CN108944487B - 一种电动车充电电路安全防护系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电动车充电电路安全防护系统，所述系统包括：电流监测单元，包括漏电流监测模块，用于实时监测漏电流信号，将所述漏电流信号转化为第一参比电压信号；比较器单元，包括第一比较器模块，用于将所述第一参比电压信号与第一比较电压进行比较，根据所述比较的结果输出对应的第一输出电平；状态记忆单元，包括可控硅器件，根据所述第一输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止；反馈电平生成单元，用于根据所述可控硅器件的导通或截止，生成反馈电平；继电器切换控制单元，用于利用所述反馈电平，控制所述充电电路的导通或断开。利用本申请中各个实施例，可以实现对电动车充电电路有效的安全防护。

Description

一种电动车充电电路安全防护系统

技术领域

本申请涉及电路安全防护技术领域，特别涉及一种电动车充电电路安全防护系统。

背景技术

电动汽车的应用，可以有效减少废气排放带来的环境污染。电动汽车的电能供应，对电动汽车的广泛应用至关重要。目前，电动汽车充电站随处可见，车主可以通过汽车的充电设备在充电站进行充电，方便快捷。

但是，现有的电动汽车充电设备中，往往忽略了对电动汽车充电电路的安全防护。而电动汽车充电电路很可能因为线路老化、损坏等原因，导致其充电电路出现过流、漏电流等常见的电路故障，这就造成了较大的安全隐患。

现有技术中至少存在如下问题：现有的汽车充电电路中，没有对充电电路进行有效的安全防护，存在较大的安全隐患。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种电动车充电电路安全防护系统，以实现对电动车充电电路进行有效的安全防护。

本申请实施例提供一种电动车充电电路安全防护系统是这样实现的：

一种电动车充电电路安全防护系统，所述系统包括：

电流监测单元，包括漏电流监测模块，用于实时监测漏电流信号，将所述漏电流信号转化为第一参比电压信号；

比较器单元，包括第一比较器模块，用于将所述第一参比电压信号与第一比较电压进行比较，根据所述比较的结果输出对应的第一输出电平；

状态记忆单元，包括可控硅器件，根据所述第一输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止，所述可控硅器件在其自身工作状态发生转换后，继续保持所述工作状态不变；

反馈电平生成单元，用于根据所述可控硅器件的导通或截止，生成反馈电平；

继电器切换控制单元，用于利用所述反馈电平，控制所述充电电路的导通或断开。

优选实施例中，所述漏电流监测模块包括：

第一电流互感器，套设在所述充电电路的L线和N线上，用于实时测量所述漏电流信号；

漏电流转化电阻，所述电阻的两端分别与所述第一电流互感器的两端电性连接，结合二级管和滤波电容，将所述漏电流信号转化为第一参比电压信号。

优选实施例中，所述第一比较器模块包括：

第一分压电路，包括第一分压电阻和第二分压电阻，用于设定所述第一比较电压；

第一比较器，包括第一输入端、第二输入端、输出端，所述第一输入端用于输入所述第一参比电压信号，所述第二输入端电性连接在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，用于输入所述第一比较电压，所述输出端与第一开关晶体管的基极电性连接，所述第一开关晶体管的射极接地，所述第一开关晶体管的集电极用于输出所述第一输出电平。

优选实施例中，所述反馈电平生成单元包括： 第三开关晶体管，所述第三开关晶体管为NPN型，所述第三开关晶体管的基极与所述可控硅器件的正极电性连接，所述第三开关晶体管的射极接地；

第四开关晶体管，所述第四开关晶体管为PNP型，所述第四开关晶体管的基极与所述第三开关晶体管的集电极电性连接，所述第四开关晶体管的射极接高电平，所述第四开关晶体管的集电极与第十四分压电阻的一端电性连接，所述第十四分压电阻的另一端接地，在所述第四开关晶体管与所述第十四分压电阻之间生成所述反馈电平。

优选实施例中，所述继电器切换控制单元包括：

第六开关晶体管，所述第六开关晶体管的基级用于接收所述反馈电平，所述第六开关晶体管的射极接地，所述第六开关晶体管的集电极与第一继电器电性连接，用于控制所述第一继电器的导通或断开，所述第一继电器连接在所述充电电路的L线上，用于控制所述L线的导通或断开；

第七开关晶体管，所述第七开关晶体管的基级用于接收所述反馈电平，所述第七开关晶体管的射极接地，所述第七开关晶体管的集电极与第二继电器电性连接，所述第二继电器连接在所述充电电路的N线上，用于控制所述N线的导通或断开。

优选实施例中，所述电流监测单元还包括充电电流监测模块，用于实时监测充电电流信号，将所述充电电流信号转化为第二参比电压信号；

相应的，所述比较器单元还包括第二比较器模块，用于将所述第二参比电压信号与所述第二比较电压进行比较，并根据比较结果输出对应的第二输出电平；

相应的，所述可控硅器件还用于根据所述第二输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止，所述可控硅器件在其自身工作状态发生转换后，继续保持所述工作状态。

优选实施例中，所述充电电流检测模块包括：

第二电流互感器，套设在所述充电电路的L线上，用于实时测量所述充电电流信号；

充电电流转化电阻，所述充电电流转化电阻的两端分别于所述第二电流互感器的两端电性连接，结合二极管和滤波电容，将所述充电电流信号转化为第二参比电压信号。

优选实施例中，所述第二比较器模块包括：

第二分压电路，包括第三分压电阻和第四分压电阻，用于设定所述第二比较电压；

第二比较器，包括第一输入端、第二输入端、输出端，所述第一输入端用于输入所述第二参比电压信号，所述第二输入端电性连接于所述第三分压电阻和所述第四分压电阻之间，用于输入所述第二比较电压，所述输出端与第二开关晶体管的基级电性连接，所述第二开关晶体管的射极接地，所述第二开关晶体管的集电极用于输出所述第二输出电平。

优选实施例中，所述系统还包括：

微控制单元，所述微控制单元包括触发端，所述触发端与所述第六开关晶体管和所述第七开关晶体管的基极电性连接，用于根据充电条件，生成触发电平，控制所述第六开关晶体管和所述第七开关晶体管的导通或截止，进而控制所述继电器的导通或断开。

优选实施例中，所述系统还包括：

微控制单元，所述微控制单元包括复位端，所述复位端与第五开关晶体管的基极电性连接，所述第五开关晶体管的射极接地，所述第五开关晶体管的集电极与所述可控硅器件的负极电性连接，所述复位端用于生成复位电平，通过所述复位电平控制所述可控硅器件改变其自身工作状态。

利用本申请实施例提供的一种电动车充电电路安全防护系统，可以实时监测所述充电电路的漏电流和充电电流，通过将所述漏电流和充电电流转化为电压信号，并与预设的比较电压进行比较。通过预设所述比较电压，就可以设定所述漏电流和所述充电电流的安全范围。当所述漏电流或所述充电电流超过所述安全范围时，比较器将通过输出相应的输出电平控制可控硅器件导通并保持导通状态不变，从而通过反馈电平控制继电器断开，进而切断充电电路，有效防止安全事故的发生。整个系统基于硬件，不依赖于软件，有效保证了所述安全防护系统的可靠性和及时性。同时，所述系统中还设置有微控制单元，在电路故障排除后，所述微控制单元根据所述充电电路的充电条件，通过复位信号可以使所述充电电路继续充电，不需要实施人员的过多参与，有效提高了用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种电动车充电电路安全防护系统的一种实施例的模块结构示意图；

图2是本申请提供的一种电动车充电电路安全防护系统的另一种实施例的模块结构示意图；

图3是本申请提供的一种电动车充电电路安全防护系统的一种实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供一种电动车充电电路安全防护系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1是本申请所述一种电动车充电电路安全防护系统的一种实施例的模块结构示意图。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例或附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构进行顺序执行或者并行执行（例如并行处理器或者多线程处理的环境、甚至包括分布式处理的实施环境）。

具体的如图1所述，本申请提供的一种电动车充电电路安全防护系统的一种实施例可以包括：

电流监测单元101，可以包括漏电流监测模块1011，用于实时监测漏电流信号，将所述漏电流信号转化为第一参比电压信号。

比较器单元102，可以包括第一比较器模块1021，用于将所述第一参比电压信号与第一比较电压进行比较，根据所述比较的结果输出对应的第一输出电平。

状态记忆单元103，可以包括可控硅器件，根据所述第一输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止，所述可控硅器件在其自身工作状态发生转换后，继续保持所述工作状态不变。

反馈电平生成单元104，用于根据所述可控硅器件的导通或截止，生成反馈电平。

继电器切换控制单元105，用于利用所述反馈电平，控制所述充电电路的导通或断开。

图3是本申请所述系统的一种实施例的电路结构示意图，如图3所述，所述漏电流监测模块1011可以包括：

第一电流互感器H1，套设在所述充电电路的L线和N线上，用于实时测量所述漏电流信号；

漏电流转化电阻R3，所述电阻R3的两端分别与所述第一电流互感器H1的两端电性连接，结合二级管D4和滤波电容C1，将所述漏电流信号转化为第一参比电压信号。

所述第一参比电压信号输入到第一比较器A1的输入端，与第一比较电压进行比较。

对应的，如图3所述，本例中，所述第一比较器模块1021可以包括：

第一分压电路，包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，用于设定所述第一比较电压Vref1；

第一比较器A1，包括第一输入端2、第二输入端3、输出端1，所述第一输入端2用于输入所述第一参比电压信号，所述第二输入端3电性连接在所述第一分压电阻R1和所述第二分压电阻R2之间，用于输入所述第一比较电压，所述输出端与第一开关晶体管Q1的基极电性连接，所述第一开关晶体管Q1的射极接地，所述第一开关晶体管Q1的集电极用于输出所述第一输出电平。

本例中，通过设定所述第一分压电阻R1和所述第二分压电阻R2的电阻值，就可以实现对所述第一比较电压Vref1的调整，从而实施人员可以根据实际情况调整漏电流的安全范围。

本例中，当所述漏电流超过安全保护范围时，对应的，所述第一参比电压信号的强度大于所述第一比较电压Vref1。此时，第一比较器A1的输出端1输出低电平，这样，所述第一开关晶体管Q1截止，所述第一开关晶体管Q1的集电极输出高电平，进而控制所述可控硅器件MCR导通并保持导通状态不变。

对应的，本例中，如图3所述，所述反馈电平生成单元104可以包括：

第三开关晶体管Q3，所述第三开关晶体管Q3为NPN型，所述第三开关晶体管Q3的基极与所述可控硅器件MCR的正极电性连接，所述第三开关晶体管Q3的射极接地；

第四开关晶体管Q4，所述第四开关晶体管Q4为PNP型，所述第四开关晶体管Q4的基极与所述第三开关晶体管Q3的集电极电性连接，所述第四开关晶体管Q4的射极接高电平，所述第四开关晶体管Q4的集电极与第十四分压电阻R14的一端电性连接，所述第十四分压电阻R14的另一端接地，在所述第四开关晶体管Q4与所述第十四分压电阻R14之间生成所述反馈电平。

所述可控硅器件MCR导通后，所述可控硅器件MCR的正极转变为低电平并保持不变，所述第三开关晶体管Q3的基级变为低电平，从而所述第三开关晶体管Q3截止，其集电极输出高电平。所述集电极接所述第四开关晶体管Q4的基极，所述第四开关晶体管Q4截止，从而使所述反馈电平转变为低电平，输出到所述继电器切换控制单元105。

对应的，如图3所述，所述继电器切换控制单元105可以包括：

第六开关晶体管Q6，所述第六开关晶体管Q6的基级用于接收所述反馈电平，所述第六开关晶体管Q6的射极接地，所述第六开关晶体管Q6的集电极与第一继电器Relay1电性连接，用于控制所述第一继电器Relay1的导通或断开，所述第一继电器Relay1连接在所述充电电路的L线上，用于控制所述L线的导通或断开；

第七开关晶体管Q7，所述第七开关晶体管Q7的基级用于接收所述反馈电平，所述第七开关晶体管Q7的射极接地，所述第七开关晶体管Q7的集电极与第二继电器Relay2电性连接，所述第二继电器Relay2连接在所述充电电路的N线上，用于控制所述N线的导通或断开。

对应的，当所述反馈电平转变为低电平时，输入到所述第六开关晶体管Q6和所述第七开关晶体管Q7的基极，使所述Q6和所述Q7截止，从而使所述第一继电器Relay1和所述第二继电器Relay2断开，使所述充电电路断开，从而实现对所述充电电路的漏电流过流保护。

利用上述各实施例所述的电动车充电电路安全防护系统的实施方式，可以通过预设所述第一比较电压，设定漏电流安全范围。当所述漏电流超高设定的所述安全范围时，可以通过一系列信号传输，控制所述继电器切断所述充电电路，有效防止安全事故的发生。由于上述实施例中所述的可控硅器件MCR具有状态记忆功能，当所述MCR工作状态改变后，就会一直保持改变后的工作状态，从而一直保持充电电路的断开，直到电路故障排除，再通过微控制单元复位所述MCR的工作状态，保证了所述安全防护系统的稳定性和可靠性。

图2是本申请提供的一种电动车充电电路安全防护系统的另一种实施例的模块结构示意图，具体的，如图2所示，所述系统的所述电流监测单元101还可以包括充电电流监测模块1012，用于实时监测充电电流信号，将所述充电电流信号转化为第二参比电压信号；

相应的，所述比较器单元102还包括第二比较器模块1022，用于将所述第二参比电压信号与所述第二比较电压进行比较，并根据比较结果输出对应的第二输出电平；

相应的，所述可控硅器件还用于根据所述第二输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止，所述可控硅器件在其自身工作状态发生转换后，继续保持所述工作状态。

其中，所述第二输出电平也可以控制所述可控硅器件的导通或截止，所述第二输出电平与所述第一输出电平不相干预，均可独立控制所述可控硅器件的导通或截止。具体的，只要所述第一输出电平或所述第二输出电平其中之一转变为高电平，就可以控制所述可控硅器件导通。

对应的，本例中，如图3所述，所述充电电流检测模块1012可以包括：

第二电流互感器H2，套设在所述充电电路的L线上，用于实时测量所述充电电流信号；

充电电流转化电阻R15，所述充电电流转化电阻R15的两端分别于所述第二电流互感器H2的两端电性连接，结合二极管D3和滤波电容C6，将所述充电电流信号转化为第二参比电压信号。

对应的，本例中，如图3所述，所述第二比较器模块1022可以包括：

第二分压电路，包括第三分压电阻R17和第四分压电阻R18，用于设定所述第二比较电压Vref2；

第二比较器A2，包括第一输入端6、第二输入端5、输出端7，所述第一输入端6用于输入所述第二参比电压信号，所述第二输入端5电性连接于所述第三分压电阻R17和所述第四分压电阻R18之间，用于输入所述第二比较电压Vref2，所述输出端7与第二开关晶体管Q2的基级电性连接，所述第二开关晶体管Q2的射极接地，所述第二开关晶体管Q2的集电极用于输出所述第二输出电平。

本例中，通过设定所述第二比较电压，可以设定所述充电电流的安全范围，如果所述充电电流超过所述安全范围，所述第二参比电压会大于所述第二比较电压Vref2，所述第二输出电平转变为高电平。进而，所述第二输出电平控制所述可控硅器件MCR导通并保持所述导通状态不变，最终生成的反馈电平转变为低电平，控制所述继电器切换控制单元105断开所述充电电路，及时有效地避免安全事故的发生，稳定可靠。

如图3所示，本申请又一个实施例中，所述系统还可以包括：

微控制单元MCU，所述微控制单元MCU包括触发端Trigger，所述触发端Trigger与所述第六开关晶体管Q6和所述第七开关晶体管Q7的基极电性连接，用于根据充电条件，生成触发电平，控制所述第六开关晶体管Q6和所述第七开关晶体管Q7的导通或截止，进而控制所述继电器Relay1、Relay2的导通或断开。

所述微控制单元MCU还可以包括复位端Reset，所述复位端Reset与第五开关晶体管Q5的基极电性连接，所述第五开关晶体管Q5的射极接地，所述第五开关晶体管Q5的集电极与所述可控硅器件MCR的负极电性连接，所述复位端Reset用于生成复位电平，通过所述复位电平控制所述可控硅器件MCR改变其自身工作状态。

所述充电电路发生的过流或者漏电流等安全故障排除后，所述微控制单元MCU可以通过向所述MCR发送复位信号，使所述MCR解除记忆状态，不需要实施人员参与，可以有效提高用户体验。

利用上述各实施例所述的电动车充电电路安全防护系统的实施方式，在所述充电电路出现超过预设安全范围的充电电流或者出现超出预设安全范围的漏电流时，可以过将所述漏电流和充电电流转化为电压信号，并与预设的比较电压进行比较。通过预设所述比较电压，就可以设定所述漏电流和所述充电电流的安全范围。当所述漏电流或所述充电电流超过所述安全范围时，比较器将通过输出相应的输出电平控制可控硅器件导通并保持导通状态不变，从而通过反馈电平控制继电器断开，进而切断充电电路，有效防止安全事故的发生。整个系统基于硬件，不依赖于软件，有效保证了所述安全防护系统的可靠性和及时性。同时，所述系统中还设置有微控制单元，在电路故障排除后，所述微控制单元根据所述充电电路的充电条件，通过复位信号可以使所述充电电路继续充电，不需要实施人员的过多参与，有效提高了用户体验。

上述实施例阐明的装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (4)

1.一种电动车充电电路安全防护系统，其特征在于，所述系统包括：

电流监测单元，包括漏电流监测模块和充电电流监测模块，

所述漏电流监测模块包括第一电流互感器、漏电流转化电阻，所述第一电流互感器套设在所述充电电路的L线和N线上，用于实时监测漏电流信号；所述漏电流转化电阻的两端分别与所述第一电流互感器的两端电性连接，结合二级管和滤波电容，将所述漏电流信号转化为第一参比电压信号；所述充电电流监测模块包括第二电流互感器、充电电流转化电阻，所述第二电流互感器套设在所述充电电路的L线上，用于实时测量充电电流信号；所述充电电流转化电阻的两端分别于所述第二电流互感器的两端电性连接，结合二极管和滤波电容，将所述充电电流信号转化为第二参比电压信号；

比较器单元，包括第一比较器模块和第二比较器模块，所述第一比较器模块用于将所述第一参比电压信号与第一比较电压进行比较，根据所述比较的结果输出对应的第一输出电平；所述第二比较器模块用于将所述第二参比电压信号与第二比较电压比较，根据所述比较的结果输出对应的第二输出电平；

状态记忆单元，包括可控硅器件，根据所述第一输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止，所述可控硅器件在其自身工作状态发生转换后，继续保持所述工作状态不变；所述可控硅器件还用于根据所述第二输出电平，控制所述可控硅器件的导通或截止，所述可控硅器件在其自身工作状态发生转换后，继续保持所述工作状态；

反馈电平生成单元，用于根据所述可控硅器件的导通或截止，生成反馈电平；

继电器切换控制单元，包括第六开关晶体管和第七开关晶体管，所述第六开关晶体管通过接收所述反馈电平，以控制连接在所述充电电路的L线上的第一继电器导通或断开，从而控制所述L线的导通或断开；所述第七开关晶体管通过接收所述反馈电平，以控制连接在所述充电电路的N线上的第二继电器导通或断开，从而控制所述N线的导通或断开；

微控制单元，所述微控制单元包括触发端和复位端，其均与所述继电器切换控制单元连接，所述触发端用于根据充电条件生成触发电平以控制所述充电电路的导通或断开；所述复位端用于生成复位电平以控制所述可控硅器件改变其自身工作状态。

2.如权利要求1所述的一种电动车充电电路安全防护系统，其特征在于，所述第一比较器模块包括：

第一分压电路，包括第一分压电阻和第二分压电阻，用于设定所述第一比较电压；

第一比较器，包括第一输入端、第二输入端、输出端，所述第一输入端用于输入所述第一参比电压信号，所述第二输入端电性连接在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间，用于输入所述第一比较电压，所述输出端与第一开关晶体管的基极电性连接，所述第一开关晶体管的射极接地，所述第一开关晶体管的集电极用于输出所述第一输出电平。

3.如权利要求1所述的一种电动车充电电路安全防护系统，其特征在于，所述反馈电平生成单元包括：第三开关晶体管，所述第三开关晶体管为NPN型，所述第三开关晶体管的基极与所述可控硅器件的正极电性连接，所述第三开关晶体管的射极接地；

第四开关晶体管，所述第四开关晶体管为PNP型，所述第四开关晶体管的基极与所述第三开关晶体管的集电极电性连接，所述第四开关晶体管的射极接高电平，所述第四开关晶体管的集电极与第十四分压电阻的一端电性连接，所述第十四分压电阻的另一端接地，在所述第四开关晶体管与所述第十四分压电阻之间生成所述反馈电平。

4.如权利要求1所述的一种电动车充电电路安全防护系统，其特征在于，所述第二比较器模块包括：

第二分压电路，包括第三分压电阻和第四分压电阻，用于设定所述第二比较电压；

第二比较器，包括第一输入端、第二输入端、输出端，所述第一输入端用于输入所述第二参比电压信号，所述第二输入端电性连接于所述第三分压电阻和所述第四分压电阻之间，用于输入所述第二比较电压，所述输出端与第二开关晶体管的基级电性连接，所述第二开关晶体管的射极接地，所述第二开关晶体管的集电极用于输出所述第二输出电平。

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