CN107393076B - 电动汽车电子锁强制解锁装置、电子锁、充电插座、车载充电机及电动汽车 - Google Patents

电动汽车电子锁强制解锁装置、电子锁、充电插座、车载充电机及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了电动汽车电子锁强制解锁装置、电子锁、充电插座、车载充电机及电动汽车，电动汽车电子锁强制解锁装置包括强制解锁按钮，强制解锁按钮的一端接12V直流电源正极，其另一端通过按钮信号检测电路连接控制电路中的中央控制单元，中央控制单元在检测到按钮信号时发出强制解锁信号。本发明满足了突发情况下紧急解锁的要求，采用电气解锁方式解决了现有机械方式存在的各种弊端，有利于企业加工，对于电子锁自身的要求较低；同时采用按键式解锁方式，可以依照用户需求设置按钮的安装位置，将强制解锁按钮设置在车载充电机或充电插座等位置，接线简单，便于用户操作，设计更加人性化，实现了加工简单和操作便利的有效统一。

Description

电动汽车电子锁强制解锁装置、电子锁、充电插座、车载充电 机及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其是电动汽车电子锁强制解锁装置、电子锁、充电插座、车载充电机及电动汽车。
背景技术
随着社会经济的日益发展，能源需求进一步提高，新能源技术的呼声越来越高，电动汽车也受到越来越多的关注，电动汽车由动力电池组提供驱动能量，电量消耗后需要给动力电池组充电，如何给电动车充电是一个重要的课题。
电动汽车或油电混合汽车目前主要有2种充电方式，即交流充电方式和直流充电模式，随着国家对充电安全和可靠性的要求不断提高，相关安全技术标准也在不断更新。
其中，在GB/T 18487.1-2015中，明确规定了交流充电在16A以上及直流充电模式时，必须使用电子锁紧装置，并且规定了交直流充电锁止装置必须符合GB/T 20234.1-2015的要求。
目前，绝大多数3.3KW以上车载交流机以及直流充电装置均配备了电子锁控制功能，而主流的32A车身充电插座及直流充电插座也配备了电子锁功能。
电子锁是用于在充电过程中将充电插头和充电插座锁止在一起，以确保它们可靠连接的安全保护部件，其一般设置在充电插座上，当充电完成后，系统发出解锁信号，电子锁锁止销转为解锁状态，充电插头即可以从充电插座上取下，完成充电动作。
由于充电过程可能会有多种状况出现而需要拔出充电枪，例如：未完成充电即需使用，充电故障，特殊状况需要立即取消充电并拔出充电枪等，而此时充电尚未完成，控制器无法智能式响应这些要求，即立即发出电子锁解锁信号，也就会出现充电插头被锁死而无法拔出的情况，严重影响应用的灵活性。
为了解决这些问题，目前一些充电连接器厂家也有采用机械式的方案应对此问题，如在充电插座的电子锁上延伸出一根与锁止销连接的拉拔线，通过拉动拉拔线使锁止销回缩实现解锁，但是这种方式对于电子锁本身的结构有一定的要求，例如一般需要电机及传动结构来使锁止销能够采用拉动方式缩回，通用性差。
另外，由于充电插座安装在车身上，锁止销的伸出端需要朝向车身外才能实现锁止功能，对应的位于锁止销尾端的拉拔线就只能朝向车身内，如果要在车外拉动拉拔线进行手动解锁，拉拔线就需要贯穿车内壁到车外，而加工时，拉拔线往往无法伸出车内壁，此现象在多家主机厂均出现，给厂家生产带来非常大的困扰，因此，一些厂家在制造过程中，往往只能将拉拔线设置于车内，而这又给用户的操作带来不便，两者之间的矛盾成为亟待解决的问题。
并且，即使能够使拉拔线延伸到车外，而此种结构，拉拔线需要经过弯折后才能改变方向，这对拉拔线的自身强度、耐磨性等要求较高，并且对安装的要求也较高，并且由于拉拔线有弯折，因此操作时的阻力也会相应增大，给用户的实际使用带来极大的不便。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，采用电气解锁方式，利用强制解锁按钮及专门的电路结构来实现特殊情况下电子锁的强制解锁功能，从而提供电动汽车电子锁强制解锁装置、电子锁、充电插座、车载充电机及电动汽车。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
电动汽车电子锁强制解锁装置，包括用于控制电子锁工作的控制电路，还包括强制解锁按钮，所述强制解锁按钮的一端接12V直流电源正极，其另一端通过按钮信号检测电路连接控制电路中的中央控制单元，所述中央控制单元在检测到按钮信号时发出强制解锁信号。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述强制解锁按钮设置于充电插座外壳上或车载充电机外壳上。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述强制解锁按钮为防水按钮，防水等级不低于IP67，且自带LED。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述按钮信号检测电路包括限流电路、光耦及传递电路，所述限流电路包括一端与所述强制解锁按钮连接的第一电阻，所述第一电阻的另一端连接光耦的1脚，所述光耦的1脚和2脚之间并联连接有第一电容和第二电阻，所述光耦的2脚接地，所述光耦的3脚接地，所述光耦的4脚接所述传递电路，所述传递电路包括一端与光耦的4脚连接的第三电阻、第四电阻，所述第三电阻的另一端接3.3V直流电源正极，所述第四电阻的另一端通过第二电容接地且通过第五电阻接中央控制单元。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：流经光耦的电流I满足如下公式：
Figure GDA0003922881300000031
其中，Va是光耦的压降；Ra是第一电阻的阻值，Rb是第二电阻的阻值。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：还包括与所述控制电路连接的强制解锁执行电路，所述强制解锁执行电路包括第一控制支路和第二控制支路，
所述第一控制支路在接收到强制解锁信号时，使电子锁的电源负端与控制电路中的正常控制信号负端连接切换为与12V直流电源正极连接；
所述第二控制支路在接收到强制解锁信号时，使电子锁的电源正端与控制电路中的正常控制信号正端连接切换为与地连接。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述第一控制支路包括第一单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器的第一驱动端连接中央控制单元,其第二驱动端接12V直流电源正极，其常闭触点接电子锁正常控制信号正端，其常开触点接12V直流电源正极，其公共端接电子锁电源负端；
所述第二控制支路包括第二单刀双掷继电器，所述第二单刀双掷继电器的第一驱动端连接中央控制单元,其第二驱动端接12V直流电源正极，其常闭触点接电子锁正常控制信号负端，其常开触点接地，其公共端接电子锁电源正端。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述第一单刀双掷继电器、第二单刀双掷继电器分别通过转换电路连接中央控制单元。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述转换电路包括三极管，所述三极管的基极通过第七电阻接中央控制单元，所述第七电阻与中央控制单元的连接端和接地端之间连接有第六电阻，所述基极和三极管的发射极之间连接有第三电容，所述发射极接地，且其和三极管的集电极之间连接有第四电容，所述集电极接一个单刀双掷继电器中的第二驱动端，且单刀双掷继电器的第二驱动端和第一驱动端之间并接二极管及二极管。
优选的，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其中：所述第一单刀双掷继电器、第二单刀双掷继电器还分别连接用于接收触点断开时产生能量的吸收电路。
电动汽车电子锁，包括电子锁体，还包括上述任一的电动汽车电子锁强制解锁装置。
电动汽车充电插座，包括充电插座体，还包括上述的电动汽车电子锁。
电动汽车车载充电机，包括所述的电动汽车电子锁
电动汽车，包括上述的电动汽车充电插座和/或上述的电动汽车车载充电机。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明设计精巧，结构简单，通过强制解锁按钮来触发解锁，并通过专门的按钮信号检测电路将触发解锁的信号发送给中央控制单元，由其发送解锁信号，满足了突发情况下紧急解锁的要求，采用电气解锁方式解决了现有机械方式存在的各种弊端，有利于企业加工，对于电子锁自身的要求较低；同时采用按键式解锁方式，可以依照用户需求设置按钮的安装位置，将强制解锁按钮设置在车载充电机或充电插座等位置，接线简单，便于用户操作，设计更加人性化，实现了加工简单和操作便利的有效统一。
本专利的结构可以根据电动汽车的实际应用需要，采用不同的控制结构和控制方式，应用灵活。
进一步，利用单刀双掷继电器的敞开常闭触点，在强制解锁期间，强制解锁执行电路与用于控制电子锁正常工作的控制电路是物理隔离的，相互之间不会造成干扰，短路等情况，稳定性更好，并且整个强制解锁装置所使用的是12V常电，不存在电气安全问题。
本强制解锁装置的各种元器件均为普通器件，价格低廉，加工成本低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的强制解锁执行电路图；
图3是本发明的转换电路及吸收电路图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
常规的电子锁通常包含4根信号线，2根为电子锁控制线(电子锁电源正端、电子锁电源负端)，2根为电子锁反馈线(连接位置开关)，电子锁锁紧时，在电子锁电源正端提供一个正向12V的脉冲电源，持续时间1s，使锁止销伸出；电子锁解锁时，通以反向电压约1s或在电子锁电源负端提供一个正向12V的脉冲电源，使锁止销缩回；在锁紧或解锁后，无需再通以保持电压。
由于正常使用时，电子锁要在充电完成后才能解锁，对于一些突发情况需要将充电插头和充电插座分离时，无法响应，因此本发明揭示了电动汽车电子锁强制解锁装置，如附图1所示，包括用于控制电子锁工作的控制电路，还包括强制解锁按钮S1，所述强制解锁按钮S1设置于充电插座外壳上或车载充电机外壳上，对应的，由于其位于车体外，需要采取一定的防水措施，因此优选，所述强制解锁按钮S1为防水按钮，防水等级不低于IP67，且自带LED。
如附图1所示，所述强制解锁按钮S1的一端接12V直流电源正极+12V，其另一端通过按钮信号检测电路1连接控制电路中的中央控制单元MCU，所述中央控制单元MCU在检测到按钮信号时发出强制解锁信号。
具体的，所述按钮信号检测电路1包括限流电路11、光耦H1及传递电路12，所述限流电路11包括一端与所述强制解锁按钮S1连接的第一电阻R1，所述第一电阻R1的另一端连接光耦的1脚，所述光耦H1可以使用SFH6156-4等光耦，所述光耦的1脚和2脚之间并联连接有第一电容C1和第二电阻R2，所述光耦的2脚接地，所述光耦的3脚接地，所述光耦的4脚接所述传递电路12，所述传递电路12包括一端与光耦的4脚连接的第三电阻R3、第四电阻R4，所述第三电阻R3的另一端接3.3V直流电源正极+3V3，所述第四电阻R4的另一端通过第二电容C3接地且通过第五电阻R7接中央控制单元MCU。
当按下所述强制解锁按扭S1时，电流从12V直流电源正极沿着第一电阻R1，流经光耦H1至地，电流的大小可以通过调整第二电阻R2的阻值来实现，并且在设计中，光耦的CTR值决定了原边和副边的最大电流比，流经光耦H1的电流必须达到光耦H1的感应阀值，才能使光耦的副边导通，并且流经光耦H1的电流I满足如下公式：
Figure GDA0003922881300000071
其中，Va是光耦的压降；Ra是第一电阻R1的阻值，Rb是第二电阻R2的阻值。
当流经光耦H1的电流超过感应阈值时，光耦副边随即导通，光耦输出的信号DI1由高电平转换为低电平，中央控制单元MCU随时处于侦测状态，当侦测到DI1信号由高电平转换为低电平信号时，发出强制解锁信号。
并且，当整个充电系统只有一个中央控制单元MCU时，如独立的6.6KW车载充电机时，中央控制单元MCU发出的强制解锁信号可以是直接输出反向电压进行解锁的信号；当然也可以采用下述的强制解锁执行电路的结构。
而当整个充电系统具有两个中央控制单元控制回路时，比如多合一系统自带一块独立控制板时，如附图2所示，所述的电动汽车电子锁强制解锁装置还包括与所述控制电路连接的强制解锁执行电路2，所述强制解锁执行电路2包括第一控制支路21和第二控制支路22。
所述第一控制支路21在接收到中央控制单元MCU发出的强制解锁信号时，使电子锁的电源负端与控制电路中的正常控制信号负端连接切换为与12V直流电源正极+12V连接。
所述第二控制支路22在接收到中央控制单元MCU发出的强制解锁信号时，使电子锁的电源正端与控制电路中的正常控制信号正端连接切换为与地连接。
详细来说，所述第一控制支路21包括第一单刀双掷继电器K2，所述第一单刀双掷继电器K2可以采用车用12V继电器，例如宏发公司生产的HF3FF，所述第一单刀双掷继电器K2的第一驱动端通过电阻R9连接中央控制单元MCU,其第二驱动端接12V直流电源正极+12V，其常闭触点NC接电子锁正常控制信号正端，其常开触点NO接12V直流电源正极+12V，其公共端COM接电子锁电源负端。
所述第二控制支路22包括第二单刀双掷继电器K1，其可以与所述第一单刀双掷继电器K2采用相同的类型，也可以不同，视具体需要设置，所述第二单刀双掷继电器K1的第一驱动端通过电阻R8连接中央控制单元MCU,其第二驱动端接12V直流电源正极+12V，其常闭触点NC接电子锁正常控制信号负端，其常开触点NO接地，其公共端COM接电子锁电源正端。
因此正常运行情况下，电子锁的控制由控制电路的电子锁正常控制信号进行控制。
当强制解锁按钮S1按下时，中央控制单元MCU接收到DI1由高电平转变为低电平的信号，中央控制单元MCU发出两个低平信号CY2，CY1给第一单刀双掷继电器K2及第二单刀双掷继电器K1的线圈控制回路，此时第一单刀双掷继电器K2、第二单刀双掷继电器K1分别动作，它们的公共端COM吸合至常开端NO，此时，电子锁电源正端接地，电源负端接12V，电子锁强制解锁。
以上强制解锁时间仅需要按下强制解锁按钮1～2s钟，结束后，第一单刀双掷继电器K2及第二单刀双掷继电器K1断开回到原位。
进一步，如附图3所示，所述中央控制单元MCU一般是3.3V电平，而继电器线圈则是12V电平，因此需要通过转换电路3来使中央控制单元MCU与所述第一单刀双掷继电器K2、第二单刀双掷继电器K1连接。
具体来说，通过一个三极管V2及相关电路来控制一个单刀双掷继电器，所述三极管V2可以是满足电路要求的各种三极管，如型号为BC817的三极管，耐受45V，500mA驱动能力，所述转换电路3中的三极管V2的基极通过第七电阻R11接中央控制单元MCU，所述电阻R11与中央控制单元MCU的连接端和接地端之间连接有第六电阻R10，所述基极和三极管V2的发射极之间连接有第三电容C6，所述发射极接地，且其和三极管V2的集电极之间连接有第四电容C7，所述集电极接一个单刀双掷继电器中的第二驱动端，且单刀双掷继电器的第二驱动端和第一驱动端之间并接二极管D9及二极管D10，用于吸收单刀双掷继电器线圈的反电动势。
所述第一单刀双掷继电器K2、第二单刀双掷继电器K1还分别连接用于接收触点断开时产生能量的吸收电路4，所述吸收电路4包括串接在常闭端NC和公共端COM之间的电容C9和电阻R13以及串接在常开端NO和公共端COM之间的电容C8和电阻R12。
本发明同时揭示了电动汽车电子锁，包括电子锁体，还包括上述的电动汽车电子锁强制解锁装置。
电动汽车充电插座，包括充电插座体，还包括上述的电动汽车电子锁。
电动汽车车载充电机，包括所述的电动汽车电子锁。
电动汽车，包括上述的电动汽车充电插座和/或上述的电动汽车车载充电机。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.电动汽车电子锁强制解锁装置，包括用于控制电子锁工作的控制电路，其特征在于：还包括强制解锁按钮(S1)，所述强制解锁按钮(S1)的一端接12V直流电源正极，其另一端通过按钮信号检测电路(1)连接控制电路中的中央控制单元(MCU)，所述中央控制单元(MCU)在检测到按钮信号时发出强制解锁信号；
还包括与所述控制电路连接的强制解锁执行电路(2)，所述强制解锁执行电路(2)包括第一控制支路(21)和第二控制支路(22)，
所述第一控制支路(21)在接收到强制解锁信号时，使电子锁的电源负端与控制电路中的正常控制信号负端连接切换为与12V直流电源正极连接；
所述第二控制支路(22)在接收到强制解锁信号时，使电子锁的电源正端与控制电路中的正常控制信号正端连接切换为与地连接；
所述第一控制支路(21)包括第一单刀双掷继电器(K2)，所述第一单刀双掷继电器(K2)的第一驱动端连接中央控制单元MCU,其第二驱动端接12V直流电源正极，其常闭触点接电子锁正常控制信号正端，其常开触点接12V直流电源正极，其公共端接电子锁电源负端；
所述第二控制支路(22)包括第二单刀双掷继电器(K1)，所述第二单刀双掷继电器(K1)的第一驱动端连接中央控制单元(MCU)，其第二驱动端接12V直流电源正极，其常闭触点接电子锁正常控制信号负端，其常开触点接地，其公共端接电子锁电源正端；
所述第一单刀双掷继电器(K2)、第二单刀双掷继电器(K1)分别通过转换电路(3)连接中央控制单元MCU，所述转换电路(3)包括三极管(V2)，所述三极管(V2)的基极通过第七电阻(R11)接中央控制单元(MCU)，所述第七电阻(R11)与中央控制单元(MCU)的连接端和接地端之间连接有第六电阻(R10)，所述基极和三极管(V2)的发射极之间连接有第三电容(C6)，所述发射极接地，且其和三极管(V2)的集电极之间连接有第四电容(C7)，所述集电极接一个单刀双掷继电器中的第二驱动端，且单刀双掷继电器的第二驱动端和第一驱动端之间并接二极管(D9)及二极管(D10)；
所述第一单刀双掷继电器(K2)、第二单刀双掷继电器(K1)还分别连接用于接收触点断开时产生能量的吸收电路(4)，所述吸收电路(4)包括串接在常闭端NC和公共端COM之间的第九电容(C9)和第十三电阻(R13)以及串接在常开端NO和公共端COM之间的第八电容(C8)和第十二电阻(R12)。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其特征在于：所述强制解锁按钮(S1)设置于充电插座外壳上或车载充电机外壳上。
3.根据权利要求2所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其特征在于：所述强制解锁按钮(S1)为防水按钮，防水等级不低于IP67，且自带LED。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其特征在于：所述按钮信号检测电路(1)包括限流电路(11)、光耦(H1)及传递电路(12)，所述限流电路(11)包括一端与所述强制解锁按钮(S1)连接的第一电阻(R1)，所述第一电阻(R1)的另一端连接光耦的1脚，所述光耦的1脚和2脚之间并联连接有第一电容(C1)和第二电阻(R2)，所述光耦的2脚接地，所述光耦的3脚接地，所述光耦的4脚接所述传递电路(12)，所述传递电路(12)包括一端与光耦的4脚连接的第三电阻(R3)、第四电阻(R4)，所述第三电阻(R3)的另一端接3.3V直流电源正极，所述第四电阻(R4)的另一端通过第二电容(C3)接地且通过第五电阻(R7)接中央控制单元(MCU)。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电子锁强制解锁装置，其特征在于：流经光耦(H1)的电流I满足如下公式：
Figure FDA0003922881290000031
其中，Va是光耦的压降；Ra是第一电阻(R1)的阻值，Rb是第二电阻(R2)的阻值。
6.电动汽车电子锁，包括电子锁体，其特征在于：还包括权利要求1-5任一所述的电动汽车电子锁强制解锁装置。
7.电动汽车充电插座，包括充电插座体，其特征在于：还包括权利要求6所述的电动汽车电子锁。
8.电动汽车车载充电机，其特征在于：包括权利要求6所述的电动汽车电子锁。
9.电动汽车，其特征在于：包括权利要求7所述的电动汽车充电插座和/或权利要求8所述的电动汽车车载充电机。
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