用于估计触摸电流并且保护电气装置免受这种触摸电流的设备和方法

摘要

本发明涉及电气装置（3）免受触摸电流的保护，所述装置（3）旨在连接在电力源和机动车辆（1）的板上设备之间。它实现了旨在连接到装置（3）的电连接线（4a、4b、4c、8）的用于检测泄漏电流和用于估计触摸电流的电路（9）、用于测量帧电流的电路（14）以及用于根据触摸电流的估计水平和帧电流的测量水平控制装置（3）的操作的部件（11）。本发明可以用于在混合或电驱动机动车辆的再充电期间保护免受泄漏电流。

说明书

技术领域

本发明涉及免受泄漏电流的电气装置的保护，且更具体而言涉及免受 泄漏电流的电动车辆的电池充电器的保护，该泄漏电流在充电器连接到配 电网络时出现。

背景技术

在某些电机动车辆中使用的充电器是不隔离的。充电器的每个元件具 有相对于底盘的共模电容。在连接到配电网络期间，施加到这些各个元件 的电压将通过这些电容导致接地泄漏电流。

当这些接地泄漏电流出现时，它们可以产生能够中断充电过程的剩余 电流的差分保护。

如果用户在充电期间触摸电动车辆的车体，如果存在车辆的接地缺陷， 则接地泄漏电流变成被称为“触摸”或“接触”电流的电流。这些触摸电流通 过国际标准61851-21限制为3.5mA。

出于限制这些电流的目的，已经提出在配电网络和电池之间使用生成 流电（galvanic）隔离的变压器。

使用的变压器是笨重的元件，其尺寸随着充电功率或流经它们的电流 增加。因此该解决方案的缺点在于，它导致附加成本和设备体积的增加， 这对电机动车辆带来极大不利。

此外，可以连接现有充电器到单相或三相网络以获得较高的充电功率。 在连接到三相网络期间，使用的变压器上的应力因此增强。

还提出例如借助于连接在电动车辆的车体和中性点之间的电容器重定 向到配电网络的中性点的泄漏电流。

电流限制解决方案具有这样的缺点：不能考虑泄漏电流中的增加。这 种增加可能源于干扰电容的增加或补偿系统的缺陷。泄漏电流限制系统因 此可能不会保持底盘上的触摸电流低于3.5mA。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的目的是提供触摸电流的估计且在触摸电流变 化期间保护电动车辆。

本发明的另一目的是使触摸电流的值保持在预定限制值以下。

根据第一方面，本发明因此提出一种用于保护电气装置免受触摸电流 的设备，所述装置被设计为连接在电力源和机动车辆的板上装备项目之间。

该设备包含设计为连接到装置的电连接线的用于检测泄漏电流和用于 估计触摸电流的电路、用于测量接地电流的电路以及用于根据触摸电流的 估计水平和接地电流的测量水平控制装置的操作的部件。

因此，控制部件使得如果高泄漏电流出现或泄漏电流消失可以允许或 阻止电力供应。

有利地，电力源可以是三相或单相电源网络。

电气装置可以是用于机动车辆的板上电池的充电器，该电机动车辆是 具有电或混合驱动的机动车辆。

根据另一方面，本发明提出一种用于保护电气装置免受触摸电流的方 法，所述装置被设计为连接在电力源和机动车辆的板上装备项目之间。

根据本方法的一般特征，该方法包含泄漏电流的检测、触摸电流的估 计、接地电流的测量以及根据触摸电流的估计水平和接地电流的测量水平 的装置操作的控制。

有利地，电气装置连接到电力源且根据触摸电流的估计水平和接地电 流的测量水平阻止为板上装备供应电力。

因此，在连接期间并不自动对板上装备供应电力。

如果测量的接地电流低于第一限定阈值，则阻止为板上装备供应电力。

太弱的接地电流可能指示接地连接中的缺陷，所以必须阻止对板上装 备供应电力。

如果测量的接地电流高于第二限定阈值，则允许为板上装备供应电力。

如果触摸电流的估计低于第三限定阈值，则允许为板上装备供应电力。

如果触摸电流的估计高于第四限定阈值，则阻止为板上装备供应电力。

附图说明

在研究下面的描述时将看出本发明的其他优点和特征，下面描述将视 为非限制性示例且通过附图说明，附图中：

图1示意性示出根据本发明免受泄漏电流的保护的一般原理；

图2说明根据本发明的设备的实施例；以及

图3说明根据本发明的保护方法的操作。

具体实施方式

图1示出在电动车辆中泄漏电流的产生原理，未流电隔离的电池充电 器与该电动车辆相连。

然而应当注意，该原理应用于任意类型的装置、任意类型的电池充电 器或显见于其他类型的机动车辆（具有电和混合驱动系统），其中触摸电 流能够在个人触摸车辆的车体时在装置的连接之后出现。

在该图中，参考数字1指示整体车辆且参考数字2指示车辆的导电结 构，在该情况中该导电结构为车辆的车体。

如所示出的，在该情况中，电机动车辆1装备有充电器3且此外包含 电池和在该图中未示出的电驱动系统的组。

自然地，车辆1也可以安装有由于简化原因在图中未示出的很多附加 构件。

充电器3经由电连接4连接到供电网络。电连接4可以包含若干相位。 充电器3的保护设备5放置在电连接4上。

当充电器3连接到电网络时，干扰电容器6在充电器3和结构2之间 生成泄漏电流。

如果用户7触摸车辆2的车体，则后者通过干扰电容器6生成的触摸 电流I_T贯通。

泄漏电流还产生接地电流I_M。

保护设备5使得能够检测泄漏电流的出现且根据泄漏电流明显地控制 充电器3。

示出保护设备5的结构细节的图2，说明包含连接车辆到三相或单相 网络的3个电连接4a、4b、4c和接地连接8的车辆1。

保护设备5包含泄漏电流检测和触摸电流检测电路9，该电路9包含 电流测量部件，该电流测量部件被有利地选择以检测相位4a、4b、4c和接 地连接8上测量的强度。

电路9根据进入充电器3的电流提供估计。

电路9可以包含通过包含相位和地的测量环形线圈（torroid）的电磁 流的测量。

该电路9还可以包含用于计算在接地电流和泄漏电流之间的测量差异 的部件。泄漏电流的测量包含三个相位的泄漏电流的测量。

匹配电路10然后使得可以调节触摸电流估计电路9的输出以到达处理 单元11。匹配电路10包含三个电阻器12和两个电容器13的组。

处理单元11包含用于控制充电器3的部件。

用于测量接地电流的电路14放置在接地连接8上。该电路14经由电 阻器15连接到处理单元11。

图3给出在用于保护电气装置免受泄漏电流的设备内使用的各个步骤 的细节。

在该情况下，在包含充电器3的电机动车辆1中实施这些步骤。

在步骤E1中实施的连接期间，充电器3连接到可以是单相或三相的 电力源网络。

然后同时实施测量和估计E2和E3这两个步骤。步骤E2对应于通过 电路14的接地电流I_M的测量。步骤E3对应于通过电路9的触摸电流I_T的估计。

步骤E2之后跟随比较步骤E4，其中电流I_M与例如在测试期间预限定 的一个或更多阈值进行比较。

例如，如果测量电流I_M低于第一阈值，则将到达地的电流的量太弱， 这可指示接地连接缺陷。在步骤E6期间不允许充电。

如果电流I_M高于第二预限定阈值，离开充电器3的电流的量足以指示 存在接地连接且允许充电（步骤E7）。

步骤E3之后跟随比较步骤E5，其中估计的触摸电流I_T与一个或更多 预限定阈值进行比较。

如果估计电流I_T低于第三预限定阈值，则可以允许充电（步骤E7）； 用户可以无危险地触摸结构2。

如果估计电流I_T高于第四预限定阈值，则不允许充电（步骤E6）。

如上所述，该第三和第四阈值可以通过在先学习获得且优选地设置为 例如等于3.5mA。

本发明提供可以在任意类型的非隔离电气装置中使用的设备。本发明 允许用户以及装置在其所有使用时间的保护。此外，在连接到单相网络或 三相网络期间可以使用保护。

更具体而言，根据本发明的保护方法可以包含向电气装置3的电力源 网络发送关于触摸电流I_T太大或接地电流T_M太弱的检测的消息以停止电 气装置3的充电的步骤。

注意，如果电气装置3是电动车辆，该消息例如通过被称为“控制线” 的通信线从管理车辆充电的车辆计算机发送到供应到电气装置3的充电终 端。当接收该消息时，充电终端断开接触器，断开到目前为止供应车辆的 三相或单相网络的连接4a、4b、4c和8。