专利名称：检测存在安全接地的方法和设备的制作方法
技术领域：
在此陈述的实施方式大致上涉及用于评估安全接地的质量的方法和设备。背景已知提供了检测安全接地的连续性的接地检测设备。下面陈述了用于检测安全接地的连续性的一个实例。 Gnadt的编号为5，754，114的美国专利提供了自动检测一台设备的安全接地的连续性的接地检测设备。所述接地检测设备包括用于确定接地连接是否断开的测试继电器电路。如果接地连接是断开的，比较逻辑电路用于产生故障信号并阻止电气设备通电。延迟电路用于稳定输入电压测量，并在所需的时间段测试线路。锁存电路用于锁存故障状态，并确保在电气设备通电之前所有的延迟已经结束，并且不存在故障状况。可选地，锁存电路可以用于阻止锁存在“停电(brownout)”状态。如果设备没有提供安全接地，则不能给设备供电。这阻止了由未接地设备引起的对用户可能的电击。接地检测设备还提供指示不存在接地连接的声音警报，并且还可以提供灯光指示。概述提供了一种包括测试装置的设备，所述设备用于评估安全接地的质量。测试装置被配置成从用于给交通工具充电的电源接收能量信号，并响应于第一能量信号产生第一输出信号。测试装置还被配置成测量第一输出信号的特性并提供测试信号。测试装置还被配置成响应于提供测试信号而产生第二输出信号并测量第二输出信号的特性。测试装置还被配置成基于第一输出信号的特性和第二输出信号的特性之间的差值来评估电源和交通工具中的至少一个的安全接地的质量。提供了一种用于评估安全接地的质量的方法。所述方法包括从用于给交通工具充电的电源接收能量信号，并响应于能量信号产生第一输出信号。所述方法还包括测量第一输出信号的特性并提供测试信号。所述方法还包括响应于提供测试信号而产生第二输出信号并测量第二输出信号的特性。所述方法还包括基于第一输出信号的特性和第二输出信号的特性之间的差值来评估电源和交通工具中的至少一个的安全接地的质量。提供了一种包括测试装置的设备，所述设备用于评估安全接地的质量。测试装置被配置成从用于给交通工具充电的电源接收能量信号，并响应于能量信号产生第一放大的滤波输出。测试装置还被配置成测量第一放大的滤波输出的电压并提供测试信号。测试装置还被配置成响应于提供测试信号而产生第二放大的滤波输出并测量第二放大的滤波输出的电压。测试装置还被配置成基于第一放大的滤波输出的电压、第二放大的滤波输出的电压和阈值来评估电源和交通工具中的至少一个的安全接地的质量。
附图
的简要描述在所附权利要求中具体指出了本公开内容的实施方式。然而，通过结合附图并参照以下的详细描述，各种实施方式的其他特征将变得更明显并且将被充分理解，在附图中图I描绘了依据本发明的一种实施方式的用于检测安全接地的存在的设备；图2描绘了依据本发明的一种实施方式的交通工具模块的更详细的图。图3描绘了依据本发明的一种实施方式的用于检测安全接地的存在的方法。详细描述根据需要，在此公开了本发明的详细的实施方式；然而，应该理解的是，所公开的实施方式仅仅是可以用各种及可选的形式实现的本发明的示例。附图不必要按比例绘制；可以放大或缩小一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而应解释为仅用来教导本领域中的技术人员以多种方式使用本发明的代表性基础。一般地，对于正确的接地连接，对应的接地电阻Rg应该小于10欧姆。一种传统的方法可以包括一种装置，所述装置检测当使用最小的测试电流时接近Rg的接地电平。由于测试电流可能小于来自接地故障中断(GFI)(在电力站中(例如，家、建筑物、外部的充电站等))的上游的漏电流(即，在交通工具中)，这一测试电流应该实质上小于GFI的跳闸电流。GFI的跳闸电流可以是4到6mA。在这种情况下，测试电流应该实质上小于GFI的跳闸电流。因此，结合本装置所使用的测试电流可能小于1mA。已经发现，当使用低测试电流时，电偶电压可以对检测接地电阻的能力产生显著影响。电偶电压(VEiiffl, Galvanic voltage)是通常由不同的材料形成的电压,并且根据彼此接触的材料类型，电偶电压可以在+700毫伏或-700毫伏的范围内。V4ffl可以表现为对为了测试接地连续性进行的任何测量的偏移或附加电压。V^1对检测接地电阻的能力的影响可以通过以下等式示出 V测试=V电偶+I测试*R接地(等式I)其中Vsm是当试图检测1 _时测试装置可以接收的电压。由于在存在+700mV或_700mV的!时必须检测良好的接地，因此V3sm应该比最大允许的+700mV的V高大约20% ( S卩，Ymt= 840mV)。关于能检测到Rs地的总体的最高精确度，Vsm= 840mV,I K= 1mA，并且乂_的最小可能值为-700mV。通过将这些值代入等式I中，发现R接地等于1440欧姆。在这一级别的Rstt可能难以检测，并且可能不足以保证存在正确的接地。如果不存在有效的接地，诸如雨、水和湿度的其他的环境因素可能相当于接地电阻。因此，使用上述检测接地电阻的传统方法可能阻止产品用于有良好的接地但具有高电偶电压的区域或当不存在正确的接地时允许电池充电的区域中。对于混合动力或电动的交通工具，在此公开的一个或多个方面可以提高当交通工具正在充电时，良好的接地连接/不良的接地连接的检测质量。在存在不良的接地时，充电 操作可以跳闸以阻止交通工具充电。在此公开的测试装置可以测量并记录来自滤波器和放大器的输出的第一放大的滤波输出。在记录第一放大的滤波输出之后，测试装置然后可以施加测试电流。然后测试装置可以测量并记录来自滤波器和放大器的输出的第二放大的滤波输出。在阈值和第一放大的滤波输出与第二放大的滤波输出之间的电压差之间进行比较。如果电压差小于阈值，那么测试装置可以确定交通工具的接地连接是良好的。如果电压差大于阈值，那么测试装置可以确定交通工具的接地连接是不良的，并使交通工具不再进行充电操作。通过以在此陈述的方式计算电压差，可以避免确定在这种低级别的RStt。以下陈述的实施方式可以提供检测存在安全的接地连接的方法，所述方法可适用于不同的家居布线配置，并可以提供区分临界接地与良好的接地的能力。当测量并记录第一和第二放大的滤波输出时，所述实施方式还可能考虑电流电压。本公开内容的实施方式通常提供多个电路或其他的电气装置。对电路和其他的电气装置以及由电路和电气装置提供的功能的所有参考不旨在局限于只包含在此阐述和描述的内容。虽然可以对所公开的各种电路或其他的电气装置分配特定的标签，但这些标签不旨在限制电路和其他的电气装置的操作范围。可以基于所需的电气实现的特定类型将这些电路和其他的电气装置以任何方式互相组合和/或分开。认识到，在此公开的任何电路或其他的电气装置可以包括任何数量的彼此协作以执行在此公开的操作的微处理器、集成 电路、存储器装置(例如，FLASH、RAM、ROM、EPROM、EEPROM或它们的其他合适的变体)和软件。图I描绘了依据本公开内容的一种实施方式的用于检测安全接地的存在的设备
10。设备10包括电力站12、测试装置14和交通工具模块16。电力站12包括电源18，电源18位于提供交流电的设施周围。在一个示例中，电力站12可以包括电源插座(未示出)，电源插座被可操作地耦合到电源18使得能够传输交流能量。测试装置14可定位在充电站、便携式充电线组和交通工具之一中。交通工具模块16也可以定位在充电站、便携式充电线组和交通工具之一中。交通工具可以包括用于接收AC能量的一个或多个电池(未示出)，使得电池充电器或其他合适的装置将AC能量转换成DC能量以对一个或多个电池(未示出)充电。电力站12包括用于使电源18接地的保护性接地(PEG)和安全接地(SG)。PEG通常被认为是到大地或地面的自然接地通路。一般地，测试装置14被配置成当交通工具正在通过电力站12充电时检测接地连接的(例如，SG的)总体质量。当检测到存在不良接地时，交通工具模块16可以跳闸并阻止交通工具充电。电阻(由Rg表示)可以反映存在良好的接地还是不良的接地。高接地电阻可以反映SG的不良接地连接(或断开接地)。低接地电阻可以反映SG的良好接地。在一个示例中，良好的接地连接可以对应Rg具有小于100欧姆的电阻。不良的接地连接可以对应Rg具有大于100欧姆的电阻。测试装置14通常包括滤波器20、放大器电路22、电流源24和控制器26。如所描绘的，输入线I (例如，来自电力站12的火线)被提供到交通工具模块16和滤波器20。测试装置14可以按以下方式执行安全接地测试。在输入线I上的交流能量提供给滤波器20。来自滤波器20的第一输出(例如,第一平均直流能量值)提供给放大器电路22。放大器电路22放大来自滤波器20的输出并产生第一放大的滤波输出。控制器26接收第一放大的滤波输出并测量其中的电压。控制器26测量并存储来自第一放大的滤波输出的电压。控制器26将转换的交流测试电流施加到线I和中性线上。通过在线I和中性线上施加转换的交流测试电流，这一条件可以允许容易的极性反转。例如，控制器26包括限流二极管(未示出)以产生转换的交流测试电流，从而限制电流在交流周期的负半周上通过。控制器26控制电流源24将额外的电流注入到线I和中性线上。增加到线I和中性线上的额外的电流增大了信噪比。转换的交流测试电流被馈送到滤波器20。滤波器20基于转换的交流测试电流产生第二输出(例如，第二平均直流能量值)。放大器电路22放大第二输出并产生第二放大的滤波输出。控制器26测量并存储来自第二放大的滤波输出的电压。控制器26将第一放大的滤波输出与第二放大的滤波输出进行比较。如果第一放大的滤波输出和第二放大的滤波输出之间的差值在阈值以下，则控制器26确定存在良好的接地连接(例如，匕的电阻低) 。如果第一放大的滤波输出和第二放大的滤波输出之间的差值高于阈值(例如，300V)，则控制器26确定存在不良的连接(例如，Rg的电阻高)。例如，如果第一放大的滤波输出和第二放大的滤波输出之间的电压差小于300mv，则控制器26确定存在良好的接地条件(例如，安全接地)。在控制器26确定第一放大的滤波输出和第二放大的滤波输出之间的电压差高于阈值时，则控制器26通过信号CTR控制交通工具模块16以使到交通工具的交流能量的传输失效。图2描绘了依据本发明的一种实施方式的交通工具模块16的更详细的图。交通工具模块16可以包括耦合到线I的第一开关32和耦合到中性线的第二开关34。如图所示，控制器26响应于确定第一放大的滤波输出和第二放大的滤波输出之间的差值大于阈值，控制交通工具模块16以打开包括在其中的开关32、34，以阻止来自电力站12的交流能量流向交通工具模块16。图3描绘了依据本发明的一种实施方式的用于检测安全接地的存在的方法60。认识到，结合方法60所陈述的一项或多项操作可以按任何顺序执行，并且这些操作不旨在仅以示出的方式执行。在操作61中，控制器26响应于接收第一放大的滤波输出，确定交通工具正在进行充电操作。在操作62中，控制器26可以引入第一延迟，使得允许稳定从滤波器20接收的第一放大的滤波输出。控制器26可以引入第一延迟，并在对第一放大的滤波输出进行测量之前等待其上的值到可接受的范围内。在一个示例中，第一延迟可以是3秒。在操作64中，在延迟时间结束之后，控制器26在没有测试电流时(例如，控制器26不施加转换的交流测试电流)测量来自第一放大的滤波输出的电压。在操作66中，控制器26在没有测试电流时存储来自第一放大的滤波输出的电压。在操作68中，控制器26将转换的交流测试电流施加到线I和中性线上。在操作70中，控制器26响应于施加转换的交流测试电流，触发第二延迟。控制器26引入第二延迟使得从滤波器20接收的第二放大的滤波输出有机会稳定。控制器26在对第二放大的滤波输出进行测量之前，等待其上的值到可接受的范围内。在操作72中，控制器26在施加测试电流时测量并存储来自第二放大的滤波输出的电压。在操作74中，控制器26将第一放大的滤波输出和第二放大的滤波输出之间的电压差与阈值进行比较。如果电压差小于阈值，那么方法60移到操作76。如果电压差大于阈值，那么方法60移到操作78。阈值可以设置成300mV或其他合适的值。一般地，差值(或阈值)越低，系统10在确定接地连接的妥善性时越精确。如果使用的话，差值越大，可以使读数或测量更加抗噪。在操作76中，控制器26确定建立了良好的或妥善的接地连接。控制器26控制交通工具模块16以使能量能够传输到交通工具。在操作78中，控制器26确定建立了不良的接地连接。控制器26控制交通工具模块16以使能量不能够传输到交通工具。虽然以上描述了示例性的实施方式，但这些实施方式不旨在描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中所使用的词是描述性的词而不是限制性的词，并且应该理解的 是，可以进行各种变化而不偏离本发明的精神和范围。此外，可以组合各种实现实施方式的特征以形成本发明的另外的实施方式。
权利要求
1.一种用于评估安全接地的质量的设备，所述设备包括 测试装置，所述测试装置被配置成 从用于给交通工具充电的电源接收能量信号； 响应于所述第一能量信号而产生第一输出信号； 测量所述第一输出信号的特性； 提供测试信号； 响应于提供所述测试信号而产生第二输出信号；测量所述第二输出信号的特性；以及 基于所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值，评估所述电源和所述交通工具中的至少一个的安全接地的质量。
2.如权利要求I所述的设备，其中所述测试装置还被配置成将所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值与阈值进行比较以评估安全接地的质量。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述测试装置还被配置成如果所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值大于所述阈值，则确定安全接地是有故障的。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述测试装置还被配置成如果所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值小于所述阈值，则确定安全接地是可接受的。
5.如权利要求I所述的设备，其中所述测试装置包括滤波器，所述滤波器被配置成过滤所述能量信号以产生第一基于直流的信号。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述测试装置包括放大器，所述放大器被配置成增 大所述第一基于直流的信号以产生所述第一输出信号。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述测试装置还被配置成测量所述第一输出信号的电压。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述测试装置还被配置成响应于所述第一输出信号而产生交流(AC)测试信号。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述滤波器被配置成过滤所述交流测试信号以产生第二基于直流的信号。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述放大器还被配置成增大所述第二基于直流的信号以产生所述第二输出信号。
11.如权利要求11所述的设备，其中所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性每一个为电压。
12.一种用于评估安全接地的质量的方法，所述方法包括 从用于给交通工具充电的电源接收能量信号； 响应于所述能量信号而产生第一输出信号； 测量所述第一输出信号的特性； 提供测试信号； 响应于提供所述测试信号而产生第二输出信号；测量所述第二输出信号的特性；以及 基于所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值，评估所述电源和所述交通工具中的至少一个的安全接地的质量。
13.如权利要求12所述的方法，其中评估安全接地的质量还包括比较所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值。
14.如权利要求13所述的方法，还包括如果所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值大于所述阈值，则确定安全接地是有故障的。
15.如权利要求13所述的方法，还包括如果所述第一输出信号的所述特性和所述第二输出信号的所述特性之间的差值小于所述阈值，则确定安全接地是可接受的。
16.一种用于评估安全接地的质量的设备，所述设备包括 测试装置，所述测试装置被配置成 从用于给交通工具充电的电源接收能量信号； 响应于所述能量信号而产生第一放大的滤波输出； 测量所述第一放大的滤波输出的电压； 提供测试信号； 响应于提供所述测试信号而产生第二放大的滤波输出； 测量所述第二放大的滤波输出的电压；以及 基于所述第一放大的滤波输出的电压、所述第二放大的滤波输出的电压和阈值来评估所述电源和所述交通工具中的至少一个的安全接地的质量。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述测试装置还被配置成将所述第一放大的滤波输出的电压和所述第二放大的滤波输出的电压之间的差值与所述阈值进行比较以评估安全接地的质量。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述测试装置还被配置成如果所述第一放大的滤波输出的电压和所述第二放大的滤波输出的电压之间的差值大于所述阈值，则确定安全接地是有故障的。
19.如权利要求17所述的设备，其中所述测试装置还被配置成如果所述第一放大的滤波输出的电压和所述第二放大的滤波输出的电压之间的差值小于所述阈值，则确定安全接地是可接受的。
20.如权利要求16所述的设备，其中所述测试信号是交流(AC)测试信号。
全文摘要
本发明涉及检测存在安全接地的方法和设备。提供了一种包括测试装置的设备，所述设备用于评估安全接地的质量。测试装置被配置成从用于给交通工具充电的电源接收能量信号，并响应于第一能量信号产生第一输出信号。测试装置还被配置成测量第一输出信号的特性并提供测试信号。测试装置还被配置成响应于提供测试信号而产生第二输出信号并测量第二输出信号的特性。测试装置还被配置成基于第一输出信号的特性和第二输出信号的特性之间的差值来评估电源和交通工具中的至少一个的安全接地的质量。
文档编号G01R31/02GK102645575SQ20121003537
公开日2012年8月22日 申请日期2012年2月16日 优先权日2011年2月18日
发明者大卫·A·海恩, 阿哈默德·哈利法 申请人:李尔公司