CN106994907B - 一种电动汽车便携直流充电设备及其输入功率限制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动汽车便携直流充电设备及其输入功率限制方法。其中，该便携直流充电设备将充电设备本体与交流输入线缆进行分离设计，采用对插方式连接，从而可以为一台便携充电设备提供多套不同规格的输入线缆；由于交流输入功率连接插座的唯一性，充电设备本体每次能且仅能与一套交流输入线缆连接，不存在多余插头悬空带电的风险，保证客户使用人身安全。该输入功率限制方法，通过便携充电设备自行识别输入线缆标识位，从而确定出输入线缆规格，并通过与充电后级的BMS反馈功率相比较，从而能够对输出功率进行控制，使得充电设备本体可以根据输入线缆规格自动限制输入功率，避免人为操作不当导致的使用风险。

Description

一种电动汽车便携直流充电设备及其输入功率限制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车直流充电设备，具体为一种电动汽车便携直流充电设备及其输入功率限制方法。
背景技术
电动汽车便携充电设备虽然强调便携性，但由于客户对电动汽车充电速度的要求使得电动汽车充电设备在设计时会尽可能压榨输入功率，即尽可能使用到供电源输出的最大功率。目前市面上已有的电动汽车便携充电设备多数采用固定某种规格输入线缆，同时根据BMS的需求与设备输出能力取交集输出功率，但是由于便携设备的安装使用方式不同于标准电动汽车充电桩，便携设备由于便携的需求，供电源存在随机性，无法做到输入端供电能力百分百完全满足便携充电设备用电需求。
在这种应用时存在两个重大问题：一、由于电动汽车便携充电设备需求输入功率超过前级供电源供电能力，导致前级保护设备动作跳闸，甚至当输入功率超过前级线缆承受能力时将引发线缆绝缘老化、失效、起火等重大安全事故。二、同时由于此类电动汽车便携充电设备输入线缆规格固定，造成用户在使用时受使用场所供电端子类型不兼容限制而无法使用设备的问题。
同时市面上也有部分厂家设计的便携充电设备会同时配置两种输入线缆一般多为国标插头和功率电缆组合，需要客户在使用时根据现场使用的线缆通过设备上的特定按钮告知设备此时前级输入功率。
这种应用中存在两个重大问题：一、如果客户在设置时人为操作错误，选用小功率线缆但设备设置为大功率模式时，就会引起设备输入线缆及前级供电线缆出现严重过负荷引发线缆过热、绝缘失效、甚至起火等重大风险。二、由于设备同时配置两种输入线缆，那么没有接入前级输入端口而悬空的线缆端子上存在带电、漏电的风险。
综上所述，现有技术存在以下四个问题：(一)便携充电设备只配置一种规格输入线缆时，存在线缆规格与供电源规格不一致，导致客户无法使用。(二)便携充电设备没有限制输入功率功能时，存在充电设备实际输入功率超过前级供电功率，导致输入线缆过热、绝缘失效、甚至起火的重大安全隐患。(三)便携充电设备同时配置国标插头及功率线缆两种输入线缆时，存在没有接入前级输入端口而悬空的线缆端子上存在带电、漏电的风险。(四)便携充电设备具备输入限功率功能，但需要使用者现场设置时，存在使用者设置错误，从而引发设备输入功率超过前级供电功率，导致输入线缆过热、绝缘失效、甚至起火的重大安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电动汽车便携直流充电设备及其输入功率限制方法，结构简单，设计合理，使用方便，安全可靠。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种电动汽车便携直流充电设备，包括充电设备本体和N种规格的交流输入线缆；所述N种规格的交流输入线缆一端分别设置对应规格要求的标准插头，另一端分别设置交流输入功率连接器；交流输入功率连接器内设置有一个参考电平信号公共端子、N个信号端子和多个功率端子；功率端子用来连接交流输入线缆；N个信号端子与N种规格的交流输入线缆一一对应，且与交流输入线缆对应的信号端子分别与参考电平信号公共端子短接；其中，N为正整数；所述的充电设备本体包括控制单元，以及依次连接的交流输入功率连接插座、AC/DC功率模块单元和直流控制保护及枪头单元；交流输入功率连接插座与交流输入功率连接器插接配合；控制单元分别通过通讯端口连接交流输入功率连接插座、AC/DC功率模块单元和直流控制保护及枪头单元；控制单元用于通过交流输入功率连接插座检测交流输入功率连接器中信号端子的短接状态，对比得到交流输入线缆规格，并根据交流输入线缆规格控制AC/DC功率模块单元输出，以限制充电设备的输入功率。
优选的，交流输入功率连接插座上设置有与交流输入功率连接器一一对应的插座信号公共端子、插座信号端子和插座功率端子。
进一步，插座信号公共端子与控制单元的参考电平信号端电气连接；插座信号端子分别与控制单元的N个DI端口一一对应连接。
优选的，所述功率端子的数量为与L、N、PE交流输入线缆对应的三个，或者为与L1、L2、L3、N、PE交流输入线缆对应的五个。
优选的，所述的充电设备本体还包括用于为充电设备本体中各组件提供低压供电电源的辅助电源。
优选的，所述的充电设备本体还包括与控制单元交互的人机交互界面，以及串联连接在交流输入功率连接插座与AC/DC功率模块单元之间的交流计量电表；控制单元还用于通过通讯端口获取交流计量电表的计量数据，并将计量数据输出至所述人机交互界面进行显示。
一种电动汽车便携直流充电设备输入功率的限制方法，通过识别交流输入功率连接器与交流输入电缆一一对应的信号标识，确定交流输入电缆规格；将交流输入电缆规格中的传输功率与被充电电池包对应的BMS反馈的需求功率进行比较，以较小的功率控制充电设备本体的功率输出，从而限制充电设备的输入功率。
优选的，基于本发明所述的电动汽车便携直流充电设备，具体包括如下步骤，
步骤1，根据前级供电电源供电插座，选择对应标准插头的交流输入线缆进行连接，并通过交流输入功率连接器和交流输入功率连接插座与充电设备本体连接；充电设备本体启动并初始化；
步骤2，控制单元通过交流输入功率连接插座检测交流输入功率连接器中信号端子的短接状态，识别出短接的信号端子，并根据对应的信号端子编码确定出对应的交流输入线缆规格，及根据交流输入线缆规格确定交流输入线缆传输功率；其中，信号端子编码作为对应交流输入电缆的信号标识；
步骤3，根据与直流控制保护及枪头单元连接的被充电电池包对应的BMS反馈的需求功率，判断连接的交流输入线缆传输功率是否大于需求功率；
如果大于，则根据BMS反馈的需求功率，由控制单元控制AC/DC功率模块单元的功率输出，以限制充电设备的输入功率；
如果不大于，则根据交流输入线缆的传输功率，由控制单元控制AC/DC功率模块单元的功率输出，以限制充电设备的输入功率。
进一步，控制单元通过交流输入功率连接插座检测交流输入功率连接器中信号端子的短接状态，识别出短接的信号端子的具体步骤为：控制单元判断与信号端子一一对应的DI端口是否存在参考电平信号；若存在，则存在参考电平信号的信号端子，即为短接的信号端子；若不存在，则重复步骤1的操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述便携充电设备将充电设备本体与交流输入线缆进行分离设计，采用对插方式连接，从而可以为一台便携充电设备提供多套不同规格的输入线缆，便于客户根据实际情况进行输入线缆定制化选择。同时，由于交流输入功率连接插座的唯一性，充电设备本体每次能且仅能与一套交流输入线缆连接，不存在多余插头悬空带电的风险，保证客户使用人身安全。
本发明所述方法，通过便携充电设备自行识别输入线缆标识位，从而确定出输入线缆规格，并通过与充电后级的BMS反馈功率相比较，从而能够对输出功率进行控制，使得充电设备本体可以根据输入线缆规格自动限制输入功率，避免人为操作不当导致输入功率仍超过前级供电规格导致的使用风险。
附图说明
图1是本发明实例中所述电动汽车便携直流充电设备的组成单元框图；
图2是本发明实例中所述电动汽车便携直流充电设备各组件电气与信号连接示意图；
图3是本发明实例中所述交流输入功率连接器端子结构示意图；
图4是本发明实例中所述控制单元DI端口示意图；
图5是本发明实例中所述输入功率限制方法的逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明的核心是将电动汽车便携直流充电设备的输入线缆与设备本体采用对插方式进行连接，用户根据前级供电源供电能力只能从多套输入线缆中选用一套输入线缆，通过在对插端子上设计与线缆规格唯一对应的信号标识，本优选实例中采用信号端子编码作为信号标识，结合便携直流充电设备中控制单元的对比控制，使便携直流充电设备自动识别输入线缆规格以限制输入功率，达到安全使用功能。
本发明能够自动识别输入线缆、限制电动汽车便携直流充电设备输入功率，通过系统自动识别输入线缆的信号标识，结合控制逻辑限制输入功率。其中，输入线缆规格可以确定线缆的传输功率。
具体的，本发明一种电动汽车便携直流充电设备，如图1所示，其包括交流输入线缆、交流输入功率连接器、交流输入功率连接插座、AC/DC功率模块单元、直流控制保护及枪头单元、控制单元、交流计量电表、辅助电源、人机交互界面。各单元电气连接关系如图2。交流输入功率连接器的输入端连接交流输入线缆，输出端通过交流输入功率连接插座分别连接AC/DC功率模块单元和控制单元；交流计量电表串联连接在交流输入功率连接插座与AC/DC功率模块单元之间；所述控制单元还用于通过通讯端口获取交流计量电表的计量数据，并将计量数据输出至所述人机交互界面进行显示；AC/DC功率模块单元输出端连接直流控制保护及枪头单元，控制单元与人机交互界面、AC/DC功率模块单元和直流控制保护及枪头单元交互；辅助电源输出端分别连接交流输入功率连接插座、控制单元和直流控制保护及枪头单元。
AC/DC功率模块单元：根据控制单元的命令，高效可靠的实现交流电到直流电的转换；
直流控制保护及枪头单元：实现AC/DC功率模块单元与车辆之间的直流功率连接及保护功能；
交流计量电表：对交流输入设备的电能进行电量计量，并通过通讯接口告知控制单元并在人机交互液晶屏上进行显示；
控制单元：与各组成单元通过通讯端口对各单元实现逻辑控制，保证充电控制逻辑正确，可靠，安全，在本发明中控制单元需要识别交流输入功率连接器中反馈的信号标识以识别出输入线缆规格，从而限制输入功率；
人机交互界面：显示充电设备相关信息，完成人机信息与控制交互；本优选实例中采用人机交互液晶屏；
辅助电源：为充电设备中各组件提供合适的低压供电电源，保证各组件正常工作及通讯；
交流输入线缆与交流输入功率连接器输入端连接，交流输入功率连接器与交流输入功率连接插座插接连接：多套不同规格的输入线缆与内置功率端子连接，每一种不同规格的输入线缆对应唯一的信号端子。与交流输入功率连接器对插的交流输入功率连接插座也有一一对应的功率端子与信号端子。交流输入功率连接器与充电设备本体上的交流输入功率连接插座对插，达到输入功率线缆及连接器内部信号节点与设备本体电气连接。每个交流输入功率连接器中有不同数量的功率端子和信号端子，功率端子用来连接交流输入线缆，为充电设备提供一定功率的输入电能。根据输入线缆规格数量N，在连接器及插座上设置N+1个信号端子，同时在N+1个信号端子上选定一个信号端子作为参考电平信号公共端子，本优选实例中采用信号公共地端子作为参考电平信号公共端子，每种不同规格输入线缆连接的信号端子中设置不同，且当用户选择合适的输入线缆插入后，则与输入线缆规格对应的唯一信号端子与信号公共地端子短接。将对插座N+1个信号端子中不为公共地端子的N个信号端子与控制单元中一组N个数字输入采样上拉DI端口实现电气连接，同时将对插座中设为信号公共地的端子与控制单元中信号电平地实现电气连接。
在一种优选方案中，选用6种规格的输入线缆，分别命名为线缆A、线缆B、线缆C、线缆D、线缆E、线缆F，输入功率线缆由L、N、PE组成，根据选型设计功率信号转接器中有3个功率端子、7个信号端子。如图3所示输入功率线缆L、N、PE依次连接1、2、3号功率端子，信号端子中10号端子为信号公共地端子，在线缆A匹配的连接器中短接信号端子4和信号公共地端子10，线缆B匹配的连接器中短接信号端子5和信号公共地端子10，以此类推，线缆C对应6和10，线缆D对应7和10，线缆E对应8和10，线缆F对应9和10。
其中，功率端子数目也可以为5个，分别对应L1、L2、L3、N、PE，即对应三相电源的实施例。
如图4所示，当用户选定一套输入线缆通过交流输入功率连接器与设备本体对插座相连时，连接器中唯一与信号公共地端子短接的信号端子会通过对插座将控制单元中与其相连的DI端口电平拉至低电平，而其他DI端口由于没有电路与地电平相连会在电路中呈现高电平电位。在本发明中能够通过参考电平信号公共端子来实现控制单元的检测电平为高电平或低电平，本优选实例以低电平为例进行说明。控制单元通过检测这一组DI端口的电平高低，识别客户使用的输入线缆规格，并根据编辑好的控制逻辑，判断与BMS需求功率的大小，按提前约定的输入线缆载流能力给AC/DC功率模块单元下发命令，限制输入功率，从而达到自动识别输入线缆，限制输入功率，保护输入线缆及前级配电单元的作用。如图3所示，图3中的交流输入功率连接器信号端子与图4控制单元DI端口一一对应。
如图5所示，客户根据实际供电端口选择合适的输入线缆后，将线缆与交流输入功率连接器对应连接，并将交流输入功率连接器接入设备本体插座中，系统上电、控制单元上电后，控制单元检测DI口上设计的各端口高低电平，当检测到有且仅有一个端口电平为低电平时，会根据预先设计的逻辑给AC/DC功率模块单元下发限功率命令，进一步地，控制单元识别低电平端口编码对应的交流输入线缆传输功率之后，判断交流输入线缆的传输功率是否大于BMS反馈的需求功率，若大于，则控制AC/DC功率模块单元的功率输出，以限制充电设备的输入功率为BMS反馈的需求功率，若不大于，则限制充电设备的输入功率为交流输入线缆的传输功率。需要说明的是，由于实际供电端口的输出电压为标准输出电压，因此，通过上述方案达到限制充电设备输入功率的同时，也达到了限制充电设备输入电流的目的，从而通过上述方案达到限制输入电流、输入功率的目标。例如，线缆A为220V@10A国标线缆，根据GB/T18487.1-2015要求，10A线缆电流不能超过8A，输入线缆与交流输入功率连接器，并与设备本体连接后，控制单元检测到4号线对应的第7个DI端口为低电平后，控制单元通过命令AC/DC功率模块单元限制输出功率，若控制单元检测到BMS需求电流小于8A，则控制单元控制输入电流为BMS需求电流，若BMS需求电流大于等于8A，则控制输入电流为8A，以限制输入功率，达到保护输入线缆及前级供电电路的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种电动汽车便携直流充电设备，其特征在于，包括充电设备本体和N种规格的交流输入线缆；
所述N种规格的交流输入线缆一端分别设置对应规格要求的标准插头，另一端分别设置交流输入功率连接器；交流输入功率连接器内设置有一个参考电平信号公共端子、N个信号端子和多个功率端子；功率端子用来连接交流输入线缆；N个信号端子与N种规格的交流输入线缆一一对应，且与交流输入线缆对应的信号端子分别与参考电平信号公共端子短接；其中，N为正整数；
所述的充电设备本体包括控制单元，以及依次连接的交流输入功率连接插座、AC/DC功率模块单元和直流控制保护及枪头单元；
交流输入功率连接插座与交流输入功率连接器插接配合；控制单元分别通过通讯端口连接交流输入功率连接插座、AC/DC功率模块单元和直流控制保护及枪头单元；控制单元用于通过交流输入功率连接插座检测交流输入功率连接器中信号端子的短接状态，对比得到交流输入线缆规格，并根据交流输入线缆规格控制AC/DC功率模块单元输出，以限制充电设备的输入功率；
交流输入功率连接插座上设置有与交流输入功率连接器一一对应的插座信号公共端子、插座信号端子和插座功率端子；
所述功率端子的数量为与L、N、PE交流输入线缆对应的三个，或者为与L1、L2、L3、N、PE交流输入线缆对应的五个。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携直流充电设备，其特征在于，插座信号公共端子与控制单元的参考电平信号端电气连接；插座信号端子分别与控制单元的N个DI端口一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携直流充电设备，其特征在于，所述的充电设备本体还包括用于为充电设备本体中各组件提供低压供电电源的辅助电源。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车便携直流充电设备，其特征在于，所述的充电设备本体还包括与控制单元交互的人机交互界面，以及串联连接在交流输入功率连接插座与AC/DC功率模块单元之间的交流计量电表；控制单元还用于通过通讯端口获取交流计量电表的计量数据，并将计量数据输出至所述人机交互界面进行显示。
5.一种电动汽车便携直流充电设备输入功率的限制方法，其特征在于，通过识别交流输入功率连接器与交流输入电缆一一对应的信号标识，确定交流输入电缆规格；将交流输入电缆规格中的传输功率与被充电电池包对应的BMS反馈的需求功率进行比较，以较小的功率控制充电设备本体的功率输出，从而限制充电设备的输入功率。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车便携直流充电设备输入功率的限制方法，其特征在于，基于权利要求1-4任意一项所述的电动汽车便携直流充电设备，具体包括如下步骤，
步骤1，根据前级供电电源供电插座，选择对应标准插头的交流输入线缆进行连接，并通过交流输入功率连接器和交流输入功率连接插座与充电设备本体连接；充电设备本体启动并初始化；
步骤2，控制单元通过交流输入功率连接插座检测交流输入功率连接器中信号端子的短接状态，识别出短接的信号端子，并根据对应的信号端子编码确定出对应的交流输入线缆规格，及根据交流输入线缆规格确定交流输入线缆传输功率；其中，信号端子编码作为对应交流输入电缆的信号标识；
步骤3，根据与直流控制保护及枪头单元连接的被充电电池包对应的BMS反馈的需求功率，判断连接的交流输入线缆传输功率是否大于需求功率；
如果大于，则根据BMS反馈的需求功率，由控制单元控制AC/DC功率模块单元的功率输出，以限制充电设备的输入功率；
如果不大于，则根据交流输入线缆的传输功率，由控制单元控制AC/DC功率模块单元的功率输出，以限制充电设备的输入功率。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车便携直流充电设备输入功率的限制方法，其特征在于，控制单元通过交流输入功率连接插座检测交流输入功率连接器中信号端子的短接状态，识别出短接的信号端子的具体步骤为：控制单元判断与信号端子一一对应的DI端口是否存在参考电平信号；若存在，则存在参考电平信号的信号端子，即为短接的信号端子；若不存在，则重复步骤1的操作。
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