KR20140123519A

KR20140123519A - 전력 공급망으로부터 자동차의 배터리를 충전하기 위한 안전 온-보드 시스템

Info

Publication number: KR20140123519A
Application number: KR1020147022079A
Authority: KR
Inventors: 뤼도뷕 메리엔느; 아메드 케트피-쉐리프; 크리스토프 리폴; 크리스토프 코나트
Original assignee: 르노 에스.아.에스.
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2014-10-22
Also published as: US9599650B2; DK2812711T3; RU2014136400A; JP6242815B2; WO2013117836A1; CN104094126A; CN104094126B; FR2986618B1; KR101961805B1; EP2812711B1; JP2015520837A; RU2613000C2; US20150028818A1; EP2812711A1; FR2986618A1

Abstract

본 발명은 전력 공급망 (2)으로부터 자동차의 배터리 (3)를 충전하기 위한 안전 시스템 (1)에 관련되며, 이 시스템은 자동차의 온보드에 위치하며 그리고 전력 공급망 (2)의 주파수를 측정하기 위한 수단 (4), 전류 펄스들을 전력 공급망 (2)으로 주입하기 위한 수단 (5), 접지와 상기 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 전압을 측정하기 위한 수단 (6), 측정된 전압들을 고주파수들에서 필터링하기 위한 아날로그 필터 (7), 아날로그-필터링된 전압들을 저주파수들에서 필터링하기 위한 디지털 필터 (8), 그리고 디지털적으로 필터링된 전압들 그리고 상기 전류 펄스들의 크기를 기초로 하여 접지와 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 저항값을 판별하기 위한 수단 (9)을 포함한다. 디지털 필터 (8)는 T + T/N 의 시간 구간만큼 이격된 N개의 전압 측정치들을 기초로 하여 중앙값을 결정하는 중앙값 필터를 포함하며, T는 전력 공급망 (2)의 주파수를 측정하기 위한 수단 (4)에 의해서 결정된 전력 공급망 (2)의 주기이다.

Description

전력 공급망으로부터 자동차의 배터리를 충전하기 위한 안전 온-보드 시스템 {Secure on-board system for charging the battery of a motor vehicle from a power supply network}

본 발명은 자동차의 배터리를 충전하기 위한 온-보드 디바이스의 사용자의 안전에 관련된 것이며, 더 상세하게는, 자동차의 배터리를 충전하기 위해 상기 디바이스에 연결된 전력 공급망의 접지의 품질을 평가하는 것에 관련된다.

전기 자동차의 배터리를 충전하는 동안에, 강한 전류들이 전력 공급망을 통해서 차량의 배터리를 향하여 이동한다. 차량을 올바르게 충전하는 것을 가능하게 하기 위해서, 이 전류들은 상기 전력 공급망의 제약들에 순응하도록 하기 위한 방식으로 잘라진다 (chopped).

전류들을 자르는 것은 누설 전류들이 발생하는 결과에 이르게 하며, 이 누설 전류들은 상기 전력 공급망의 접지 접속을 통해서 제거되어야 한다. 이 접지 접속은 차량의 차대 (chassis)에 연결되며, 그러므로 원하지 않는 모든 전류들로의 경로를 제공한다.

완전하게 안전한 충전을 보장하기 위해서, 상기 접지 접속이 양호한 품질이라는 것, 즉, 자동차의 차대에 접촉한 사람이 제공할 수 있을 저항에 비해서 접지 경로의 등가 저항이 낮다는 것을 확실하게 하는 것이 필요하다. 이 접지 접속이 없다면, 접촉 전류 현상이 발생할 수 있다. 사람이 차량의 차대에 우연히 접촉한다면, 충전기와 접지 사이의 접속을 설립하는 것이 바로 그 사람의 신체이며, 그러므로 잠재적으로 해로운 누설 전류들 모두가 부가된 어떤 제어 기기도 없이 그 사람을 통해서 흐를 것이다.

빈약한 품질의 접지, 즉, 사람의 저항과 등가인 저항을 가진 접지는 누설 전류들 중 일부가 개인의 신체를 통해서 지나가는 것을 또한 가능하게 한다. 실제로, 충전하는 차량의 차대를 우연히 사람이 접촉하게 된다면, 이 경우에, 누설 전류들은 동일한 저항인 두 개의 병렬 경로들을 가지게 될 것이며, 그러므로, 그 누설 전류들의 절반이 그 사람을 통해서 지나가서 접지로 돌아갈 수 있을 것이다.

어떤 접촉 전류도 발생할 수 없도록 하는 것을 확실하게 하기 위해서, 자동차의 배터리에 충전하기 이전에 접지 접속의 저항의 값이 특정의 문턱값보다 작은 것을 확실하게 하는 것이 필요하다.

접지 그리고 전력 공급망의 중성점 (neutral) 사이의 저항을 추정하는 것을 가능하게 하기 위해서, 전류 펄스들을 접지 경로로 직접 주입하고 그리고 망 중성점을 경유하여 루프 백 (loop back)시켜서 그 중성점과 접지 사이의 전압을 측정하도록 하는 것이 가능하다.

실제의 경우에, 접지로 주입된 전류는 전압과 마찬가지로 측정되며, 이것은 옴의 법칙에 따른 상기 주입된 전류의 상 (image)이다. 그러면 저항의 값은 그 측정된 전압을 상기 측정된 전류로 나누어서 얻어진다.

중성점과 접지 사이의 전압이 매우 불안정하기 때문에, 불행하게도, 올바른 결과들을 쉽게 얻는 것은 불가능하다. 실제로, 위에서 이미 언급된 것처럼, 어떤 전기적인 설비는 일정 양의 누설 전류를 생성한다. 이 전류들이 또한 접지를 통해서 지나가기 때문에, 그 전류들은 중성점과 접지 사이의 전압을 측정하는 것을 교란시킨다.

예를 들면, 주차 공간들에 충전 포인트들이 갖추어진 주거지의 경우에, 이웃하는 주차 공간들에서 동작하는 모든 배터리 충전기들에 의해서 극도로 교란된 환경에서의 저항을 추정하는 것이 필요할 것이다. 시간이 지남에 따라 중성점 그리고 접지 사이에 전압에서의 변동을 일으키게 하는, 전력 공급망에 연결된 결점들이 이런 교란 전류들에 추가될 수 있다.

어떤 데이터는 이런 교란들 모두에 대해서 알려져 있다. 낮은 주파수들에서, 특히 1 kHz 아래의 주파수들에 대해서, 이 교란들은 전력 공급망의 고조파 (harmonic)들에서, 예를 들면, 50 Hz, 100 Hz 등에서 생성되며, 그리고 유효 전압에 대해서는 7 V 그리고 전류에 대해서는 6,6 mA 의 최대 크기를 가진다. 교란의 이 레벨들은 EDF 표준들에 의해서 정의된다. 더 높은 주파수들에 대해서, 교란 전류들은 1.5 kHz에서 6.6 mA 그리고 15 kHz에서 66 mA 사이에서 계속해서 변하며, 전류의 크기는 150 kHz에서 66 mA에서 유지된다고 EDF 표준들은 예측한다.

마지막으로, 누구도 어떤 정확한 전류를 접지로 보낼 수 없다는 사실로부터 마지막 제약이 생긴다. 회로가 연결된 망에 트립 (trip)하지 않는 것이 특히 중요하다. 그러므로, 너무 높은 크기의 그리고/또는 너무 긴 지속시간인 펄스들을 보내는 것이 불가능하다.

그러므로, 도전할 대상은, 프로세서들이 최대 10 kHz의 주파수에서 동작하는 자동차 온보드에 시스템을 내장시키는 책무에 의해서 부과된 제약들을 준수하면서도, 모든 오류의 근원들에도 불구하고 접지 저항을 추정하는데 있어서 성공하는 것이다.

접지 저항을 추정하는 것을 수행하는 설비들이 시장에 존재한다. 이 설비들은 자동차에서 이용 가능한 것보다 더 많은 계산 전력을 필요로 하며 그리고 개개의 자동차에 장착할 것을 계획하기에는 너무 비싼 가격이다.

그러나, 이런 설비들은 개인의 안전을 관리할 목적으로 구성되지 않는다. 실제로, 그것들은 접지 저항의 값에 관한 정보를 주도록 구성되었을 뿐이다.

특허 출원 CN 201 508 392 은 접지 저항을 측정하기 위한 방법을 설명하며, 이 방법은 중성점-접지 전압에서의 단일의 주파수를 제거하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 다른 고조파들에 의해 생성된 교란들은 제거되지 않으며 그리고 접지-중성점 전압을 측정하는 것을 더 교란시키며 그리고 결국은 접지 저항을 판별하는 것까지 교란시킨다.

특허 출원 EP 1 482 317 은 접지-중성점 전압 측정의 신호-대-잡음 비율을 향상시키기 위한 방식으로 매우 높은 크기의 전류를 주입하는 방법을 기술한다. 그러나, 그 방법은 접지에서의 높은 전류 피크들을 견딜 수 있는 적합한 환경을 필요로 하며, 그래서 33 mA보다 큰 전류에 대해서 트립하는 것이 보통인 가정 내 망의 트립 기기들보다 10배 내지 1000배 더 높은 누전들을 감내하는 공장들에서만 적용 가능하다.

특허 출원 EP 642 027 은 접지와 중성점 사이의 전압 주입에 의존하는 방법을 기술한다. 그러나, 그런 방법을 실행하는 것은 차량 내에 통합되고 그리고 망에 전압을 부과하는 것을 가능하게 하기에는 너무 큰 크기를 가진 시스템을 필요로 한다.

본 발명은 이런 결점들을 완화하는 것을 제안하며, 이는 온-보드 접지의 저항을 추정하는 방법을 이용하여 전력 공급망으로 인한 교란들을 필터링하는 것을 가능하게 하는, 자동차 상의 온-보드 시스템을 이용한 것이다.

본 발명의 한 모습에 따르면, 전력 공급망으로부터 자동차의 배터리를 충전하기 위한 안전 시스템이 일 실시예에 따라서 제안된다. 상기 시스템은 자동차의 온보드 (on board)에 위치하며 그리고 전력 공급망의 주파수를 측정하기 위한 수단, 전류 펄스들을 전력 공급망으로 주입하기 위한 수단, 접지와 상기 전력 공급망의 중성점 사이의 전압을 측정하기 위한 수단, 측정된 전압들을 고주파수들에서 필터링하기 위한 아날로그 필터, 아날로그-필터링된 전압들을 저주파수들에서 필터링하기 위한 디지털 필터, 그리고 디지털적으로 필터링된 전압들 그리고 상기 전류 펄스들의 크기를 기초로 하여 접지와 전력 공급망의 중성점 사이의 저항값을 판별하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 일반적인 특징에 따라서, 상기 디지털 필터는 T + T/N 의 시간 구간만큼 이격된 N개의 전압 측정치들을 기초로 하여 중앙값을 결정하는 중앙값 필터를 포함하며, T는 전력 공급망의 주파수를 측정하기 위한 수단에 의해서 결정된 상기 전력 공급망의 주기이다.

그래서, 50 Hz의 통상적인 전력 공급망 그리고 40개가 넘는 측정들에 걸쳐서 취해진 중앙값에 대해서, 상기 중간값 필터는 두 개의 측정들 사이의 20.5 ms 사이에서의 구간으로 수행된 40개의 전압 측정들을 기초로 하여 중앙값을 결정할 것이다.

상기 고주파수들은 2 kHz가 넘는 주파수들 그리고 특히 5kHz가 넘는 주파수들을 포함한다. 상기 저주파수들은 5 kHz보다 작은 그리고 특히 50Hz 내지 2 kHz 사이에 있는 주파수들을 포함한다.

전력 공급망이 60 Hz의 주파수이고 그리고 40개의 전압 측정들을 기초로 하여 취해진 중간값의 경우에, 그 측정들은 가장 가까운 0.1 ms로 사사오입하는 17.1 ms의 간격의 시간만큼 이격될 것이다 (T=16.7ms).

바람직하게는, 상기 아날로그 필터는 2차 (second-order) 아날로그 필터로, 이 2차 아날로그 필터의 차단 주파수는 800Hz 내지 1.2kHz 사이이며, 바람직하게는 1kHz이며, 그리고 댐핑 지수 (damping factor)는 0.6 내지 0.8 사이이며, 바람직하게는 0.7이어서, 3kHz의 주파수에서 -20dB의 댐핑을 얻도록 한다.

그런 특징들을 가진 아날로그 필터를 선택한 것은 상기 측정들을 얻기 위해서 상기 전력 공급망으로 주입된 전류 펄스들의 지속시간을 가능한 많이 축소시키는 것을 가능하게 한다. 상기 전류 펄스들의 지속시간을 축소시키는 것은 상기 전류 펄스들의 크기를 증가시키는 것을 가능하게 하며, 그래서 신호-대-잡음 비율을 개선시키는 것을 가능하게 한다.

유리하게도, 아날로그 필터의 통과대역이 주어지면, 상기 주입된 펄스들의 전류의 정확한 상 (image)일 측정된 전압에 대해서, 즉, 상기 아날로그 필터의 응답 시간을 고려하면, 상기 전류 펄스들은 적어도 0.8 ms 보다 크며, 바람직하게는 1ms인 지속시간을 가지며, 그리고 상기 전류 펄스들의 최대 크기는 18mA 내지 22mA 사이에 있으며, 바람직하게는 20mA이다.

상기 보안 온-보드 시스템은, 상기 측정된 접지 저항값이 활성화 문턱값보다 작은 경우에만 상기 전력 공급망으로부터 상기 배터리로의 충전을 활성화할 수 있는 안전 명령 수단을 유리하게도 포함한다.

그래서, 상기 전력 공급망의 접지가 상기 활성화 문턱값보다 큰 저항, 즉, 적어도 사람 신체의 저항과 동등한 것으로 간주되는 저항을 가진다면, 상기 전력 공급망은 차량의 배터리에 연결되지 않으며 그리고 충전은 시작되지 않는다. 이것은 접촉 전류가 생기는 위험을 회피하도록 하기 위해서 실행된다.

이것을 하기 위해서, 상기 활성화 문턱값은 20 옴 내지 600 옴 사이이며, 바람직하게는 200 옴인 저항값에 유리하게도 대응할 수 있다.

다른 모습에 따라서, 전력 공급망으로부터 자동차의 배터리를 충전하기 위한 안전한 방법이 일 실시예에서 제안되며, 이 방법에서 접지와 전력 공급망의 중성점 사이의 저항값을 추정하며, 이 방법에서, 전력 공급의 주파수가 측정되며, 전류 펄스들이 전력 공급망으로 주입되며, 접지와 상기 전력 공급망의 중성점 사이의 전압을 측정하는 것은 각 펄스에 대응하여 수행되며, 측정된 전압들이 고주파수들에서 아날로그-필터링되며, 상기 아날로그-필터링된 전압들은 저주파수들에서 디지털적으로 필터링되며, 그리고 접지와 상기 중성점 사이의 저항은 상기 디지털적으로 필터링된 전압들 그리고 상기 전류 펄스들의 크기를 기초로 하여 판별된다.

일반적인 특징에 따라서, 상기 디지털 필터링은 T + T/N 의 시간 구간만큼 이격된 N개의 전압 측정치들을 기초로 하여 중앙값을 결정하는 것을 포함하며, 이 때에 T는 전력 공급망의 주파수 측정을 기초로 하여 결정된 전력 공급망의 주기이다.

바람직하게는, 상기 아날로그 필터링은 2차 필터링을 포함하며, 이 2차 필터링의 차단 주파수는 800Hz 내지 1.2kHz 사이이며, 바람직하게는 1kHz이며, 그리고 댐핑 지수는 0.6 내지 0.8 사이이며, 바람직하게는 0.7이다.

바람직하게는, 상기 전류 펄스들은, 적어도 0.8 ms 보다 크며, 바람직하게는 1ms인 지속시간을 가지며, 그리고 상기 전류 펄스들의 최대 크기는 18mA 내지 22mA 사이에 있으며, 바람직하게는 20mA이다.

바람직하게는, 상기 전력 공급망으로 주입된 전류 펄스들의 지속시간은 적어도 상기 전력 공급망의 주기에 대응한다.

유리하게도, 접지와 상기 중성점 사이에서 전압을 N=40 회 측정하며 그리고 상기 전력 공급망의 39개의 처음 고조파들을 제거하는 것이 가능하다

바람직하게는, 상기 측정된 접지 저항값이 활성화 문턱값보다 작은 경우에만 상기 전력 공급망은 상기 배터리에 연결된다.

본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.

본 발명의 다른 이점들 그리고 특징들은 실시예의 상세한 설명 및 구현의 모드를 제한하지 않는 방식으로 조사하고, 그리고 첨부된 도면들을 검사하여 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 자동차의 배터리를 충전하기 위한 안전한 온-보드 시스템을 개략적으로 보여준다.
도 2는 구현의 모드에 따라 전력 공급망의 접지 저항을 추정하기 위한 방법의 흐름도를 보여준다.
도 3은 도 1의 시스템의 두 개의 필터들의 동작들을 도시하는, 진폭 및 위상의 두 개의 보드 선도들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안전 시스템 (1)을 나타낸다. 상기 안전 시스템 (1)은 자동차 보드 상에 있으며 그리고 자동차의 배터리를 충전할 때에 전력 공급망 (2)과 그 배터리 사이에 연결되도록 의도된 것이다.

상기 시스템 (1)은 상기 전력 공급망 (2)의 주파수를 측정하기 위한 수단 (4) 그리고 상기 전력 공급망 (2)으로 전류 펄스들을 주입하기 위한 수단 (5)을 포함한다. 주파수를 측정하기 위한 수단 (4)은 전류 펄스들을 주입하기 위한 수단 (5)에 연결되어, 상기 전력 공급망 (2)의 주파수 값을 전류 펄스들을 주입하기 위한 수단 (5)에게 전하도록 한다. 전류 펄스들을 주입하기 위한 수단 (5)은 상기 펄스들의 최소의 지속시간을 상기 전력 공급망 (2)으로부터의 신호의 주기 T에 맞춘다. 50 Hz인 전력 공급망 (2)인 경우에, 상기 전류 펄스들의 최소 지속시간은 1 ms일 것이다.

상기 시스템 (1)은 접지와 상기 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 전압을 측정하기 위한 수단 (6)을 또한 포함하며, 이 수단 (6)은, 접지에 주입되어 전력 공급망 (2)의 중성점을 경유하여 루프백 (loop back)하는 각 전류 펄스에 응답하여 전압을 측정하는 것을 수행한다.

자동차의 프로세서들은 10 kHz의 최대 주파수에서 동작한다. 5 kHz가 넘는 주파수들로 인한 교란들을 디지털 필터를 이용하여 필터링하는 것이 전적으로 불가능하다는 것은 샤논 (Shannon)의 정리로부터 이미 잘 알려져 있다. 전압 측정들에서 고주파수 교란들을 제거하는 것을 가능하게 하기 위해서, 상기 시스템 (1)은 전압 측정 수단 (6)의 출력에 연결된 아날로그 필터 (7)를 포함한다.

이 실시예에서 사용된 상기 아날로그 필터 (7)는 2차 (second-order) 아날로그 필터이며, 이 2차 아날로그 필터의 차단 주파수는 1 kHz이며, 그리고 3 kHz에서 -20dB의 댐핑을 얻기 위한 댐핑 지수 (damping factor)는 0.7이다. 어떤 다른 아날로그 필터보다는 그런 특징들을 가진 필터를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 그것이 상기 주입된 전류 펄스들의 지속시간을 가능한 많이 줄어들게 하는 것을 가능하게 하며, 그래서 상기 주입된 전류 펄스들의 크기를 증가시키는 것을 가능하게 하기 때문이다.

상기 시스템 (1)은 아날로그 필터 (7)의 출력에 연결된 디지털 필터 (8)를 포함한다. 상기 디지털 필터 (8)는 50 Hz 내지 2 kHz 사이의 상기 전력 공급망 (2)의 고조파들로 인한 교란들을 제거하는 것을 가능하게 한다. 2 kHz 보다 큰 경우에, 상기 아날로그 필터는 교란들을 이미 충분하게 감쇠시켰다.

아날로그 필터의 통과대역이 주어지면, 상기 주입된 펄스들의 전류의 실제 상일 측정된 전압에 대해서, 주입된 전류 펄스의 최소의 지속시간은 효율적으로 고주파수에서 필터링하기 위한 상기 아날로그 필터의 응답 시간에 적어도 대응하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해서, 상기 주입된 펄스들의 지속시간은 상기 전력 공급망 (2)의 신호의 주기에 적어도 대응해야만 한다. 그래서, 주파수 50 Hz의 전력 공급망 (3)에 대해서, 상기 주입된 전류 펄스들의 최소 지속시간은 1 ms이어야만 한다.

전류 펄스의 지속시간이 더 길어진다면 상기 전류 펄스의 크기를 축소하여 시스템 트립을 만드는 것을 피하도록 하는 것이 필요할 것이다. 그러나, 가장 높은 가능한 크기의 펄스들을 방사하는 것이 중요하며, 이는 그 펄스들이 더 높은 전압들을 생성하며, 그러므로 응답 시에 잡음에 있어서 더 잘 보이기 때문이다.

50 Hz의 전력 공급망 (2)의 경우에, 1 ms의 펄스에 대해서, 시스템 트립이라는 위험이 존재하지 않는 경우 상기 전류 펄스들의 크기는 많아야 20 mA에 도달할 수 있다. 50 옴의 저항을 통한 20 mA의 펄스는 50 V의 잡음 (전력 공급망의 고조파들에서 잡음들의 합)에 끼워진 1 V의 전압을 생성할 것이다. 디지털 방식에 있어서는, 그러므로 상기 전력 공급망 (2)의 고조파들을 가능한 많이 제거하는 것이 필요하다.

이것을 하기 위해서, 상기 디지털 필터 (8)는 중앙값 (mean value) 필터를 포함하며, 이것은 목표 주파수들을 무한히 감쇠하는 이점을 가진다. 예를 들면, 두 포인트들을 10 ms만큼 분리하여 보관하고 그리고 그것들의 중앙값을 취하는 것은 전적으로 50 Hz를 제거하는 것을 가능하게 한다.

상기 디지털 필터는 상기 전력 공급망 (2)의 주파수를 측정하기 위한 수단 (4)에 연결되어, 상기 전력 공급망 (2)의 전기적인 주기 T에 관한 정보를 수신하도록 한다.

20 ms의 전기적인 주기에 걸쳐서 균일하게 분포된 40개의 전압 측정 포인트를 기록함으로써, 상기 망의 39번째 고조파까지, 즉, 50 Hz에서 동작하는 전력 공급망 상에서 1950 Hz까지의 주파수를 제거하는 것이 가능하다.

그러나, 1 ms의 펄스들을 각각 500μs 만큼 떨어지게 이격시키는 것은 20 mA의 펄스 크기에 관련해서는 불가능하다. 그럼에도 이 중간값을 계산하는 것을 가능하게 하기 위해서, 상기 시스템은, 측정 시프트 (shift) d에 추가하여, 각 새로운 측정에서 상기 전력 공급망 (2)의 신호로부터 전기적인 주기 T만큼 시프트함으로써 측정들을 수행한다. 이 경우, d = T/N 이며, N은 전기적인 신호 주기 T에서 수행될 측정들의 개수이다.

그래서, 50 Hz의 전력 공급망 그리고 40개의 측정들을 기초로 하여 만들어진 중앙값의 경우에, 첫 번째 측정은 t=0에서 될 것이며, 그리고 두 번째 측정은 t=20.5 ms에서 될 것이며, 그 간격은 전기적인 주기 T=1/50=20ms 를 추가한 것에 대응하며, 측정 시프트는 d=20/40=0.5ms 이다. 잡음 신호가 주기 T=20ms로 주기적이기 때문에, 이 두 번째 측정은 첫 번째 측정 이후에 500 μs 만에 수행된 측정과 동일할 것이다

그래서, 20.5 ms 만큼 떨어져서 이격된 펄스들의 끝 부분들에서 전압 측정들을 40개 획득함으로써 그리고 그 40개 측정들에 걸쳐서 측정된 전압들의 중간값을 취함으로써, 상기 디지털 필터 (8)는 망의 고조파들에서의 교란들을 제거하고 그리고 상기 전력 공급망 (2)에 주입된 전류 펄스들로 인한 연속적인 성분들을 만회하는 것을 가능하게 한다.

그래서, 디지털적으로 필터링된 중간 전압은 접지와 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 저항을 판별하기 위한 수단 (9)으로 배송된다. 접지 저항의 값은 상기 중간 전압을 상기 전력 공급망 (2)에 주입된 상기 전류 펄스들의 크기로 나누어서 결정된다.

상기 시스템 (1)은 상기 판별 수단 (9)으로의 입력에 연결된 그리고 자동차의 배터리 (3)의 출력에 연결된 안전 명령 수단 (10)을 포함한다. 결정된 접지 저항의 값이 500 옴의 문턱값 아래에 있다면, 자동차의 배터리 (3)와의 커플링이 수행되며, 그리고 충전이 시작될 수 있다. 접지 저항의 값이 500 옴의 문턱값 아래에 있지 않다면, 상기 배터리 (3)는 상기 전력 공급망 (2)에 전기적으로 연결되지만 충전은 발생하지 않는다.

도 2는 접지와 구현의 한 모드에 따라서 자동차의 배터리를 충전하기 위해서 사용된 전력 공급망의 중성점 사이의 저항을 추정하기 위한 방법의 흐름도를 보여준다.

첫 번째 단계 210에서, 자동차의 배터리 (3)를 재충전하기 위해서 상기 자동차에 연결된 상기 전력 공급망 (2)의 주파수가 측정된다.

다음의 단계 220에서, 상기 전력 공급망 (2)으로 전류 펄스들이 주입된다. 그 펄스들의 지속시간은 선택된 아날로그 필터 (7)에 종속하며, 상기 아날로그 필터 (7)는 그 자체가 상기 전력 공급망 (2)의 주기에 의존한다.

그러면, 단계 230에서, 상기 주입된 전류 펄스들 각각의 끝에서 전압 측정들이 접지와 전력 공급망 (2)의 중성점 사이에서 수행된다.

다음의 단계 240에서, 각 측정된 전압은 고주파수들에서 아날로그-필터링된다.

단계 250에서 다음의 측정이 획득되며, 그러면 수행된 측정들의 개수가 단계 260에서 테스트된다. 40개 전압 측정들이 아직 수행되지 않았다면, 단계 270에서 d=T/N의 시프트 타임의 측정 순간에, 즉, 50 Hz에서의 전력 공급망의 경우에 시간 d = 0.5 ms인 경우에 시프트되고, 이어지는 전기적 주기 T 상에서 새로운 펄스가 주입되는 단계 220에서 측정이 다시 시작된다.

일단 40번째 측정이 수행되면, 다음의 단계 280에서 디지털 필터링이 저주파수들에서 수행되며, 40개의 측정된 전압들의 중간 값을 취하며, 그리고 결국에는, 단계 290에서, 상기 중간 전압을 상기 전류 펄스들의 크기로 나누어서, 접지와 상기 중성점 사이에서의 저항이 판별된다.

도 3은 50 Hz의 전력 공급망 (2)의 주파수에 대해서, 단속선으로 표시된 아날로그 필터의 동작 그리고 연속선으로 표시된 디지털 필터의 동작의 크기와 위상을 두 개의 보드 (Bode) 선도들 상에서 보여준다.

상기 안전 시스템 (1)은 자동차의 제약들에 적응되며 그리고 상기 안전 시스템이 내장된 자동차 온보드의 배터리를 충전하는 것을 시작하기 이전에 집안 망 (home network)의 접지의 품질을 검증하는 것을 가능하게 한다.

Claims

전력 공급망 (2)으로부터 자동차의 배터리 (3)를 충전하기 위한 안전 시스템 (1)으로서,
상기 시스템 (1)은 자동차의 온보드에 위치하며 그리고
전력 공급망 (2)의 주파수를 측정하기 위한 수단 (4),
전류 펄스들을 전력 공급망 (2)으로 주입하기 위한 수단 (5),
접지와 상기 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 전압을 측정하기 위한 수단 (6),
측정된 전압들을 고주파수들에서 필터링하기 위한 아날로그 필터 (7),
아날로그-필터링된 전압들을 저주파수들에서 필터링하기 위한 디지털 필터 (8), 그리고
디지털적으로 필터링된 전압들 그리고 상기 전류 펄스들의 크기를 기초로 하여 접지와 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 저항값을 판별하기 위한 수단 (9)을 포함하며,
디지털 필터 (8)는 T + T/N 의 시간 구간만큼 이격된 N개의 전압 측정치들을 기초로 하여 중앙값을 결정하는 중앙값 필터를 포함하며, T는 전력 공급망 (2)의 주파수를 측정하기 위한 수단 (4)에 의해서 결정된 전력 공급망 (2)의 주기임을 특징으로 하는, 안전 충전 시스템.
제1항에 있어서,
상기 아날로그 필터는 2차 아날로그 필터로, 이 2차 아날로그 필터의 차단 주파수는 800Hz 내지 1.2kHz 사이이며, 바람직하게는 1kHz이며, 그리고 댐핑 지수는 0.6 내지 0.8 사이이며, 바람직하게는 0.7인, 안전 충전 시스템.
제2항에 있어서,
상기 전류 펄스들은,
적어도 0.8 ms 보다 크며, 바람직하게는 1ms인 지속시간을 가지며, 그리고 최대 크기는 18mA 내지 22mA 사이에 있으며, 바람직하게는 20mA인, 안전 충전 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은,
측정된 접지 저항값이 활성화 문턱값보다 작은 경우에만 상기 전력 공급망 (2)으로부터 상기 배터리 (3)로의 충전을 활성화할 수 있는 안전 명령 수단 (10)을 포함하는, 안전 충전 시스템.
제4항에 있어서, 상기 활성화 문턱값은,
20 옴 내지 600 옴 사이이며, 바람직하게는 200 옴인 저항값에 대응하는, 안전 충전 시스템.
전력 공급망 (2)으로부터 자동차의 배터리 (3)를 충전하기 위한 안전한 방법으로서,
접지와 상기 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 저항값을 추정하며,
전력 공급망 (2)의 주파수가 측정되며,
전류 펄스들이 전력 공급망 (2)으로 주입되며,
접지와 상기 전력 공급망 (2)의 중성점 사이의 전압을 측정하는 것은 각 펄스에 대응하여 수행되며,
측정된 전압들이 고주파수들에서 아날로그-필터링되며,
아날로그-필터링된 전압들은 저주파수들에서 디지털적으로 필터링되며, 그리고
접지와 상기 중성점 사이의 저항은 상기 디지털적으로 필터링된 전압들 그리고 상기 전류 펄스들의 크기를 기초로 하여 판별되며,
디지털 필터링은 T + T/N 의 시간 구간만큼 이격된 N개의 전압 측정치들을 기초로 하여 중앙값을 결정하는 것을 포함하며, T는 전력 공급망 (2)의 주파수 측정을 기초로 하여 결정된 전력 공급망 (2)의 주기인 것을 특징으로 하는, 안전 충전 방법.
제6항에 있어서,
상기 아날로그 필터링은 2차 필터링을 포함하며, 이 2차 필터링의 차단 주파수가 800Hz 내지 1.2kHz 사이이며, 바람직하게는 1kHz이며, 그리고 댐핑 지수는 0.6 내지 0.8 사이이며, 바람직하게는 0.7인, 안전 충전 방법.
제7항에 있어서,
상기 전류 펄스들은,
적어도 0.8 ms 보다 크며, 바람직하게는 1ms인 지속시간을 가지며, 그리고 최대 크기는 18mA 내지 22mA 사이에 있으며, 바람직하게는 20mA인, 안전 충전 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력 공급망 (2)으로 주입된 전류 펄스들의 지속시간은 적어도 상기 전력 공급망 (2)의 주기에 대응하는, 안전 충전 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
측정된 접지 저항값이 활성화 문턱값보다 작은 경우에만 상기 전력 공급망 (2)은 상기 배터리 (3)에 연결되는, 안전 충전 방법.