CN106938618B - 采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，包括在恒压或恒流充电模式下，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值，通过计算得到在恒压或恒流充电模式下充电枪接头(含电缆)的等效电阻，并发出控制信号对充电枪的使用情况进行预警。本发明可实时监控充电电路的导通接触品质，使新能源汽车在长时充电时，能提供主动、实时与准确的人、车、机安全保护。

Description

采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法
技术领域
本发明涉及一种电动车充电预警方法，具体涉及一种采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法。
背景技术
随著新能源汽车(特指电动车与油电混合车)的普及化，市场使用者对充电机的需求也越来越大。不同于燃油车的加油站，充电机是透过机上的充电枪将巨大能量以高电压大电流方式注入电动车与油电混合车的电池内。因此，充电机的充电品质与充电过程中的安全性就非常重要。由于是高电压与大电流，当能量从充电机经过长时间(至少几十分钟)流经充电枪电缆及接头进入新能源汽车的电池时，会因充电枪接头端子的接触电阻而发热。而充电枪接头端子的接触电阻更会随着接头插拔次数的增加而急速增加。当充电枪接头电阻增加时，不仅会导致充电枪头手持部位过热，并会把充电枪接头端子与新能源汽车的充电插座熔融在一起，导致充电完成后无法将充电枪拔离插座；更有可能因为充电枪接头电阻过大，而导致充电枪接头、充电机及汽车整个烧毁。
现有国标及已问世充电机的监控技术都是採用热偶器来侦测充电枪接头端子附近的温度变化，并将信号回馈至充电机端。当温度过高或超标时，则充电机会降低或切断输出电流.这其实是一种被动侦测方式，只有当温度已经过高或超标时，才启动预警动作。纵然实际充电电路的导通品质已经恶化，但既有方法却无法即时回馈给充电机采取事前反应.。
一般充电机的电缆长度少则3米，甚至高达7米以上。当大电流流经充电机电缆时，电缆的阻抗损耗就不能完全忽视。况且，充电电缆使用一段时间之后，电缆也可能因为老化、撞击等等因素而导致电阻增加，进而影响充电品质跟安全性。可是国标中的温度监控却只能监控充电枪接头，而完全忽略了充电机电缆的即时品质监控。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，包括以下步骤：
步骤一、将充电机上的充电枪插入电池的充电接头端进行恒压充电，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；所述第一电阻测量仪包括充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪和电池端的第二电压测量仪；所述第二电阻测量仪包括电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪和充电机端的第一电压测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值，通过以下两个公式分别计算得到基于充电机和基于电池的包含充电机电缆的充电枪接头等效电阻：
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的输入充电电压、I充电机是充电机内部通过第一电流测量仪测量得到的输出充电电流，R接头，恒压，充电机为基于充电机得到的充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的的输入充电电压、I电池是电池内部通过第二电流测量仪测量得到的输入充电电流，R接头，恒压，电池为基于电池得到的充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤二、微控制器通过以下公式计算得到恒压充电模式下的充电枪接头等效电阻：
其中R接头，恒压为恒压充电模式下充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤三、将微控制器采集得到的充电枪接头的等效电阻与微控制器内的预设电阻值进行比较，如果充电枪接头的等效电阻超过微控制器内的预设电阻值，则微控制器发出控制信号对充电枪的使用情况进行预警。
优选的是，所述预警包括当电阻信号值超过微控制器内预设电阻值时，通过微控制器切断充电电路；当电阻信号值接近预设电阻值时，通过与微控制器连接的蜂鸣器或LED灯进行预警警示；当电阻信号值可能超过预设电阻值时，通过预设警示信息通知用户进行更换或维修。
本发明还提供另一种采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、将充电机上的充电枪插入电池的充电接头端进行恒流充电，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；所述第一电阻测量仪包括充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪和电池端的第二电压测量仪；所述第二电阻测量仪包括电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪和充电机端的第一电压测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值，并通过以下公式分别计算得到在恒流充电模式下包含充电机电缆的充电枪接头的等效电阻：
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的输入充电电压、I充电机是充电机内部通过第一电流测量仪测量得到的输出充电电流，I电池是电池内部通过第二电流测量仪测量得到的输入充电电流，R接头，恒流为恒流充电模式下充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤Ⅱ、将微控制器采集得到的充电枪接头的等效电阻与微控制器内的预设电阻值进行比较，如果充电枪接头的等效电阻超过微控制器内的预设电阻值，则微控制器发出控制信号以对充电枪的使用情况进行预警。
优选的是，所述预警包括当电阻信号值超过微控制器内预设电阻值时，通过微控制器切断充电电路；当电阻信号值接近预设电阻值时，通过与微控制器连接的蜂鸣器或LED灯进行预警警示；当电阻信号值可能超过预设电阻值时，通过预设警示信息通知用户进行更换或维修。
在本发明中，所述微控制器可采用充电机原有微控制器、51单片机、AVR单片机、PIC单片机、STM32单片机、TMS单片机、STC单片机中的一种、或其他任何具备相似功能的控制器或ASIC芯片。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明的充电预警方法具备回馈电路及回馈机制，不仅可以即时监控充电电路导通品质，并实践一系列预警动作，以确保使用者、新能源汽车与充电机的安全。这个侦测电路可即时监控充电枪接头(含电缆)电阻，当接头(含电缆)电阻即将超标时，A)可通知充电机营运商及制造商，以进行更换或维修，B)可在充电枪上提供警告，提醒使用者注意安全，C)必要时可停止充电机的充电功能，保护使用者、新能源汽车及充电机。
(2)本发明可实时监控充电电路的导通接触品质，使新能源汽车在长时充电时，能提供主动、实时与准确的人、车、机安全保护。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明具备预警功能的电动车充电机系统的结构示意图；
图2为本发明充电机中的充电机与电池透过充电枪接头连接形成的电路及结构示意图；
图3为本发明提出的充电机预警功能流程图；
图4为国标GB T-27930-20145中充电机充电阶段的流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了本发明的所述具备预警功能的电动车充电机系统，包括充电机、充电枪和电池，所述充电机上设置有用于测量充电机输出电压与输出电流的第一电压测量仪与第一电流测量仪；所述电池上设置有用于测量电池输入电压与输入电流的第二电压测量仪与第二电流测量仪；整合充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪与电池端的第二电压测量仪，即为充电机接头等效电阻的第一电阻测量仪；整合电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪与充电机端的第一电压测量仪，即为充电机接头等效电阻的第二电阻测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；
其中，所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值，并发出控制信号对充电枪(含电缆)的使用情况进行预警。
其中，图2示出了本发明充电机中的充电机与电池透过充电枪接头连接形成的电路及结构示意图；图3为示出了本发明提出的充电机预警功能流程图；
本发明的一种在恒压充电模式下采用上述的具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，包括以下步骤：
步骤一、将充电机上的充电枪插入电池的充电接头端进行恒压充电，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；所述第一电阻测量仪包括充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪和电池端的第二电压测量仪；所述第二电阻测量仪包括电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪和充电机端的第一电压测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值。充电机与电池端的电压与电流测量仪存在测量上的可能差异。譬如：充电机量测到的输出电压与电池上量测到的输入电压可能不同。因此，我们可以透过以下两个方程式，分别计算得到基于充电机和基于电池的包含充电机电缆的充电枪接头等效电阻。并经过适当处理来减少测量误差的不良影响。
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的输入充电电压、I充电机是充电机内部通过第一电流测量仪测量得到的输出充电电流；R接头，恒压，充电机为基于充电机得到的充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻。
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的的输入充电电压、I电池是电池内部通过第二电流测量仪测量得到的输入充电电流；R接头，恒压，电池为基于电池得到的充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤二、由于充电机与电池上的电压/电流感测器不一样，彼此存在量测误差，因此充电枪接头等效电阻可以近似为上述两个电阻值的平均值，即
微控制器通过上述公式计算得到充电枪接头等效电阻：其中R接头，恒压为恒压充电模式下充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤三、将微控制器采集得到的充电枪接头的等效电阻与微控制器内的预设电阻值进行比较，如果充电枪接头的等效电阻超过微控制器内的预设电阻值，则微控制器发出控制信号对充电枪的使用情况进行预警。
在上述技术方案中，所述预警包括当电阻信号值超过微控制器内预设电阻值时，通过微控制器切断充电电路；当电阻信号值接近预设电阻值时，通过与微控制器连接的蜂鸣器或LED灯进行预警警示；当电阻信号值可能超过预设电阻值时，通过预设警示信息通知用户进行更换或维修。
在上述技术方案中，所述微控制器可采用充电机原有微控制器、51单片机、AVR单片机、PIC单片机、STM32单片机、TMS单片机、STC单片机中的一种、或其他任何具备相似功能的控制器或ASIC芯片。
本发明还提供一种在恒流充电模式下采用上述的具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、将充电机上的充电枪插入电池的充电接头端进行恒流充电，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；所述第一电阻测量仪包括充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪和电池端的第二电压测量仪；所述第二电阻测量仪包括电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪和充电机端的第一电压测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值；在恒流充电时，充电机提供恒电流的输出对电池充电；虽然充电机与电池上的电压/电流测量仪彼此可能存在量测误差，但因为是恒电流充电，充电机提供的电流必须等于流入电池的电流，因此从充电机流入电池的电流可设为充电机流出电流与电池流入电流的平均值；通过以下公式分别计算得到在恒流充电模式下包含充电机电缆的充电枪接头的等效电阻：
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的输入充电电压、I充电机是充电机内部通过第一电流测量仪测量得到的输出充电电流，I电池是电池内部通过第二电流测量仪测量得到的输入充电电流，R接头，恒流为恒流充电模式下充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤Ⅱ、将微控制器采集得到的充电枪接头的等效电阻与微控制器内的预设电阻值进行比较，如果充电枪接头的等效电阻超过微控制器内的预设电阻值，则微控制器发出控制信号以对充电枪的使用情况进行预警。
在上述技术方案中，所述预警包括当电阻信号值超过微控制器内预设电阻值时，通过微控制器切断充电电路；当电阻信号值接近预设电阻值时，通过与微控制器连接的蜂鸣器或LED灯进行预警警示；当电阻信号值可能超过预设电阻值时，通过预设警示信息通知用户进行更换或维修。
在上述技术方案中，所述微控制器可采用充电机原有微控制器、51单片机、AVR单片机、PIC单片机、STM32单片机、TMS单片机、STC单片机中的一种、或其他任何具备相似功能的控制器或ASIC芯片。
图4是国标GB T-27930中充电机充电阶段的流程图。根据国标GBT-27930，实际充电时，BMS在第(n)时刻向充电机传送BCL及BCS。BCL中有电池在第(n+1)时刻的电压与电流需求及充电模式。BCS中有BMS在第(n)时刻对电池充电电压与电流的量测值，即V电池(n)及I电池(n)。而充电机收到这些讯息后，发出第(n)时刻的CCS，内含第(n+1)时刻的电压电流输出值，即V充电机(n+1)及I充电机(n+1)。
因此，在恒压充电时第(n)时刻的充电枪接头等效电阻为：
在恒流充电模式下的充电阶段的第(n)时刻的充电枪接头等效电阻为
根据以上推导，可得出在恒压或恒流充电模式下的充电阶段的充电枪接头等效电阻为
R接头、恒压(n),n＝1,2,3,...,etc
R接头、恒流(n),n＝1,2,3,...,etc
换句话说，我们可以即时量测出充电阶段时的充电枪接头(含电缆)等效电阻值。
当充电枪接头(含电缆)的等效电阻过大时，会导致充电枪及电缆温升，进而危害人身、新能源汽车及充电机安全。因此本专利的目的，在即时监控充电枪接头(含电缆)效电阻，确保人身、新能源汽车及充电机安全。未达此目的，我们可对充电枪接头等效(含电缆)电阻从一开始充电时就加以监控，并记录充电枪接头(含电缆)等效电阻，
R接头(n),n＝1,2,3,...,etc
最后，充电枪接头(含电缆)等效电阻与预警电阻值(以R接头,std表示之)相比较，以决定此时充电机该产生哪种预警讯号。
检测充电枪接头(含电缆)等效电阻是否超标的方式有很多种，以下列举几种常见的预测方式以供参考。
A.绝对法：对任意n，超标条件为
R接头(n)≥R接头，std
B.等差预测法：对任意n，超标条件为
R接头(n+1)≈R接头(n)+[R接头(n)-R接头(n-1)]≥R接头，std
C.最大等差预测法：对任意n，超标条件为
D.等比预测法：对任意n，超标条件为
E.最大等比预测法：对任意n，超标条件为
F.自我回归预测法：对任意n，超标条件为
R接头(n+1)≈a(n-1)R接头(n)+a(n-2)R接头(n-1)+...+a(n-m)R接头(n-m+1)≥R接头，std
m为一事先选定的值；a(n-1),a(n-2),…,a(n-m)为下列方程式的最小均方解
R接头(n)＝a(n-1)R接头(n-1)+a(n-2)R接头(n-2)+...+a(n-m)R接头(n-m)
G.自我回归预测法：对任意n,p，超标条件为
R接头(n+p)≈a(n)R接头(n)+a(n-1)R接头(n-1)+...+a(n-m)R接头(n-m)≥R接头，std
m为一事先选定的值；a(n),a(n-1),a(n-m)为下列方程式的最小均方解
R接头(n+p)＝a(n)R接头(n)+a(n-1)R接头(n-1)+...+a(n-m)R接头(n-m)
方法B-F虽仅预测下一瞬间的充电枪接头电阻值，但相同观念也可推广到预测下下瞬间的充电枪接头(含电缆)电阻。以方法B为例，
R接头(n+2)≈R接头(n)+2[R接头(n)-R接头(n-1)]
而方法G则可直接用来预测未来(n+p)瞬间的充电枪接头(含电缆)电阻。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将充电机上的充电枪插入电池的充电接头端进行恒压充电，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；所述第一电阻测量仪包括充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪和电池端的第二电压测量仪；所述第二电阻测量仪包括电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪和充电机端的第一电压测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值，通过两个公式分别计算得到基于充电机和基于电池的包含充电机电缆的充电枪接头的等效电阻：
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的输入充电电压、I充电机是充电机内部通过第一电流测量仪测量得到的输出充电电流，R接头，恒压，充电机为基于充电机得到的充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的的输入充电电压、I电池是电池内部通过第二电流测量仪测量得到的输入充电电流，R接头，恒压，电池为基于电池得到的充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤二、微控制器通过以下公式计算得到恒压充电模式下的充电枪接头的等效电阻：
其中R接头，恒压为恒压充电模式下充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤三、将微控制器采集得到的充电枪接头的等效电阻与微控制器内的预设电阻值进行比较，如果充电枪接头的等效电阻超过微控制器内的预设电阻值，则微控制器发出控制信号对充电枪的使用情况进行预警。
2.如权利要求1所述的采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，其特征在于，所述预警包括当充电枪接头的等效电阻超过微控制器内预设电阻值时，通过微控制器切断充电电路；当充电枪接头的等效电阻接近预设电阻值时，通过与微控制器连接的蜂鸣器或LED灯进行预警警示；当充电枪接头的等效电阻可能超过预设电阻值时，通过预设警示信息通知用户进行更换或维修。
3.一种采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、将充电机上的充电枪插入电池的充电接头端进行恒流充电，通过第一电阻测量仪对充电机输出充电电压、输出充电电流和电池输入充电电压进行采集，通过第二电阻测量仪对电池输入充电电压、输入充电电流和充电机输出充电电流进行采集；所述第一电阻测量仪包括充电机端的第一电压测量仪、第一电流测量仪和电池端的第二电压测量仪；所述第二电阻测量仪包括电池端的第二电压测量仪、第二电流测量仪和充电机端的第一电压测量仪；所述第一电阻测量仪和第二电阻测量仪均连接至一微控制器；所述微控制器接收来自第一电阻测量仪和第二电阻测量仪的信号值，并通过以下公式分别计算得到在恒流充电模式下包含充电机电缆的充电枪接头的等效电阻：
其中，V充电机是充电机内部通过第一电压测量仪测量得到的充电机输出充电电压、V电池是电池内部通过第二电压测量仪测量得到的输入充电电压、I充电机是充电机内部通过第一电流测量仪测量得到的输出充电电流，I电池是电池内部通过第二电流测量仪测量得到的输入充电电流，R接头，恒流为恒流充电模式下充电枪接头的等效电阻，其包括充电机电缆的等效电阻；
步骤Ⅱ、将微控制器采集得到的充电枪接头的等效电阻与微控制器内的预设电阻值进行比较，如果充电枪接头的等效电阻超过微控制器内的预设电阻值，则微控制器发出控制信号以对充电枪的使用情况进行预警。
4.如权利要求3所述的采用具备预警功能的电动车充电机系统进行预警的方法，其特征在于，所述预警包括当充电枪接头的等效电阻超过微控制器内预设电阻值时，通过微控制器切断充电电路；当充电枪接头的等效电阻接近预设电阻值时，通过与微控制器连接的蜂鸣器或LED灯进行预警警示；当充电枪接头的等效电阻可能超过预设电阻值时，通过预设警示信息通知用户进行更换或维修。
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