CN105572529B - Evse短路电缆保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及EVSE短路电缆保护方法。方法检测电动车辆充电站的短路的充电电缆。电动车辆充电站的充电电缆被确定为未被连接至电动车辆。当未被连接至电动车辆时，然后可在充电电缆的导线之间进行阻抗测试。响应于检测到导线之间的短路，阻止电源和导线之间的接触器闭合，并输出告警信号。响应于接收到表示充电电缆已经被连接至电动车辆的信号，禁止所述阻抗测试，从而不干扰正常充电。用这种方式，通过在接触器闭合之前检测充电电缆中的短路，阻止接触器的触点由于充电电缆中的短路被闭合，从而被焊接。

Description

EVSE短路电缆保护方法
技术领域
所公开的发明涉及电动车辆供电装置。
背景技术
包含全电动汽车、社区电动车辆和插电式混合电动车辆的插电式电动车辆(EV)成为用于个人交通运输的普遍模式，部分地因为它们操作相对便宜且具有降低的碳排放量。还被称为电动车辆供电装置(EVSE)的电动车辆充电站通过标准接口为EV供电。最常见的接口被工业标准SAEJ1772定义。接口包含所定义的控制信号、接地和高安培电流路径。在第2等级交流电(AC)充电标准中，EVSE可为连接的EV提供高达80A的充电电流。
EVSE包含继电器或接触器，以将给电动车辆(EV)提供充电能的电杆从被提供给EVSE的外来电源断开。继电器或接触器中的机电触点受诸如触点焊接的特定故障模式的影响。当触点经受足够的电流而导致触点材料熔化的时候(例如，当负载连接遭受短路的时候)，可出现接触焊接。这种情况可发生在充电电缆中，充电电缆通常包含暴露于外界的五米或更长的电缆。充电电缆可能被严重弯曲、掉落、拉紧和被车辆碾过。这种误用是意料之中的并难以避免，因为充电电缆必须足够长，以适应不同类型的车辆。
在特定条件下，可采取预防措施来防止继电器或接触器焊接，例如，可对诸如保险丝或断路器的上游保护设备进行协调。然而，更换保险丝或重设断路器需要由授权的维修人员对故障进行正确诊断和清除故障。进行这种维修之前，继电器或接触器的被焊接的触点使得EVSE保持不可运行和不可使用。
现有的解决方案对于检测短路有效，但是未被应用于防止EVSE继电器或接触器触点焊接。
发明内容
本发明在EVSE中的主电源接触器闭合之前在EVSE中使用短路检测，以便当在充电电缆中检测到故障时阻止电力被传送至充电柄。本发明不要求为了进行测试而将充电电缆连接至EV。EVSE中包含阻抗测量电路和控制电子器件，以便在电缆被连接至EV之前测量电缆导线之间的电阻。电缆中的主载流导线是L1、L2或N和接地导线。由阻抗测量电路测量这些导线中的任何两个之间的电阻。如果所测电阻小于门限电阻值，那么控制电子器件确定正在被测的两根导线之间存在短路情况。作为响应，控制电子器件向EVSE中的接触器输出保护信号，以阻止接触器被闭合。还可产生告警信号以通知用户在充电电缆中已经检测到了短路。
阻抗测量电路包含由控制电子器件控制的多工器，以便为电阻测量顺序地连接L1、L2或N和接地导线的导线对。控制电子器件可控制阻抗测量电路以在充电电缆的顺序地选择的导线对之间进行阻抗测量。可每隔一段时间重复测量，以监视导线随着时间推移的完整性。控制电子器件可被配置成输出短路导线的标识用于适当的维修活动。控制电子器件被配置成记录关于导线对的阻抗测试的结果，以编辑维修历史。控制电子器件可被配置成响应于接收到表示充电电缆已经被连接至电动车辆的信号，禁用阻抗测量电路。
用此方式，通过在接触器被闭合之前检测充电电缆中的短路电路，防止EVSE继电器或接触器的触点被焊接闭合。
本发明的实施方式还包括以下内容：
(1)一种用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，包括：
(a)检测电动车辆充电站的充电电缆未被连接至电动车辆；
(b)仅当所述充电电缆未被连接至电动车辆时，在所述充电电缆的导
线之间进行阻抗测试；以及
(c)响应于检测到所述导线之间的短路，阻止电源和所述充电电缆的所述导线之间的接触器的闭合。
(2)根据(1)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：(d)响应于检测到所述导线之间的短路，输出告警信号；以及(e)响应于接收到表示所述充电电缆已经被连接至电动车辆的信号，禁止所述阻抗测试。
(3)根据(1)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：当所述充电电缆未被连接至电动车辆时，在所述充电电缆的不同的导线对之间顺序地进行阻抗测试。
(4)根据(1)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，其中，响应于检测到所述导线之间的短路，通过阻止所述接触器的闭合来防止所述接触器的触点的可能的焊接。
(5)根据(1)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：标识任何短路导线用于适当的维修活动。
(6)根据(1)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：每隔一段时间在所述充电电缆的导线之间重复进行阻抗测试；以及记录测试的导线对的阻抗测试的结果。
(7)根据(1)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，其中，表示所述充电电缆已经被连接至电动车辆的信号是根据用于电动车辆供电装置(EVSE)的SAEJ1772标准运行的控制导频信号。
(8)一种用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，包括：
(a)电动车辆充电站中的检测电路，所述检测电路被耦合至所述电动车辆充电站的控制导频线路，所述检测电路被配置成接收表示所述电动车辆充电站的充电电缆未被连接至电动车辆的控制导频信号；
(b)所述电动车辆充电站中的阻抗测量电路，所述阻抗测量电路被耦合至所述检测电路，所述阻抗测量电路被配置成仅当所述充电电缆未被连接至电动车辆时在所述充电电缆的导线之间进行阻抗测试；以及
(c)所述电动车辆充电站中的保护电路，所述保护电路被耦合至所述阻抗测量电路，所述保护电路被配置成响应于所述阻抗测量电路检测到所述导线之间的短路，阻止在电源和所述充电电缆的所述导线之间的接触器的闭合。
(9)根据(8)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，还包括：(d)所述电动车辆充电站中的告警电路，所述告警电路被耦合至所述保护电路，所述告警电路被配置成响应于检测到所述导线之间的短路，输出告警信号；以及(e)所述检测电路还被配置成响应于接收到表示所述充电电缆已经被连接至电动车辆的控制导频信号，禁用所述阻抗测量电路。
(10)根据(8)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，还包括：所述电动车辆充电站中的多工器电路，所述多工器电路被配置成当所述充电电缆未被连接至电动车辆时在所述充电电缆的不同的导线对之间顺序地连接所述阻抗测量电路。
(11)根据(8)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，响应于检测到所述导线之间的短路，通过阻止所述接触器的闭合来防止所述接触器的触点的可能的焊接。
(12)根据(8)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，短路导线被标识，以用于适当的维修活动。
(13)根据(8)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，每隔一段时间在所述充电电缆的导线之间重复进行阻抗测试；以及所述电动车辆充电站中的控制电子器件，所述控制电子器件被配置成记录测试的导线对的阻抗测试的结果。
(14)根据(8)所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，所述控制导频信号根据用于电动车辆供电装置(EVSE)的SAEJ1772标准运行。
附图说明
图1是在EVSE中具有阻抗测量电路、被配置成当充电电缆未被连接至电动车辆时测量充电电缆的不同导线对之间的阻抗的示例EVSE的功能框图。
图2是被配置成当充电电缆未被连接至电动车辆时顺序地在充电电缆的不同导线对之间进行阻抗测量的、EVSE中的示例阻抗测量电路和控制电子器件的功能框图。
图3是包含导频信号测量、微处理器和存储器组件的、EVSE中的示例控制电子器件的功能框图。
具体实施方式
图1是示例电动车辆供电装置(EVSE)100和从EVSE的充电输出端口102连接到电动车辆(EV)的车载输入端口103的充电电缆105的功能框图。充电柄150被连接至电缆的远离EVSE的相对端并被配置成插入到电动车辆(EV)的车载输入端口103进行充电操作。充电电缆105具有两根电力导线L1和L2或N(中性)、接地导线G和控制导频导线115。电力导线L1和L2/N接收通过EVSE中的接触器或继电器130的电力。充电电缆105中的控制导频导线115传输控制导频信号CP，控制导频信号CP的作用是向EVSE证实EV存在并被连接至充电柄150，例如，如在SAEJ1772标准中所描述的。
充电电缆105在无意地拉紧、掉落或碾过电缆的用户正常使用期间可能受到物理应力。当为EV充电时，充电电缆105通常在大约208或240伏特下传送高达30安培的电流。在载流导线L1和L2/N或接地导线G之间具有低电阻的、沿着电缆105的任何受损区段可传导足够的电流而导致继电器或接触器130的上游触点被焊接闭合。
在本发明的示例实施方式中，阻抗测量电路140被并入EVSE中，以测量充电电缆105的导线L1、L2/N和接地G的不同对之间的阻抗。阻抗测量被限于只在当充电电缆105及其充电柄150未被连接至EV的期间发生，从而不干扰正常的车辆充电操作。
控制电子器件200也被并入EVSE中，其包含被连接至控制导频导线115以接收控制导频信号CP的检测电路。控制电子器件200从控制导频信号CP确定充电电缆105的充电柄150是否被连接至EV。控制电子器件200通过线路212被连接至阻抗测量电路140，以便控制阻抗测量电路140仅在当充电电缆105及其充电柄150未被连接至EV的期间进行阻抗测量。
从阻抗测量电路140通过输入线路214连接控制电子器件200。如果阻抗测量电路140在载流导线L1和L2/N或接地导线G的任何一对之间测量到低电阻，那么阻抗测量电路140在线路214上向控制电子器件200发送告警信号，通知其已经检测到其中两根导线之间的短路。如果阻抗测量结果超出可接受的范围之外，那么阻抗测量电路140发信号通知该情况。控制电子器件200可被配置成输出短路导线的标识用于适当的维修活动。
控制电子器件200通过线路120被连接至接触器或继电器130。控制电子器件200中的保护电路被配置成响应于阻抗测量电路140检测到导线之间的短路，通过线路120向接触器或继电器130发送保护信号。当接触器或继电器130在线路120上接收保护信号时，其阻止接触器或继电器130中的触点的闭合，阻止电力被从电源施加至充电电缆105的导线L1和L2/N。
控制电子器件200可包含告警电路134(在图2中示出的)，其被配置成响应于阻抗测量电路140检测到在导线L1和L2/N或接地导线G之间的短路，向诸如LED显示器(未示出)的信号器输出告警信号135(图2中示出的)。告警电路可输出短路导线的标识，其可被LED灯显示在EVSE上或者可在电子邮件信息中被发送。告警电路可在移动应用上向EVSE的用户输出用于适当维修活动的通知。所述通知可被传送至可负责EVSE的正常运行时间的服务维修机构。
在本发明的示例实施方式中，阻抗测量电路140还可测量并检测在控制导频导线115或邻近导线117中的短路情况。这可提供对可能损坏或妨碍EVSE的正确操作的情况的额外的检测。阻抗检测电路140可被配置成将从L1或L2/N到控制导频导线115或邻近导线117的短路检测为到接地的短路，这是由于到这些导线对接地的相对低阻抗引起的。
邻近导线117被连接至充电柄150中的邻近开关，其在建立任何电气接触之前，检测充电柄150进入车辆入口的初始插入，如在SAEJ1772标准中所描述的。在本发明的另一个示例实施方式中，控制电子器件200可从邻近导线117确定在建立任何电气接触之前是否发生了充电柄150进入车辆入口的初始插入。在这个另一个示例实施方式中，控制电子器件200可控制阻抗测量电路140以只在充电柄150未被初始插入车辆入口的期间进行阻抗测量。
图2是并入EVSE中的阻抗测量电路140和控制电子器件200的功能框图。控制电子器件200包含导频信号测量电路230，导频信号测量电路230是被连接至控制导频导线115以接收控制导频信号CP的检测电路。控制电子器件200通过线路212被连接至阻抗测量电路140，以便控制阻抗测量电路140只在当充电电缆105及其充电柄150未被连接至EV的期间进行阻抗测量。
阻抗测量电路140例如包含多工器电路，多工器电路包括多工器开关202和204，多工器开关202和204被配置成实现当充电电缆未被连接至EV时顺序地测量充电电缆150的导线L1、L2/N和接地G的不同对之间的阻抗。阻抗测量检查导线对组合之间的电阻。多工器开关202被连接至L1和L2/N导线，且多工器开关204被连接至L2/N和接地G导线。控制电子器件200的MUX选择238通过线路216被连接至多工器开关202和204，以便实现当充电电缆未被连接至EV时顺序地进行充电电缆105的导线L1、L2/N和接地G的不同对之间的阻抗测试。这个安排允许控制电子器件200控制在任何给定时刻阻抗测量电路140测量导线L1、L2和接地G的哪个组合。
在另一个实施方式中，当导频信号测量电路230表示没有到EV的连接时，可由控制电子器件200在线路216上产生MUX选择238信号。在示例实施方式中，可使用阻抗测量的其他方法，并可使用选择用于测试的导线的其他方法。
在示例实施方式中，阻抗测量电路140包含连接在多工器开关202的输出和多工器开关204的输出之间的电流源206。多工器开关202的输出被连接至差分放大器210的正侧。多工器开关204的输出通过诸如电池的电压源被连接至差分放大器210的负侧。对于导线L1、L2/N和接地G其中两个的给定组合，如果在两根导线之间没有短路，那么没有电流流经电流源206且差分放大器210不在线路214上向控制电子器件200输出告警信号。可选择地，如果在两根导线之间检测到短路，那么电流流经电流源206且差分放大器210在线路214上向控制电子器件200输出告警信号。控制电子器件200可被配置成输出短路导线的标识用于适当的维修活动。当导频信号测量电路230接收表示EV被连接的控制导频信号CP时，导频信号测量电路230在线路212向电流源206上发送禁用信号以关闭电流源。用这种方式，当充电电缆105及其充电柄150被连接至EV时，不进行阻抗测量。
在本发明的示例实施方式中，可使用电压源或电流源实现阻抗测量电路140。图2示出与门限相比较的电流源和电压，以检测低于门限的阻抗。门限值可被设为足够高，从而使得到控制导频导线115或邻近导线117的短路表现为到接地的短路。例如，门限值可被设置成将低于1兆欧姆的阻抗表示为短路导线连接。
控制电子器件200包含短路电缆检测电路235，短路电缆检测电路是连接至来自阻抗测量电路140的线路214的保护电路。如果短路电缆检测电路235在线路214上接收告警信号，则其通过线路120向接触器或继电器130发送保护信号，以阻止接触器或继电器130中的触点的闭合，阻止电力被从电源施加至充电电缆105的导线L1和L2/N。另外，短路电缆检测电路235可向告警电路134发送保护信号。短路电缆检测电路235还可向告警电路134发送短路导线的标识，其被告警电路显示用于EVSE的所有者的适当维修活动。这允许显示关于所测试导线的每一个组合的短路电缆检测状态，以向EVSE的所有者或操作员指示精确的问题。控制电子器件200可测试电缆105的导线的阻抗并将每一导线对的检测状态记录为维修记录。可每隔一段时间重复测量，以随着时间的推移监视导线的完整性。
基于检测，EVSE可采取各种动作。如果配备有锁定机构，EVSE可阻止用户从EVSE上拔下充电柄150。EVSE可向潜在用户显示错误信息或以其他方式指示不可用性。EVSE可例如通过电子邮件通信向所有者或操作员指示EVSE不可用且需要维修。
在示例实施方式中，可在SAEJ1772标准中规定控制导频导线115上的控制导频信号CP。标准规定控制导频信号CP的作用为验证电动车辆EV存在并被连接、允许供电的通电/断电、向车辆发送供电装置电流等级、监视装置接地的存在并建立车辆通风要求。在SAEJ1772标准中规定的控制导频导线115上的控制导频信号CP是在从+12到-12伏特范围内的1kHz方波信号。控制导频信号CP使用其电压来定义充电事务的状态。如果1kHz方波信号的正电压是+12伏特，这指示状态A，即EV未被连接。如果1kHz方波信号的正电压是+9伏特且负电压为-12伏特，那么这指示状态B，即EV被连接但没有准备好接收电荷。SAEJ1772标准规定1kHz方波信号的正电压为+6伏特且负电压为-12伏特，这指示状态C，即EV准备好接收电荷。EV进行这种信号发送来向EVSE表示充电柄150被连接且EV准备好接收电荷。
图3是包含导频信号测量模块230、微处理器和存储器300的EVSE中的示例控制电子器件200的功能框图。微处理器可被编程且其相关存储器可包含编程指令，当编程指令被微处理器执行时实施诸如短路电缆检测电路235、MUX选择238和告警电路134的功能的功能。微处理器可从导频信号测量模块230接收CP信号状态，其指示EV是否被连接至电缆105。微处理器可通过线路212被连接至阻抗测量电路140，以便控制阻抗测量电路140只在当充电电缆105及其充电柄150未被连接至EV的期间进行阻抗测量。微处理器可被编程成在线路214上接收告警信号并作为响应通过线路120向接触器或继电器130发送保护信号，以阻止接触器或继电器130中的触点的闭合。微处理器可被编程成在线路216上输出多工器选择信号，以实现当充电电缆未被连接至EV时顺序地在导线L1、L2/N和接地G的不同对之间进行阻抗测试。当导频信号测量电路230表示没有到EV的连接时可在线路216上产生信号。微处理器可被编程成使得告警被显示且显示短路导线的标识，用于EVSE的使用者的适当的维修活动。微处理器可编程成显示所测试导线的每一个组合的短路电缆检测状态，以向EVSE的所有者或操作员指示精确的问题。微处理器可被编程成重复测试电缆105的导线的阻抗并将每一导线对的检测状态记录为维修历史。控制电子器件200可再使用EVSE中的现有的微处理器和存储器，其中需要对EVSE控制电子器件的很少的修改或没有修改。
虽然已经公开了本发明的特定示例性实施方案，但是本领域的技术人员应理解，可以对特定的示例性实施方案所描述的细节进行改变而不违背本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，包括：
(a)检测电动车辆充电站的充电电缆未被连接至电动车辆；
(b)仅当所述充电电缆未被连接至电动车辆时，在所述充电电缆的不同的导线对之间顺序地进行阻抗测试；
(c)接收表示所述电动车辆充电站的所述充电电缆已经被连接至所述电动车辆的控制导频信号，且响应于接收到所述控制导频信号终止在所述充电电缆的所述导线之间进行所述阻抗测试；以及
(d)响应于检测到所述导线之间的短路，阻止电源和所述充电电缆的所述导线之间的接触器的闭合。
2.根据权利要求1所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：
(e)响应于检测到所述导线之间的短路，输出告警信号；以及
(f)响应于接收到表示所述充电电缆已经被连接至电动车辆的信号，
禁止所述阻抗测试。
3.根据权利要求1所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，其中，响应于检测到所述导线之间的短路，通过阻止所述接触器的闭合来防止所述接触器的触点的可能的焊接。
4.根据权利要求1所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：
标识任何短路导线用于适当的维修活动。
5.根据权利要求1所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的方法，还包括：
每隔一段时间在所述充电电缆的导线之间重复进行阻抗测试；以及
记录测试的导线对的阻抗测试的结果。
6.一种用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，包括：
(a)电动车辆充电站中的检测电路，所述检测电路被耦合至所述电动车辆充电站的控制导频线路，所述检测电路被配置成接收表示所述电动车辆充电站的充电电缆未被连接至电动车辆的控制导频信号；
(b)所述电动车辆充电站中的阻抗测量电路，所述阻抗测量电路被耦合至所述检测电路，所述阻抗测量电路被配置成仅当所述充电电缆未被连接至电动车辆时在所述充电电缆的导线之间进行阻抗测试，所述阻抗测量电路被耦合至所述电动车辆充电站的所述控制导频线路，所述阻抗测量电路被配置成接收表示所述电动车辆充电站的所述充电电缆已经被连接至所述电动车辆的控制导频信号，且所述阻抗测量电路被配置成响应于接收到所述控制导频信号终止在所述充电电缆的所述导线之间进行所述阻抗测试；
(c)所述电动车辆充电站中的多工器电路，所述多工器电路被配置成当所述充电电缆未被连接至电动车辆时在所述充电电缆的不同的导线对之间顺序地连接所述阻抗测量电路；以及
(d)所述电动车辆充电站中的保护电路，所述保护电路被耦合至所述阻抗测量电路，所述保护电路被配置成响应于所述阻抗测量电路检测到所述导线之间的短路，阻止在电源和所述充电电缆的所述导线之间的接触器的闭合。
7.根据权利要求6所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，还包括：
(e)所述电动车辆充电站中的告警电路，所述告警电路被耦合至所述保护电路，所述告警电路被配置成响应于检测到所述导线之间的短路，输出告警信号；以及
(f)所述检测电路还被配置成响应于接收到表示所述充电电缆已经被连接至电动车辆的控制导频信号，禁用所述阻抗测量电路。
8.根据权利要求6所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，响应于检测到所述导线之间的短路，通过阻止所述接触器的闭合来防止所述接触器的触点的可能的焊接。
9.根据权利要求6所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，短路导线被标识，以用于适当的维修活动。
10.根据权利要求6所述的用于检测电动车辆充电站的短路的充电电缆的电路，其中，每隔一段时间在所述充电电缆的导线之间重复进行阻抗测试；以及
所述电动车辆充电站中的控制电子器件，所述控制电子器件被配置成记录测试的导线对的阻抗测试的结果。
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