで、第１の接続端子（６）はリレーによって切断されることができる、請求項７に記載の充電器。
9. 前記接続端子（６、７）が電源回路網（３）に接続される場合に、リレー（１７）をスイッチングするように構成される電気制御ユニット（１６）をさらに含み、リレー（１７）のスイッチングにより、２つの接続端子（６、７）のうち、第２のコンデンサ（２０）の端子測定電圧が低くなる方の接続端子に、第２の電気分路（２２）が接続される、請求項８に記載の充電器。
10. 電気制御ユニット（１６）は、第１の抵抗（１３）の端子測定電圧がリレー（１７）の作動後に閾値電圧よりも高い状態を維持する場合に、電源回路網（３）に接続する試みに後続するバッテリの充電を防止するように構成される、請求項９に記載の充電器。
11. 電流計（９）及び第１の電圧計（１４）の測定値から計算された接地抵抗（２４）が閾値抵抗よりも大きいか等しい場合に、バッテリの充電を防止するように構成される電気制御ユニット（１６）を備える、請求項７から１０のいずれか一項に記載の充電器。

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