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CN103782472A - 用于车辆车载电池充电器的补偿系统及补偿方法 - Google Patents

用于车辆车载电池充电器的补偿系统及补偿方法 Download PDF

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CN103782472A
CN103782472A CN201280040539.9A CN201280040539A CN103782472A CN 103782472 A CN103782472 A CN 103782472A CN 201280040539 A CN201280040539 A CN 201280040539A CN 103782472 A CN103782472 A CN 103782472A
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CN201280040539.9A
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F·弗路克萨
C·里波尔
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Renault SA
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Abstract

一种补偿系统（20），用于对一个车辆车载电池充电器（1）的漏电流进行补偿，并且该电池充电器通过一个电学大地、通过一个中性相以及通过除该中性相以外的至少一相而被连接至一个供电网络上，一个残余电流差动保护装置被置于该电池充电器（1）与该供电网络之间，一个漏电流在该电学大地上从该电池充电器（1）流到该供电网络。该补偿系统包括一个补偿器件（20），该补偿器件用于对漏电流进行补偿并且能够在该电学大地上发射一个补偿电流，该补偿电流与该漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位。

Description

用于车辆车载电池充电器的补偿系统及补偿方法
技术领域
本发明的技术领域是电池充电系统，并且更具体地说是机动车辆车载电池充电器。
背景技术
使用非孤立的充电器来对电池（特别是电动车辆电池）再充电，当该电动车辆电池被连接至该分配网络时而可能导致漏电流的出现。这种漏电流经过该电学大地并且可能使得安装在充电器与该分配网络之间的残余电流差动保护装置跳闸。当这些保护装置跳闸时，就暂停了对充电器的功率供应，因此车辆的充电过程被中断。
总体上，这些漏电流是通过在网络与电池之间引入一个带电流隔离的转换器来限制的。然而，这些转换器的尺寸随着经过它们的充电功率而增大。电动车辆车载电池充电器有着相同的不可预见性以及相同的补救措施。然而，限定车辆里程的是重量/存储动力之比并且因此通过在车载充电器中包括多个带电流分离的转换器来增加车辆质量是不令人满意的。
发明内容
本发明的目的是将充电器产生的漏电流减小到使得这些残余电流差动保护装置跳闸的水平之下的一个水平，而不增加充电器的质量。
本发明的另一个目的是提供一种漏电流补偿系统，该补偿系统可以被应用到由单相或三相分配网络供电的充电器上。
一个实施例提出了一种补偿系统，该补偿系统用于对一个电池充电器的漏电流进行补偿，该电池充电器被包含在一个车辆车载动力系中并且通过一个电学大地、通过一个中性相以及通过除该中性相以外的至少一相而连接至一个供电网络，一个残余电流差动保护装置被置于该电池充电器与该供电网络之间。该补偿系统包括一个补偿器件以用于在该电学大地上对从该电池充电器流到该供电网络的漏电流进行补偿的，所述补偿器件能够在该电学大地上发射一个补偿电流，该补偿电流与该漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位。
本发明提供的优点是通过产生一个补偿电流来对漏电流进行无源补偿，该补偿电流被叠加在该漏电流上、具有相同的幅值但具有相反的相位。因此这些电流之和产生一个低幅值或零幅值的电流。
该漏电流补偿器件对除该供电网络的中性相之外的每相都包括一个转换器，每个转换器的初级绕组被连接至该供电网络的一相上，该转换器的次级绕组被连接至一个整流器桥，该整流器桥被连接至一个分压器桥的一个第一端和一个第二端，该分压器桥本身与多个电容器相关联。
这些转换器的初级绕组和次级绕组可以都被连接至该中性相上。
与该分压器桥相关联的这些电容器可以包括：被连接在该电学大地与该分压器桥的中点之间的一个第一电容器、被连接在该分压器桥的中点与该分压器桥的第二端之间的一个第二电容器、以及被连接在该电学大地与该分压器桥的第二端之间一个第三电容器。
该分压器桥可以包括：连接至一个第一电阻器上的与连接至该第二端的一个第二电阻器串连的一个第一端、该中点处于该第一电阻器与该第二电阻器之间。
该补偿系统可以包括一个连接在该共模滤波器与该动力系之间的相位确定器件，在该电学大地上能够发射一个补偿电流，该补偿电流与该共模滤波器的漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位。
该相位确定器件可以包括一个第一双位开关和一个第二双位开关，这两个双位开关各自通过其滑动接点连接至一个转换器的一个绕组的一端上，另一个绕组首先经由一个电容器连接至该电学大地上并且其次被连接至一个双位开关的滑动接点上，这些开关在一个第一位置连接至该第一接线上，这些开关在一个第二位置连接至该第二接线。
本发明的另一个方面提出一种补偿方法，该补偿方法用于对一个电池充电器的漏电流进行补偿，该电池充电器被包含在车辆车载的一个动力系中并且通过一个电学大地、通过一个中性相以及通过除该中性相以外的至少一相而连接至一个供电网络上，一个残余电流差动保护装置被置于该电池充电器与该供电网络之间。在电学大地上产生了一个补偿电流，该补偿电流与在该电学大地上从该电池充电器流到该供电网络的一个漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反相位。
一部分该供电电压可以被分接出，该被分接出的供电电压是可以被改变相位，并且该分接出的供电电压可以被转换成一个电流，该电流的幅值是与该漏电流的幅值有可比性的。
该车载电池充电器能够经由一个共模滤波器而被连接至该供电网络并且一个相位确定器件被连接在该共模滤波器与该动力系之间，在该电学大地上能够发射一个补偿电流，该补偿电流与该共模滤波器的漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位，该相位确定器件包括一个第一双位开关和一个第二双位开关，这两个双位开关各自通过其滑动接点连接至一个转换器的一个绕组的一端上，另一个绕组经由一个电容器而首先被连接至该电学大地上并且其次被连接至一个双位开关的滑动接点上，这些开关在一个第一位置连接至该第一接线，这些开关在一个第二位置连接至该第二接线，
其中，为了对该共模滤波器的漏电流进行补偿，如果该第一接线携带该中性相，则该第一开关可以被切换成将该第一接线连接至该转换器的第一绕组，该第二开关可以被切换成将该第二接线连接至该转换器的第二绕组，该第三开关可以被切换成将该转换器的第二绕组连接至该第一接线。
该车载电池充电器能够经由一个共模滤波器而被连接至该供电网络并且一个相位确定器件被连接在该共模滤波器与该动力系之间，在该电学大地上能够发射一个补偿电流，该补偿电流与该共模滤波器的漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位，该相位确定器件包括一个第一双位开关和一个第二双位开关，这两个双位开关各自通过其滑动接点连接至一个转换器的一个绕组的一端上，另一个绕组经由一个电容器而被首先连接至该电学大地上并且其次被连接至一个双位开关的滑动接点上，这些开关在一个第一位置连接至该第一接线，这些开关在一个第二位置连接至该第二接线，
其中，为了对该共模滤波器的漏电流进行补偿，如果该第二接线携带该中性相，则该第一开关可以被切换成将该第二接线连接至该转换器的第一绕组，该第二开关可以被切换成将该第一接线连接至该转换器的第二绕组，该第三开关可以被切换成将该转换器的第二绕组连接至该第二接线。
附图说明
通过阅读以下仅通过非限制性实例给出的并且参照附图作出的说明，本发明的其他目的、特征和的优点将变得清楚，在附图中：
-图1展示了根据本发明的一个漏电流补偿系统的第一方面，并且
-图2展示了根据本发明的一个漏电流补偿系统的第二方面。
具体实施方式
图1示出一个动力系1，该动力系包括串联连接的一个电池2、一个升压装置3、一台电动机4、一个降压装置5和一个电容器装置6。
升压装置3是有可能产生一个高于输入DC电压的输出DC电压的装置。
该降压装置5是一个串联的斩波器，该斩波器允许该输出电压非常有效地减小。
动力系1在输出处通过与所存在的供电相15b至18b一样多的多个接线并且通过一个电学大地接线19b而连接至一个差模滤波器14a。该差模滤波器14a以相同的方式通过电气接线15至19而连接至一个共模滤波器14b。
该共模滤波器14b本身通过这些供电相接线15c至18c并且通过一个电学大地接线19c而连接至该供电网络。
运行该动力系1产生一个共模电压，该共模电压导致进入该电学大地的漏电流。
因此在动力系1的这些元件与电学大地之间出现耦合。电容器（引用为7至13）表征了由在电学大地与对应的电池2、升压装置3、电动机4、降压装置5以及这些电容器装置6之间的共模电压产生出的这种耦合。
以上所述的这些耦合是由这些部件的寄生现象或者由这些部件的常规操作导致的。因此不可能通过处理漏电流的根本原因来防止漏电流的产生。
该漏电流补偿系统包括一个补偿器件20，该补偿器件通过连接至这些不同供电相上的多个电气接线15a至18a并且通过连接至该电学大地上的一个电气接线19a而被连接在该共模滤波器14b与差模滤波器14a之间。这些接线15a至19a实质上是这些接线15至19的分接线。
该漏电流补偿器件20包括对除中性相之外的每个供电相的一个接线15a、16a、17a、对该中性相的一个接线18a以及对电学大地的一个接线19a。对除中性相之外的供电相的这些接线15a至17a被各自连接至转换器21至23的初级绕组21a至23a的一个端子。这些初级绕组21a至23a的另一个端子被一起连接至中性相接线18a。这些次级绕组21b至23b各自的端子被一起连接至中性相接线18a。这些次级绕组21b至23b各自的另一个端子被连接至一个二极管整流器桥24的这些支腿25至28中的一个支腿上。
二极管整流器桥的一个第一支腿25包括一个第一二极管25a，该第一二极管以其阴极连接至第二二极管25b的阳极上。该支腿的输出电压是在第一二极管25a上游的接线与第二二极管25b下游的接线之间获得的。
第一支腿25的输入电压是在电学大地连接器19a与位于第一二极管25a与第二二极管25b之间的连接器25c之间施加的。其他支腿26至28具有与第一支腿25相同的结构。图1中展示的这四个支腿均是并联地连接在一起的。
二极管整流器桥24的这些输出接线29和30被连接至这四个支腿的输出上。
该补偿系统包括一个分压器桥，该分压器桥包括连接至第一电阻器31上与连接至第二端的第二电阻器32串连的一个第一端、位于第一电阻器31与第二电阻器32之间的一个中点。
分压器桥以该第一端连接至二极管整流器桥24的输出接线30并且以该第二端连接至该接线29。
该补偿系统还包括连接在分压器桥的输出处的多个电容器。
第一电容器33是连接在电学大地连接器19a与分压器桥的中点之间的。
第二电容器34是连接在该分压器桥的中点与该分压器桥的第二端之间的。
第三电容器35是连接在该电学大地与分压器桥的第二端之间的。
这些转换器21至23于是允许了由它们的次级绕组发送的信号相对于初级绕组上接收的信号的相位改变。更确切地说，由这些次级绕组发送的信号是与在这些初级绕组上接收的信号相位相反的。相位能够被反向是因为这些初级绕组和次级绕组是被一起连接至中性相上的。此外，这些转换器的次级绕组被连接的方式为使得该输出电压与该输入电压相位相反。通过该电容器39将初级中性线和次级中性线连接至电学大地，允许了该补偿电流流到该接线19。
耦合到分压器桥上以及耦合到电容器33至35上的二极管整流器桥24使之有可能再现一个与漏电流具有相同幅值但相位相反的电流。该补偿电流是通过该电学大地连接器19a朝向该共模滤波器14b发送的。该补偿电流以与漏电流相同的方向流动具有相同的幅值但相位相反，所以这个合成电流具有小的幅值或零幅值。
还清楚的是，尽管是在三相供电的情形中进行的描述，但以上描述的这些实施例可以转移到仅需要三个供电导体而不是五个供电导体的一种单相供电情形中。于是该补偿系统变得更简单，仅需要一个转换器以及一个两支腿的二极管整流器桥以及两个补偿电容器。
图2展示了该补偿系统的另一方面，其中由于存在共模滤波器14b而显现的漏电流得到了补偿。此外，这个另一方面示出了该补偿系统是如何应用到中性线位置是未知的两相设施上的。
图2示出共模滤波器14b在输入处被连接至电学大地接线19c并且连接至两相接线15c和16c。该接线15c连接至转换器40的第一绕组，该第一绕组进而连接至该第一接线15。该接线15c连接至转换器40的第二绕组，该第二绕组连接至第二接线16。一个电容器41被连接在转换器40的第一绕组与该电学大地接线19c之间。同样，一个电容器42被连接在转换器40的第一绕组与该电学大地接线19c之间。
接线19c进而在共模滤波器14b的输出处连接至该接线19。
还可以看到一个相位确定器件43，该相位确定器件在输入处连接至共模滤波器14b而在输出处连接至动力系1并且包括三个双位开关（44，45，46）、一个两绕组转换器47、一个电容器48以及一个电阻器49。
第一双位开关44以一个位置连接至第一接线15，以另一个位置连接至第二接线16，并且通过该开关连接至转换器47的第一绕组的第一端子。
第二双位开关45以一个位置连接至第一接线15，以另一个位置连接至第二接线16，并且通过该开关连接至转换器47的第一绕组的第二端子。
第三双位开关46以一个位置连接至第一接线15，以另一个位置连接至第二接线16，并且通过该开关连接至转换器47的第二绕组的第一端子。转换器47的第二绕组的第二端子连接至电容器48，该电容器本身在输出处连接至电阻器49。电阻器49连接至该接线19。
在一种家用设施中，该中性相可以无差别地是两相设施中的这些相中的一个或另一个。这种相位确定器件43允许根据是该第一接线15还是第二接线16正携带该中性线来适配这种漏电流补偿。如果该中性线是在连接器15上，则经由电容器42注入一个补偿电流。如果该中性线是在连接器16上，则经由电容器41注入一个补偿电流。
为了达到这一目的，如果中性线是在第一接线15上，则第一开关44将第一接线15连接至转换器47的第一绕组，而第二开关45将第二接线16连接至转换器47的第二绕组。第三开关46将转换器47的第二绕组连接至第一接线15。
如果该中性线是在第二接线16上，则第一开关44将第二接线16连接至转换器47的第一绕组，而第二开关45将第一接线15连接至转换器47的第二绕组。第三开关46将转换器47的第二绕组连接至第二接线16。
一种用于对漏电流进行补偿的方法使得：在电学大地上产生一个补偿电流，该补偿电流与在电学大地上从电池充电器流到供电网络的漏电流的幅值相同，并且具有与该漏电流的相位相反的相位。
为此，一部分供电电压可以被分接出来、相位可以被改变并且可以被转换成其幅值与漏电流的幅值有可比性的一个电流。
该补偿系统是一个无源系统，该补偿系统的这些部件是根据有待补偿的电路的这些共模耦合来确定的。如果该漏电流的强度高于这个已经设计好的并且确定了额定值的装置所基于的强度，则有可能使用一个有源系统来对过度的漏电流进行补偿。
这样的一个有源系统可以包括旨在被连接至该供电网络的多个接线上的一个漏电流检测电路、一个电学大地电流测量电路、以及用于根据所估计的漏电流水平以及所测得的该电学大地电流水平来对该装置的操作进行控制的器件。该有源系统根据漏电流以及电学大地电流的强度来允许或者防止将电功率应用到充电器上，尤其是如果该漏电流未得到该电学大地电流的补偿的情况下是如此。
因此以上描述的补偿系统使之有可能减少或者甚至消除可能由于带有车辆车载电池充电器的动力系的这些元件的共模耦合所导致的漏电流。

Claims (10)

1.一种补偿系统（20），用于对一个电池充电器的漏电流进行补偿，该电池充电器被包含在一个车辆车载动力系（1）中并且通过一个电学大地、通过一个中性相以及通过除该中性相以外的至少一相而连接至一个供电网络，一个残余电流差动保护装置被置于该电池充电器（1）与该供电网络之间，其特征在于，该补偿系统包括一个补偿器件（20）以用于在该电学大地上对从该电池充电器流到该供电网络的漏电流进行补偿，所述补偿器件能够在该电学大地上发射一个补偿电流，该补偿电流与该漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位。
2.如权利要求1所述的补偿系统，其中，该漏电流补偿器件（20）对除该供电网络的中性相（18a）之外的每相（15a，16a，17a）都包括一个转换器（21，22，23），每个转换器的初级绕组（21a，22a，23a）被连接至该供电网络的一相（15a，16a，17a，18a）上，该转换器的次级绕组（21b，22b，23b）被连接至一个整流器桥（24），
该整流器桥（24）被连接至一个分压器桥（31，32）的一个第一端和一个第二端，该分压器桥本身与多个电容器（33，34，35）相关联。
3.如权利要求2所述的补偿系统，其中，这些转换器的初级绕组（21a，22a，23a）以及次级绕组（21b，22b，23b）都被连接至该中性相（18a）。
4.如权利要求2和3中任一项所述的补偿系统，其中，与该分压器桥相关联的这些电容器（33，34，35）包括
被连接在该电学大地（19a）与该分压器桥的中点之间的一个第一电容器（33），
被连接在该分压器桥的中点与该分压器桥的第二端之间的一个第二电容器（34），以及
被连接在该电学大地（19a）与该分压器桥的第二端之间的一个第三电容器（35），
该分压器桥（31，32）包括连接至一个第一电阻器（31）上的与连接至该第二端的一个第二电阻器（32）串连的一个第一端，该中点是处于该第一电阻器（31）与该第二电阻器（32）之间。
5.如以上权利要求中任一项所述的补偿系统，包括一个连接在该共模滤波器（14b）与该动力系（1）之间的相位确定器件（43），在该电学大地上能够发射一个补偿电流，该补偿电流与该共模滤波器（14b）的漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位。
6.如权利要求5所述的补偿系统，其中该相位确定器件（43）包括一个第一双位开关（44）和一个第二双位开关（45），这两个双位开关各自通过其滑动接点连接至一个转换器（47）的一个绕组的一端上，另一个绕组首先经由一个电容器（48）而连接至该电学大地（19）上并且其次连接至一个双位开关（46）的滑动接点上，这些开关（44，45，46）在一个第一位置连接至该第一接线（15），这些开关（44，45，46）在一个第二位置连接至该第二接线（16）。
7.一种补偿方法，用于对一个电池充电器的漏电流进行补偿，该电池充电器被包含在车辆车载的一个动力系（1）中并且通过一个电学大地、通过一个中性相以及通过除该中性相以外的至少一相连接至一个供电网络，一个残余电流差动保护装置被置于该电池充电器与该供电网络之间，其中，在该电学大地上产生了一个补偿电流，该补偿电流与在该电学大地上从该电池充电器流到该供电网络的一个漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反相位。
8.如权利要求7所述的方法，其中，
-一部分供电电压被分接出，
-该分接出的供电电压被改变相位，
-该分接出的供电电压被转换成一个电流，该电流的幅值是与该漏电流的幅值有可比性的。
9.如权利要求7和8之一所述的方法，该车载电池充电器经由一个共模滤波器（14b）而被连接至该供电网络并且一个相位确定器件（43）被连接在该共模滤波器（14b）与该动力系（1）之间，在该电学大地上能够发射一个补偿电流，该补偿电流与该共模滤波器（14b）的漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位，该相位确定器件（43）包括一个第一双位开关（44）和一个第二双位开关（45），这两个双位开关各自通过其滑动接点连接至一个转换器（47）的一个绕组的一端上，另一个绕组经由一个电容器（48）而被首先连接至该电学大地（19）上并且其次连接至一个双位开关（46）的滑动接点上，这些开关（44，45，46）在一个第一位置连接至该第一接线（15），这些开关（44，45，46）在一个第二位置连接至该第二接线（16），
其中，为了对该共模滤波器（14b）的漏电流进行补偿，如果该第一接线（15）携带该中性相，则该第一开关（44）被切换成将该第一接线（15）连接至该转换器（47）的第一绕组，该第二开关（45）被切换成将该第二接线（16）连接至该转换器（47）的第二绕组，该第三开关（46）被切换成将该转换器（47）的第二绕组连接至该第一接线（15）。
10.如权利要求7和8之一所述的方法，该车载电池充电器经由一个共模滤波器（14b）而被连接至该供电网络并且一个相位确定器件（43）被连接在该共模滤波器（14b）与该动力系（1）之间，在该电学大地上能够发射一个补偿电流，该补偿电流与该共模滤波器（14b）的漏电流具有相同的幅值并且具有与该漏电流的相位相反的相位，该相位确定器件（43）包括一个第一双位开关（44）和一个第二双位开关（45），这两个双位开关各自通过其滑动接点连接至一个转换器（47）的一个绕组的一端上，另一个绕组经由一个电容器（48）而被首先连接至该电学大地（19）上并且其次连接至一个双位开关（46）的滑动接点上，这些开关（44，45，46）在一个第一位置连接至该第一接线（15）上，这些开关（44，45，46）在一个第二位置连接至该第二接线（16），
其中，为了对该共模滤波器（14b）的漏电流进行补偿，如果该第二接线（16）携带该中性相，则该第一开关（44）被切换成将该第二接线（16）连接至该转换器（47）的第一绕组，该第二开关（45）被切换成将该第一接线（15）连接至该转换器（47）的第二绕组，该第三开关（46）被切换成将该转换器（47）的第二绕组连接至该第二接线（16）。
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