KR102032588B1 - 차량 내에서 연속적인 성분을 포함하는 누설 전류 검출 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량(102), 특히 자동차의 전기 회로로부터 전류를 측정하기 위한 수단(124)을 포함하는 누설 전류를 검출하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 검출 장치가 상기 차량의 보드 상에 배치되도록 구성되고, 상기 측정 수단이: 상기 전기 회로로부터의 전류가 횡단하는 전도성 요소들(127) 중 하나 또는 복수가 통과하도록 구성되는 자기 코어(128)로서, 상기 전도성 요소(들)(127)가 1차 권선을 형성하는, 자기 코어(128); 기준 전류를 기초로 자기 플럭스를 생성하기 위한, 상기 코어(128) 주위로 권선된, 2차 권선(130); 및 상기 2차 권선(130)을 통해서 기준 전류를 생성하기 위한 발진기(132)로서, 상기 기준 전류가 상기 코어(128)를 포화시키도록 구성되는, 발진기(132)를 포함한다. 본 발명에 따라서, 상기 1차 권선(127)의 전류의 값이 완전한 코어(128)의 자화 및 탈자화 사이클을 커버하는 발진의 기간에 걸친 2차 권선(130)에서의 전류의 평균 값으로부터 얻어진다. 본 발명은 또한 상기 장치를 이용하는 여러 가지 온-보드 시스템들에 관한 것이다.

Description

차량 내에서 연속적인 성분을 포함하는 누설 전류 검출{DETECTION OF A LEAKAGE CURRENT COMPRISING A CONTINUOUS COMPONENT IN A VEHICLE}
본 발명은, 차량 내에 설치된, 누설 전류를 검출하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 차량 내에 설치된 배터리의 충전을 보호하기 위한 전기 시스템 및 상기 배터리를 충전하기 위한 역할을 하는 가정용 설비(domestic installation)의 접지 임피던스를 측정하기 위한 시스템에 관한 것이고, 이러한 시스템들은 누설 전류를 검출하기 위한 그러한 장치를 포함한다.
본 발명은 또한 그러한 전기 보호 시스템 및/또는 그러한 접지 임피던스 측정을 위한 시스템을 포함하는 상기 배터리를 충전하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 배터리를 충전하기 위한 그러한 시스템을 포함하는 차량에 관한 것이다.
보다 특히, 본 발명은 전기 또는 하이브리드 차량들의 분야에 관한 것이다. 그러한 차량들에서, 전기 모터, 일반적으로 3-상(phase) 모터가 차량을 구동하기 위한 기능을 하거나 적어도 그러한 프로세스에 참여한다. 배터리에 의해서 모터로 공급되고, 그러한 배터리는 주기적인 재충전을 필요로 한다.
교류(alternating current)가 공급되는 가정용 전기 회로와 같은, 전류를 제공하기 위한 고정된 설비의 도움으로 배터리를 재충전하는 것이 공지되어 있다. 차량이 그러한 설비로 연결되고 차량 내에 설치된 회로가, 특히 정류기의 도움으로, 배터리를 재충전할 수 있게 한다.
설치된 전기 회로가, 특히 회로와 차량의 샤시 사이에 배열된 기생(parasitic) 성분들에 의해서, 누설 전류들의 원천(source)이 될 수 있을 것이다. 그러한 누설 전류들은, 사람의 발이 바닥과 접촉될 때 차량의 본체를 터치하는 사람의 경우와 같이, 샤시와 지면 사이에 배치된 임피던스를 통과할 수 있다. 차량의 본체를 한 손으로 터치하고 주택의 금속 피팅을 다른 손으로 터치하는 경우에, 동일한 문제에 또한 직면할 수 있을 것이다. 유기체(organism)에서의 그러한 현상의 결과는 다소 심각하고, 단순한 불편한 감각으로부터 감전사까지의 범위를 가질 수 있을 것이다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 이러한 위험을 제한하기 위해서 차량(1)에 접지 전도체(2)를 제공하는 것이 공지되어 있고, 그러한 접지 전도체는, 전기 커넥터(6a, 6b)에 의해서, 차량(1)의 샤시(3)를 가정용 전기 설비(5) 접지용 케이블(4)로 연결할 수 있게 한다.
이러한 도면들에서, 전력망(electric grid)(8)을 통한 전류의 순환, 가정용 전기 설비(5) 및 차량의 전기 회로(7)가, 여기에서 상/중립(phase/neutral) 구성으로, 화살표들(9, 10)에 의해서 도시되어 있다. 잔류-전류 회로 차단기(11)가 공급망(8)과 가정용 전기 설비(5) 사이에 제공된다. 그러한 회로 차단기의 목적은 누설 전류를 검출하기 위한 것이고 위험의 경우에 전력 공급을 중단시키기 위한 것이다.
도 1에서, 화살표(12)에 의해서 표시된, 누설 전류가 존재한다. 통상적으로, 누설 전류는 주로 교번적인(alternating) 디자인으로 인한 기생 성분 및 교번적인 및/또는 연속적인 신호를 포함할 수 있는 디폴트 성분을 포함한다. 디폴트 성분은 절연 결함(fault)을 유발하는 원치 않는 이벤트에 상응한다.
누설 전류가, 전자기적 양립성(compatibility)을 목적으로 이용되는 기생 커패시터(13) 또는 커패시터들에 의해서 샤시(3)에 도달한다. 접지 전도체(2)가 여기에서 작동적이고(operational), 바람직하게, 누설 전류가 상기 접지 케이블(4)을 통해서 차량의 샤시(3)로부터 가정용 설비로 복귀된다. 그에 따라, 잔류-전류 회로 차단기(11)의 트리거링과 관계없이, 누설 전류의 일부가 샤시와 접촉하는 사람(14)을 통과하여, 그 사람의 부상을 유발할 수 있는 위험이 제한된다.
도 2에서, 동일한 누설 전류가 존재하나, 접지 전도체가 결함을 가진다. 여기에서, 접지 전도체가 컷팅되었다. 이러한 가정에서, 누설 전류가 샤시와 접촉하는 사람(14)을 통과하나, 만약 잔류-전류 회로 차단기(11)가 작동적이라면, 그러한 결함의 결과는 제한적으로 유지된다. 사실상, 상기 회로 차단기의 트리거링을 위한 고정된 문턱값들에 도달하는 경우에, 전형적으로 현재 강제되는 표준들에서 50 Hz 주파수의 교류 전류들에서 통상적으로 30 mA에 도달하는 경우에, 이러한 회로 차단기가 전력 공급을 중단한다. 사람(14)은, 샤시(3)와 접촉할 때, 누설 전류의 통과 위험이 있으나, 작동적인 회로 차단기의 트리거링에 의해서, 사람이 임의의 심각한 신체적 부상을 입지 않도록 방지될 것이다.
도 3에서, 누설 전류가 여전히 존재한다. 이전의 경우들과 대조적으로, 상기 누설 전류가 제로 평균(zero mean)을 가지는 것으로 가정되었고, 이는 이때에 연속적인 성분을 가진다. 상기 누설 전류가 기생 커패시터(13) 및 기생 저항기(15)에 의해서 샤시에 도달한다. 연속적인 성분의 존재는 특히 위험한데, 이는 연속적인 성분이 현재의 가정용 전기 설비들에 존재하는 잔류-전류 회로 차단기(11)의 대부분의 실패(fail)를 유발하기 때문이다. 그러한 경우에, 만약 접지 전도체(2)가 또한 결함을 가진다면, 사람(14)이 샤시(3)와 접촉할 때, 누설 전류들이, 잔류-전류 회로 차단기(11)에 의한 사람의 보호 없이, 사람(14)을 통과게 되는데, 이는 상기 회로 차단기가 더 이상 활성화될 수 없기 때문이다. 그에 따라, 감전사가 발생할 수 있다.
또한, 가정용 전기 설비(5)의 전체에 대한 보호가 이루어진다. 사실상, 잔류-전류 회로 차단기(11)가 결함을 가지기 때문에, 설비의 임의의 전기적 장치와 간섭하는 누설 전류가 더 이상 탐지될 수 없을 것이다. 그에 따라, 상기 잔류-전류 회로 차단기(11)에 의해서 일반적으로 보호되는 주택의 모든 거주자들이 위험에 노출된다.
연속적인 성분이 존재하는 경우에 앞서서 고려한 잔류-전류 회로 차단기들이 직면하는 문제의 원천에 대해서, 도 4, 5 및 6을 참조하여 설명할 것이다.
도 4는 이러한 타입의 장치를 개략적으로 도시한다. 보호된 설비의 진입 전류(Ia) 및 진출 전류(Ir)가, 여기에서 상(phase)(20) 및 중립(neutral)(21)인, 유입구/배출구 전도체들을 따라서 제공된 권선들(22, 23) 을 통과한다. 상기 권선들(22, 23)은 동일한 자기 코어(24) 상에 배열된다. 상기 권선들은 동일한 세기의, 그러나 상(20)을 통과하는 전류가 중립(21)을 통과하는 전류와 동일한 세기일 때 반대 방향들을 따라서 코어 내에서 순환하는 자기 플럭스들을 생성하도록 구성된다. 제 3 권선(25)이 코어 상에 배치된다. 상기 제 3 권선은 분리 장치(26)로 연결되고, 상기 분리 장치(26)는 상기 제 3 권선(25) 내에서 특정 문턱값들을 초과하는 전류가 존재하는 경우에 보호되는 설비의 전류 공급을 중단할 수 있게 한다. 보다 정확하게, 제 3 권선(25)은, 회로(27) 내에서 순환하는 전류에 의존하는 분리 장치(26)의 개방을 트리거링하기 위해서 제공되는, 전자석(28)으로 공급하는 회로(27)에 연결된다.
상(20) 내에서 순환하는 전류가 중립(21) 내에서 순환하는 전류와 동일한 경우에, 코어 내에서 권선들(22, 23)에 의해서 유도되는 플럭스들이 영구적으로 상쇄되고(cancelled) 코어(24) 내에서 플럭스의 변동이 발생하지 않는다. 그에 따라, 제 3 권선(25)에 의해서 전류가 발생되지 않고, 보호되는 설비의 전력 공급이 보장된다.
대조적으로, 누설 전류의 존재의 경우에, 전도체들(20, 21) 내에서 순환하는 전류들이 더 이상 동일하지 않고 플럭스의 변동이 코어(24) 내에서 발생되고, 이는 회로(27) 내의 전류의 순환을 트리거링한다. 누설 전류의 세기는 상 전류와 중립 전류 사이의 차이의 크기(amplitude)에 상응하고, 후자는 코어 내의 플럭스의 변동의 크기에 상응하고 그에 따라 회로(27) 내에서 순환하는 전류의 세기에 상응하고, 후자는 상기 세기에 의존하는 전자석(28)에 의해서 분리 장치(26)를 작동시킬 수 있다.
도 5 및 6은 앞서서 고려한 바와 같이 자기 코어에 의해서 생성된 플럭스의 변동에 미치는 누설 전류 내의 연속적인 성분의 존재의 영향을 도시한다. 이러한 도면들은 그러한 코어들을 형성하는 재료들의 통상적인 자화 곡선을 도시한다. 자기적 여기의 세기(H)(A/m 또는 에르스텟(Oersted)으로 측정됨)가 가로좌표를 따라서 주어지고, 유도 또는 자속 밀도(B)(테슬라 또는 가우스로 측정됨)가 세로축을 따라서 도시되어 있다. 자화 곡선은 자기적 여기의 함수로서 생성되는 유도의 값을 제공하고, 자기적 여기는 필드(field)를 생성하는 전도체를 통과하는 전류에 의존한다. 공지된 바와 같이, 이용되는 자기 재료들은 이력(hysteresis) 사이클(30)을 가지고 자기적 여기의 변동이 유도의 매우 약한 변동에 상응하는 모든 포화 구역들(31) 위에 위치된다.
도 5는, 여기에서 절반-파동 타입인, 누설 전류의 영향들에 상응하는 자기적 여기의 프로파일(32)을 도시한다(세로좌표는 시간 축으로서의 역할을 한다). 그러한 여기는 최대 값(Bm)과 재료의 잔류 유도에 상응하는 값(Br) 사이의 유도의 변동을 유발한다. 그러한 경우에, 누설 전류가 자기 코어 내의 플럭스의 변동(ΔB)을 유발하고, 잔류-전류 회로 차단기가 명목적인 방식(nominal manner)으로 기능할 수 있을 것이다. 여기에서, ΔB = Bn - Br 은 검출을 허용할 수 있을 정도로 충분히 크다.
도 6은 여전히 절반-파동 타입의, 그러나 이때 연속적인 성분을 포함하는, 누설 전류에 의해서 유발되는 자기적 여기의 다른 프로파일(33)을 도시한다(세로좌표에 평행한 축(34)은 시간 축으로서의 역할을 한다). 상기 연속적인 성분으로 인해서, 자기적 여기가 재료가 포화되는 구역 내에 위치되고, 연속적인 성분으로 부가된 자기적 여기의 변동들이 유도의 임의의 변동을 유발하거나 유도의 매우 작은 변동들을 유발한다는 것을 확인할 수 있다. 여기에서, ΔB = Bn - Br 이 너무 낮아서 검출을 허용하지 않는다. 그러한 경우에, 전류의 연속적인 성분은, 자기 재료를 포화시키는 것에 의해서, 플럭스의 임의 변동을 방지하고 그에 따라 상기 코어를 구비한 잔류-전류 회로 차단기의 실패를 유발한다. 잔류-전류 회로 차단기들에서 일반적으로 이용되는 자기 재료들의 경우에, 6 mA 초과의 연속적인 성분을 가지는 전류가 현재 강제되는 표준들에 따라서 허용되지 않는 것으로 생각된다.
전기 차량들을 포함하는 회로들로부터 기원하는 전류들 내의 보다 강한 세기의 연속적인 성분의 출현 위험들은 사소한 문제가 아닌데, 이는 배터리를 재충전하기 위해서 이용되는, 특히 전력 인자 교정(power factor correction; PFC) 기능을 가지는, 특히 스텝-업(step-up) 전압 변환기들의 존재 때문이다.
그러한 위험이 도 7 및 8에 구체적으로 설명되어 있고, 상기 도면들은, 충전 커넥터(43)에 연결된, 브릿지 정류기(42), 및 전압 스텝-업 변환기이고 전력 인자 교정기일 수 있는, 변환기(44)를 포함하는 배터리(41) 충전용 회로를 구비하는 차량(40)을 개략적으로 도시한다. 충전 커넥터(43)는, 잔류-전류 회로 차단기(49)에 의해서 보호되는, 교류 전류를 전달하는 가정용 전기 설비(45)에 연결되도록 의도된 것이다. 누설 전류의 존재가 누설 저항기(46, 46')에 의해서 표시되어 있다.
도 7에서, 누설 전류가 회로의 접지(47)와 차량의 샤시(48) 사이에서 순환한다. 그러한 가정에서, 누설 전류는 브릿지 정류기(42)를 통해서 가정용 전기 설비에 의해서 전달되는 교류의 교번들(alternations)에 따라서 변화된다. 누설 전류 내에는 연속적인 성분이 존재하지 않고, 잔류-전류 회로 차단기(49)가 작동적이다.
도 8에서, 누설 전류가 배터리(41)의 양의 단자(50)와 차량의 샤시(48) 사이에서 생성된다. 그에 따라, 누설 전류가 배터리에 의해서 공급되는 전압으로부터 기원하는 연속적인 성분을 포함하고, 상기 연속적인 성분은 누설 전류 내에서 발견되고, 상기 연속적인 성분이 너무 높은 경우에 잔류-전류 회로 차단기(49)는 더 이상 작동적이 아니다.
그러한 회로 차단기들을 위험에 빠뜨릴 수 있는 위험들을 피하기 위한 제 1 해결책은, 가정용 전기 설비가 전기적으로 보다 견고한(robust) 회로 차단기를 구비하는 것이 될 수 있을 것이다. 등급(class) B 회로 차단기들로서 지칭되는, 그러한 회로 차단기들이 공지되어 있다. 그러나, 그러한 회로 차단기들은 가정용 설비들을 보호하기 위해서 거의 이용되지 않는다. 그러한 회로 차단기들은 매우 고가이나, 가정용 네트워크 내에서 표준들 이상의 연속적인 성분이 출현할 위험(충전 중 이외)이 매우 낮다.
또한, 차량의 이용자들이 플러깅(plug)하고자 하는 가정용 전기 설비가 그러한 회로 차단기를 구비하는지의 여부를 차량의 이용자들이 반드시 체크할 수 있는 것은 아니다. 특정 개인들이, 위험을 무시함으로써 또는 필요에 의해서 강제되어, 적절한 회로 차단기를 구비하지 않은 설비에 대해서 그들의 차량을 임의 방식으로 연결하기 위한 결정을 할 수 있을 것이다.
또한, 전기 차량의 잠재적 구매자가, 그의 차량을 그의 가정으로부터 재충전할 수 있기를 원하는 경우에 그의 전기적 설비를 변경하도록 요구하는 것은 상업적으로 거의 적절하지 않은 것임을 또한 주목할 수 있을 것이다. 이는 이러한 차량 타입의 확산에 심각한 장애가 될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 이러한 어려움들을 극복하는 것이고 이러한 목적을 위해서, 예를 들어 교번적인 및/또는 연속적인 누설 전류를 검출하기 위한 장치를 제공하는 것으로서, 상기 장치가 차량의, 특히 자동차의 전기 회로로부터 전류를 측정하기 위한 수단을 포함하고, 상기 검출 장치는 상기 차량 내에 설치되도록 구성된다.
그러한 장치는, 차량에 존재하는 유일한 수단을 기초로 누설 전류를 검출할 수 있게 한다. 구체적인 적용예에서, 그러한 장치는, 외부 장비에 의존할 필요가 없이, 차량이 연결되는 가정용 전기 설비로 과다하게 높은 연속적인 성분을 가지는 전류를 전송할 위험이 존재하는지의 여부를 알 수 있게 한다. 그에 따라, 차량의 사용자는, 사용자가 연결하는 전기 설비가 양립가능한 것인지를 더 이상 확인할 필요가 없게 된다.
함께 또는 독립적으로 고려될 수 있는, 본 발명의 상이한 실시예들에 따라서:
- 측정 수단이 상기 회로로부터의 전류를 기초로 자기 플럭스를 생성하기 위한 수단을 포함하고;
- 상기 자기 플럭스를 생성하기 위한 수단이 상기 회로로부터의 전류로부터 기원하는 자기 플럭스가 통과하도록 구성된 자기 코어를 포함하고;
- 상기 자기 플럭스를 생성하기 위한 수단이, 기준 전류를 기초로 자기 플럭스를 생성하기 위한, 상기 자기 코어 주위로 권선된, 2차 권선을 포함하고; 그리고 전기 회로로부터의 상기 전류가 통과하는 하나 이상의 전도성 요소들이 통과하도록 상기 자기 코어가 구성되고, 상기 전도성 요소 또는 상기 전도성 요소들이 1차 권선을 형성하며;
- 상기 측정 수단이 상기 2차 권선을 통해서 기준 전류를 생성하기 위한 발진기(oscillator)를 포함하고, 상기 기준 전류가 상기 자기 코어를 포화시키도록 구성되며;
- 상기 측정 수단이 상기 발진기의 기능을 보호하기 위한 수단을 더 포함하고;
- 상기 측정 수단이:
회로로부터의 전류에 의존하는, 1차 권선에서의 전류의 이미지(image)로서 지칭되는, 전류를 전달하도록 구성된 적분기(integrator)/비교기 모듈, 및
상기 모듈에 의해서 전달되는 전류를 기초로 전기 회로로부터의 전류에 의해서 생성되는 플럭스를 보상하기 위한 수단을 포함하고;
- 상기 플럭스 보상 수단이 상기 자기 코어 주위의 제 3 권선을 포함하고, 상기 1차 권선에서의 전류의 이미지인 상기 전류가 상기 제 3 권선을 통과하도록 상기 적분기/비교기 모듈의 출력이 상기 제 3 권선에 연결되고;
- 상기 플럭스 보상 수단이 상기 2차 권선에 의해서 형성되고, 상기 1차 권선에서의 전류의 이미지인 상기 전류가 상기 2차 권선을 통과하도록 상기 적분기/비교기 모듈의 출력이 상기 2차 권선에 연결되고;
- 상기 측정 수단이, 상기 장치의 출력 특성들 및 상기 발진기의 특성들을 조정하기 위해서 2차 권선에 그리고 발진기에 연결된 제 1 단자 및 상기 장치의 출력 단자에 그리고 상기 적분기/비교기 모듈에 연결된 제 2 단자를 가지는, 매개변수화(parameterizing) 저항기로서 지칭되는, 저항기를 포함하고;
- 상기 측정 수단이, 상기 발진기의 특성을 조정하기 위해서 2차 권선에 그리고 발진기에 연결된 제 1 단자 및 상기 장치의 접지에 연결된 제 2 단자를 가지는, 조정 저항기로서 지칭되는, 저항기를 포함하고;
- 상기 측정 수단이, 상기 장치의 출력 특성을 조정하기 위해서, 상기 2차 권선에 연결된 제 1 단자 및 상기 장치의 출력 단자에 그리고 상기 적분기/비교기 모듈에 연결된 제 2 단자를 가지는, 측정 저항기로서 지칭되는 저항기를 포함하고;
- 상기 측정 수단이, 상기 1차 권선에서의 전류의 이미지인 전류를 필터링하고, 그에 따라 전기 회로로부터의 전류의 프로파일과 실질적으로 동일한 프로파일을 가지는 신호를 획득할 수 있게 하는 필터링 수단을 포함하고;
- 상기 측정 수단이, 상기 필터 모듈의 출력에서 전압 범위를 조정하기 위한 수단을 포함하고;
- 상기 장치가 가상 접지(fictitious ground)의 제너레이터(generator)를 포함하고, 상기 측정 수단이 상기 가상 접지에 연결되고;
- 상기 발진기 및/또는 상기 가상 접지의 제너레이터 및/또는 상기 적분기/비교기 모듈이 적어도 하나의 각각의 연산 증폭기를 포함하고;
- 전이 시간이 50 ns 미만이 되도록 상기 연산 증폭기가 구성되고;
- 상기 연산 증폭기의 출력이 전류 증폭기에 연결된다.
본 발명은 또한 차량의, 특히 자동차의 전기 회로로부터 전류를 측정하기 위한 수단을 포함하는 누설 전류 검출 장치에 관한 것으로서, 상기 검출 장치가 상기 차량 내에 설치되도록 구성되고 상기 측정 수단이:
- 상기 전기 회로로부터의 전류가 통과하는 하나 이상의 전도성 요소가 통과하도록 구성된 자기 코어로서, 상기 전도성 요소 또는 상기 전도성 요소들이 1차 권선을 형성하는, 자기 코어;
- 기준 전류를 기초로 자기 플럭스를 생성하기 위한, 상기 자기 코어 주위로 권선된, 2차 권선;
- 상기 2차 권선을 통해서 기준 전류를 생성하기 위한 발진기로서, 상기 기준 전류가 상기 자기 코어를 포화시키도록 구성되는, 발진기를 포함하고;
상기 1차 권선의 전류의 값은, 자기 코어의 완전한 자화 및 탈자화 사이클을 커버하는 발진의 기간에 걸쳐 상기 2차 권선에서의 전류의 평균 값을 기초로 얻어진다.
검출 장치가 전술한 특징들 중 임의의 하나를 가질 수 있을 것이다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 누설 전류를 검출하기 위한 장치를 포함하는, 차량, 특히 자동차 내에 설치되는 배터리의 충전을 보호하기 위한 전기 시스템에 관한 것이다.
상기 보호 장치는, 예를 들어, 상기 배터리를 충전하는 역할을 하는 회로가 저하된(degraded) 모드에서 동작하도록 할 수 있는 제어 수단을 포함한다.
본 발명은 또한 자동차의 배터리를 충전하는 역할을 하는 가정용 설비의 접지 임피던스를 측정하기 위한 시스템에 관한 것이고, 상기 측정 시스템이 본 발명에 따른 누설 전류 검출 장치를 포함한다.
본 발명은 또한 그러한 전기 보호 시스템 및/또는 접지 임피던스를 측정하기 위한 그러한 시스템 내에 설치되는 배터리를 충전하기 위한 시스템에 관한 것이다.
앞서서 고려된 상이한 시스템들은 차량 내에 설치되도록 구성되고, 본 발명은 추가적으로 상기 검출 장치 및/또는 상기 시스템들 중 하나 이상을 포함하는 차량에 관한 것이다.
차량이 상기 검출 장치에 의해서 얻어진 측정치들을 이용하는 전기 보호 시스템들을 구비함으로써, 차량이 연결되는 거주지의 거주자들뿐만 아니라 차량에 근접한 개인들이 위험에 빠지는 것을 피할 수 있다. 이러한 개인들은, 어떠한 타입이든지 간에, 거주지의 잔류-전류 회로 차단기에 의해서 사실상 보호될 것이다. 상기 검출 장치는, 연결되는 가정용 설비의 접지 임피던스의 첵킹을 허용하는 것과 같은, 추가적인 적용예들을 가질 수 있을 것이다.
마지막으로, 본 발명은 배터리, 특히 차량 배터리를 충전하기 위한 방법에 관한 것으로서;
- 본 발명에 따른 충전 시스템을 제공하는 단계;
- 상기 충전 시스템에 의한 전력 인자 교정으로 상기 배터리를 충전하는 단계;
- 상기 누설 전류의 연속적인 성분과 이러한 누설 전류의 교번적인 성분 사이의 비율이 미리 결정된 문턱값 보다 클 때 전력 인자 교정이 없이 충전을 계속하는 단계를 포함한다.
이제, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로, 그러나 비-제한적인 방식으로 설명할 것이다.
- 이미 설명한, 도 1 내지 3은 종래 기술의 전기 차량의 배터리들의 재충전과 연관된 위험들을 개략적으로 도시한다.
- 이미 설명한, 도 4는 종래 기술의 잔류-전류 회로 차단기를 개략적으로 도시한다.
- 이미 설명한, 도 5 및 6은 도 4에 도시된 타입의 잔류-전류 회로 차단기들에 걸친 연속적인 성분을 가지는 전류의 영향을 설명하기 위한 자화 곡선들을 도시한다.
- 이미 설명한, 도 7 및 8은 연속적인 성분을 가지는 누설 전류의 출현 위험들을 설명하기 위해서 배터리를 충전하기 위한 장치를 구비하는 종래 기술의 차량을 개략적으로 도시한다.
- 도 9는 본 발명에 따른 검출 장치를 구비한 차량을 개략적으로 도시한다.
- 도 10은 1차 권선에서의 전류 내의 연속적인 성분을 측정하기 위한 목적을 위한 본 발명에 따른 검출 장치의 제 1의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
- 도 11은 일차적인 회로 내의 연속적인 성분의 부재시에 상기 장치 내에서 순환하는 전류의 변동을, 시간의 함수로서 표시한 곡선을 도시한다.
- 도 12는 1차 권선에서의 전류 내의 연속적인 성분의 존재 및 부재시에 상기 장치의 기능을 설명하는 자화 곡선이다.
- 도 13은 1차 권선에서의 전류 내의 연속적인 성분의 존재 및 부재 시에 얻어지는 곡선들을 비교하기 위해서 도 11을 다시 도시한 것이다.
- 도 14는 본 발명에 따른 검출 장치의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한다.
- 도 15는 본 발명에 따른 검출 장치의 제 3의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
- 도 16은 본 발명에 따른 배터리의 충전을 보호하기 위한 전기 시스템을 개략적으로 도시한다.
- 도 17a 내지 17c는, 시간 그래프들의 형태로, 본 발명과 관련한 상이한 전류 프로파일들을 도시한다.
- 도 18은 본 발명에 따른 검출 장치의 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
- 도 19는 본 발명에 따른 검출 장치의 제 4의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은 차량(102) 내에 설치되도록 구성된 누설 전류를 검출하기 위한 장치(100)와 관련된다. 특히, 차량, 특히 자동차이 전기적으로 구동되는 차량일 수 있고, 다시 말해서 차량은, 열 기관에 커플링될 수 있는, 차량의 견인 및/또는 추진을 제공하는 모터를 포함한다. 다시 말해서, 차량은 전기 차량으로서 공지된 것이 될 수 있을 뿐만 아니라, 하이브리드 차량으로서 공지된 것일 수도 있다. 그러한 전기 차량은 상기 차량(102) 내에 설치된 배터리(미도시)에 의해서 공급된다.
상기 차량(102)은 특히 상기 배터리를 재충전하기 위한 역할을 하는 전기 회로(103)를 포함한다. 상기 회로(103)는, 도시된 바와 같이, 단일 상 또는 다중상(polyphase), 특히 3-상 방식으로 공급되는 회로일 수 있다. 회로는 여기에서 차량(102)의 연결 단자(106)에 의해서 거주지(105)의 가정용 전기 설비(104)에 연결된다. 공급 라인(107)이 상기 회로(103)와 상기 연결 단자(106) 사이에 제공된다. 상기 보호 장치가 공급 라인(107) 상에 위치된다. 전기 케이블(108)을 이용하여 상기 연결 단자(106)를 상기 가정용 설비(104)로 연결할 수 있을 것이다.
상기 거주지(105)는 상기 가정용 설비(104)를 보호하는 잔류-전류 회로 차단기(110)를 포함한다. 상기 거주지는 또한 저항기(114)에 의해서 심볼화된 접지 임피던스를 가지는 접지 케이블(112)을 포함한다. 상기 차량의 접지 전도체(116)(여기에서 접지는 차량의 샤시이다)를, 상기 접지 임피던스(114)에 연결된, 케이블(108)의 접지 전도체(11)로 연결하도록 연결 단자(106)가 구성된다.
상기 거주지(105)는, 특히 낮은 교류 전압의, 전압 공급원(120)을 통상적으로 포함하는 네트워크(118)에 의해서 공급된다. 전기적 가정용 설비(104)가 잔류-전류 회로 차단기(110)에 의해서 네트워크에 연결된다. 상기 네트워크(118)가 그 자체의 접지 임피던스(121)를 포함한다.
상기 검출 장치(100)가, 특히 케이블(122)에 의해서, 차량의 전기 회로(103)의 제어 유닛에 연결되도록 구성된다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 검출 장치가 차량의 전기 회로에 의해서 생성된 전류를 측정하기 위한 수단(124)을 포함한다.
상기 측정 수단(124)은, 예를 들어, 전기 회로에 의해서 생성된 전류를 기초로 자기 플럭스를 생성하기 위한 수단(126)을 포함한다.
예를 들어, 전류가 차량의 상기 전기 회로(103)의 전도성 요소(127)에서 순환된다. 이는, 예를 들어, 회로(103)의 공급 라인(107)의 상 또는 중립일 수 있을 것이다. 정상 모드에서, 상기 전도성 요소(127)는 교류가 통과하도록 의도된다. 비정상의 경우에, 교번적 및/또는 연속적일 수 있는, 누설 전류들이 상기 전도성 요소를 통과할 수 있을 것이다.
균등한 것으로서, 전류가 많은 수의 상이한 전도성 요소들(127) 내에서 순환하는 전류들로부터 초래되는 합계에 상응할 수 있을 것이다. 특히, 단-상 설비에서, 전류는 공급 라인(107)의 상 및 중립에서 순환하는 전류들의 결과이다.
상기 자기 플럭스 생성을 위한 수단(126)이, 특히, 상기 전도성 요소(127) 내에서 순환하는 전류로부터 기원하는 자기 플럭스가 통과하도록 구성된 자기 코어(128)를 포함한다.
상기 자기 코어(128)가, 예를 들어, 500 내지 150000의, 특히 약 15000 의 최대 상대적 투자율(permeability) 및/또는 1 내지 3 A/m의 보자력장(coercive field)(Hc)를 가지는 자기 재료에 의해서 형성된다. 특히, 자기 코어가 페라이트 또는 비정질 재료들로 제조될 수 있다.
1차 권선을 형성하는, 상기 전도성 요소(127)가 통과하도록 코어(128)가 구성된다. 다시 말해서, 상기 1차 권선(127)이 하나의 감김(turn)을 포함한다. 이는, 상기 1차 권선이 직선적인 방식으로 상기 코어(128)를 통과하도록, 자기 코어(128)가 구성된다는 것을 의미한다.
자기 플럭스를 생성하기 위한 상기 수단(126)은, 기준 전류를 기초로 상기 코어를 통과하는 자기 플럭스를 생성하기 위한, 상기 코어(128) 주위로 권선된, 2차 권선(130)을 포함한다.
상기 측정 수단(124)은, 예를 들어, 2차 권선을 통해서 상기 기준 전류를 생성하는 발진기(132)를 더 포함한다. 상기 발진기는 여기에서 한편으로 2차 권선(130)의 제 1 단자에 그리고 다른 한편으로 상기 2차 권선(130)의 제 2 단자에 연결되고, 상기 측정 수단(124)의 저항기(133)가 상기 제 2 단자에 연결된다. 상기 저항기(133)가 상기 제 2 단자와 접지 사이에 배열된다. 상기 발진기(132)가, 예를 들어, 2개의 값들(+Vmax 및 -Vmax) 사이에서 교번적인 것으로 가정하는 정상파 타입의 전압을 생성한다. 발진기는 여기에서, 2차 권선(130) 내의 전류의 최대치 또는 최소치(Ip+ 또는 Ip-)에 도달하자 마자, +Vmax로부터 -Vmax로 그리고 그 반대로 전달하도록 구성된다. 저항기(133)는, 2차 권선(130)으로 전달되는 발진들, 특히 2차 권선(130)의 피크 전류의 값들(Ip+ 또는 Ip-)을 조정할 수 있게 한다.
피크 전류의 작용하에서 상기 코어(128)를 포화시키도록, 상기 측정 수단(124), 특히 상기 발진기(132) 및 상기 2차 권선(130)이 구성된다.
도 11을 참조하여, 그러한 발진기(132)에 의해서 전달되는 전압의 영향 하에서 2차 권선(130)을 통과하는 전류의 형태를 설명할 것이다. 이러한 도면에서, 전류의 세기가 세로좌표에 도시되어 있고 시간이 가로좌표에 도시되어 있다. 발진기에 의해서 전달되는 정상파 전압 신호에 응답하여, 2차 권선(130) 내의 전류가 서로 교번적인 상승하는 상들(134) 및 하강하는 상들(136)을 가진다. 상기 상승 상 및 하강 상들(134, 136)의 각각의 중간 부분(138)에서, 2차 권선(130) 내에서 생성되는 전류는 코어(128)의 비-포화 상태에 상응한다. 이러한 중간 부분들에서, 전류가 비교적 서서히 상승 또는 감소된다. 상기 상승 및 하강 상들(134, 136)의 각각의 시작 부분(140) 또는 종료 부분(142)에서, 2차 권선 내에서 생성된 전류가, 대조적으로, 자기 코어(128)의 포화 상태에 상응하고 전류는 비교적 신속하게 상승되거나 감소된다.
1차 권선에서 순환하는 전류의 존재 또는 부재의 경우에, 코어(128)의 자화 및 탈자화에 상응하는 사이클이 도 12에 도시되어 있다.
실선으로 도시된 곡선이 최대 자화 곡선이다.
점선으로 도시된 곡선(144)은, 1차 권선 내에서 전류가 순환하지 않는 경우에 상응한다. 이러한 경우에, 유도의 극한 값들이 재료의 포화 구역들에 상응한다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 또한, 극한 값들이 절대 값과 관련하여 동일하다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 이는, 절대값들과 관련하여 또한 동일하고 반대 부호를 가지는 2차 권선 내에서 순환하는 전류의 극한 값들(Ip+, Ip-)에 의해서 도 11의 곡선에 반영되어 있다. 이는 또한, 가로좌표와 상승 및 하강 상들(134, 136)의 양의 부분 사이에 그리고 가로좌표와 상승 및 하강 상들(134, 136)의 음의 부분 사이에 각각 위치되는, 표면들(S1 및 S2)의 동일성에 의해서, 다시 말해서 상기 2차 권선 내에서 순환하는 전류의 평균 제로 값에 의해서, 반영된다.
파선들로 도시된 곡선(146)은, 전류가 1차 권선 내로 도입되는 경우에 상응한다. 곡선(144)과 비교하면, 곡선(146)은, 도시된 바와 같이, 유도의 양의 값들을 향해서 오프셋된다. 자기 재료의 포화의 레벨은, 일차적인 전류가 양의 기자력장(magnetomotive field)을 생성할 때, 음의 값들에서 보다 양의 값들에서 더 크다.
반대로, 자기 재료의 포화의 레벨은, 일차적인 전류가 음의 기자력장을 생성할 때, 양의 값들에서 보다 음의 값들에서 더 크다. 이러한 경우에, 곡선(144)과 비교하여, 곡선(146)이 유도의 음의 값들을 향해서 오프셋될 수 있을 것이다.
다시 말해서, 1차 권선(127) 내의 전류의 존재는 코어(128)의 자기 상태를 변화시키고, 이는 2차 권선에서의 전류의 그리고 코어(128)의 자화 및 탈자화의 사이클의 변화를 유도한다.
도 13은 양의 기자력장의 경우에 시간의 함수로서 2차 권선(130) 내의 전류의 세기를 보여주는 곡선(148)을 도시한다. 비교를 돕기 위해서, 1차 권선 내에서 순환하는 전류의 부재의 경우에 곡선(138) 내의 상승 및 하강 상들(134, 136)이 또한 도시되어 있다.
곡선(148)에서, 자화 및 탈자화의 곡선(146)의 비대칭성을 확인할 수 있을 것이다. 2차 권선에서의 전류의 진행(progression)의 속도들이 음의 부분 내에서 보다 양의 부분 내에서 훨씬 더 큰데, 이는 포화가 음의 부분 보다 양의 부분 내에서 보다 양호하기 때문이다. 이는, 양 및 음의 부분들의 표면들(S1, S2) 사이의 차이를 설명할 수 있게 한다. 다시 말해서, 2차 권선 내에서 순환하는 전류의 평균 값이 더 이상 제로가 아니다. 이러한 평균 값은 1차 권선 내에서 순환하는 전류에 의존한다.
결과적으로, 1차 권선의 전류가 변화될 때, 2차 권선에서의 전류의 평균 값은 발진의 기간에 걸쳐서 비례적으로 변화된다. 그에 따라, 2차 권선에서의 전류를 관찰함으로써, 1차 권선 내의 전류의 값으로 복귀시킬 수 있다. 그에 따라, 1차 권선 내에서 순환하는 전류의 존재를 나타낼 수 있고 심지어는 그 값을 정량화할 수 있는 해결책이 제공된다. 또한, 자기 플럭스를 생성하기 위한 수단(126)으로 인해서, 차량의 회로(103)와 측정을 위해서 구현된 회로 사이의 갈바닉(galvanic) 분리를 가지는 동안, 1차 권선 내의 전류의 측정이 달성된다.
2차 권선(130)에서의 전류의 값들이 코어(128)의 포화에 도달할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 도 12 및 13은 코어의 포화의 이점을 설명한다. 사실상, 이러한 현상 덕분에, 1차 권선 내에서 전달되는 전류의 레벨에 상당히 의존하여 유도의 변동의 크기가 변화된다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 그에 따라, 측정의 정밀도가 개선될 수 있다.
자기 재료의 양호한 포화 레벨을 보장하기 위해서, 2차 권선 내에서 순환하는 전류를 충분히 크게 할 필요가 있다. 예를 들어, 상기 2차 권선 내에서 순환하는 절대 값의 최대 전류는, 코어(128)의 양호한 포화에서 약 100 mA가 된다.
또한, 1차 권선 내에서 순환하는 전류가 가변적인 타입일 수 있을 것이다. 예를 들어, 전류가 50 Hz의 주파수를 가질 수 있을 것이다. 발진기의 주파수가 1차 권선 내에서 순환하는 이러한 전류의 측정치들을 획득할 수 있게 하도록, 이러한 발진기의 주파수가 상기 1차 권선 내에서 순환하는 전류의 주파수 보다 상당히 클 필요가 있고, 특히 적어도 10 배 더, 예를 들어 100 배 더 클 필요가 있다. 이는, 이용을 위한 충분히 신뢰가능한 방식으로 1차 권선에서 전류를 재구성할 수 있게 한다. 발진기(132)의 주파수가 1 내지 20 kHz일 수 있다. 특히, 1차 권선에서 50 Hz의 주파수의 전류의 측정을 허용하기 위해서, 발진기(132)의 주파수가 7 kHz일 수 있다. 다시 말해서, 예를 들어, 피크 값들의 5 내지 10%의 오류로 1차 권선(127)에서의 전류의 파형을 재생성하는 것으로 생각된다.
하나의 감김을 가지는 1차 권선에 대해서, 10 내지 50회의 감김들, 특히 20 내지 30회의 감감들의 많은 감김들을 2차 권선(130)을 위해서 선택함으로써, 이러한 의미에서 유리한 결과들이 얻어졌다.
그러나, 1차 권선(127)이 1회보다 많은 감김을 가질 수 있을 것이다. 이어서, 2차 권선(130)이 상응하는 수의 감김을 가진다.
도 18에 도시된 제 1 실시예에 따라서, 측정 수단(124)은, 2차 권선(130) 내에서 순환하는 전류로부터 상기 전도성 요소(127) 내에서 순환하는 전류의 값을 획득할 수 있게 하는 디지털 프로세싱 수단(151)을 포함한다. 다시 말해서, 도 13에 도시된 바와 같은 2차 권선에서의 전류의 값이 마이크로제어기 또는 디지털 회로로 직접적으로 제공된다. 1차 권선에서의 전류의 값이 신호의 프로세싱에 의해서 추정된다.
그러나, 이러한 제 1 실시예에 따른 장치는, 이하의 실시예들에 대한 선형성과 관련하여 덜 효과적인 결과를 제공한다. 도 12를 참조하면, 1차 권선(127)에서의 전류의 높은 값들은, 기자력장이 양인 경우에, 곡선(146)을 극한 값(+Bsat)에 근접시키거나, 기자력장이 음인 경우에, 곡선(146)을 극한 값(-Bsat)에 근접시킨다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이는, 1차 권선에서의 전류의 높은 값들에서, 1차 권선(127)에서의 전류와 2차 권선(130)에서의 전류의 값 사이의 선형적인 관계가 더 이상 보장되지 않는다는 것을 의미한다. 다시 말해서, 예를 들어 도 12의 곡선(144)에 상응하여 또는 도 11의 곡선(138)에 상응하여, 코어(128)가 그 중립 자기 상태로부터 상당히 이격될 때, 1차 권선에서의 전류의 신뢰가능한 측정은 더 이상 보장되지 않는다.
도 10, 14 및 15에 도시된 제 2 및 제 3 실시예에서, 1차 권선(127) 내에서 순환하는 전류의 값을 정량화하기 위해서, 측정 수단(124)은, 측정하고자 하는 누설 전류에 의존하는, 1차 권선에서의 전류의 이미지로서 지칭되는, 출력 전류를 전달하는 적분기/비교기 모듈(150)을 포함한다.
상기 모듈(150)은 2차 권선(130)으로부터 기원하는 전류를 적분하고 그 평균 값을 제로 값과 비교한다. 적분기/비교기 모듈(150)은, 제로 값과 2차 권선(130)에서의 전류의 평균 값 사이의 차이에 의존하는 전류를 전달한다. 이러한 목적을 위해서, 이러한 차이가, 예를 들어 70 dB 보다 큰 이득(gain)으로 크게 증폭된다. 그 차이가 실질적으로 제로가 되지 않도록, 모듈의 출력 전류를 변화시키도록 모듈(150)이 구성된다.
측정 수단(124)은, 상기 적분기/비교기 모듈(150)에 의해서 전달되는 전류를 기초로 상기 전도성 요소(127) 내에서 순환하는 전류에 의해서 코어(128) 내에서 생성되는 플럭스를 보상하기 위한 수단을 더 포함한다.
그에 따라, 코어(128)가 중립 자기 상태로 항상 복귀되고, 2차 권선에서의 전류의 평균 값이 제로 값을 항상 복귀되고 모듈(150)에 의해서 전달되는 전류가 전도성 요소(127)를 통과하는 전류에, 다시 말해서 측정하고자 하는 누설 전류에 상응하게 된다. 모듈(150) 및 플럭스 보상 수단은 코어(128)의 자기 상태를 제어하는 제어 루프를 형성한다.
상기 적분기/비교기 모듈(150)이 상기 2차 권선(130)에 연결된다. 특히, 상기 적분기/비교기 모듈(150)은, 특히 저항기(166)에 의해서, 상기 2차 권선(130)의 상기 제 2 단자에 연결된 반전(inverting) 입력부, 및 접지에 연결된 비-반전 입력부를 포함한다.
도 10에 도시된 실시예에 상응하는 제 2 실시예에 따라서, 상기 보상 수단은, 상기 코어(128) 주위로 권선된, 제 3 권선(152)에 상응한다. 상기 1차 권선에 의해서 생성되는 플럭스와 비교하여 반대되는, 보상 플럭스로서 지칭되는, 자기 플럭스를 코어 내에서 상기 제 3 권선(152)이 생성하는 방식으로, 측정 수단이 구성되고, 상기 보상 플럭스는 상기 적분기/비교기 모듈(150)에 의해서 전달되는 전류를 기초로 생성된다.
1차 권선에서의 전류의 이미지인 전류가 상기 제 3 권선을 통과하도록 하는 방식으로, 상기 제 3 권선(152)이 적분기/비교기 모듈(150)의 출력에 연결된다.
예를 들어, 출력 단자(153)로서 지칭되는, 적분기/비교기 모듈(150)에 연결된 단자에 반대되는 제 3 권선(152)의 단자는, 그 반대 단자에 의해서 접지에 연결되는 감김(turn)인, 출력 저항기(154)에 연결된다. 그에 따라, 출력 단자에서의 전압(VOUT)은, 상기 출력 저항기(154)의 저항(Rs)과 상기 제 3 권선(152)의 감김수(N)에 의해서 상기 1차 권선(127) 내에서 순환하는 전류(Ie)의 세기의 몫(quotient)의 곱과 같아진다. 그에 따라, 상기 1차 권선(127) 내에서 순환하는 전류의 세기(Ie)는 상기 출력 단자(153)에서의 전압의 단순한 측정에 의해서 얻어진다.
VOUT = Rs x ( Ie /N)
제 3 실시예가 도 14 및 15에 도시되어 있다. 이러한 도면들에서, 코어(128)가 개략적으로 도시되어 있다. 1차 권선이 도 15에 도시되지 않았다는 것을 또한 주목할 수 있을 것이다.
이러한 제 3 실시예에서, 상기 보상 수단들은 2차 권선(130)에 상응한다. 적분기/비교기 모듈(150)의 출력이 2차 권선(130)에 연결되고, 상기 1차 권선(127)에 의해서 생성된 플럭스에 대해서 보상하기 위해서 상기 적분기/비교기 모듈(150)이 상기 2차 권선(130) 내에서 순환하는 전류를 생성하도록 상기 측정 수단(124)이 구성된다. 다시 말해서, 이러한 실시예에서, 1차 권선(127) 내에서 순환하는 전류에 의해서 코어(128) 내에서 생성되는 자기 플럭스는 제 3 코일을 통과하는 전류에 의해서 생성된 플럭스에 의해서 더 이상 보상되지 않는다. 보상 플럭스가 2차 권선(130)을 통과하는 보상 전류에 의해서 직접적으로 생성되도록 측정 수단(124)이 구성된다. 이러한 실시예에서, 그에 따라, 제 3 권선(152)을 이용할 필요가 없다.
도 14 및 15에서, 발진기(132)가 연산 증폭기(156) 및 2개의 저항기들(158, 160)을 포함하는 전압 분할기 브릿지를 포함한다는 것을 확인할 수 있을 것이다. 상기 전압 분할기의 중간 지점이 상기 연산 증폭기(156)의 비-반전 입력으로 연결된다. 상기 연산 증폭기(156)의 출력, 상기 전압 분할기의 중간 지점에 반대되는 저항기들 중 하나(158)의 단자 및 제 2 권선(130)의 단자들 중 하나가 동일한 전위(potential)를 가진다. 상기 전압 분할기 브릿지의 저항기들 중 다른 하나(160)가 접지에 연결된다.
적분기/비교기 모듈(150)은 커패시터(164) 및 저항기(166)를 포함하는 브릿지(RC) 및 연산 증폭기(162)를 포함한다. 상기 연산 증폭기(162)의 비-반전 입력이 접지에 연결된다. 그 반전 입력이 브릿지(RC)의 중간 지점에 연결된다.
도 14에 도시된 변형예에서, 측정 수단(124)은, 매개변수화 저항기로서 지칭되는, 저항기(135)를 포함한다. 상기 측정 저항기의 단자들 중 하나가 상기 발진기(132)의 연산 증폭기(156)의 반전 입력, 상기 발진기(132)의 연산 증폭기(162)의 출력에 연결된 단자의 반대인 상기 2차 권선(130)의 단자, 및 상기 브릿지(RC)의 중간 지점에 반대인 상기 브릿지(RC)의 저항기(166)의 단자와 동일한 전위로 위치된다. 상기 측정 저항기(135)의 단자들 중 다른 단자가 상기 적분기/비교기 모듈(150)의 연산 증폭기(162)의 출력, 상기 브릿지(RC)의 중간 지점에 반대되는 상기 브릿지(RC)의 커패시터(164)의 단자, 및 상기 출력 지점(170)과 동일한 전위로 배치된다.
이러한 변형예에 따라서, 상기 측정 저항기(135)가 이중적인 역할을 한다.
저항기(135)는 발진기(132), 특히 2차 권선(130)에서의 전류의 피크 값들(Ip+, Ip-)을 매개변수화할 수 있게 한다.
또한, 저항기(135)는 보상 전류의 순환을 위해서 2차 권선(130)을 적분기/비교기 모듈(150)의 출력으로 연결한다. 상기 측정 저항기(135)는 도 11의 실시예의 구성의 의미에서 출력 저항기로서 역할한다. 출력 지점(170)에서의 전압 측정이 1차 권선(127) 내에서 순환하는 전류의 값을 제공할 것이다.
그러나, 저항기(135)가 단일 값만을 취할 수 있기 때문에, 발진기(132)의 재원들(specifications)과 출력 지점(170)에서의 전압의 측정과 연관된 재원들 사이의 상충관계를 반드시 고려하여야 한다. 도 15에 도시된 변형예는 이러한 문제를 극복할 수 있게 한다.
도 15에 도시된 변형예에 따라서, 측정 수단(124)은, 상기 2차 권선과 상기 발진기(132) 사이에 배열된, 2차 권선(130)의 단자와 상기 장치의 접지 사이에 배치된, 조정 저항기로서 지칭되는, 저항기(169)를 포함한다. 상기 조정 저항기(169)는, 특히 코어(128)의 포화를 보장하는 것에 대한 관점에서, 발진기(132)의 특성들을 적응(adapt)시킬 수 있게 한다. 커패시터(180)는 조정 저항기(169)로 전달되는 전류 내의 연속적인 성분을 제거할 수 있게 한다. 그에 따라, 조정 저항기(169)는 단지 발진기(132)에 의해서 결정된 발진 전류를 수신한다.
측정 수단(124)은, 도 11의 실시예의 구성의 의미에서 출력 저항기로서의 역할을 하는, 측정 저항기로서 지칭되는, 저항기(168)를 더 포함한다.
그에 따라, 보상 전류를 형성하는 역할을 하는 전도체의 그리고 발진기의 저항기의 기능들은, 도 10에서와 같이, 제 3 권선을 부가할 필요가 없이, 분리된다.
도 15가, 반-전개된(semi-developed) 회로도를 도시하는, 도 14와 비교되는 전개된 회로도를 도시한다는 것을 주목하여야 한다. 도 15에 도시된 변형예의 일부 요소들, 특히 발진기(132)의 전류 증폭기(172) 및 저항기(174), 및 적분기/비교기 모듈(150)의 전류 증폭기(178)뿐만 아니라 필터링 수단(182), 출력 신호의 전압 범위를 조정할 수 있게 하는 수단(194), 가상 접지(184)의 제너레이터(183), 및 발진기의 기능을 보호하는 보호 수단들(193, 195, 196)이 도 14의 변형예와 유사한 방식으로 통합될 수 있다.
발진기(132)의 연산 증폭기(156)의 출력이 예를 들어 전류 증폭기(172)의 입력으로 연결된다. 상기 전류 증폭기(172)의 출력, 상기 전압 분할기의 중간 지점에 반대되는 저항기들 중 하나(158)의 단자, 및 상기 제 2 권선(130)의 단자들 중 하나가 동일한 전위가 된다.
발진기(132)가 저항기(174)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 저항기의 제 1 단자가 상기 발진기(132)의 연산 증폭기(156)의 반전 입력에 연결된다.
상기 적분기/비교기 모듈(150)의 연산 증폭기(162)의 출력이, 예를 들어, 전류 증폭기(178)의 입력에 연결된다. 상기 측정 저항기(168)의 단자들 중 하나가 상기 전류 증폭기(178)의 출력, 상기 브릿지(RC)의 중간 지점에 반대되는 적분기/비교기 모듈(150)의 브릿지(RC)의 커패시터(164)의 단자, 및 상기 출력 지점(170)과 동일한 전위에 배치된다.
측정 저항기(168)의 다른 단자가 저항기(174)의 제 2 단자, 상기 발진기(132)의 상기 전류 증폭기(152)의 출력에 연결된 것에 반대되는 2차 권선(130)의 단자, 및 상기 브릿지(RC)의 중간 지점에 반대되는 적분기/비교기 모듈(150)의 브릿지(RC)의 저항기(166)의 단자와 동일한 전위로 배치된다. 이러한 단자는 또한, 여기에서 커패시터(180)에 의해서, 조정 저항기(169)의 단자들 중 하나와 동일한 전위가 된다.
전술한 상이한 회로들로 인해서, 1차 권선에서의 전류의 존재 및 심지어 그 레벨이 결정될 수 있다.
이와 관련하여, 상기 측정 수단이, 상기 출력 지점(170)을 전압 측정 지점(170')으로 연결하는, 필터링 수단(182)을 더 포함할 수 있다. 상기 필터링 수단(182)은, 발진기(132)로부터 기원하는 진동들(undulations)을 신호로부터 배제하도록 구성된다. 상기 필터링 수단(182)의 커패시터(192)의 단자들에서, 특히 전도성 요소(127) 내에서 순환하는 전류의 프로파일과 실질적으로 동일한 프로파일을 가지는, 신호, 특히 전압이 얻어진다.
상기 신호의 프로세싱을 돕기 위해서, 측정 수단은, 장치의 출력 지점(170')에서 이용가능한 신호의 전압 범위를 조정할 수 있게 하는 수단(194)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 출력 전압이 전력 공급(Vsup)을 기초로 결정된 양의 전압 범위가 되도록, 조정 수단(194)이 구성된다. 이는, 예를 들어 제어 유닛에 의한, 출력 신호의 후속 프로세싱을 돕는다. 예를 들어, -100 mA 의 1차 권선에서의 전류가 0 V의 출력 전압(Vout)에 상응하고; 0 mA의 1차 권선에서의 전류가
Figure 112014090785569-pct00001
값의 출력 전압(Vout)에 상응하고; 그리고 100 mA의 1차 권선에서의 전류가 값(Vsup)의 출력 전압(Vout)에 상응한다. 출력 신호(Vout)가 제어 유닛에 의해서 프로세스되는 경우에, 전력 공급(Vsup)이 이러한 제어 유닛의 전력 공급에 상응할 수 있을 것이다.
또한, 특히 1차 권선(127) 내에서 순환하는 전류가 부재하는 경우에 2차 권선(130) 내에서 가능한 한 대칭적인 전류가 얻어지도록 보장하는 것에 의해서, 보다 신뢰가능한 측정을 만들기 위한 다른 수단이 또한 이용될 수 있다. 이는, 앞서서 고려된 표면들(S1 및 S2)이 최소 오류, 특히 오프셋 타입의 오류와 가능한 한 근접하게 하기 위한 전류를 의미한다.
이러한 목적을 위해서, 상기 검출 장치(100)가 가상 접지(184)의 제너레이터(183)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 측정 수단(124)이 상기 가상 접지(184)에 연결된다. 보다 정확하게, 상기 발진기(132)의 전압 분할기 브릿지의 저항기(160), 조정 저항기(169) 및/또는 적분기/비교기 모듈(150)의 연산 증폭기(162)의 반전 입력이 상기 가상 접지(184)에 연결될 수 있다. 상기 가상 접지의 제너레이터(183)의 목적은, 측정의 오프셋에 영향을 미치는 발진기의 크기의 비대칭성들의 최대치를 제한하기 위해서 가능한 한 동일한 값들을 가지는 2개의 대칭적인 전력 공급들을 생성하는 것이다.
상기 가상 접지(184)의 제너레이터는 연산 증폭기(185)를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 출력이 전류 증폭기(186)에 의해서 상기 가상 접지로 연결된다. 상기 가상 접지(184)의 제너레이터는 전압 분할 브릿지(188)를 더 포함하고, 상기 전압 분할 브릿지의 중간 지점이 상기 연산 증폭기(185)의 비-반전 입력으로 연결된다. 전압 분할 브릿지 및 전류 증폭기의 단부들이, 특히 0 내지 24 V 사이의, 전압 공급원에 연결된다. 상기 가상 접지의 제너레이터가 또한 상기 가상 접지와 상기 연산 증폭기(185)의 반전 입력 사이에 배치된 저항기(190)를 포함한다.
1차 권선 내에서 순환하는 전류의 부재의 경우에 가능한 한 대칭적인 전류가 2차 권선 내에서 획득되도록 보장하는데 기여하는 다른 해결책이, 가상 접지의 제너레이터의 및/또는 측정 수단의 연산 증폭기들(156, 162, 185)의 출력에서의 전류 증폭기들(172, 178, 186)의 이용에 포함된다. 그에 따라, 여전히 제한된 비용을 유지하면서 정밀한 연산 증폭기들을 선택할 수 있는데, 이는 전달하기 위한 전류가 낮기 때문이다. 동일한 것을 취함으로써, 상기 전류 증폭기들(172, 178, 186)이, 예를 들어, 양극성(bipolar) 트랜지스터들을 포함한다.
여전히, 1차 권선 내에서 순환하는 전류의 부재의 경우에 가능한 한 대칭적인 2차 권선 내의 전류를 획득하기 위한 목적에서, 50 ns 이하의 출력 전압의 값들(+Vmax 및 -Vmax) 사이의 전이 시간들을 보장하기 위해서, 가상 접지의 제너레이터의 및/또는 측정 수단의 연산 증폭기 또는 연산 증폭기들(156, 162, 185)이 선택될 수 있다. 이는, 특히 발진기(132)의 연산 증폭기(156)를 위한 경우이다. 그에 따라, 일시적인 비대칭성이 도 11에 도시된 발생 신호들로 전달되는 것이 방지된다.
검출 장치(100)의 모든 실시예들의 변형예에 따라서, 측정 수단(124)이 발진기(132)의 기능을 보호하는 보호 수단들(193, 195, 196)을 더 포함한다.
1차 권선에서의 전류가 매우 높을 때, 코어(128)가 영구적으로 심하게 포화되고, 이는 발진기(132)의 주파수의 상승을 유도한다. 1차 권선에서의 매우 높은 전류는, 예를 들어, 약 1 A, 심지어는 10 A이다. 이어서, 발진기(132)의 주파수가 너무 높아서, 적분기/비교기 모듈(150)이 발진기에 의해서 전달되는 신호를 프로세스 할 수 없게 될 수 있다. 코어(128)의 심각한 포화가 심지어 발진들의 중지를 초래할 수 있을 것이다. 이는 검출 장치(100)의 불안정을 유도한다. 이어서, 출력 전압(Vout)은 더이상 1차 권선에서의 전류에 대해서 특정성(certainty)을 가지고 상응하지 않게 된다. 출력 전압이 1차 권선에서 전류의 과소평가된 값을 제공할 위험이 존재하고, 이는 차량의 전기적 안전성에 영향을 미칠 수 있을 것이다.
보호 수단들(193, 195, 196)은, 발진기가 정확하게 기능하도록 보장하기 위해서, 발진기(132)의 주파수를 제어한다.
예를 들어, 보호 수단들은 발진기(132)와 2차 권선(130) 사이에서 직렬인 유도자(inductor)(196)로 이루어진다. 유도자(196)는 코어(128) 내에서 권선되지 않고 그에 따라 코어의 자기적 상태와 실질적으로 독립적이 된다. 유도자(196)는, 1차 권선에서의 전류가 매우 높은 때에도 발진기(132)가 발진하도록 보장한다. 이어서, 유도자(196)는, 너무 포화된, 2차 권선(130)을 대체하고, 발진기(132)의 주파수를 결정한다. 예를 들어, 유도자(196)는, 적분기/비교기 모듈(150)과 양립가능한 발진기의 주파수(Fmax)를 보장한다. 출력 전압(Vout)은, 1차 권선에서의 전류가 매우 높다는 것 또는 장치의 측정 범위를 벗어난다는 것을 나타내는, 상응하는 전압에서 안정화된다.
예를 들어, 보호 수단들은, 도 19에 도시된 바와 같은 발진기(132)의 주파수를 측정하기 위한 수단들(193, 195)로 이루어진다. 그에 따라, 발진기(132)가 디자인에 의해서 제공된 주파수 범위 내에서 기능하는지의 여부를 체크할 수 있다. 예를 들어, 주파수가 범위 내에서 25% 이상 또는 이하만큼 유지되도록 보장된다. 도 19는 도 15의 변형예에 상응하고, 여기에서 유도자(196)가 트랜지스터(193) 및 저항기(195)에 의해서 대체된다.
측정 수단들이 트랜지스터(193)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 트랜지스터의 그리드(grid) 전압은 발진기(132)의 연산 증폭기(156)의 비-반전 입력 및 접지 사이에 연결된 저항기(160)의 단자들에서의 전압에 상응한다. 트랜지스터(193)의 드레인(drain)이 저항기(195)에 의해서 전력 공급으로 연결된다. 이러한 전력 공급은, 예를 들어, 전압 범위 조정 장치(194)에 의해서 이용되는 전력 공급(Vsup)과 동일하다.
트랜지스터(193)가 MOSFET 트랜지스터일 수 있을 것이다. 트랜지스터(193)의 드레인-소오스 전압이 발진기(132)의 주파수(Fout)에 상응한다.
최대 발진 주파수가 특히 코어(128)의 자기 재료에, 2차 권선(130)의 감김수에, 그리고 1차 권선에서의 전류에 의존한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 누설 전류 검출을 위한 장치(100) 및 누설 전류 내의 연속적인 성분을 검출하기 위한 수단(214)을 포함하는 연속적인 성분 검출 시스템에 관한 것이다.
연속적인 성분을 검출하기 위한 수단(214)은, 측정 수단(124)에 의해서 전달되는 신호의 최소치에 의한 문턱값 통과의 검출을 보장할 수 있을 것이다.
예를 들어, 검출 장치(100)의 측정 수단(124)에 의해서 전달되는 신호를 기초로, 연속적인 성분을 검출하기 위한 수단(214)은, 1차 권선(127)에서 측정된 전류가 기간마다 적어도 한 차례 제로를 통과하는지의 여부를 체크할 수 있으며, 상기 기간은, 예를 들어, 차량(102)의 회로(103)가 연결되는 섹터의 주파수에 의해서 결정된다.
만약 그렇지 않은 경우라면, 다시 말해서 전류가 제로를 통과하지 않는다면, 연속적인 성분을 검출하기 위한 수단(214)은, 측정된 전류의 최소 값이 제로로부터 얼마나 많은 횟수로 벗어나는지를 측정한다. 이러한 최소 값은, 현재 강제된 표준들, 특히 6 mA의 값의 문턱값에 의해서 결정되는, 미리 결정된 문턱값(Is) 보다 낮아야 한다. 만약 그렇지 않다면, 검출 수단(214)은 전도성 요소(127) 내에서 연속적인 성분의 존재를 나타내고, 다시 말해서 누설 전류를 나타낸다.
예를 들어, 상기 연속적인 성분을 검출하기 위한 수단(214)이 검출 장치(100)에 의해서 전달되는 전압(Vout)을 기준 전압과 비교하는 전압 비교기를 포함할 수 있을 것이다. 만약 검출 장치(100)에 의해서 전달되는 전압(Vout)이 상기 기준 전압 보다 높다면, 검출 수단(214)은 전도성 요소(127) 내의 연속적인 성분의 존재를 나타낸다.
상기 검출 시스템은 미리 결정된 문턱값(Is)으로 전류들을 검출하도록 구성되고, 상기 문턱값의 값은, 대략적인 오류와 함께, 100 mA, 특히 30 mA, 보다 특히 6 mA에, 또는 심지어 1 mA 미만에 도달할 수 있을 것이다. 큰 세기들의 경우에, 장치가 그 최대 측정 값에서 기능한다.
본 발명은 또한 차량 내에, 특히 자동차 내에 설치된 배터리의 충전을 보호하기 위한 전기 시스템에 관한 것이다.
도 16에 도시된 적용예를 참조하여, 보호 시스템을 설명할 것이다.
상기 전기 회로(103)는, 여기에서, 배터리 충전기이고 직렬의 AC 또는 DC 변환기, 특히 정류기(204), 및 DC 대 DC 변환기, 특히 전압 스텝-업 변환기(206)를 포함한다. 정류기(204)가, 특히 시동-전류 제한기(208)에 의해서, 공급 라인(107)으로 연결된다. 스텝-업 전압 변환기(206)가, 특히 출력 필터(210)에 의해서, 충전하고자 하는 배터리에 연결된다. 디커플링 커패시터(212)가 정류기(204)와 전압 스텝-업 변환기(206) 사이에 삽입될 수 있다.
입력 필터(202)가 커넥터(106)와 직렬로 공급 라인(107) 상으로 삽입될 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
본 발명에 따른 보호 시스템이 전술한 바와 같은 누설 전류 검출을 위한 시스템 및 전기 회로(103)를 제어하도록 의도된 제어 수단(200)을 포함한다.
연속적인 성분 검출 수단(214)은, 연속적인 성분의 부재 또는 존재를 나타내는 신호를, 적응된 신호들을 전기 회로(103)로 전달하는 유닛(201)으로 전달한다.
검출 시스템이 누설 전류 내의 연속적인 성분의 존재를 나타낼 때, 상기 전기 보호 시스템의 제어 수단(200)은, 예를 들어, 전압 변환기 또는 정류기(204)가 동작할 수 있게 하여, 저하된 모드로, 배터리를 충전하는 기능을 하게 한다. 보다 정확하게, 상기 제어 수단(200)은, 스위치들, 특히 트랜지스터들의 전부 또는 일부를 개방하기 위한 명령을 전달하도록 구성되어, 정류기(204) 내의 전류의 변환을 위한 역할을 한다.
보다 더 정확하게, 상기 제어 수단은, 전력 인자 교정을 만드는 것을 정지하도록, 변환기의 스위치들의 제어를 변화시키는 것에 의해서 충전 기능을 감소시키도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 네트워크에 의해서 부여되는 제약들을 여전히 준수하기 위해서 필요한 측정에서, 배터리의 충전이 정지되지 않고, 즉 네트워크에 의해서 전달되는 전류가 중단되지 않고, 단지 부분적으로 계속된다.
그에 따라, 도 7 및 8을 참조하여 설명되는 바와 같이, 상기 검출 시스템에 의해서 검출되는 연속적인 성분을 포함하는 전류의 가능한 공급원을 배제하는 것에 의해서, 배터리의 충전이 변화될 수 있다. 상기 제어 수단(200)은 심지어 배터리의 충전을 중지할 수 있을 것이다.
곡선(300)을 따라 시간의 함수로서 1차 권선(127)에서의 교류 전류의 변동들을 도시하는, 도 17a 내지 17c를 참조할 때, 본 발명이 보다 잘 이해될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 전류들은 동일한 크기 ΔI = Imax - Imin을 가진다.
도 17a에서, 1차 권선에서의 전류가 제로 평균(Im)이고 연속적인 성분을 가지지 않는다. 코어(128)가 그 중립 자기 상태에 있고 누설 전류를 검출하기 위한 수단(100)이 또한 제로 평균의 신호를 전달한다. 보호 시스템의 제어 수단(200)은 배터리가 명목적인 방식으로 충전될 수 있게 한다.
도 17b에서, 1차 권선에서의 전류가 더 이상 제로 평균이 아니다. 그러나, 전류의 평균(Im)이 미리 결정된 문턱값(Is) 보다 크지만, 전류의 최소값(Imin)은 상기 문턱값(Is) 이하로 유지된다. 코어(128)는 더 이상 그 중립적 자기 상태에 있지 않고 누설 전류를 검출하기 위한 장치가 또한 비-제로 평균의 신호를 전달하나, 그 최소값(Imin)은 충분히 낮다. 차량이 레코딩되는(recorded) 가정용 설비의 회로 차단기가 기능하는 것을 그러한 상황이 방지하지 않는 것으로 믿어진다. 그에 따라, 제어 수단(200)은 여전히 명목적인 방식으로 배터리가 충전될 수 있게 한다.
대조적으로, 도 17에서, 전류의 최소값(Imin)이 미리 결정된 문턱값(Is) 이상으로 통과된다. 그에 따라, 그러한 상황이 위험한 것으로 생각된다. 이어서, 제어 수단(200)이 배터리의 저하된 충전 모드 또는 배터리의 충전 중지를 명령한다.
보호 시스템 덕분에, 차량과 가정용 설비 사이에서 순환하는 전류 내에 연속적인 성분이 존재하는 경우에도, 배터리의 재충전을 위해서 차량이 연결된 거주지의 거주자들뿐만 아니라 상기 차량에 인접한 곳을 지나는 개인들을 차량이 자체적으로 충분히 보호한다. 사실상, 차량 내에 설치되는 상기 측정 수단(124)으로 인해서, 상기 가정용 설비 내에 어떠한 타입의 회로 차단기가 피팅되었든지 간에, 위험한 구성들을 검출할 수 있고 적절한 수단들을 구현할 수 있다.
제어 수단(200)이 차량의 전기 회로(103) 내에 통합될 수 있다. 배터리를 충전하기 위한 보호 시스템의 상기 연속적인 성분 검출 시스템 및 상기 제어 수단(200)이, 특히 상기 전기 회로(103)와 상기 누설 전류를 검출하기 위한 장치(100)를 연결하는 케이블(122)에 의해서, 연결된다.
상기 연속적인 성분 검출 수단(214)이 제어 수단(200) 내에 포함될 수 있다. 이어서, 상기 연속적인 성분 검출 수단(214)이, 예를 들어 차량의 전기 회로(103)와 상기 검출 장치(100) 사이의 연결을 보장하는 케이블(122)에 의해서, 상기 검출 장치(100)의 출력 단자(170, 170')에 연결된다. 대안적으로, 이러한 연속적인 성분 검출 수단(214)이 측정 장치(100) 내에 포함될 수 있다. 이는, 제어 수단(200)의 작업 부하를 감소시킬 수 있다. 누설 전류 내의 연속적인 성분의 존재에 관한 상기 정보가 검출 장치(100)로부터 제어 수단(200)으로 전달되도록, 상기 보호 장치가 구성되고, 그러한 전달은, 이어서, 상기 존재 정보에 의존하여 배터리의 저하된 충전 모드를 트리거링할 수 있을 것이다.
도 9를 다시 참조하면, 본 발명은 또한 자동차 배터리(102)를 충전하는 역할을 하는 가정용 설비(104)의 접지 임피던스를 측정하기 위한 시스템과 관련된다. 상기 측정 시스템은 전술한 바와 같은 누설 전류 검출을 위한 장치(100)를 포함한다.
이어서, 예를 들어, 차량의 전기 회로(103)로 공급하는 공급 케이블(107)의 중립 전도체에서의 측정을 제공하도록, 상기 검출 장치(100)가 구성된다.
상기 측정 시스템은 상기 중립 전도체와 상기 가정용 설비(104)의 접지 사이의 전압을 측정하기 위한 수단을 포함한다. 상기 검출 장치(100)에 의해서 실시되는 전류의 측정으로 인해서, 측정된 전압과 측정된 (접지) 전류를 비교함으로써 오옴의 법칙에 의해서 접지 임피던스의 값을 추정할 수 있다.
상기 측정 시스템은 또한 중립과 차량의 샤시 사이의 전압을 측정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 이어서, 오옴의 법칙에 의해서 추정될 수 있는 임피던스가 샤시의 임피던스를 포함한다.
접지 임피던스를 측정하기 위한 시스템이 또한 상기 공급 케이블(108) 내에서 연속적인 성분을 가지는 테스트 전류를 유발할 수 있는 전력 공급을 포함한다.
물론, 본 발명은 설명된 예들로 제한되지 않는다.
특히, 본 발명은 많은 수의 상들(phases)을 가지는 모터에 적용된다.
또한, 전도성 요소(127) 내에서 순환하는 전류를 측정하기 위한 측정 수단(124)을 이용하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 상기 수단(124)이 결과적인 전류를 측정할 수 있다. 이러한 경우에, 많은 수의 전도성 요소들이 코어(128)를 통과하고, 이는 이러한 결과적인 전류를 생성한다.
특히, 전기 회로(103)는, 예를 들어, 기재 내용이 본 명세서에 포함되는, 본 출원인 명의의 프랑스 특허출원들 FR2938711 또는 FR2944391에 개시된 장치와 같은, H-브릿지 인버터/충전기이다.
도 17c는, 거주지의 잔류-전류 회로 차단기(11)의 실패를 유발하는 연속적인 성분을 1차 권선에서의(즉, 회로(103)로부터의) 전류가 가지는지의 여부를 결정할 수 있게 하는 기준이, 1차 권선에서의 전류의 최소값(Imin)이 미리 결정된 문턱값(Is) 보다 클 때를 결정하는 것에 포함되는, 예를 도시한다. 그러나, 다른 기준들이 존재한다. 예를 들어, 회로(103)로부터의 전류의 연속적인 성분과 동일한 전류의 교번적인 성분 사이의 비율이 미리 결정된 문턱값 보다 클 때, 잔류-전류 회로 차단기(11)의 실패를 유발하는 연속적인 전류의 존재가 강조될 수 있다(highlighted).

Claims (19)

  1. 차량(102)의 전기 회로(103)로부터 전류를 측정하는 측정 수단(124)을 포함하는, 누설 전류를 검출하는 검출 장치(100)에 있어서:
    상기 검출 장치(100)는 상기 차량(102) 내에 설치되도록 구성되고,
    상기 측정 수단(124)은:
    - 상기 전기 회로(103)로부터의 전류가 통과하는 하나 이상의 전도성 요소(127)가 통과하도록 구성되는 자기 코어(128)로서, 하나의 전도성 요소 또는 전도성 요소들(127)은 1차 권선(127)을 형성하는 것인, 자기 코어(128);
    - 기준 전류를 기초로 자기 플럭스를 생성하기 위한, 상기 자기 코어(128) 주위로 권선된 2차 권선(130);
    - 상기 2차 권선(130)을 통해서 기준 전류를 생성하기 위한 발진기(132)로서, 상기 기준 전류는 상기 자기 코어(128)를 포화시키도록 구성되는 것인, 발진기(132);
    - 상기 전기 회로(103)로부터의 전류에 의존하는 1차 권선(127)에서의 전류의 이미지(image)로서 지칭되는 전류를 전달하도록 구성된 적분기/비교기 모듈(150); 및
    - 상기 적분기/비교기 모듈(150)에 의해서 전달되는 전류를 기초로 상기 전기 회로(103)로부터의 전류에 의해서 생성되는 플럭스를 보상하는 플럭스 보상 수단들(130, 152)
    을 포함하고,
    상기 1차 권선(127)의 전류의 값이, 상기 자기 코어(128)의 완전한 자화 및 탈자화 사이클을 커버하는 발진의 기간에 걸친 상기 2차 권선(130)에서의 전류의 평균 값을 기초로 얻어지는 것인 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 수단(124)은 상기 발진기(132)의 기능을 보호하는 보호 수단들(193, 195, 196)을 더 포함하는 것인 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 보상 수단들(130, 152)은 상기 자기 코어(128) 주위에 권선된 제 3 권선(152)을 포함하고, 상기 1차 권선(127)에서의 전류의 이미지인 상기 전류가 상기 제 3 권선(152)을 통과하도록 상기 적분기/비교기 모듈(150)의 출력이 상기 제 3 권선(152)에 연결되는 것인 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플럭스 보상 수단들(130, 152)은 상기 2차 권선(130)에 의해서 형성되고, 상기 1차 권선(127)에서의 전류의 이미지인 상기 전류가 상기 2차 권선(130)을 통과하도록 상기 적분기/비교기 모듈(150)의 출력이 상기 2차 권선(130)에 연결되는 것인 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 수단(124)은, 상기 검출 장치의 출력 특성들 및 상기 발진기(132)의 특성들을 조정하기 위해서 상기 2차 권선(130)에 그리고 상기 발진기(132)에 연결된 제 1 단자와, 상기 검출 장치의 출력 단자(170)에 그리고 상기 적분기/비교기 모듈(150)에 연결된 제 2 단자를 가지는, 매개변수화 저항기로서 지칭되는 저항기(135)를 포함하는 것인 검출 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정 수단(124)은, 상기 발진기(132)의 특성을 조정하기 위해서 상기 2차 권선(130)에 그리고 상기 발진기(132)에 연결된 제 1 단자와, 상기 검출 장치(100)의 접지에 연결된 제 2 단자를 가지는, 조정 저항기로서 지칭되는 저항기(169)를 포함하는 것인 검출 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 측정 수단(124)은, 상기 검출 장치의 출력 특성을 조정하기 위해서, 상기 2차 권선(130)에 연결된 제 1 단자와, 상기 검출 장치의 출력 단자(170)에 그리고 상기 적분기/비교기 모듈(150)에 연결된 제 2 단자를 가지는, 측정 저항기로서 지칭되는 저항기(168)를 포함하는 것인 검출 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 수단(124)은, 상기 1차 권선(127)에서의 전류의 이미지인 상기 전류를 필터링하여, 상기 전기 회로(103)로부터의 전류의 프로파일과 동일한 프로파일을 가지는 신호를 획득할 수 있게 하는 필터링 수단(182)을 포함하는 것인 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 측정 수단(124)은 상기 필터링 수단(182)의 출력에서 전압 범위를 조정하기 위한 수단(194)을 포함하는 것인 검출 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출 장치는 가상 접지(184)의 제너레이터(183)를 포함하고, 상기 측정 수단(124)은 상기 가상 접지(184)에 연결되는 것인 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발진기(132), 가상 접지(184)의 제너레이터 및 적분기/비교기 모듈(150) 중 하나 이상은 적어도 하나의 각각의 연산 증폭기(156, 162, 185)를 포함하는 것인 검출 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기(156, 162, 185)는 전이 시간이 50 ns 미만이 되도록 구성되는 것인 검출 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기(156, 162, 185)의 출력이 전류 증폭기(172, 178, 186)에 에 연결되는 것인 검출 장치.
  14. 제 1 항에 따른 누설 전류를 검출하기 위한 검출 장치(100)를 포함하는, 차량 내에 설치된 배터리의 충전을 보호하기 위한 전기 보호 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 보호 시스템은 상기 배터리를 충전하는 역할을 하는 전기 회로(103)가 저하된 모드에서 동작하도록 할 수 있는 제어 수단(200)을 포함하고, 상기 제어 수단(200)은 정류기(204) 내의 전류를 변환하는 역할을 하는 스위치들의 일부 또는 전부를 개방하기 위한 명령을 전달하도록 구성되는 것인 전기 보호 시스템.
  16. 자동차의 배터리를 충전하는 역할을 하는 가정용 설비(104)의 접지 임피던스(114)를 측정하기 위한 시스템으로서, 제 1 항에 따른 누설 전류를 검출하기 위한 검출 장치(100)를 포함하는 측정 시스템.
  17. 제 14 항에 따른 전기 보호 시스템 또는 제 16 항에 따른 접지 임피던스를 측정하기 위한 측정 시스템을 포함하는, 차량 내에 설치되는 배터리 충전 시스템.
  18. 배터리를 충전하기 위한 방법으로서:
    - 제 17 항에 따른 충전 시스템을 제공하는 단계;
    - 상기 충전 시스템에 의한 전력 인자 교정으로 상기 배터리를 충전하는 단계; 및
    - 상기 누설 전류의 연속적인 성분과 상기 누설 전류의 교번적인 성분 사이의 비율이 미리 결정된 문턱값보다 클 때 전력 인자 교정이 없이 충전을 계속하는 단계
    를 포함하는 배터리 충전 방법.
  19. 삭제
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