CN105571739A - 一种电动汽车充电枪头温度检测系统和检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车充电枪头温度检测系统和检测方法，包括温度传感器，温度传感器检测枪头温度，温度传感器连接平衡桥式阻抗网络一端，平衡桥式阻抗网络对温度传感器的电压信号进行采集，传输给电压信号调理电路，电压信号调理电路对采集的电压信号进行调整后，传输给隔离单元，隔离单元对信号进行过滤、隔离后通过A/D采样单元进行A/D转换，主控单元对处理后的电压信号基于非线性回归分析法进行计算，得到充电枪头温度，通过通讯单元发送给电动汽车直流充电桩控制系统，故障报警单元根据充电枪头温度与设定值的比较，进行相应的报警动作。本发明采用平衡桥式电路，可以直接定量计算出枪头温度数值，能够准确判断温度报警故障。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充电枪头温度检测系统和检测方法。
背景技术
随着我国经济持续快速发展和城镇化进程加速推进，今后较长一段时期汽车需求量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措。
新能源电动汽车采用高电压、大电流方式通过充电枪向电动汽车充电，要求安全系数高，尤其在充电枪头和电动汽车电池插座的接口部位，充电时插拔很容易造成接口松动和DC+、DC-触电接触不良，从而产生拉弧火花现象，会造成枪头绝缘性能降低，引发安全事故隐患。
就目前新能源电动汽车市场上的充电枪头生产厂商而言，菲尼克斯公司、深圳巴斯巴等厂商正在逐步修改和添加温度检测方案，国家电网也在广泛征求厂商意见出台带枪头温度检测的新国标。
所以，现在市场上急需一种简单、适用的充电枪头温度检测系统来解决此问题。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种电动汽车充电枪头温度检测系统和检测方法，本发明的可测量范围为华氏度-50℃——+150℃，具有设计简单，测量精度高，实时性高的优点，能够解决当前的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种电动汽车充电枪头温度检测系统，包括温度传感器、平衡桥式阻抗网络、电压信号调理电路、隔离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警单元，其中：
所述温度传感器检测枪头温度，温度传感器连接平衡桥式阻抗网络一端，平衡桥式阻抗网络对温度传感器的电压信号进行采集，传输给电压信号调理电路，电压信号调理电路对采集的电压信号进行调整后，传输给隔离单元，隔离单元对信号进行过滤、隔离后通过A/D采样单元进行A/D转换，主控单元对处理后的电压信号基于非线性回归分析法进行计算，得到充电枪头温度，通过通讯单元发送给电动汽车直流充电桩控制系统，故障报警单元根据充电枪头温度与设定值的比较，进行相应的报警动作。
进一步的，所述平衡桥式阻抗网络采用平衡电桥式电路，包括稳压电路和差分调零电路，所述稳压电路和差分调零电路并联。
所述温度传感器为PT100或PT1000。
所述稳压电路包括稳压管TLP431、限流电阻R1和分压精密电阻R2、R3，差分调零电路包括精密电阻R4、R5、R6和调零电阻W1，其中，限流电阻R1连接电源正极，分压精密电阻R2、R3串联后与稳压管TLP431并联，精密电阻R4、R5串联后连接采样电阻，精密电阻R4并联有开关S1，精密电阻R6与调零电阻W1串联后并联于稳压管TLP431两端。
进一步的，所述电压调理电路包括：运算放大器A1和精密电阻R7、R8、R9、R10；运算放大器A1的输出端和反相输入端通过R9相连，反相输入端与所述电压调理电路负向输出端通过R7相连，所述A1的正相输入端与所述电压调理电路正向输出端通过R8相连，所述A1的正相输入端与GND通过R10连接。
所述隔离单元包括线性光耦HCNR200、运算放大器A2和A3、精密电阻R11、R12、R13和R14与滤波电容C1、C2和C3，其中，运算放大器A2反相输入端与所述运算放大器A1输出端通过R11连接，反相输入端与输出端通过电容C1连接，正相输入端接GND；线性光耦HCNR200发光二极管正相接电源12V，负相接R12一端，R12另一端接所述运放A2输出端，线性光耦HCNR200两路感光二极管，一路的阳极接GND，阴极接所述运算放大器A2反相输入端，另一路的阳极接运算放大器A3正相输入端，阴极接运算放大器A3的反相输入端；所述运算放大器A3正相输入端接A/D采样单元地，反相输入端与其输出端通过C2和R13两路并联连接，所述运算放大器A3输出端连接R14一端，R14另一端接双向保护二极管和滤波电容C3，并作为隔离单元的输出连接所述A/D采样单元。
优选的，所述通讯单元采用RS485和CAN总线双通讯接口，所述故障报警单元采用指示灯和蜂鸣器。
所述A/D采样单元的校准电源电压采用独立高精度电源ADR3430实现。
作为优选，所述A/D采样单元和所述主控单元采用STM32型ARM单片机。
所述通讯单元完成所述主控单元和直流充电桩控制系统通讯，系统可配置为自动上传模式和问答响应模式。
基于上述系统的检测方法，包括以下步骤：
(1)主控单元等待接收直流充电桩控制系统下达枪头温度检测指令，若需要采集枪头温度，则转入步骤(2)；
(2)测量平衡桥式阻抗网络的采样电阻上的电压和调零电阻W1上的电压，基于电阻分压关系计算电压信号调理电路的差分输入电压；
(3)根据差分输入电压，计算经过电压信号调理电路和隔离单元后得到的A/D模拟量采样值；
(4)主控单元对经过A/D采样单元的变换后的采样数字量进行非线性回归分析法计算，得到温度值，识别温度传感器型号，将得到的温度值按照规约上传给电动汽车直流充电桩控制系统；
(5)初次枪头温度检测完毕之后，主控单元固化温度传感器型号，并根据之后的实际温度与温度报警标准比较判断是否需要通知故障报警单元。
所述步骤(4)中，若T<180℃，则温度传感器型号为PT1000，将温度值按照规约上传给电动汽车直流充电桩控制系统，若T>180℃，则温度传感器型号为PT100。
所述步骤(5)中，当T<＝80℃时，为温度正常等级，当T>80℃时，为温度偏高等级；当T>120℃时，为温度过高等级。
进一步的，当T<＝80℃时，故障报警单元的指示灯显示绿色，蜂鸣器不响；当T>80℃时，故障报警单元指示灯显示黄色，蜂鸣器低频率蜂鸣；当T>120℃时，故障报警单元指示灯显示红色，蜂鸣器高频率蜂鸣。
本发明的有益效果为：
(1)本发明采用平衡桥式电路，可以直接定量计算出枪头温度数值，能够准确判断温度报警故障；
(2)本发明电路结构紧凑，计算方法及检测过程简单，仅通过控制开关S1的闭合或断开即可兼容PT100/PT1000温度传感器；
(3)平衡桥式电路采集的差分电压经电压调理电路和隔离单元电路的处理，可以有效滤除干扰或噪声，精度高；
(4)主控单元对A/D采样单元采集的数字量进行非线性回归分析法，较传统的线性计算更精确；
(5)通讯单元可配置成问答模式和自动上传模式，上传频率可设置，增加了系统的灵活性，通过通讯单元使得本地直流充电桩的主控单元能够与后台系统进行通讯，实时检测直流充电桩的枪头温度，并通过故障报警单元进行报警、以及自动切断枪头DC+、DC-进行保护，可靠保障人身安全和设备安全。
附图说明
图1是本发明公开的电动汽车充电枪头温度检测系统总体结构框图；
图2是本发明采用的平衡桥式电路及电压调理电路拓扑图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种电动汽车充电枪头温度检测系统，包括枪头温度传感器、平衡桥式阻抗网络、电压信号调理电路、隔离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警单元；
所述温度传感器包括充电枪头热敏电阻PT100/PT1000，所述平衡桥式阻抗网络的前端与电动汽车充电枪的温度传感器相连接，所述平衡桥式阻抗网络的后端与所述电压信号调理电路的前端相连接，所述电压信号调理电路的后端与所述隔离单元的前端相连接，所述隔离单元的后端与所述A/D采用单元的前端相连接，所述A/D采用单元的后端与所述主控单元的前端相连接，所述主控单元的后端分别与所述通讯单元和所述故障报警单元通过CAN总线/RS485相连接；
所述平衡桥式阻抗网络用于充电枪头温度传感器的电压信息检测，所述电压信息依次经所述电压信号调理电路、所述隔离单元和所述A/D采样单元处理后送入所述主控单元；所述主控单元对A/D采样单元处理后的电压信息进行非线性回归分析法计算得到充电枪头温度，所述主控单元一方面控制所述故障报警单元报警，另一方面将充电枪头温度通过所述通讯单元发送给电动汽车直流充电桩控制系统；
作为优选，所述平衡桥式阻抗网络采用平衡电桥式电路，包括稳压电路和差分调零电路，所述稳压电路包括稳压管TLP431，限流电阻R1和分压精密电阻R2、R3；差分调零电路包括精密电阻R4、R5、R6和调零电阻W1；
作为优选，所述电压调理电路包括：运算放大器A1，精密电阻R7、R8、R9、R10。
所述A1的输出端和反相输入端通过R9相连，反相输入端与所述电压调理电路负向输出端通过R7相连，所述A1的正相输入端与所述电压调理电路正向输出端通过R8相连，所述A1的正相输入端与GND通过R10连接；
作为优选，所述隔离单元包括线性光耦HCNR200，运算放大器A2、A3，精密电阻R11、R12、R13、R14，滤波电容C1、C2、C3；
所述运算放大器A2反相输入端与所述运算放大器A1输出端通过R11连接，反相输入端与输出端通过电容C1连接，正相输入端接GND；线性光耦HCNR200发光二极管正相接电源12V，负相接R12一端，R12另一端接所述运放A2输出端，线性光耦HCNR200两路感光二极管，一路的阳极接GND，阴极接所述运算放大器A2反相输入端，另一路的阳极接运算放大器A3正相输入端，阴极接运算放大器A3的反相输入端；所述运算放大器A3正相输入端接A/D采样单元地，反相输入端与其输出端通过C2和R13两路并联连接，所述运算放大器A3输出端连接R14一端，R14另一端接双向保护二极管和滤波电容C3，并作为隔离单元的输出连接所述A/D采样单元；
作为优选，所述通讯单元采用RS485和CAN总线双通讯接口，所述故障报警单元采用指示灯和蜂鸣器。
作为优选，所述A/D采样单元的校准电源电压采用独立高精度电源ADR3430实现。
作为优选，所述A/D采样单元和所述主控单元采用STM32型ARM单片机。
所述通讯单元完成所述主控单元和直流充电桩控制系统通讯，系统可配置为自动上传模式和问答响应模式；
基于上述系统，本发明还提出了一种电动汽车充电枪头温度检测方法，可自动识别枪头温度传感器PT100和PT1000，并自动切换开关匹配温度传感器型号。具体包括如下步骤：
步骤1：主控单元等待接收直流充电桩控制系统下达枪头温度检测指令；
步骤2：主控单元若接收到枪头温度检测指令，则执行步骤3，否则执行步骤1；
步骤3：默认断开开关S1，测量温度传感器PT100/1000上的电压Up和调零电阻W1上的电压Un，依电阻分压关系得到电压信号调理电路的差分输入电压Uc为：
步骤4：经过电压信号调理电路和隔离单元后得到的A/D模拟量采样值Ua为：
优选地,取R4＝9R5，R7＝R8,R9＝R10,上式简化为：
步骤5：再经过A/D采样和所述主控单元对采样数字量的非线性最优算法计算后得到温度值T，若T<180℃，则温度传感器型号为PT1000，将温度值按照规约上传给电动汽车直流充电桩控制系统，若T>180℃，则温度传感器型号为PT100，则闭合开关S1，重复步骤1-4，并将得到的温度值按照规约上传给电动汽车直流充电桩控制系统；
步骤6：初次枪头温度检测完毕之后，主控单元固化温度传感器型号，并根据之后的实际温度与温度报警标准比较判断是否需要通知故障报警单元；
进一步，所述步骤6中的温度报警标准具体为：当T<＝80℃时，为温度正常等级，故障报警单元指示灯显示绿色，蜂鸣器不响；当T>80℃时，为温度偏高等级，故障报警单元指示灯显示黄色，蜂鸣器低频率蜂鸣；当T>120℃时，为温度过高等级，故障报警单元指示灯显示红色，蜂鸣器高频率蜂鸣。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是：包括温度传感器、平衡桥式阻抗网络、电压信号调理电路、隔离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警单元，其中：
所述温度传感器检测枪头温度，温度传感器连接平衡桥式阻抗网络一端，平衡桥式阻抗网络对温度传感器的电压信号进行采集，传输给电压信号调理电路，电压信号调理电路对采集的电压信号进行调整后，传输给隔离单元，隔离单元对信号进行过滤、隔离后通过A/D采样单元进行A/D转换，主控单元对处理后的电压信号基于非线性回归分析法进行计算，得到充电枪头温度，通过通讯单元发送给电动汽车直流充电桩控制系统，故障报警单元根据充电枪头温度与设定值的比较，进行相应的报警动作。
2.如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是：所述平衡桥式阻抗网络采用平衡电桥式电路，包括稳压电路和差分调零电路，所述稳压电路和差分调零电路并联。
3.如权利要求2所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是：所述稳压电路包括稳压管TLP431、限流电阻R1和分压精密电阻R2、R3，差分调零电路包括精密电阻R4、R5、R6和调零电阻W1，其中，限流电阻R1连接电源正极，分压精密电阻R2、R3串联后与稳压管TLP431并联，精密电阻R4、R5串联后连接采样电阻，精密电阻R4并联有开关S1，精密电阻R6与调零电阻W1串联后并联于稳压管TLP431两端。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是：所述电压调理电路包括：运算放大器A1和精密电阻R7、R8、R9、R10；运算放大器A1的输出端和反相输入端通过R9相连，反相输入端与所述电压调理电路负向输出端通过R7相连，所述A1的正相输入端与所述电压调理电路正向输出端通过R8相连，所述A1的正相输入端与GND通过R10连接。
5.如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是：所述隔离单元包括线性光耦HCNR200、运算放大器A2和A3、精密电阻R11、R12、R13和R14与滤波电容C1、C2和C3，其中，运算放大器A2反相输入端与所述运算放大器A1输出端通过R11连接，反相输入端与输出端通过电容C1连接，正相输入端接GND；线性光耦HCNR200发光二极管正相接电源12V，负相接R12一端，R12另一端接所述运放A2输出端，线性光耦HCNR200两路感光二极管，一路的阳极接GND，阴极接所述运算放大器A2反相输入端，另一路的阳极接运算放大器A3正相输入端，阴极接运算放大器A3的反相输入端；所述运算放大器A3正相输入端接A/D采样单元地，反相输入端与其输出端通过C2和R13两路并联连接，所述运算放大器A3输出端连接R14一端，R14另一端接双向保护二极管和滤波电容C3，并作为隔离单元的输出连接所述A/D采样单元。
6.如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是：所述通讯单元采用RS485和CAN总线双通讯接口，所述故障报警单元采用指示灯和蜂鸣器。
7.基于如权利要求1-6中任一项所述的系统的检测方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)主控单元等待接收直流充电桩控制系统下达枪头温度检测指令，若需要采集枪头温度，则转入步骤(2)；
(2)测量平衡桥式阻抗网络的采样电阻上的电压和调零电阻W1上的电压，基于电阻分压关系计算电压信号调理电路的差分输入电压；
(3)根据差分输入电压，计算经过电压信号调理电路和隔离单元后得到的A/D模拟量采样值；
(4)主控单元对经过A/D采样单元的变换后的采样数字量进行非线性回归分析法计算，得到温度值，识别温度传感器型号，将得到的温度值按照规约上传给电动汽车直流充电桩控制系统；
(5)初次枪头温度检测完毕之后，主控单元固化温度传感器型号，并根据之后的实际温度与温度报警标准比较判断是否需要通知故障报警单元。
8.如权利要求7所述的检测方法，其特征是：所述步骤(4)中，若T<180℃，则温度传感器型号为PT1000，将温度值按照规约上传给电动汽车直流充电桩控制系统，若T>180℃，则温度传感器型号为PT100。
9.如权利要求7所述的检测方法，其特征是：所述步骤(5)中，当T<＝80℃时，为温度正常等级，当T>80℃时，为温度偏高等级；当T>120℃时，为温度过高等级。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征是：当T<＝80℃时，故障报警单元的指示灯显示绿色，蜂鸣器不响；当T>80℃时，故障报警单元指示灯显示黄色，蜂鸣器低频率蜂鸣；当T>120℃时，故障报警单元指示灯显示红色，蜂鸣器高频率蜂鸣。
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