CN105911411B - 一种交流充电控制装置的接地检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交流充电控制装置的接地检测系统及方法，系统包括：所述充放电单元包括充放电器件，用于将所述充放电器件与所述交流充电控制装置内部充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的地线和所述交流充电控制装置的内部恒流源的充电电路并联形成RC充放电电路，以所述充放电器件的端电压作为检测电压；所述比较单元，用于将所述检测电压与预设基准电压进行比较，当所述检测电压高于预设基准电压时，向所述检测单元输出启动信号：所述检测单元，根据放电时间判断所述交流充电控制装置的接地是否正常。本发明结构简单，无需改变交流充电控制装置的内部电路，即能对交流充电控制装置的接地电阻进行精确判断。

Description

一种交流充电控制装置的接地检测系统及方法

技术领域

本发明涉及交流充电相关技术领域，特别是一种交流充电控制装置的接地检测系统及方法。

背景技术

充电控制装置主要应用于具备慢充功能的纯电动汽车和插电式混合动力汽车。该充电控制装置是将电网电能安全、可靠、有效地传递给车辆的装置。由于纯电动、插电式混合动力汽车的便携式充电器绝大部分利用民用电对车进行充电，充电电流大且时间长，对人体和车辆安全存在很大隐患。因此充电控制装置需要具备漏电检测、继电器诊断、地线检测、信号处理及状态指示功能，其中地线检测是充电控制装置的重要功能之一。

地线作为整个充电控制装置极其重要的一个保护环节，不仅保证了充电装置发生故障时产生的漏电流能够及时流入大地，同时也加强了充电过程中的安全性、可靠性。

现有的接地检测技术主要是利用模数(AD)转换模块对模拟量电压信号进行检测分析，AD转换模块在进行模数转换过程中耗时多，占用处理器资源，导致响应速度慢。在大电流车辆充电过程中会存在很大的安全隐患。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术的缺陷，提供一种交流充电控制装置的接地检测系统及方法。

一种交流充电控制装置的接地检测系统，包括：依次电连接的充放电单元、比较单元及检测单元；

所述充放电单元包括充放电器件，用于将所述充放电器件与所述交流充电控制装置内部充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的地线和所述交流充电控制装置的内部恒流源的充电电路并联形成RC充放电电路，以所述充放电器件的端电压作为检测电压；

所述比较单元，用于将所述检测电压与预设基准电压进行比较，当所述检测电压高于预设基准电压时，向所述检测单元输出启动信号：

所述检测单元，用于当接收到所述比较单元的启动信号后，关闭电源，计时并将关闭所述电源直到所述检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，根据所述放电时间判断所述交流充电控制装置的接地是否正常。

一种交流充电控制装置的接地检测方法，包括：

启动所述交流充电控制装置的内部恒流源，获取与充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的接地电阻和所述内部恒流源的充电电路并联形成RC充放电电路的充放电器件的端电压，作为检测电压；

将所述检测电压与预设基准电压进行比较；

当所述检测电压高于预设基准电压时，关闭电源，计时并将关闭所述电源直到所述检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，根据所述放电时间判断所述交流充电控制装置的接地是否正常。

本发明通过将交流充电控制装置内部充放电电路的等效电阻、交流充电控制装置的接地电阻和所述交流充电控制装置的内部恒流源与充放电器件的充电电路并联形成RC充放电电路，并对该充放电电路进行充电及放电，通过放电时间确定交流充电控制装置的接地是否正常。本发明结构简单，无需改变交流充电控制装置的内部电路，即能对交流充电控制装置的接地电阻进行精确判断。同时，在电路上用RC电路代替现有技术的AD转换模块，并利用检测单元来识别充放电时间，大大提高了系统的响应速度，同时也降低了系统的成本。

附图说明

图1为本发明一种交流充电控制装置的接地检测系统的系统原理图；

图2为本发明一种交流充电控制装置的接地检测系统的电路原理图；

图3为图2的RC充放电电路的等效电路；

图4为本发明一种交流充电控制装置的接地检测方法的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示为本发明一种交流充电控制装置的接地检测系统的系统原理图，包括：依次电连接的充放电单元1、比较单元2及检测单元3；

充放电单元1包括充放电器件11，用于将充放电器件11与交流充电控制装置内部充放电电路的负载12的等效电阻、交流充电控制装置的地线和交流充电控制装置的内部恒流源13的充电电路10并联形成RC充放电电路，以充放电器件的端电压作为检测电压；

比较单元2，用于将检测电压与预设基准电压进行比较，当检测电压高于预设基准电压时，向检测单元输出启动信号：

检测单元3，用于当接收到比较单元2的启动信号后，关闭电源，计时并将关闭电源直到检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，根据放电时间判断交流充电控制装置的接地是否正常。

交流充电控制装置内部充放电电路包括与火线和零线连接的各种负载，所有负载可以等效为一个等效电阻R，交流充电控制装置的地线上的电阻可以等效为一个地线电阻R’，当地线正常接地时，地线电阻为零或一个非常小的值，此时RC充放电电路的充放电响应时间完全取决于负载所等效的等效电阻和充放电器件。因此，通过仿真验证及实际搭建电路试验数据积累，可以确定在地线正常时RC充放电电路的放电时间。

因此，当检测时，先开启内部恒流源，使得充放电器件进行充电，然后由比较单元2将检测电压与基准电压进行比较，当检测电压到达基准电压时向检测单元3输出启动信号，检测单元3在接收到启动信号后关闭电源，电源关闭后，充放电器件开始放电，将关闭电源直到检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间。由于在地线正常时的放电时间可以通过实验确定，因此通过检测放电时间则可以判断接地电阻是否为零或一个非常小的值，从而判断接地是否正常。

本发明通过将交流充电控制装置内部充放电电路的等效电阻、交流充电控制装置的接地电阻和交流充电控制装置的内部恒流源与充放电器件的充电电路10并联形成RC充放电电路，并对该充放电电路进行充电及放电，通过放电时间确定交流充电控制装置的接地是否正常。本发明结构简单，无需改变交流充电控制装置的内部电路，即能对交流充电控制装置的接地电阻进行精确判断。同时，在电路上用RC电路代替现有技术的AD转换模块，并利用检测单元来识别充放电时间，大大提高了系统的响应速度，同时也降低了系统的成本。

在其中一个实施例中，检测单元具体用于，当接收到比较单元的启动信号后，关闭电源，计时并将关闭电源直到检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，如果放电时间小于或等于预设计时时间，则判断交流充电控制装置接地正常，否则判断交流充电控制装置接地异常。

接地正常时，接地电阻为零或者一个非常小的值，而当接地不正常时，接地电阻变大至不可忽略，此时RC充放电电路的放电时间会延长，因此本实施例用放电时间的长短判断接地是否正常，简单可靠。

在其中一个实施例中，如图2所示，充放电器件为检测电容C1。

本实施例采用检测电容作为充放电器件结构简单实用。

如图3所示为充放电器件与交流充电控制装置内部充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的地线和交流充电控制装置的内部恒流源的充电电路并联形成的RC充放电电路的等效电路图。

由于电压源和电流源的外特性是相同的，所以电源的两种电路模型可以等效替换，恒压源和电阻串联等效于恒流源和电阻并联，即图2与图3两种电路为等效电路，其中图2的负载R1、R2串联，负载R3、R4串联，两个串联结果再进行并联等效为图3的负载电阻的等效电阻R，为了分析方便采用恒压源Vs与电阻串联的方式进行分析，恒压源Vs与恒流源Is的关系为Vs＝Is(R+R’)。二者在实现电路功能上是等效的，即图2的恒流源部分电路与图3为等效电路。其中恒压源Vs、负载的等效电阻R、接地电阻R’和检测电容C1依次串联，等效电阻R为图2中的交流充电控制装置内部充放电电路的负载R1、R2、R3、R4的等效电阻。

本发明的比较单元2可以通过单片机实现，即将检测电压通过A/D转换后输入单片机，由单片机比较检测单元与基准电压的差值并输出启动信号。

如图2所示，在其中一个实施例中，比较单元2包括滞回第一电阻R8、滞回第二电阻R9、滞回第三电阻R10、滞回第四电阻R11、滞回第五电阻R12和滞回比较器A2，滞回第一电阻R8的一端与充放电单元1电连接，另一端与滞回比较器A2的第一输入端电连接，所述滞回第二电阻R9的一端与基准电压Vcc2电连接，另一端与所述滞回比较器A2的第二输入端电连接，所述滞回比较器A2的第二输入端还通过滞回第三电阻R10接地，所述滞回比较器A2的第二输入端还通过滞回第四电阻R11与所述滞回比较器的输出端电连接，所述滞回比较器的输出端还通过所述滞回第五电阻R12与所述检测单元3电连接。

本实施例中，滞回第一电阻R8、滞回第二电阻R9、滞回第三电阻R10、滞回第四电阻R11、滞回第五电阻R12和滞回比较器A2构成滞回比较器电路，对检测电压和基准电压Vcc2进行比较，直到检测电压大于基准电压Vcc2时，滞回比较器A2通过滞回第五电阻R12从输出端MCU2输入启动信号到检测单元3中。通过本实施例的滞回电路，使得输出端MCU2的启动信号为从高电平变为低电平，从而使得检测单元3能够准确的捕捉到检测电压到达基准电压的时刻，使得检测更为准确。

在其中一个实施例中，还包括分压电压Vcc1、分压电阻R7和接地电容C4，分压电压Vcc1、分压电阻R7和接地电容C4依次串联后接地，分压电阻R7与接地电容C4的连接点与检测单元3电连接。

本实施例通过分压电阻R7分压后，分压电阻R7与接地电容C4的连接点输出检测电压到检测单元3，由检测单元3对放电时间进行计算，通过分压电阻保证了对比较单元2的安全。

在其中一个实施例中，充放电单元通过低通滤波电路与比较单元电连接。

本实施例的低通滤波电路将引入检测电路时伴随地线的低频信号过滤。

优选地，低通滤波电路为巴特沃斯低通滤波电路。

作为本发明最佳实施例，采用电阻R5、R6和电容C2、C3以及比较器A1构成巴特沃斯低通滤波电路。

同时，引入钳压二极管D1对比较器A1进行钳压。在RC电路进行充电时，比较器A1输出端电压逐渐增大，利用钳压二极管D1的钳压作用，保证比较器A1输出电压值不超过(Vcc1+0.7V)。如图2所示，Vcc1设计为5V，考虑到钳压二极管D1的导通压降为0.7V，可以将比较器A1输出电压钳制在5.7V以下，保证电路的安全。

RC充放电电路在引入地线的同时也将民用电交流信号引入，故在RC充放电电路之后利用巴特沃斯低通滤波电路(R5，R6，C2，C3，A1构成)将民用电低频交流信号过滤掉，从而得到充放电信号较理想的电压值。

在其中一个实施例中，还包括报警单元；

检测单元，还用于当判断交流充电控制装置的接地电阻异常时，生成报警控制指令；

报警单元，用于接收检测单元输出的报警控制指令，并根据报警控制指令，执行相应的报警响应。

报警单元根据检测单元输出的报警控制指令执行相应的报警响应，包括但不限于：声光报警、打印报警信息等。

本实施例通过报警单元使得用户能更加直观地获得报警信息。

如图4所示为本发明一种交流充电控制装置的接地检测方法的工作流程图，包括：

步骤S401，启动交流充电控制装置的内部恒流源，获取与充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的接地电阻和内部恒流源串联形成RC充放电电路的充放电器件的端电压，作为检测电压；

步骤S402，将检测电压与预设基准电压进行比较；

步骤S403，当检测电压高于预设基准电压时，关闭电源，计时并将关闭电源直到检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，根据放电时间判断交流充电控制装置的接地是否正常。

本发明的方法，首先步骤S401启动内部恒流源，对充放电器件进行充电，然后，当步骤S402检测到检测电压高于基准电压时，由步骤S403关闭电源并计算放电时间，由放电时间判断接地是否正常。

在其中一个实施例中，根据放电时间判断交流充电控制装置的接地是否正常，具体包括：

如果所述放电时间小于或等于预设计时时间，则判断所述交流充电控制装置接地正常，否则判断所述交流充电控制装置接地异常。

作为本发明最佳实施例，采用如图2所示的电路，检测单元为单片机，单片机从图2所示的MCU2中获取启动信号，从MCU1获取检测电压。

以下分别对接地良好的情况和接地异常的情况进行分析，高电平采用H表示，低电平采用L表示。

对于接地良好的情况：

当接地状况良好时，即地线电阻为R’＝0时，此时一阶RC充放电电路充放电响应时间完全取决于等效固定电阻R，电容C1(如图3所示)，而在进行电路设计时，通过仿真验证及实际搭建电路试验数据积累，保证所选的等效固定电阻R和电容C1合理，且将该参数下的放电时间作为预设计时时间T固化到单片机中。R8，R9，R10，R11及A2构成滞回比较器电路(如上述图2所示)，阈值设置为5V。

1.当未开启接地检测功能时，C1未充电，A1输出为0，MCU1也为低电平，由滞回比较器功能可知，MCU2为高电平；

2.开启接地检测功能时，C1开始充电，A1输出电压逐渐升高，当A1输出电压超过阈值5V时，MCU1变为高电平，MCU2变为低电平；

3.当MCU2从高电平变为低电平时，关闭恒流源，单片机开始计时，此时电容C1处于放电状态，当C1放电到0.8V以下，根据TTL电平的特性，MCU1会由高电平变成低电平，此时单片机记录该段电容放电时间T’与设定时间T进行比较，若T’≤T，则验证了接地状况良好。

对于接地异常的情况：

1.当未开启接地检测功能时，C1未充电，A1输出为0，MCU1也为低电平，由滞回比较器功能可知，MCU2为高电平；

2.开启接地检测功能时，C1开始充电，A1输出电压逐渐升高，当A1输出电压超过阈值5V时，MCU1变为高电平，MCU2变为低电平；(这两步与第一种情况相同)

3.当MCU2从高电平变为低电平时，关闭恒流源，单片机开始计时，此时电容C1开始放电，但由于接地异常，R’超出安全认定值时，此时导致一阶RC充放电电路中的电阻值变大，C1放电缓慢，在设定的时间T内，MCU1的电平仍为高电平，则证明了接地异常。

对以上两种情况进行总结如下：

正常充电时，接地应为良好状态，接地电阻值接近零，当系统无接地线或者地线电阻超出规定值时，系统报出故障，中断充电，降低故障隐患，保护人身和车辆安全。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，包括：依次电连接的充放电单元、比较单元及检测单元；

所述充放电单元包括充放电器件，用于将所述充放电器件与所述交流充电控制装置内部充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的地线和所述交流充电控制装置的内部恒流源的充电电路并联形成RC充放电电路，以所述充放电器件的端电压作为检测电压；

所述比较单元，用于将所述检测电压与预设基准电压进行比较，当所述检测电压高于预设基准电压时，向所述检测单元输出启动信号：

所述检测单元，用于当接收到所述比较单元的启动信号后，关闭电源，计时并将关闭所述电源直到所述检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，根据所述放电时间判断所述交流充电控制装置的接地是否正常。

2.根据权利要求1所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，所述检测单元具体用于，当接收到所述比较单元的启动信号后，关闭电源，计时并将关闭所述电源直到所述检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，如果所述放电时间小于或等于预设计时时间，则判断所述交流充电控制装置接地正常，否则判断所述交流充电控制装置接地异常。

3.根据权利要求1所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，所述充放电器件为检测电容。

4.根据权利要求1所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，所述比较单元包括滞回第一电阻、滞回第二电阻、滞回第三电阻、滞回第四电阻、滞回第五电阻和滞回比较器，所述滞回第一电阻的一端与所述充放电单元电连接，另一端与所述滞回比较器的第一输入端电连接，所述滞回第二电阻的一端与基准电压电连接，另一端与所述滞回比较器的第二输入端电连接，所述滞回比较器的第二输入端还通过滞回第三电阻接地，所述滞回比较器的第二输入端还通过滞回第四电阻与所述滞回比较器的输出端电连接，所述滞回比较器的输出端还通过所述滞回第五电阻与所述检测单元电连接。

5.根据权利要求4所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，还包括分压电压、分压电阻和接地电容，所述分压电压、所述分压电阻和所述接地电容依次串联后接地，所述分压电阻与所述接地电容的连接点与所述检测单元电连接。

6.根据权利要求1所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，所述充放电单元通过低通滤波电路与所述比较单元电连接。

7.根据权利要求6所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，所述低通滤波电路为巴特沃斯低通滤波电路。

8.根据权利要求1所述的交流充电控制装置的接地检测系统，其特征在于，还包括报警单元；

所述检测单元，还用于当判断所述交流充电控制装置的接地电阻异常时，生成报警控制指令；

所述报警单元，用于接收所述检测单元输出的所述报警控制指令，并根据所述报警控制指令，执行相应的报警响应。

9.一种交流充电控制装置的接地检测方法，其特征在于，包括：

启动所述交流充电控制装置的内部恒流源，获取与充放电电路的负载的等效电阻、交流充电控制装置的接地电阻和所述内部恒流源的充电电路并联形成RC充放电电路的充放电器件的端电压，作为检测电压；

将所述检测电压与预设基准电压进行比较；

当所述检测电压高于预设基准电压时，关闭电源，计时并将关闭所述电源直到所述检测电压下降至预设放电阈值的时间作为放电时间，根据所述放电时间判断所述交流充电控制装置的接地是否正常。

10.根据权利要求9所述的交流充电控制装置的接地检测方法，其特征在于，所述根据所述放电时间判断所述交流充电控制装置的接地是否正常，具体包括：

如果所述放电时间小于或等于预设计时时间，则判断所述交流充电控制装置接地正常，否则判断所述交流充电控制装置接地异常。