售电断路器的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年1月30日提交的美国专利申请序列号No. 13/753,793的优先 权及权益，其通过引用并入本文。
[0003] 本申请涉及共同受让并在审的于2013年1月30日提交的序列号为 No. 13/753, 802，名称为 "Electric Power Distribution System Including Metering Function and Method of Evaluating Energy Metering" 的美国专利申请。
技术领域
[0004] 本公开的概念一般涉及电切换设备，并且更特别地涉及断路器。
【背景技术】
[0005] 在住宅以及小型商业应用中所使用的断路器一般因其受限尺寸而指微型断路器。 这种断路器通常具有一对通过弹簧偏置操作机构断开和闭合的可分离触点。响应于持续过 流条件或短路，热磁跳闸装置致动操作机构以断开可分离触点。
[0006] 在一些应用中，已经发现出于不仅是例如用于卸除负载的保护的其它目的使用断 路器的便利。期望能够诸如在计算机的控制下远程并且甚至自动地执行该功能。然而，弹 簧偏置操作机构被设计为手动再次闭合，并且不能容易地适用于远程再次闭合。在任何情 况下，该操作机构不是针对在延长时间期间上重复操作而设计的。
[0007] 远程可控断路器或远程操作断路器引入与主可分离触点串联的第二对可分离触 点。例如参照美国专利序列号5, 301，083 ;5, 373, 411 ;6, 477, 022 ;以及6, 507, 255。在次 级触点执行任意切换操作的同时，主触点仍中断过流。例如，通过弹簧偏置以闭合触点的螺 线管，或通过自锁螺线管控制次级触点。
[0008] 传统接地故障断路器提供接地故障检测和热磁过载部分，该热磁过载部分与操作 手柄单个断路器的耦接以指示开启，跳闸和关闭状态，并且控制电力电路的断开和闭合。
[0009] 电动车辆（EV)充电站，也称作EV充电站、电再充电点、充电点和EVSE (电动车辆 电源设备），是为电动车辆、插电式电油混合车辆、或半静态以及诸如展台的移动电气单元 的再充电提供电能的基础设施中的元件。
[0010] EV充电站是安全地允许电力流动的装置。这些充电站和为创建它们所建立的协议 已知为EVSE，并且它们通过实现在充电站和EV之间的双向通信增强安全性。
[0011] 1996NEC条款625定义EVSE为作为包括未接地，接地和设备接地导体的导体，EV 连接器，连接插头以及出于将能量从房屋布线传递到EV的目的特别安装的所有其它配件， 装置，电力输出口或设备。
[0012] EVSE由美国汽车工程师协会（SAE)推荐的规程J1772?和美国国家消防协会 (NFPA)、美国国家电气规范（NEC)条款625定义。在NEC定义若干安全要求的同时，J1772? 定义物理导通连接类型，五引脚功能（即两个电力引脚（火线1和火线2或中性线；或线路 1和线路2)，一个接地引脚，一个控制导引引脚，以及一个接近度引脚），在导引引脚的EVSE 到EV握手，以及两部分（EVSE和EV)应当如何运作。
[0013] 双路通信寻求以确保经过EV的电流既低于EV充电站自身的极限，低于将EV充电 站连接到EV的电线组的极限，并且低于诸如断路器的上游保护装置的跳闸极限。EV是负载 并且负载指示多少电力被吸收。EV已知其自身极限并且由于其设定正被吸收的电流量，无 需通信以便保护EV。相反，采用通信以便保护将电力传递到EV的所有分配设备。
[0014] 存在诸如负载联锁的额外安全特征，其不允许电流从EV充电站流动直到将EV连 接器或EV插头在物理上插入EV并且EV准备好接受能量。一旦EV发出其结束接收能量或 EV未插电的信号，负载联锁就继续阻止电流流动。
[0015] 美国的SAE J1772?和世界或可适用地区的IEC 61851标准在EVSE中使用非常简 单但有效的导引电路和握手。为了使用交流电（AC)为车辆充电，主要在导引引脚上产生信 号，当测量到接地引脚时该信号在恒定+12Vdc开路处开始。当将EVSE线缆和连接器插入兼 容车辆的EV入口时，车辆的电路具有连接到地的串联电阻器和二极管以便使+12Vdc下降 到+9Vdc。在EVSE看到该电压下降之后，其打开在充电电路上定义最大可用线电流（ALC) 的脉冲宽度调制（PWM)发电机。当在其源处测量时，该产生的PWM信号在+12Vdc和-12Vdc 之间震荡。为了不跳闸诸如断路器的上游电路中断器，车辆充电控制器读取与设定安培数 等价的PWM信号的占空比百分率，并且设定在车载整流器/充电器上吸取的最大电流。车 辆转而加入与车辆的电阻器和二极管的串联组合中的电阻器并联的其它电阻器，该其它电 阻器然后将PWM导引信号的顶部电平下降到+6Vdc，同时在-12Vdc离开底部电平。这告知 EVSE车辆准备好充电并且其实际上是车辆而且不简单地是诸如导致电压下降的人手指的 电阻器。作为响应，EVSE闭合内部继电器/接触器以允许AC电力流到车辆。
[0016] 已知的EV充电站一般由与负载中心，控制板，或标准上游保护完全分离的装置组 成。这种EV充电站是具有出于为EV充电的预期目的用于伴随所连接的EV线缆/连接器 的电力和状态的指示器的专用箱。这些EV充电站需要上游断路器和完全分离的专用附件 以及EV线缆/连接器。
[0017] 电力企业期望分离地计量并记账进入EV或被视为由企业或其它机构可施加的其 它电负载的电力。已知的方法需要分离导出的计量系统，其安装和管理相对昂贵且复杂。这 阻碍技术的采用和实施。存在对被视为"专用"或在其它方面由电力企业或其它机构可施 加的电负载进行分项计量，记账以及管理的改进空间。
[0018] 存在断路器和EV充电站的改进空间。
【发明内容】
[0019] 通过本公开概念的各种实施例满足这些和其它需求，其中断路器处理器告知用于 电负载（例如但不限于电动车辆）的电力电路的电参数，接收来自或代表电负载的确认以 使机构闭合可分离触点，并且确定与流过可分离触点的电流在操作上相关联的故障状态。
[0020] 根据本公开概念的一方面，用于电负载的断路器包括多个第一端子；多个第二端 子；若干第一可分离触点，其中每个第一可分离触点在第一端子中的一个和第二端子中的 一个之间电连接；第一机构，其被构造为断开，闭合或跳闸断开若干第一可分离触点；若干 第二可分离触点，其中每个第二可分离触点与若干第一可分离触点中的对应一个串联电连 接，并且该每个第二可分离触点在第一端子中的一个和第二端子中的一个之间电连接；第 二机构，其被构造为断开或闭合若干第二可分离触点；处理器，其被构造为使第二机构断 开或闭合若干第二可分离触点，通过第二端子中的一个告知用于电负载的电力电路的电参 数，从若干第二端子接收来自或代表电负载的确认以使第二机构闭合若干第二可分离触 点，并且确定与流过若干第二可分离触点的电流在操作上相关联的故障状态。
[0021] 作为本公开概念的另一方面，用于电负载的售电断路器包括：多个第一端子；多 个第二端子；若干可分离触点，该若干可分离触点中的至少一个在第一端子中的一个和第 二端子中的一个之间电连接；热磁保护电路，其在第一端子中的一个和第二端子中的一个 之间与若干可分离触点中的至少一个串联电连接；计量电路，其在售电断路器内并且在第 一端子中的一个和第二端子中的一个之间与流过若干可分离触点的电力在操作上相关联； 被构造为断开或闭合若干可分离触点的机构；处理器，其在售电断路器内并且被构造为使 机构断开或闭合若干可分离触点以便从计量电路中输入多个功率值并且确定多个能量值； 以及通信机构，其与处理器协作以将能量值传递到远程位置。
[0022] 作为本公开概念的另一方面，用于电负载的断路器包括：多个第一端子；多个第 二端子；若干可分离触点，每个若干可分离触点在第一端子中的一个和第二端子中的一个 之间电连接；被构造为断开或闭合若干可分离触点的机构；以及处理器，其被构造为使机 构断开或闭合若干可分离触点，通过第二端子中的一个告知用于电负载的电力电路的电参 数，从若干第二端子接收来自或代表电负载的确认以使机构闭合若干可分离触点，并且确 定与流过若干可分离触点的电流在操作上相关联的故障状态。
【附图说明】
[0023] 当结合附图阅读时，可从优选实施例的下述描述中获得本公开概念的完整理解， 在附图中：
[0024] 图1是根据本公开概念的实施例的电动车辆（EV)断路器的框图。
[0025] 图2是根据本公开概念的另一实施例的单相两线双极EV断路器的框图。
[0026] 图3是根据本公开概念的另一实施例的三相三极EV断路器的框图。
[0027] 图4A-4B根据本公开概念的另一实施例形成EV断路器，EVSE连接器和EV的框图。
[0028] 图5是图4A-4B的EV断路器的测试/重置程序的流程图。
[0029] 图6是图4A-4B的EV断路器的顶层程序的流程图。
[0030] 图7是图4A-4B的EV断路器的接近逻辑程序的流程图。
[0031] 图8是图4A-4B的EV断路器的接地故障检测程序的流程图。
[0032] 图9是图4A-4B的EV断路器的故障和闭锁逻辑程序的流程图。
[0033] 图10是图4A-4B的EV断路器的接地故障跳闸时间随电流变化的曲线图。
[0034] 图11是根据本公开概念的另一实施例的单相售电机（PVM)断路器的简化框图。
[0035] 图12是图11的PVM断路器的相对更加详细的框图。
[0036] 图13是图11的PVM断路器的进一步简化框图。
[0037] 图14是图11的EV附加模块的相对更加详细的框图。
[0038] 图15是根据本公开概念的另一实施例的太阳能或光伏（PV)附加模块的框图。
[0039] 图16是根据本公开概念的另一实施例的HVAC附加模块的框图。
[0040] 图17是根据本公开概念的另一实施例的通用输入/输出（I/O)附加模块的框图。
[0041] 图18A-18C是根据本公开概念的另一实施例的断路器和附加模块的简化平面图。
[0042] 图19是根据本公开概念的另一实施例的包括作为本地控制器和网关或与本地控 制器和网关结合运行的主断路器，以及多个PVM断路器和附加模块的PVM系统的框图。
[0043] 图20是根据本公开概念的另一实施例的断路器和附加模块的分解等距视图。 [0044] 图21是根据本公开概念的另一实施例的包括每个电力导体单组可分离触点和熔 断器的PVM断路器的框图。
[0045] 图22是根据本公开概念的另一实施例的包括每电力导体单组可分离触点的PVM 断路器的框图。
【具体实施方式】
[0046] 如本文中采用的，术语"数量"将意为一或大于一的整数（即多个）。
[0047] 如本文中采用的，术语"处理器"将意为可存储，检索并且处理数据的可编程模拟 和/或数字装置；计算机；工作站；个人计算机；微处理器；微控制器；微计算机；中央处理 单元；主机计算机；小型计算机；服务器；网络处理器；控制电子装置；逻辑电路；或任何适 当的处理装置或设备。
[0048] 如本文中采用的，将两个或更多部件"连接"或"耦接"到一起的陈述将意为将部 件直接连接到一起或通过一个或多个中间部件连接。进一步，如本文中采用的，将两个或更 多部件"附接"的陈述将意为将部件直接连接到一起。
[0049] 尽管本公开的概念适用于广泛电负载（例如但不限于电动车辆）的具有任意适当 数量的极的广泛断路器，但是结合用于电负载的具有一，二或三极的断路器描述本公开的 概念。
[0050] 参考图1，示出负载告知断路器2。可与电动车辆（EV)4(以虚线图示出）结合使用 的断路器2包括：热磁过载断路功能6,充电电路中断装置（CCID)功能8,以及诸如示例EV 联锁功能10的负载告知功能。断路器2包括用于线路（L) 12,中性线（N) 14和接地（G) 16 的输入端子，以及用于负载（例如火线/线路）18和负载中性（例如中性线）20的输出端 子。
[0051] 示例 1
[0052] 断路器2可例如且不限于使用SAE J1772?对示例EV 4充电，但同样可提供可控 点以提供如将结合图11-13所讨论的更通用的售电能力。可通过车载，附加或远程软件附 加条件（参见示例28)控制断路器2,而不是诸如传统远程可控断路器仅采用断开/闭合信 号。
[0053] 示例 2
[0054] 示例性断路器2可采用任何适当的形状因子（例如但不限于微型断路器；模制外 壳断路器；任何其它适当电路中断器的形状因子）。在该示例中，断路器2是单极断路器。