用于对机动车辆电池安全充电的系统和方法

用于对机动车辆电池安全充电的系统和方法
【专利摘要】用于对机动车辆电池安全充电的系统和方法。用于由供电网络(2)对机动车辆的电池(3)进行安全充电、对该供电网络(2)的地线与零线之间的电阻进行估算的方法，包括至少一次地将多个电流脉冲注入该网络(2)中、响应于每个脉冲而测量该网络(2)的地线与零线之间的电压、并且基于所测得的这些电压来确定该地线电阻。每次将电流脉冲注入该网络(2)中包括注入一个正的第一脉冲、之后是一个负的第二脉冲，该第一和第二脉冲具有相等的绝对值强度并且相隔一个足够短区间而使得联接至该供电网络(2)上的一个寄生电容在该第二脉冲的过程中仍是充好电，其中是在针对每次脉冲注入的第一脉冲和第二脉冲而测量的这些脉冲和电压的幅值的基础上实施对地线电阻的确定。
【专利说明】用于对机动车辆电池安全充电的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于对机动车辆的电池充电的车载设备的用户安全性，并且更具体地 讲涉及估算联接到用于对机动车辆的电池充电的设备上的供电网络的接地质量。

【背景技术】
[0002] 在对电动机动车辆的电池充电的过程中，强烈的电流流过供电网络而到达该车辆 的电池。为了能够正确地对车辆充电，对这些电流进行斩波以考虑供电网络的限制因素。
[0003] 这些电流的斩波导致漏电流的出现，这些漏电流需要通过该供电网络的地线连接 件来排走。这个地线连接件被连接到该车辆的底盘并且因此为所有寄生电流提供了一条路 径。
[0004] 为了确保完全安全的充电，必须确保到地面的连接具有良好的品质，也就是说该 接地路径的等效电阻与触摸到机动车辆底盘的人所提供的电阻相比是较低的。在没有这种 到地面的连接的情况下，可能出现触电现象。如果一个人触摸到车辆的底盘，则此人的身体 建立了充电器与地面之间的连接，并且因此在不添加控制装置的情况下，所有漏电流（这 可能是危险的）将通过这个人。
[0005] 品质差的地线，也就是具有的电阻相等于人体电阻的地线，还允许一部分漏电流 穿过人的身体。确切而言，如果一个人触摸到正被充电的车辆的底盘，在这种情况下，漏电 流会具有两个电阻相同的平行路径，因此一半的漏电流可能通过该个体返回至大地。
[0006] 为了确保不可能出现触电，有必要在对机动车辆的电池充电之前确保到地面的连 接件的电阻值低于某一阈值。
[0007] 为了能够估算供电网络的地线与零线之间的电阻，有可能将电流脉冲直接注入地 线路径并且通过该网络的零线回路折返、并且测量该零线与地线之间的电压。
[0008] 在理想的情况下，测量了注入到地线的电流以及电压，该电压是所注入的电流根 据欧姆定律的图像。于是通过将所测量的电压除以所测量的电流来获得该电阻值。
[0009] 不幸的是，不可能如此简单地得到正确的结果，因为该零线与地线之间的电压非 常紊乱。
[0010] 这些紊乱的第一部分可能来自上述漏电流。由于这些电流也通过地线，它们扰乱 了该零线与地线之间电压的测量。
[0011] 对于所有这些扰动而言，某些数据是已知的。在低频率时，尤其是对于低于1kHz 的频率而言，这些扰动是在供电网络的谐波（即，例如50Hz，100Hz等）处生成的并且具有 最大幅值7V的均方根电压和最大幅值6. 6mA的电流。这些扰动水平是由EDF标准限定的。 对于较高的频率而言，EDF标准预测扰动电流的幅值是在1. 5kHz的6. 6mA与15kHz时的 66mA之间连续变化，该电流的幅值在高达150kHz时保持在66mA。
[0012] 最后，由于不可能将任意电流送到地线而产生了第二个限制因素。总之，必须不使 这个电路所连接到的网络跳闸。因此不可能发生幅值太高和/或持续时间太长的脉冲。
[0013] 因此，挑战是尽管有所有的误差源而成功估算地线电阻、而同时考虑到由于需要 能够将该系统嵌入到机动车辆上的这些约束所强加的限制因素，该机动车辆的处理器以 10kHz的最大频率运行。
[0014]这些扰动的第二部分（代表了扰动的主要部分）可以来自这些充电端子或正被充 电的另一个机动车辆，因为该另一个机动车辆的部件将在该供电网络的地线与零线之间连 接一个寄生电容，这可能显著损害对地线的电阻的测量。
[0015]例如在该网络的地线未连接的情况下，电流的唯一路径是由该寄生电容提供的。 为了测量地线的电阻而注入地线中的电流脉冲于是将对该寄生电容进行充电。
[0016]例如在充电装置连接到1yF的寄生电容的情况下，注入振幅为20mA且脉冲持续 时间为lms的电流脉冲将得到对该电容充电的约5V的电压，这相当于250ohms的电阻。与 真正的地线电阻平行布置的这个假想电阻于是将损害这种计算，尤其是通过将于估算的地 线电阻所获得的值减小。估算的误差可能对于使用者的安全是危险的。
[0017] 市场上有一些设备实施对地线电阻的估算。这些设备具有远高于在机动车辆上可 得到的计算能力，并且价格太高以致不能设想在每台机动车辆上都设置一个。
[0018]然而，这些设备并非被配置成用于管理个人的安全性。确切而言，这些设备仅仅被 配置成提供关于地线电阻值的信息。
[0019] 专利申请CN201 508 392描述了一种方法以用于测量地线电阻从而使得有可能 消除零线/地线电压中的单一频率。然而，并没有消除由其他谐波产生的扰动并且仍干扰 该地线/零线电压的测量并且因此干扰地线电阻的确定。
[0020] 专利申请EP1 482 317描述了一种用于注入非常高幅值的电流的方法，以用于 改善地线/零线电压测量的信噪比。然而，该方法需要能够承受地线中的强电流峰值的合 适环境、并且因而只适用于工厂，在那里断路器容忍比通常在电流超过33mA就跳闸的家庭 网络的断路器高十倍至一千倍的泄露。
[0021] 专利申请EP0 642 027描述了一种基于在地线与零线之间注入电压的方法。然 而，使用这样一种方法需要对于整合到车辆中而言尺寸太过大的并且能够向该网络强加电 压的系统。


【发明内容】

[0022] 本发明的目的是为了提供一种用于估算安装在机动车辆中的地线的电阻的系统 和方法，这是通过将由于供电网络造成的扰动滤除并且区分出在该相同网络上存在的寄生 电容的来实现的。
[0023]根据本发明的一个方面，根据一个实施例提供了一种用于由供电网络对机动车辆 的电池充电的安全系统。该系统是安装在机动车辆中并且包括用于将电流脉冲注入供电网 络中的装置、以及用于测量该供电网络的地线与零线之间的电压的装置。
[0024]根据本发明的一般特征，该脉冲注入装置被配置成使得每次将电流脉冲注入该供 电网络中都包括注入一个正的第一脉冲、随后是一个负的第二脉冲，该第一和第二脉冲具 有相同的绝对值强度并且相隔一个时间区间，该时间区间足够短而使得联接到该供电网络 的一个寄生电容在第二脉冲的过程中仍是充好电的，并且该系统包括用于在针对每次脉冲 注入的第一脉冲和第二脉冲测得的这些电流脉冲和电压的幅值的基础上确定地线电阻的 装直。
[0025]在正的第一脉冲的情况下，该电容被放电，在电流脉冲的末端测得的电压将用以 下表达式来表示：

【权利要求】
1. 一种用于由供电网络（2)对机动车辆的电池（3)进行充电的安全系统（1)，该系统 (1)是安装在该机动车辆中并且包括用于将多个电流脉冲注入该供电网络（2)中的装置 (5)、以及用于测量该供电网络（2)的地线与零线之间的电压的装置（6)，其特征在于，该脉 冲注入装置被配置成使得每次将多个电流脉冲注入该供电网络（2)中都包括注入一个正 的第一脉冲接着注入一个负的第二脉冲，该第一和第二脉冲具有相等的绝对值强度并且相 隔一个时间区间，该时间区间足够短而使得联接至该供电网络（2)上的一个寄生电容在该 第二脉冲的过程中仍是充好电的，并且该系统包括用于在针对每次脉冲注入的第一脉冲和 第二脉冲测量的这些电流脉冲和电压的幅值的基础上确定该地线电阻的装置（9)。
2. 如权利要求1所述的系统（1)，包括用于测量该供电网络（2)的频率的装置（4)、一 个用于在高频率下对这些所测量电压进行滤波的模拟滤波器（7)、一个用于在低频率下对 这些经模拟滤波的电压进行滤波的数字滤波器（8)，该确定装置（9)使用这些经数字滤波 的电压作为多个测得电压，并且该数字滤波器（8)包括一个均值滤波器，以用于基于以一 个时间间隔Γ + |分隔开的N次电压测量来确定一个平均值，其中T是由该用于测量供电网 络⑵的频率的装置⑷所确定的该供电网络⑵的周期。
3. 如权利要求2所述的系统（1)，其中该模拟滤波器（7)是具有一个位于800Hz与 I. 2kHz之间的、并且优选是IkHz的截止频率以及一个位于0. 6与0. 8之间的、并且优选是 0. 7的阻尼系数的一个二阶模拟滤波器。
4. 如权利要求3所述的系统（1)，其中这些电流脉冲具有至少大于0. 8ms的、并且优选 是Ims的持续时间以及位于18mA与22mA之间的、并且优选是20mA的最大幅值。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的系统（1)，包括安全控制装置（10)，该安全控制装 置被适配成仅仅在所测得的地线电阻低于一个激活阈值时激活由该供电网络（2)对该电 池⑶充电。
6. 如权利要求5所述的系统（1)，其中该激活阈值对应于一个位于20欧姆与600欧姆 之的电阻值、并且优选地对应于200欧姆。
7. -种用于由供电网络（2)对机动车辆的电池（3)进行安全充电、对该供电网络（2) 的地线与零线之间的电阻进行估算的方法，其中实施至少一次地将多个电流脉冲注入该供 电网络（2)中，响应于每个脉冲地进行对该供电网络（2)的地线与零线之间的电压的多次 测量，并且基于所测得的这些电压来确定该地线电阻，其特征在于，每次将多个电流脉冲注 入该供电网络（2)中包括注入一个正的第一脉冲接着注入一个负的第二脉冲，该第一和第 二脉冲具有相等的绝对值强度并且相隔一个时间区间，该时间区间足够短而使得联接至该 供电网络（2)上的一个寄生电容在该第二脉冲的过程中仍是充好电的，并且在针对每次脉 冲注入的第一脉冲和第二脉冲而测量的这些电流脉冲和电压的幅值基础上实施对该地线 电阻的确定。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，测量了该供电网络（2)的频率，在高频率下对每次 脉冲所测得的电压进行模拟滤波，在低频率下对经模拟滤波的电压进行数字滤波，并且在 这些经数字滤波的电压的基础上实施对该地线电阻的确定，该数字滤波包括基于以一个时 间区间Γ + f分隔开的N次电压测量来确定一个平均值，其中T是在该供电网络（2)的频率 的测量的基础上确定的该供电网络（2)的周期。
9. 如权利要求8所述的方法，其中该模拟滤波包括具有一个位于800Hz与I. 2kHz之间 的、并且优选是IkHz的截止频率以及一个位于0. 6与0. 8之间的、并且优选是0. 7的阻尼 系数的二阶滤波。
10. 如权利要求9所述的方法，其中这些电流脉冲具有至少大于0. 8ms的、并且优选是 Ims的持续时间以及位于18mA与22mA之间的、并且优选是20mA的最大幅值。
11. 如权利要求7至10中任一项所述的方法，其中注入到该供电网络（2)中的这些电 流脉冲的持续时间至少对应于该供电网络（2)的周期。
12. 如权利要求7至11中任一项所述的方法，其中只有在所测得的地线电阻小于一个 激活阈值的情况下，该供电网络（2)才被联接到该电池（3)上。
【文档编号】B60L3/12GK104379385SQ201380030823
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年5月16日 优先权日:2012年5月16日
【发明者】L·梅里耶纳 申请人:雷诺股份公司