KR20190052056A - 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하는 모니터링 디바이스 및 방법, 및 충전 제어 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하는 모니터링 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 제1 분압기는, 전압 소스에 연결될 수 있는, 제1 입력 단자와 제2 입력 단자 사이에 배열된다. 제1 분압기는 제1 저항기 및 제2 저항기의 직렬 연결을 포함하며, 제2 저항기는 보호 컨덕터의 임피던스의 임계치 값에 대응한다. 제2 분압기는 제3 저항기 및 브리지 다이오드의 직렬 연결을 포함하며, 제3 저항기의 제1 단부로 제1 저항기에 연결되고, 제2 단부로 보호 컨덕터에 연결가능하다. 측정 디바이스는, 제1 저항기와 제2 저항기 사이에 배열된 제1 노드와, 제3 저항기와 브리지 다이오드 사이에 배열된 제2 노드 사이에 연결된다. 브리지 전압은, 보호 컨덕터의 임피던스가 제2 저항기보다 높으면, 제1 노드와 제2 노드 사이에서 검출된다.

Description

보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하는 모니터링 디바이스 및 방법, 및 충전 제어 유닛
본 발명은 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하는 모니터링 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 자동차(motor vehicle) 내의 배터리의 충전 프로세스의 제어를 위한 충전 제어 유닛, 및 자동차의 배터리의 전압 소스와의 연결을 위한, 구체적으로는 전기 자동차의 충전을 위한 충전 케이블에 관한 것이다.
전기 자동차들은 다양한 충전 모드들로 충전될 수 있다. 이들은 특히, 안전 디바이스들, 차량과의 통신 및 충전 용량에 대해 상이하다. 안전 이유들 때문에, 대부분의 차량 제조사들은 모드 3 충전을 선택한다. 그러나, 모드 2 충전은 종래의 가정용 플러그-및-소켓 디바이스를 수반하여, 차량들과 호환가능한 충전의 형태를 구성한다. 이들 충전 모드들은 국제 표준 IEC 61851-21:2010에서 다음과 같이 정의되며: 모드 3 충전은 차량을 충전하는 가장 안전한 수단이다. 이러한 동작은 IEC 61851, 또는 EVSE("Electrical Vehicle Supply Equipment"), 즉 충전 인프라구조에 따른 특수한 충전 장비를 갖는 충전 스테이션들에서 완료된다. 충전 디바이스가 차량에 설치된다. 충전 스테이션에서, PWM 통신, 고장 전류(fault current) 및 과전류 보호, 컷-오프(cut-off) 설비 및 특정한 충전 소켓 아웃렛(socket outlet)의 제공이 규정된다.
모드 2 충전은 어떠한 충전 인프라구조도 이용가능하지 않으면 모드 3 충전에 대한 가장 안전한 대안을 표현한다. 제어 및 보호 기능이 충전 케이블에 통합되어 있는 종래의 가정용 플러그-및-소켓 디바이스(예컨대, 슈코(Schuko) 또는 EC 플러그 및 소켓)를 사용하여 충전이 완료된다. 충전 디바이스가 차량에 설치된다.
모드 3 충전의 경우, 충전 인프라구조에 대한 요건들이 명확하게 정의된다. 그러나, 모드 2 충전에서, 연결은 가정용, 산업용 또는 "캠프사이트(campsite)" 플러그-및-소켓 디바이스에 의해 제공된다. 전기 자동차들에 대한 충전 연결을 제공하기 위한 표준 가정용 시설들의 사용은, 기존의 솔루션들에서 종합적으로 고려되지 않았던 위험들을 수반한다. 충전 단자들 및 그들의 피더 라인(feeder line)들은 16A까지의 연속 전류(continuous current)들에 대해 정격(rate)되어야 한다. 그러나, 실제로, 이러한 정격은 종합적으로 보장되지 않는다. 고장 전류 보호 설비가 없는 가정용 시설, 및 불충분한 단면 치수들의 결과로서 그러한 연속적인 로딩 시에 위험한 과열에 취약한 소켓들 및 그들의 피더 라인이 여전히 존재한다. 그 결과들은 심각할 수 있다. 사용자는, 차량들이 밤새도록 빈번하게 충전되므로, 충전 프로세스가 안전하고 신뢰가능하게 진행될 것이라는 사실에 의존할 수 있어야 한다. 결과적으로, 표준에 의해 정의된 요건들에 덧붙여, 예컨대 인프라구조 측 상의 슈코 플러그의 온도 또는 보호 컨덕터의 존재를 포함하는 다양한 파라미터들을 모니터링하고, 그에 의해 모드 2 충전을 상당히 더 안전하게 하는 모드 2 충전 케이블들이 알려져 있다. 모드 2의 경우, IEC 표준 61851은 보호 레벨(SPE-PRCD)의 향상을 위한 모바일 디바이스를 규정한다. 부가적으로, 용량의 세팅 및 안전 요건들의 충족을 위해 차량과의 통신을 위한 디바이스(PWM 모듈)가 요구된다. 이들 컴포넌트들은 IC-CPD("In-Cable Control and Protecting Device")로 결합된다. 충전 케이블에 영구적으로 통합되는 IC-CPD는 보호 컨덕터 연결을 모니터링하고, 충전 전류에 대한 상한을 차량에 통신한다. 고장 또는 정전(power failure)의 경우, 충전 프로세스는 사용자 및 전기 자동차를 보호하기 위해 즉시 중단된다. 지능형 IC-CPD는 또한 인프라구조 측 상에서 소켓의 부정확한 배선을 검출하며, 충전이 시작되기 전에 인입 보호 컨덕터를 부가적으로 모니터링한다.
보호 컨덕터의 체크를 위해, 공용 그리드 시스템의 중성(neutral) 컨덕터(N)와 보호 컨덕터(PE) 사이의 PME(protective multiple earthing) 저항이 최대값에 대해 체크된다. 이러한 경우, 평가에 상당한 영향을 주지 않으면서 주 전압을 넓은 제한들 내에서 변경시키는 것이 가능해야 한다. 또한, 안전 이유들 때문에, 평가는 별개로 실행되어야 한다. 현재, 전류 펄스들을 생성하는 모니터링 디바이스가 이러한 목적에 이용가능하며, 보호 컨덕터에 흐르는 전류를 측정한다. 측정 전류의 펄스 폭이 광학 커플러를 사용하여 측정되는 회로들이 또한 알려져 있다.
그러나, 알려진 어레인지먼트(arrangement)들은, 그들이 주 전압에 매우 의존한다는 점에서 단점을 갖는다. 또한, 광학 커플러 회로는 상당한 노화 및 온도 드리프트에 취약하므로, 이들 영향들이 측정 결과에 포함되지 않는다는 것이 보장되어야 한다.
결과적으로, 알려진 솔루션들의 단점들을 제거하고, 안전하고 신뢰가능하게 생성될 수 있지만 그럼에도 비용-효율적인 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 모니터링 디바이스에 대한 요구가 존재한다.
이러한 목적은 특허 독립 청구항들의 대상에 의해 충족된다. 본 발명의 실시예의 유리한 형태들이 특허 종속항들의 대상이다.
본 발명은 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 수정된 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 이용 개념에 기반한다. 일반적으로, 휘트스톤 측정 브리지들은 밸런싱된 상태에서 제로 브리지 전압과 연관된 고감도 및 회로의 대칭과 연관된 부유 효과(stray effect)들(예컨대, 온도 영향들)의 광범위한 보상을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 모니터링 디바이스는 전압 소스에 연결될 수 있는, 제1 입력 단자와 제2 입력 단자 사이에 배열된 제1 분압기를 가지며, 여기서, 제1 분압기는 제1 저항기 및 제2 저항기의 직렬 연결을 포함한다. 제3 저항기 및 브리지 다이오드의 직렬 연결을 포함하는 제2 분압기가 또한 제공되며, 여기서, 제2 분압기는 제3 저항기의 제1 단부로 제1 저항기에 연결되고, 제2 단부로 보호 컨덕터에 연결가능하다. 본 발명에 따르면, 모니터링 디바이스는, 제1 저항기와 제2 저항기 사이에 배열된 제1 노드와 제3 저항기와 브리지 다이오드 사이에 배열된 제2 노드 사이에 연결된 측정 디바이스를 포함하며, 여기서, 제2 저항기는 보호 컨덕터의 임피던스에 대한 임계치 값에 대응하는 저항값을 갖고, 측정 디바이스는, 보호 컨덕터의 임피던스가 제2 저항기의 값보다 크면, 제1 노드와 제2 노드 사이의 브리지 전압의 검출을 위해 이용될 수 있다.
즉, 보호 컨덕터의 임피던스가 기준값으로서 고려되는 제2 저항기의 값을 초과하지 않는다면, 휘트스톤 브리지는 밸런싱되고, 브리지 전압은 제로이다. IEC 표준 61851은, 임피던스가 1.6kΩ의 값을 초과하지 않아야 한다는 것을 특정한다. 그러나, 당업자에게는, 본 발명에 따른 모니터링 디바이스의 특정 애플리케이션에 의존하여, 이러한 값이 임의로 선택될 수 있다는 것이 자연스럽게 자명할 것이다.
안전 이유들 때문에, 전압 소스 및 출력 신호에 연결된 측정 브리지는 갈바니 절연(galvanically isolate)되어야 한다. 이를 위해, 측정 디바이스는 애노드 단자, 캐소드 단자, 콜렉터(collector) 단자 및 이미터(emitter) 단자를 갖는 광학 커플러를 유리하게 포함하며, 광학 커플러의 애노드 단자는 제1 노드에 연결되고, 광학 커플러의 캐소드 단자는 제2 노드에 연결되며, 보호 컨덕터의 임피던스가 제2 저항기의 값보다 크면, 신호는 이미터 단자 상에 존재한다.
저항 오버슈트(overshoot)의 경우 생성된 출력 신호의 정확하고 잡음-없는 판독을 위해, 광학 커플러의 이미터 단자는 제4 저항기 및 제5 저항기의 직렬 회로를 포함하는 제3 분압기에 연결될 수 있으며, 여기서, 모니터링 디바이스의 출력 단자는, 제4 저항기와 제5 저항기 사이에 배열된 제4 노드에 연결된다.
실시예의 추가적인 유리한 형태에 따르면, 예컨대, 4개의 정류기 다이오드들로 구성되고, 전압 소스의 제1 외부 컨덕터 및 제2 외부 컨덕터와 제1 입력 단자 및 제2 입력 단자 사이에 배열된 정류기 브리지 회로가 또한 제공된다. 이러한 방식으로, 전파 정류(full-wave rectification)가 착수될 수 있어서, 실제 애플리케이션 환경에서 휘트스톤 브리지의 포지셔닝이 유연하게 유지되고 사전에 결정될 필요가 없다.
본 발명에 따른 모니터링 디바이스는 또한, 모니터링될 전압 소스와 모니터링 디바이스의 시간-제한된 연결을 위한 스위칭 수단을 포함할 수 있다. 제한되고 정밀하게-정의된 시간 간격들 동안에만 적용되는 그러한 테스트 루틴의 장점은 향상된 안전에 대해 고려되어야 한다.
전력-전달 컴포넌트들로부터 이들 스위칭 수단에 대한 제어 회로의 안전한 갈바니 절연을 보장하기 위해, 스위칭 수단은, 제1 입력 단자와 제1 저항기 사이에 배열된 제1 광-트라이액(opto-triac), 및 브리지 다이오드와 보호 컨덕터 사이에 배열된 제2 광-트라이액을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1 광-트라이액 및 제2 광-트라이액은 공통 제어 라인에 의해 제어가능하다. 대안적으로, 스위칭 수단은 제1 광-트라이액 및 제2 광-트라이액을 포함할 수 있으며, 여기서, 제1 광-트라이액은 제1 입력 단자와 제2 광-트라이액의 제1 주 단자 사이에 배열되고, 제2 광-트라이액의 제2 주 단자는 제1 저항기에 연결되며, 제1 광-트라이액 및 제2 광-트라이액은 공통 제어 라인에 의해 제어가능하다.
2개의 광-트라이액들의 동시 트리거링은 단순한 방식으로 달성될 수 있으며, 여기서, 제1 광-트라이액 및 제2 광-트라이액은 각각 애노드 단자 및 캐소드 단자를 갖고, 제1 광-트라이액의 애노드 단자는 공급 전압에 연결되고, 제1 광-트라이액의 캐소드 단자는 제2 광-트라이액의 애노드 단자에 연결되며, 제2 광-트라이액의 캐소드 단자는 제어가능한 반도체 스위치를 통해 기준 전위에 연결된다.
본 발명은 추가로, 자동차의 배터리의 충전 프로세스의 제어를 위한 충전 제어 유닛에 관한 것이며, 여기서, 충전 제어 유닛은 본 발명에 따른 모니터링 디바이스를 포함한다.
또한, 본 발명은, 자동차의 배터리의 전압 소스와의 연결을 위한 충전 케이블에서 특히 유리하게 이용될 수 있으며, 여기서, 충전 케이블은 본 발명에 따른 모니터링 디바이스를 갖는 충전 제어 유닛을 포함한다.
본 발명은 추가로 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 연관된 방법에 관한 것이며, 그 방법은 다음의 단계들: 전압 소스의 제1 외부 컨덕터 및 제2 외부 컨덕터와 제1 분압기를 연결시키는 단계 ― 제1 분압기는 제1 저항기 및 제2 저항기의 직렬 연결을 포함하고, 제2 저항기는 보호 컨덕터의 임피던스에 대한 임계치 값에 대응하는 저항값을 가짐 ―; 제3 저항기 및 브리지 다이오드의 직렬 연결을 포함하는 제2 분압기를 제3 저항기의 제1 단부로 제1 저항기에 연결시키고, 제2 단부로 보호 컨덕터에 연결시키는 단계; 보호 컨덕터의 임피던스가 제2 저항기의 값보다 크면, 제1 저항기와 제2 저항기 사이에 배열된 제1 노드와 제3 저항기와 브리지 다이오드 사이에 배열된 제2 노드 사이의 브리지 전압을 검출하는 단계를 포함한다.
이미 설명된 바와 같이, 그러한 휘트스톤 브리지에 의해, 보호 컨덕터의 임피던스가 미리 정의된 임계치 값을 초과하지 않는다는 것이 대단히 정확하고 신뢰가능한 방식으로 보장될 수 있다. 따라서, 보호 컨덕터가 완전히-기능적인지 여부가 확인될 수 있으며, 구체적으로는, 중단의 존재가 배제될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자에 대한(예컨대, 충전 프로세스의) 안전이 향상된다.
본 발명에 따른 방법의 유리한 전개에 따르면, 보호 컨덕터의 임피던스가 기준 값으로서 기능하는 제2 저항기의 값보다 크면, 경고 신호가 생성될 수 있고 그리고/또는 배터리 충전 프로세스가 중단될 수 있다. 그에 따라, 정상적으로 동작되지 않고 있는 보호 컨덕터와 연관된 잠재적인 위험들이 방지될 수 있다. 자연스럽게, 보호의 향상을 위한 임의의 조치들이 부가적으로 구현될 수 있다.
본 발명의 개선된 이해를 도모하기 위해, 본 발명은 첨부된 도면에서 표현된 예시적인 실시예들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 본 명세서에서, 동일한 참조 기호들 및 동일한 컴포넌트 지정들이 동일한 컴포넌트들에 적용된다. 또한, 표현되고 설명된 상이한 형태들의 실시예로부터의 다수의 특징들 또는 특징들의 조합들은 또한, 독립적이고 독창적인 솔루션들 또는 본 발명에 따른 솔루션들을 구성할 수 있다.
도 1은 휘트스톤 브리지로서 구성된 모니터링 디바이스의 기본 원리의 개략적인 표현을 도시한다.
도 2는 도 1에서 이용될 수 있는 측정 디바이스의 개략적인 표현을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 모니터링 디바이스의 실시예의 제1 유리한 형태의 회로 다이어그램을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 모니터링 디바이스의 실시예의 제2 유리한 형태의 회로 다이어그램을 도시한다.
본 발명은 본 발명에 따른 모니터링 디바이스(100)와 함께 도면들을 참조하여, 특히 먼저 도 1을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
기본 원리로부터 시작하여, 입력 단자들(E1, E2) 사이의 저항 및 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)의 모니터링을 위해 본 발명에 따르면, 휘트스톤 브리지 회로가 이용된다. 브리지 회로는, 입력 단자들(E1 및 E2) 양단에 인가되는 입력 전압에 의해 동작되는 2개의 병렬-연결된 분압기들로 구성된다. 제1 분압기는 저항기들(R1 및 R2)을 포함한다. 제2 분압기는 별개의 컴포넌트들로서 저항기(R3) 및 다이오드(D5)를 포함한다. 또한, 보호 컨덕터(PE)의 임피던스는 가상 저항 엘리먼트(RE)를 구성한다.
휘트스톤 측정 브리지들에서 일반적으로 알려진 바와 같이, 노드들(K1 및 K2) 사이의 브리징 브랜치 상에 어떠한 전압도 없으면, 밸런싱된 상태가 존재한다. 측정 기구(M)는 비-밸런싱된 상태에서의 전압의 존재를 결정한다.
본 발명에 따르면, 제1 직렬 회로의 저항기(R2)는, 그것이 제2 직렬 회로의 저항기(RE)의 임계치 값에 대응하도록 선택된다. 저항기들(R1 및 R3)은 동일한 저항값을 갖는다. 이러한 방식으로, 노드들(K1 및 K2) 사이의 측정가능한 전압의 존재는, 브리지가 밸런싱되지 않았다는 것을 표시하며, 따라서 임계치 값으로부터 저항(RE)의 편차가 존재한다는 것을 표시한다. 아래에서 추가적으로 설명되는 바와 같이, 적절한 회로 어레인지먼트에 의해, 측정 신호가 R2의 값의 오버슈트의 경우에만 측정 디바이스(M) 상에서 생성되지만, 그의 언더슈트의 경우에는 측정 신호가 생성되지 않는다는 것이 보장될 수 있다.
보호 컨덕터(PE)의 임피던스 값(RE)이 기준 저항기(R2)에 의해 정의된 임계치 값을 초과하면, 그에 따라, 오동작이 존재한다고 가정될 수 있다. 이러한 경우, 임의의 위험을 배제하기 위해 적절한 조치들이 측정 수단(M)에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 차량의 충전 케이블에 통합된 IC-CPD(in-cable control and protection device)에 의한 모니터링 디바이스(100)의 애플리케이션의 특정한 경우에서, 충전 프로세스가 중단될 수 있고 그리고/또는 위험 신호가 생성될 수 있다.
높은 전압들이 입력 단자들(E1, E2) 상에 존재하면, 또는 높은 전류들이 측정 브리지에 흐를 위험이 있는 경우, 측정 수단(M)이 측정 브리지의 나머지로부터 갈바니적으로 분리되는 출력 신호를 생성하는 것이 유리하다.
도 2는, 브리지 상의 임밸런스(imbalance)의 경우 노드들(K1, K2) 사이에 전압이 존재하면, 노드들(K1, K2)로부터 갈바니적으로 분리된 출력 신호를 전달하는 적절한 측정 회로(M)의 유리한 구성을 도시한다. 이를 위해, 측정 회로(M)는 광학 커플러(OK1)를 포함한다. 자신의 입력 상에서, 광학 커플러(OK1)는 애노드 단자(A)와 캐소드 단자(K) 사이에 발광 다이오드(102)를 갖는다. 애노드 단자(A)와 캐소드 단자(K) 사이에서 발광 다이오드의 순방향으로 전압이 존재하면, 다이오드는 방사선을 포토트랜지스터(104)에 송신한다. 광학 커플러(OK1)의 콜렉터(C)와 이미터(E) 사이의 연결은 그에 따라 전도성이게 된다.
광학 커플러(OK1)의 이러한 단극 연결에 의해, 임피던스에 대한 임계치 값을 초과하는 전압만이 평가되고, (정상 동작에서 발생하는) 이러한 값의 언더슈트를 표시하는 전압이 평가되지 않는다는 것이 보장될 수 있다.
측정 회로(M)의 실시예의 본 형태에 따른, 출력 단자(106) 상의 출력 신호(PE 임피던스)의 판독을 위해, 이미터 단자(E)는 저항기들(R4 및 R5)을 포함하는 제3 분압기에 연결되고, 접지에 연결된다. 콜렉터 단자(C)는, 예컨대, +5V의 DC 공급 전압에 연결된다. 따라서, 포토트랜지스터(104)가 전도성이면, 출력 신호는 저항기들(R4 및 R5) 사이의 노드(K3) 상에서 판독될 수 있다. 출력 단자(106)는 노드들(K1 및 K2)로부터 갈바니적으로 분리되어 있다.
도 3은 상세한 회로 다이어그램의 형태로, 본 발명에 따른 모니터링 디바이스(100)의 실시예의 제1 유리한 형태를 표현한다. 표현된 실시예의 형태에서, 측정 회로(M)는 도 2에 도시된 변형과 관련하여 변경되지 않는다. 전압 소스, 예컨대 주 전압의 외부 컨덕터들(L1, L2)과 관련하여 보호 컨덕터(PE)의 임피던스의 모니터링을 위한 애플리케이션의 특정한 경우에서, 모니터링 디바이스의 입력 단자들(E1, E2)은 전파 정류기(D1 내지 D4)를 통해 외부 컨덕터들(L1, L2)에 연결된다. 이러한 어레인지먼트에서, 외부 컨덕터들(L1, L2) 각각은 중성 컨덕터가 될 수 있다. 본 발명에 따른 회로의 입력 전압은 정류된 주 전압이어서, 위상 및 중성 컨덕터들이 상호교환될 수 있고, 모니터링 디바이스(100)의 기능에 어떠한 결과적인 영향도 주지 않는다.
예시적인 목적들을 위해, 표현된 실시예의 형태에서, 50kΩ의 저항값들이 저항기들(R1 및 R2)에 대해 선택되지만, 기준값으로서의 저항기(R2)는 IEC 표준 62752(버전 2016)의 페이지 120, 단락 9.7.7.5의 도면 12에 따라 1.6 kΩ의 값을 가정한다.
또한, 도 3에 따른 회로 어레인지먼트는 짧은 시간 동안에만 모조(mimic) 측정 기능의 스위치-인을 허가하여, 보호 컨덕터에 흐르는 전류가 일시적인 방식으로만 스위칭-인되게 한다. 이는 주로 안전 이유들 때문에 유리하다. 이를 위해, 제1 광-트라이액(108)이 노드(E1)와 저항기(R1)의 제1 단자 사이에 배열된다. 제2 광-트라이액(110)이 다이오드(D5)의 캐소드와 보호 컨덕터(PE) 사이에 배열된다.
광-트라이액들(108, 110) 각각은 2개의 주 단자들을 가지며, 당업자들에게는 익숙한 방식으로, 그들 사이에서, 트라이액이 각각의 트라이액과 연관된 발광 다이오드로부터의 광학 신호에 의해 트리거링되었다면 전류가 흐를 수 있다. 트라이액은, 유지 전류의 언더슈트가 발생하는 그러한 시간까지 전도성을 유지한다. 유리하게, 광-트라이액의 제어 회로는 검증될 전압 소스로부터 갈바니 절연된다.
도 3에 표현된 실시예의 형태에서, 광-트라이액들(108, 110)의 발광 제어 다이오드들은 +5V의 공급 전압과 접지 전위 사이에 직렬로 연결된다. 제어 단자(PE) 테스트로부터 전도성 상태로 스위칭될 수 있는 스위칭 트랜지스터(TR1)는 발광 제어 다이오드들을 통한 전류 흐름, 및 그에 따른 광-트라이액들(108, 110)의 트리거링을 허가한다. 테스트 루틴이 종료된 직후, 발광 다이오드들을 통한 전류의 흐름은 한번 더 중단되며, 트라이액들(108, 110)은 더 이상 전도성이 아니다. 따라서, 본 발명에 따른 모니터링 디바이스는 더 이상 테스트될 전압 소스에 활성적으로 연결되지 않는다.
테스트 동안, 측정 브리지를 통한 보호 컨덕터(PE)로의 단기 전류 플럭스가 존재하며, 보호 컨덕터(PE)의 임피던스 값(RE)이 저항기(R2)의 임계치 값 1.6kΩ을 초과하면, 광학 커플러(OK1)의 발광 다이오드(102)는 제3 분압기의 저항기들(R4, R5)을 통한 전류 플럭스를 개시한다.
유리하게, 광학 커플러(OK1)의 스위칭 값은 네트워크 전압과 독립적으로 광범위한 제한들 내에서 가변적이며, 스위칭 포인트는 또한 매우 명확하게 정의된다. 또한, 광학 커플러(OK1)의 출력 상에서 생성된 전압 특성은 또한, 광학 커플러에 대한 노화 및 임의의 드리프트 효과와는 실질적으로 독립적이다.
표시된 바와 같이, 본 발명에 따른 어레인지먼트는 전기적으로-전력공급되는 차량에 대한 충전 케이블들에서 이용될 수 있다. 그러나 원칙적으로, 모니터링 디바이스는 전원에 연결된 경우라도, 임피던스 모니터링을 요구하는 다른 디바이스들 또는 센서들에 대한 그러한 임피던스 모니터링을 위해 일반적으로 이용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 모니터링 디바이스(200)의 실시예의 제2 유리한 형태를 도시한다. 도 3에 표현된 어레인지먼트와는 달리, 2개의 광-트라이액들(108, 110)은 저항기들(R1 및 R3)의 상부-회로에서 하나씩 차례로 직접 배열되며, 또한, 2개의 제너 다이오드들(Z1, Z2 및 Z3, Z4)로 구성된 직렬 회로들은 트라이액들(108, 110)의 주 단자들과 병렬로 연결된다. 이들 제너 다이오드들의 기능은 ESD(electrostatic discharges)에 대해 보호하는 것이다.
이러한 변형 외에도, 실시예의 제2 형태에 따른 모니터링 디바이스(200)가 도 3에 표현된 바와 같이, 실시예의 제1 형태에 따른 모니터링 디바이스(100)와 동일한 방식으로 기능한다.
참조 기호들의 리스트
참조 기호 설명
100 모니터링 디바이스, 실시예의 제1 형태
102 발광 다이오드
104 포토트랜지스터
106 출력 단자
108 제1 광-트라이액
110 제2 광-트라이액
200 모니터링 디바이스, 실시예의 제2 형태
M 측정 디바이스
OK1 광학 커플러
E1, E2 입력 단자들
D1 내지 D4 정류기 다이오드들
D5 측정 브리지 다이오드
D6 광학 커플러와 병렬로 연결된 다이오드
R1, R3 내지 R8 저항기들
R2 기준 저항기
L1, L2 외부 컨덕터
PE 보호 컨덕터
RE 보호 컨덕터의 임피던스
Z1 내지 Z4 제너 다이오드들
TR1 스위칭 트랜지스터

Claims (15)

  1. 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)를 모니터링하기 위한 모니터링 디바이스로서,
    전압 소스에 연결될 수 있는, 제1 입력 단자(E1)와 제2 입력 단자(E2) 사이에 배열된 제1 분압기 ― 상기 제1 분압기는 제1 저항기(R1) 및 제2 저항기(R2)의 직렬 연결을 포함함 ―,
    제3 저항기(R3) 및 브리지 다이오드(D5)의 직렬 연결을 포함하는 제2 분압기 ― 상기 제2 분압기는 상기 제3 저항기(R3)의 제1 단부로 상기 제1 저항기(R1)에 연결되고, 제2 단부로 상기 보호 컨덕터(PE)에 연결가능함 ―,
    상기 제1 저항기(R1)와 상기 제2 저항기(R2) 사이에 배열된 제1 노드(K1)와, 상기 제3 저항기(R3)와 상기 브리지 다이오드(D5) 사이에 배열된 제2 노드(K2) 사이에 연결된 측정 디바이스(M)를 포함하며,
    상기 제2 저항기(R2)는 상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)에 대한 임계치 값에 대응하는 저항값을 갖고, 상기 측정 디바이스는, 상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)가 상기 제2 저항기(R2)의 값보다 크면, 상기 제1 및 제2 노드들(K1, K2) 사이의 브리지 전압의 검출을 위해 이용될 수 있는, 모니터링 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 디바이스(M)는 애노드 단자, 캐소드 단자, 콜렉터(collector) 단자 및 이미터(emitter) 단자를 갖는 광학 커플러(OK1)를 포함하며,
    상기 광학 커플러의 애노드 단자는 상기 제1 노드(K1)에 연결되고, 상기 광학 커플러의 캐소드 단자는 상기 제2 노드(K2)에 연결되며, 상기 보호 컨덕터의 임피던스가 상기 제2 저항기(R2)의 값보다 크면, 신호가 상기 이미터 단자 상에 존재하는, 모니터링 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이미터 단자는 제4 저항기(R4) 및 제5 저항기(R5)의 직렬 회로를 포함하는 제3 분압기에 연결되고, 상기 모니터링 디바이스의 출력 단자는, 상기 제4 저항기(R4)와 상기 제5 저항기(R5) 사이에 배열된 제4 노드에 연결되는, 모니터링 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 소스의 제1 및 제2 외부 컨덕터(L1, L2)와 상기 제1 및 제2 입력 단자(E1, E2) 사이에 배열된 정류기 브리지 회로(D1, D2, D3, D4)를 더 포함하는, 모니터링 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    모니터링될 전압 소스와 상기 모니터링 디바이스의 시간-제한된 연결을 위한 스위칭 수단을 더 포함하는, 모니터링 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은, 상기 제1 입력 단자(E1)와 상기 제1 저항기 사이에 배열된 제1 광-트라이액(opto-triac), 및 상기 브리지 다이오드(D5)와 상기 보호 컨덕터 사이에 배열된 제2 광-트라이액을 포함하며,
    상기 제1 광-트라이액 및 상기 제2 광-트라이액은 공통 제어 라인에 의해 제어가능한, 모니터링 디바이스.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 제1 광-트라이액 및 제2 광-트라이액을 포함하며,
    상기 제1 광-트라이액은 상기 제1 입력 단자(E1)와 상기 제2 광-트라이액의 제1 주 단자 사이에 배열되고, 상기 제2 광-트라이액의 제2 주 단자는 상기 제1 저항기(R1)에 연결되며, 상기 제1 광-트라이액 및 상기 제2 광-트라이액은 공통 제어 라인에 의해 제어가능한, 모니터링 디바이스.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 광-트라이액 및 상기 제2 광-트라이액은 각각 애노드 단자 및 캐소드 단자를 가지며,
    상기 제1 광-트라이액의 애노드 단자는 공급 전압에 연결되고, 상기 제1 광-트라이액의 캐소드 단자는 상기 제2 광-트라이액의 애노드 단자에 연결되며, 상기 제2 광-트라이액의 캐소드 단자는 제어가능한 반도체 스위치를 통해 기준 전위에 연결되는, 모니터링 디바이스.
  9. 자동차의 배터리의 충전 프로세스의 제어를 위한 충전 제어 유닛으로서,
    상기 충전 제어 유닛은 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 모니터링 디바이스를 포함하는, 충전 제어 유닛.
  10. 자동차의 배터리와 전압 소스의 연결을 위한 충전 케이블로서,
    상기 충전 케이블은 제9항에 따른 충전 제어 유닛을 포함하는, 충전 케이블.
  11. 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)를 모니터링하기 위한 방법으로서,
    전압 소스의 제1 및 제2 외부 컨덕터(L1, L2)와 제1 분압기를 연결시키는 단계 ― 상기 제1 분압기는 제1 저항기(R1) 및 제2 저항기(R2)의 직렬 연결을 포함하고, 상기 제2 저항기(R2)는 상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)에 대한 임계치 값에 대응하는 저항값을 가짐 ―;
    제3 저항기(R3) 및 브리지 다이오드(D5)의 직렬 연결을 포함하는 제2 분압기를 상기 제3 저항기(R3)의 제1 단부로 상기 제1 저항기(R1)에 연결시키고, 제2 단부로 상기 보호 컨덕터(PE)에 연결시키는 단계;
    상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)가 상기 제2 저항기(R2)의 값보다 크면, 상기 제1 저항기(R1)와 상기 제2 저항기(R2) 사이에 배열된 제1 노드(K1)와, 상기 제3 저항기(R3)와 상기 브리지 다이오드(D5) 사이에 배열된 제2 노드(K2) 사이의 브리지 전압을 검출하는 단계를 포함하는, 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외부 컨덕터(L1, L2)의 전압은 정류기 브리지 회로(D1, D2, D3, D4)에 의해 정류되는, 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)의 모니터링은 짧은 테스트 간격들 동안에만 수행되는, 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)가 상기 제2 저항기(R2)의 값보다 크면, 경고 신호가 생성되고 그리고/또는 배터리 충전 프로세스가 중단되는, 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브리지 전압은, 상기 보호 컨덕터(PE)의 임피던스(RE)가 상기 제2 저항기(R2)의 값보다 크면, 광학 커플러(OK1)의 이미터 단자 상에서 출력 신호가 전달되도록 상기 광학 커플러의 입력 신호를 구성하는, 보호 컨덕터의 임피던스를 모니터링하기 위한 방법.
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