CN107154565B - 一种交直流通用的充电桩插头、插座及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交直流通用的充电桩插头、插座及其控制方法，解决了现有技术中交直流电动汽车充电插头不能共用的问题。一种交直流通用的充电桩插头、插座，所述的插头设置在充电桩上，通过电缆与充电桩内部的相应线路或单元连接，插座设置在需要利用充电桩充电的电池或电池控制器上，所述的插头包括第一插针DC+/L、第二插针DC‑/N、第三插针PE、第四插针A+、第五插针A‑，在插座内设置有与插针对应数量和位置的五个插孔，所述插座设置在交流充电电动汽车上时，插座内的第四插孔、第五插孔对应连接的电缆线连接部为断路；所述插座设置在直流充电电动汽车上时，插座内的第四插孔、第五插孔对应连接的电缆线连接部为通路。

Description

一种交直流通用的充电桩插头、插座及其控制方法

技术领域

本发明涉及充电桩应用技术领域，具体涉及一种交直流通用的充电桩插头、插座及其控制方法。

背景技术

随着新型能源的高速发展，国家大力支持新能源汽车技术的开发和创新，当前，电动汽车作为新能源开发的突出代表，已成为引领汽车行业新时代的重要发展方向，而电动汽车的充换电系统则起到了能量补给的作用，为电动汽车连续的快速行驶，不受充电时间约束提供了保障，是电动汽车重要的基础支撑系统。

在传统电网中，通过传统线缆传输的对象时传统电能，只有通过各种线缆连接到相应的变压站才能使用电能。对于电动汽车来讲，能够使其工作的电池是电动汽车的核心部件之一。而如何解决电动汽车的电池充电问题成为迫切需要解决的技术问题。

在现有技术中，电动汽车一般具有两种充电方式，一种是交流电进行充电，另一种是直流电进行充电，交流充电桩一般是小功率充电，优点在于只要有可充插座，可以随时随地进行充电，直流充电桩具有大功率充电的功能，但是充电桩只能安装在固定的地点，电动汽车根据不同的需求采用两种不同的充电方式，对应的插头和插座并不能统一使用，给电动汽车的充电带来了较多的麻烦。

申请公布号为CN 101834388 A，发明名称为一种插头和插座的专利申请文件公开了一种充电桩用的插头和插座，但是该专利只是在插头和插座中连接不同的电缆线实现交流直流连接通电，并不能实现一个插头根据需要判断选择出交、直流充电，因此，一种交直流通用的充电桩插头与插座是亟待需求的。

发明内容

本发明公开了一种交直流通用的充电桩插头、插座及其控制方法，解决了现有技术中交直流电动汽车充电插头不能共用的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种交直流通用的充电桩插头、插座，所述的插头设置在充电桩上，通过电缆与充电桩内部的相应线路或单元连接，插座设置在需要利用充电桩充电的电池或电池控制器上，其特征在于：所述的插头包括第一插针DC+/L、第二插针DC-/N、第三插针PE、第四插针A+、第五插针A-，所述第一插针DC+/L、第二插针DC-/N、第三插针PE组成充电桩的充电模块，第四插针A+、第五插针A-组成充电桩的辅助电源模块，所述的充电模块、辅助电源模块与控制模块进行电连接，所述的控制模块为单片机，在插座内设置有与插针对应数量和位置的五个插孔，分别为第一插孔、第二插孔、第三插孔、第四插孔、第五插孔，所述插座设置在交流充电电动汽车上时，插座内的第四插孔、第五插孔对应连接的电缆线连接部为断路；所述插座设置在直流充电电动汽车上时，插座内的第四插孔、第五插孔对应连接的电缆线连接部为通路。

所述的插头内还设置有信息检测与监控模块，所述的信息检测与监控模块包括第六插针CC1、第七插针CC2，所述的信息检测与监控模块在直流电路中用于检测充电桩插头与插座的连接状态是否正常；信息检测与监控模块在交流电路中用于检测连接状态以及PWM的检测。

所述的信息检测与监控模块包括插头中的第八插针S+、第九插针S-，所述的第八插针S+、第九插针S-为备用Can总线，用于检测电池的认证信息和电池的充电状态信息。

一种充电桩插头、插座连通充电的控制方法，其特征在于：

第一步：将充电桩插头与插座接通进行接触联通；

第二步：插头内的辅助电源插针与插座内对应的插孔接触连接后，检测插针与插座接通后是否是通路；

第三步：将第二步的检测结果反馈给控制模块，若反馈结果为通路，则控制模块通过选择开关选择接通直流电充电电路；若反馈结果为断路，则控制模块通过选择开关选择交流电充电电路；

第四步：当选择直流充电电路时，充电模块中所述插头内的第一插针通入直流电正极DC+，第二插针通入直流电负极DC-，第三插针PE为接地线，当选择交流充电电路时，充电模块中所述插头内的第一插针通入交流电火线L，第二插针通入交流电零线N，所述第三插针PE为接地线。

所述的交直流充电电路通过选择开关进行选择，所述的选择开关包括交流电路开关和直流电路开关，当选择开关选择交流电路开关时，直流充电电路为断路；当选择开关选择直流电路开关，交流充电电路为断路。

选择开关选择直流充电电路时，将接入的市电电路与直流充电开关接通，接入直流充电开关的市电电路流经直流充电处理模块后输出至充电模块的插针，控制模块启动充电模块开始充电。

选择开关选择交流充电电路时，将接入的市电电路与交流充电开关接通，接入交流充电开关的市电电路流经交流充电处理模块后输出至充电模块的插针，控制模块启动充电模块开始充电。

当充电电路中设置有信息检测与监控模块中的第六插针CC1、第七插针CC2时，在控制模块启动充电模块充电之前，需要先进行连接状态的检测，若连接状态正常，则控制模块启动充电模块开始充电，若连接状态检测异常，则通过手动调整插头与插座的接触状态，当连接状态指示灯正常显示，控制模块才开始启动充电模块电路进行充电。

当充电电路中设置有信息检测与监控模块的第八插针S+、第九插针S-时，所述的第八插针S+、第九插针S-用于检测电池的认证信息和电池的充电状态信息，充电电路中的直流充电处理模块或交流充电处理模块根据检测到的电池的认证信息在电压、电流处理模块转换成相应的电压、电流输出电路。

本发明的有益效果如下：本发明通过将插座中与九个插针相连的电缆线路区分为充电模块、辅助电源模块和信息检测与监控模块，通过辅助电源模块和信息检测与监控模块接收到的检测信号并反馈至控制模块，控制模块根据反馈信息选择出相应的充电电路。本发明结构合理，通过插针与插座配合工作，利用了充电桩插针所获得的信息，通过控制模块自主选择相应的充电电路，从而解决充电桩交直流不能用统一插头充电的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中直流充电桩内部电器结构示意图；

图2为现有技术中交流充电桩内部电器结构示意图；

图3为本发明的充电桩内部电器结构示意图；

图4为本发明所述充电桩插头与插座的市电转换结构示意图；

图5为本发明所述充电桩插头与插座的交直流判断流程图；

图6为本发明所述充电桩插头与插座的市电转换交直流充电流程图；

图7为本发明所述充电桩插头与插座五根插针连接的控制方法流程图；

图8为本发明所述充电桩插头与插座七根插针连接的控制方法流程图；

图9为本发明所述充电桩插头与插座九根插针连接的控制方法流程图；

图10为本发明的充电桩插头前视结构图；

图11为本发明的充电桩插头侧视结构图；

图12为本发明的充电桩插座前视结构图；

图13为本发明的充电桩插座侧视结构图；

图14为本发明的充电桩插头与插座插接的示意图；

图15为本发明的充电桩插头与插座插接的侧视示意图；

其中，5.插头；501. 第一插针DC+/L；502. 第二插针DC-/N；503. 第三插针PE；504. 第四插针A+；505. 第五插针A-；506. 第六插针CC1；507. 第七插针CC2；508. 第八插针S+；509. 第九插针S-；510. 插头连接壁；511.插头锁止装置；6. 插座；601. 第一插孔；602. 第二插孔；603. 第三插孔；604. 第四插孔；605. 第五插孔；606. 第六插孔；607.第七插孔；608. 第八插孔；609. 第九插孔；610. 插座连接壁；611. 插座锁止装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种充电桩插头和插座，所述的充电桩插头一般设置在充电桩上，通过电缆与充电桩内部的相应线路或单元连接，插座设置在需要利用充电桩充电的电池或电池控制器上，所述的插头包括第一插针DC+/L501，第二插针DC-/N502，第三插针PE503，第四插针A+504，第五插针A-505，其中，当插头接通直流电源电路时，第一插针通入直流电正极DC+，第二插针通入直流电负极DC-，当插头接入交流电源电路时，第一插针通入交流电火线L，第二插针通入交流电零线N，所述第三插针PE为接地线，第四插针A+为辅助电源正极接电线，第五插针A-为辅助电源负极接电线；所述的插座中包含有与插针对应数量和位置的插孔，包括第一插孔601、第二插孔602、第三插孔603、第四插孔604、第五插孔605，在插头5上设置有与插针对应连接的电缆线路连接部，在插座6上设置有与插孔对应连接的电缆线路连接部，所述插座设置在电池或电池控制器上采用交流电充电时，插座中与辅助电源插针对应的两个插孔之间断路，即使插头的辅压插针第四插针A+、第五插针A-与插座内的对应插孔接通后，辅助电源依然是断路状态，并不会供电；所述插座设置在在电池或电池控制器上采用直流电充电时，插座中与辅助电源插针对应的两个插孔之间为通路，当插头的辅压插针第四插针A+、第五插针A-与插座内的对应插孔接通后，辅助电源将对BMS电池管理系统进行供电；所述插头内的第一插针DC+/L501、第二插针DC-/N502、第三插针PE503组成了充电桩的充电模块，第四插针A+504，第五插针A-505组成充电桩的辅助电源模块，所述的充电模块、辅助电源模块与控制模块进行电连接，所述的控制模块为单片机。

具体的，所述的交流电充电插座内的第四插孔604、第五插孔605的电缆线路设置为断路，直流电充电插座内的第四插孔604、第五插孔605的电缆线路设置为通路。

优选的，所述的插头5与插座6通过二级插入或者二次接通进行联通，第一级插入将第三插针PE503、第四插针A+504、第五插针A-505与插座6内的第三插孔603、第四插孔604、第五插孔605进行接通连接，接通后将辅助电源模块中的电路信息反馈至控制模块，控制模块根据预设指令选择相应的充电电路并进行接通，将充电电路选择确认完成后，控制模块控制充电模块中插座5的第一插针DC+/L501、第二插针DC-/N502与插座6内的第一插孔601、第二插孔602电路接通，亦或者是提高第一插针DC+/L501、第二插针DC-/N502与插座6内的第一插孔601、第二插孔602的接触深度，实现充电模块进行充电，实现二级插入或者二次接通实现联通的方式进行充电。

进一步地，所述二级插入可以通过手动控制实现，也可以通过控制模块控制插针实现。

优选的，所述插头5内的插针还包括信息检测与监控模块，用以接收充电桩插头和插座连通后的电路信息并反馈给控制模块。

进一步地，所述的信息检测与监控模块包括插头5中的第六插针CC1506、第七插针CC2507，在对应的插座6内设置有第六插孔606、第七插孔607，所述的信息检测与监控模块中的第六插针CC1506、第七插针CC2507在直流电路中用于检测充电桩插头与插座的连接状态是否正常；所述的第六插针CC1506、第七插针CC2507在交流电路中用于检测连接状态以及PWM的检测，只有当充电连接状态指示灯正常显示时，控制模块才会启动充电模块开始充电，该设置在于向用户提醒充电时插头与插座正常连接，从而有效提高本发明的安全性和可靠性。

更进一步的，所述的信息检测与监控模块包括插头5中的第八插针S+508、第九插针S-509，在对应的插座6内设置有第八插孔608、第九插孔609，所述的信息检测与监控模块中的第八插针S+508、第九插针S-509为备用Can总线，所述的备用Can总线可以用于检测电池的认证信息和电池的充电状态信息，具体的，在插座6内设置有包含电池所有充电信息的模块，所述的充电信息模块与第八插孔608和第九插孔609电连接，插头5与插座6接通后，控制模块通过备用Can总线反馈回来的充电信息模块的信息进行判定电池是否合法，是否对电池进行充电；进而还可以在电池充电过程中，获得电池的充电状态信息。

所述的充电电路的选择通过选择开关进行控制，所述的选择开关包括交流电路开关和直流电路开关，所述的选择开关通过控制模块进行自动化控制。

本发明的工作原理如下：所述的插头5与插座6通过二级控制进行电路接通连接控制，当插头与插座插入连接后，首先将辅助电源的电路和信息检测与监控模块的电路进行接通，若辅助电源电路为通路，则充电电路选择直流电路；若辅助电源电路为断路，则充电电路选择为交流充电电路，控制模块根据充电信息模块反馈的信息确定充电电路，具体的，所述的控制模块与选择开关电连接，当市电接入选择开关时，若充电电路选择为交流充电电路，则将接入的市电电路选择与交流充电开关接通，接入交流充电开关的电路经过交流电处理模块处理后进行输出，具体的，所述的交流电处理模块包括电量统计信号电路、费用统计信号电路、急停信号电路等，此外，交流电充电电路根据需要通过变压器进行电压转换，如果不需要电压转换的话则交流电直接输出市电电路，将输出电路与充电庄插头中充电模块的插针进行电缆线连接；若充电电路选择为直流充电电路，将接入的市电电路选择与直流充电开关接通，接入直流充电开关的电路经过直流充电处理模块处理后进行输出，具体的，将接入直流电充电电路的市电通过整流器进行转换为直流电路，转换后的直流电路经DC-DC转换器进行直流电路转换，转换为充电所需要的直流电压、直流电流，将转换后的直流转换电路经滤波器进行处理，此外，在直流电充电电路中也设置有电量统计信号电路、费用统计信号电路、急停信号电路等，处理后的电路与充电庄插头中充电模块的插针进行电缆线连接；当选择开关选择交流充电开关时，直流充电电路断路，当选择开关选择直流开关时，交流充电电路断路；所述的充电电路选择以后，充电模块的插针与插座才开始进行通电。

优选的，所述的插孔内设置有冠簧，有效保证了插针与插孔连接的可靠性。

更进一步地，所述的充电桩插头的第三插针PE长度最长，接通时，第三插针PE与插座6上的第三插孔603最先接触；断开时，第三插针PE与插座6上的第三插孔603最后分离。

优选的，所述的第一插针DC+/L501、第二插针DC-/N502设置在插头5的上下方向靠近中间的部位，第三插针PE503设置在第一插针DC+/L501、第二插针DC-/N502的下方，所述的第四插针A+504、第五插针A-505设置在第三插针PE503的左右两侧，在第一插针DC+/L501、第二插针DC-/N502的上方设置第六插针CC1506、第七插针CC2507、第八插针S+508、第九插针S-509，所述的第六插针CC1506、第七插针CC2507、第八插针S+508、第九插针S-509在插头5上呈T字型布置，该设置既保证了插头的不同功能的电缆线相互分离，又保证了插头5与插座6的插接有且只有一种插接方式，避免在使用过程中由于误插而带来不必要的麻烦。

进一步地，所述插头的插针设置在基座上，在基座的周圈设置有插头连接壁510，在插头连接臂510的一个侧面上设置有插头锁止装置511，在对应插座基座的周圈设置有插座连接壁610，在插头5、插座6连接后与插头锁止装置511对应的位置设置有插座锁止装置611，所述的插头连接臂510与插座连接壁610配合连接，一方面保证对插座5上的插针和插座6上的插孔起到一定的保护作用，另一方面也提高了插头5与插座6连接的可靠性与安全性。

具体的，所述的插座锁止装置611为伸出插座连接壁610的卡舌，在插座锁止装置611上设置有卡接槽，所述的卡舌与卡接槽配合连接，该设置保证了插头与插座在充电时连接的稳定性，从而有限避免在充电过程中插头与插座脱落，保证了插头与插座在充电时插接的安全性和可靠性。

更进一步地，所述的插头5设置在充电枪上，该设置便于使用充电桩充电时进行操作插头5与插座6进行连接，从而提高本发明的快捷性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，所述的插头设置在充电桩上，通过电缆与充电桩内部的相应线路或单元连接，插座设置在需要利用充电桩充电的电池或电池控制器上，其特征在于：所述的插头(5)包括第一插针DC+/L(501)、第二插针DC-/N(502)、第三插针PE(503)、第四插针A+(504)、第五插针A-(505)，所述第一插针DC+/L(501)、第二插针DC-/N(502)、第三插针PE(503)组成充电桩的充电模块，第四插针A+(504)、第五插针A-(505)组成充电桩的辅助电源模块，所述的充电模块、辅助电源模块与控制模块进行电连接，所述的控制模块为单片机，在插座(6)内设置有与插针对应数量和位置的五个插孔，分别为第一插孔(601)、第二插孔(602)、第三插孔(603)、第四插孔(604)、第五插孔(605)，所述插座(6)设置在交流充电电动汽车上时，插座(6)内的第四插孔(604)、第五插孔(605)对应连接的电缆线连接部为断路；所述插座(6)设置在直流充电电动汽车上时，插座(6)内的第四插孔(604)、第五插孔(605)对应连接的电缆线连接部为通路；

所述的交直流通用的充电桩插头、插座，其充电方法如下：

第一步：将充电桩插头与插座接通进行接触联通；

第二步：插头内的辅助电源插针与插座内对应的插孔接触连接后，检测插针与插座接通后是否是通路；

第三步：将第二步的检测结果反馈给控制模块，若反馈结果为通路，则控制模块通过选择开关选择接通直流电充电电路；若反馈结果为断路，则控制模块通过选择开关选择交流电充电电路；

第四步：当选择直流充电电路时，充电模块中所述插头内的第一插针DC+/L通入直流电正极DC+，第二插针DC-/N通入直流电负极DC-，第三插针PE为接地线，当选择交流充电电路时，充电模块中所述插头内的第一插针DC+/L通入交流电火线L，第二插针DC-/N通入交流电零线N，所述第三插针PE为接地线；

所述的插头(5)与插座(6)通过二级插入或者二次接通的方式进行联通，第一级插入将第三插针PE(503)、第四插针A+(504)、第五插针A-(505)与插座(6)内的第三插孔(603)、第四插孔(604)、第五插孔(605)进行接通连接，接通后将辅助电源模块中的电路信息反馈至控制模块，控制模块根据预设指令选择相应的充电电路并进行接通，将充电电路选择确认完成后，控制模块控制充电模块中插座(5)的第一插针DC+/L(501)、第二插针DC-/N(502)与插座(6)内的第一插孔(601)、第二插孔(602)电路接通，亦或者是提高第一插针DC+/L(501)、第二插针DC-/N(502)与插座(6)内的第一插孔(601)、第二插孔(602)的接触深度；

所述的充电桩插头的第三插针PE长度最长，接通时，第三插针PE与插座(6)上的第三插孔(603)最先接触；断开时，第三插针PE与插座(6)上的第三插孔(603)最后分离。

2.根据权利要求1所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：所述的插头(5)内还设置有信息检测与监控模块，所述的信息检测与监控模块包括第六插针CC1(506)、第七插针CC2(507)，所述的信息检测与监控模块在直流电路中用于检测充电桩插头与插座的连接状态是否正常；信息检测与监控模块在交流电路中用于检测连接状态以及PWM的检测。

3.根据权利要求2所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：所述的信息检测与监控模块包括插头(5)中的第八插针S+(508)、第九插针S-(509)，所述的第八插针S+(508)、第九插针S-(509)为备用Can总线，用于检测电池的认证信息和电池的充电状态信息。

4.根据权利要求1所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：所述的交直流充电电路通过选择开关进行选择，所述的选择开关包括交流电路开关和直流电路开关，当选择开关选择交流电路开关时，直流充电电路为断路；当选择开关选择直流电路开关，交流充电电路为断路。

5.根据权利要求4所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：选择开关选择直流充电电路时，将接入的市电电路与直流充电开关接通，接入直流充电开关的市电电路流经直流充电处理模块后输出至充电模块的插针，控制模块启动充电模块开始充电。

6.根据权利要求5所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：选择开关选择交流充电电路时，将接入的市电电路与交流充电开关接通，接入交流充电开关的市电电路流经交流充电处理模块后输出至充电模块的插针，控制模块启动充电模块开始充电。

7.根据权利要求2所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：当充电电路中设置有信息检测与监控模块中的第六插针CC1(506)、第七插针CC2(507)时，在控制模块启动充电模块充电之前，需要先进行连接状态的检测，若连接状态正常，则控制模块启动充电模块开始充电，若连接状态检测异常，则通过手动调整插头与插座的接触状态，当连接状态指示灯正常显示，控制模块才开始启动充电模块电路进行充电。

8.根据权利要求3所述的一种交直流通用充电桩插头、插座的充电方法，其特征在于：当充电电路中设置有信息检测与监控模块的第八插针S+(508)、第九插针S-(509)时，所述的第八插针S+(508)、第九插针S-(509)用于检测电池的认证信息和电池的充电状态信息，充电电路中的直流充电处理模块或交流充电处理模块根据检测到的电池的认证信息在电压、电流处理模块转换成相应的电压、电流输出电路。