CN109130949B - 一种电动汽车充电系统 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车充电系统，包括充电桩以及电动汽车，所述充电桩包括：AC／DC转换器、第一开关、变压器、第一电流传感器、第一充电耦合器以及控制模块；所述电动汽车包括动力电池、电池管理模块、特征电阻、第二电流传感器、第二充电耦合器以及第二开关；所述控制模块根据所述第一电流传感器的检测电流值，确定所述第一开关的切换；所述电池管理模块根据所述第二电流传感器的电流确定所述第二开关的切换。

Description

一种电动汽车充电系统
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充电技术，尤其是涉及一种电动汽车充电系统、充电桩以及电动汽车。
背景技术
在环境问题与能源危机越来越严重的今天，节能减排已成为全世界面临的新课题。绿色交通成为各国发展节能减排工作的一个重点方向。电动汽车作为绿色交通的代表，与传统燃油汽车相比具有节约能源，环保，清洁等优点，降低了汽车使用的环保成本、经济成本，越来越受到政府，企业以及民众的关注。
受制于当前的动力电池技术，电动汽车充电后单次行驶里程相对较短，在一般行驶环境下大多数的续航能力在150公里左右，因而需要建设一个广泛的充电设施网络，为电动汽车用户提供方便快捷的电能补给服务。电动汽车充电系统为电动汽车运行提供能量补给，是电动汽车产业的重要基础支撑系统，也是电动汽车实现商业化、产业化过程中的重要环节。充电设施建设数量的多少、布局的广泛程度会对电动汽车的应用范围产生重要影响，因此各国政府都十分重视充电基础设施建设，采取了一系列措施加快建设步伐，旨在为发展电动汽车扫清障碍。
电动汽车充电设备是给电动汽车充电的配套设施，包括充电站、充电桩、电池调度、计费监控及电池设备维护等系统，是推动电动汽车发展的基础设施，属新兴产业之一，是和电动汽车产业化同步发展的。如果没有完善的配套基础充电设施，尤其是作为电动汽车充电设备的主流代表电动汽车充电桩得不到发展，电动汽车技术再先进也难于推广。
电动汽车在充电时，需要将车停靠在充电桩附近，连接电动汽车与充电桩的耦合器，从而进行充电。而电动汽车的充电车位由于空间原因通常相对狭窄，电动汽车在靠近充电桩进行充电前，由于视野或者车技可能会与充电桩桩体发生碰撞，或者在充电完毕后忘记拔出耦合器，都可能导致充电桩或者电线损坏，甚至发生漏电事故。
现有技术中，为了避免充电桩损害导致的触电事故，ABB公司在201180064618.9的发明专利提出了一种具有传感器的充电桩以及充电系统，通过传感器检测充电桩的加速度或者倾斜角度，在传感值超过临界值判断充电桩发生损害，关闭电源从而避免触电。该发明的技术方案能够在电动汽车自助充电时提供安全操作，但是其实际上是一种被动操作，仅在充电桩发生损害后进行阻止，不能够主动防止触电；对于角度检测，充电桩由于地面基础的沉降等原因也可能发生少量倾斜，如果临界值设置的过小，则很多其他原因例如地基沉降导致的倾斜也可能产生误关闭操作，如果临界值设置的过大，则可能无法及时关闭电源；对于加速度检测，汽车碰撞充电桩时，其加速度是很小的，很难精确检测到。
发明内容
本发明提供了一种电动汽车充电系统、充电桩以及电动汽车，能够实现对于主动防止充电桩的漏电损害。
作为本发明的一个方面，提供了一种电动汽车充电系统，包括充电桩以及电动汽车，其特征在于：所述充电桩包括：AC／DC转换器、第一开关、变压器、第一电流传感器、第一充电耦合器以及控制模块；所述电动汽车包括动力电池、电池管理模块、特征电阻、第二电流传感器、第二充电耦合器以及第二开关；所述第一开关为单刀双掷开关，其动端与AC/DC转换器的输出端相连，不动端分别与变压器的输入端和输出端相连；所述变压器用于将AC/DC转换器的输出电压转换为安全电压，其输出与第一电流传感器的一端相连，所述第一电流传感器的另一端与第一充电耦合器相连；所述控制模块根据所述第一电流传感器的检测电流值，确定所述第一开关的切换；所述电动汽车能够通过第二充电耦合器与充电桩的第一充电耦合器耦合；所述第二开关为单刀双掷开关，其动端与第二充电耦合相连，其不动端分别与特征电阻以及动力电池相连；所述第二电流传感器分别与所述特征电阻以及所述动力电池串联；所述电池管理模块根据所述第二电流传感器的电流确定所述第二开关的切换。
优选的，所述变压器的输出电压小于人体安全电压。
优选的，所述特征电阻的电阻值为150～200欧的特定值。
优选的，所述第一开关在没有收到控制模块的控制信号时，缺省设置为导通变压器端；所述第一充电耦合器导通时，所述第一电流传感器检测其通过的电流I，所述控制模块将电流I与其存储的特征电流It进行比较，将I-It的绝对值与许可阈值进行比较，如其小于许可阈值，所述控制模块将第一开关设置为导通第一充电耦合器端；如果其大于许可阈值，则保持第一开关导通变压器端，控制模块同时给出报警信号；所述特征电流It的值为U/R，其中U为变压器的输出电压，R为特征电阻值。
优选的，所述许可阈值为所述第一电流传感器检测精度的3倍。
优选的，所述第二开关在没有收到电池管理模块的控制信号时，缺省设置为导通特征电阻端；所述第二充电耦合器导通时，所述第二电流传感器检测其通过的电流，所述电池管理模块检测第二电流传感器的检测电流，当其增大到判定电流时，所述电池管理模块将第二开关设置为导通动力电池。
优选的，所述判定电流为AC／DC转换器的输出电压与特征电阻的比值。
作为本发明的另外一个方面，提供一种电动汽车充电桩，包括：AC／DC转换器、第一开关、变压器、第一电流传感器、第一充电耦合器以及控制模块；所述电动汽车包括动力电池、电池管理模块、特征电阻、第二电流传感器、第二充电耦合器以及第二开关；所述第一开关为单刀双掷开关，其动端与AC/DC转换器的输出端相连，不动端分别与变压器的输入端和输出端相连；所述变压器用于将AC/DC转换器的输出电压转换为安全电压，其输出端在与第一开关的不动端相连后，与第一电流传感器的一端相连；所述第一电流传感器的另一端与第一输入耦合器相连；所述控制模块根据所述第一电流传感器的检测电流值，确定所述第一开关的切换。
优选的，所述第一开关在没有收到控制模块的控制信号时，缺省设置为导通变压器的输入端；所述第一充电耦合器导通时，所述第一电流传感器检测其通过的电流I，所述控制模块将电流I与其存储的特征电流It进行比较，将I-It的绝对值与许可阈值进行比较，如其小于许可阈值，所述控制模块将第一开关设置为导通变压器的输出端；如果其大于许可阈值，则保持第一开关导通变压器的输入端，控制模块同时给出报警信号；所述特征电流It的值为U/R，其中U为变压器的输出电压，R为特征电阻值。
优选的，所述控制模块在充电时对于所述第一电流传感器的检测值进行监测，当其小于充电阈值，所述控制模块第一开关设置为导通变压器的输入端。
作为本发明的另外一个方面，提供一种电动汽车，包括：动力电池、电池管理模块、特征电阻、第二电流传感器、第二充电耦合器以及第二开关；所述电动汽车能够通过第二充电耦合器与充电桩的第一充电耦合器耦合；所述第二开关为单刀双掷开关，其动端与第二充电耦合相连，其不动端分别与特征电阻以及动力电池相连；所述第二电流传感器分别与所述特征电阻以及所述动力电池串联；所述电池管理模块根据所述第二电流传感器的电流确定所述第二开关的切换。
优选的，所述第二开关在没有收到电池管理模块的控制信号时，缺省设置为导通特征电阻端；所述第二充电耦合器导通时，所述第二电流传感器检测其通过的电流，所述电池管理模块检测第二电流传感器的检测电流，当其增大到判定电流时，所述电池管理模块将第二开关设置为导通动力电池。
优选的，在充电时，所述电池管理模块对于所述第二电流传感器的电流进行监控，当其小于充电阈值，所述电池管理模块第二开关设置为导通特征电阻。
附图说明
图1是本发明实施例充电桩的系统框图。
图2是本发明实施例电动汽车的系统框图。
图3是本发明实施例充电系统的系统框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的电动汽车充电系统，参见图1，包括充电桩100以及电动汽车200。充电桩100用于给电动汽车200充电，电动汽车200在充电时，需要将车停靠在充电桩100附近，连接电动汽车与充电桩的耦合器，从而进行充电。
充电桩100包括：AC／DC转换器10、第一开关20、变压器30、第一电流传感器40、第一充电耦合器50以及控制模块60。其中AC／DC转换器10，用于将电网的交流电转换为用于电动汽车充电的直流电。AC/DC转换器10的输出电压为200V～600V。第一开关20为单刀双掷开关，能够在两个状态之间切换，其动端与AC/DC转换器10的输出端相连，不动端分别与变压器30的输入端和输出端相连。
变压器30用于将AC/DC转换器10的输出电压转换为安全电压，该安全电压为人体安全电压，可以将其设置为小于36V的电压，例如30V、28V、26V。变压器30的输出与第一电流传感器40的一端相连。
第一电流传感器40用于检测通过其线路的电流，其一端与变压器30的输出相连，另一端与第一充电耦合器50相连。第一充电耦合器50用于与电动汽车的第二充电耦合器250相连，在充电桩100与电动汽车200电耦合之后，充电桩100能够给电动汽车200进行充电。
控制模块60实时监控第一电流传感器40的检测值，根据第一电流传感器40的检测电流值，确定第一开关20的切换。
电动汽车200，包括：动力电池210、电池管理模块220、特征电阻230、第二电流传感器240、第二充电耦合器250以及第二开关260。第二充电耦合器250用于与充电桩100的第一充电耦合器50耦合，从而将电动汽车200与充电桩100电连接。第二充电耦合器250的固定端与第二开关260相连。
第二开关260也是单刀双掷开关，其动端与第二充电耦合器250相连，其不动端分别与特征电阻230以及动力电池210相连。第二开关260能够在连通特征电阻230以及动力电池210之间进行切换。
特征电阻230为电动汽车200的识别电阻，用于在第一充电耦合器50连通时，判断充电桩100所接通的对象是否为电动汽车。可以将特征电阻230的阻值设置为150～200欧之间的特定值，例如160欧、170欧、180欧等，从而使其阻值位于金属导体例如汽车车身以及人体阻值之间，从而在第一充电耦合器50接通时，产生通过第一电流传感器40的特征电流，用于控制模块60判断第一充电耦合器50所接通的是否是电动汽车。
第二电流传感器240分别与特征电阻230以及动力电池210串联，用于检测通过其线路的电流。电池管理模块220对于第二电流传感器240的检测电流进行监控，根据第二电流传感器240的检测电流确定第二开关260的切换。
本发明实施例的充电桩100的第一开关20在没有收到控制模块60的控制信号时，缺省设置为导通变压器30的输入端。当第一充电耦合器50导通时，第一电流传感器40检测其通过的电流I，控制模块60将电流I与其存储的特征电流It进行比较，将I-It的绝对值与许可阈值进行比较，如其小于许可阈值，表示该第一充电耦合器50所导通的对象为电动汽车，控制模块60将第一开关20设置为导通变压器30的输出端；如果其大于许可阈值，表示该第一充电耦合器50导通的对象不是电动汽车，表示耦合器端可能发生电缆暴露或者电流泄漏，控制模块60则保持第一开关20导通变压器30的输入端，同时控制模块60给出报警信号。其中，特征电流It的值为U/R，其中U为变压器的输出电压，R为特征电阻230的阻值。
本发明实施例的电动汽车200的第二开关260在没有收到电池管理模块220的控制信号时，缺省设置为导通特征电阻230端。当第二充电耦合器250插入充电桩耦合导通时，第二电流传感器240检测其通过的电流，电池管理模块220检测第二电流传感器240的检测电流。初始时，第二充电耦合器250的输入电压为充电桩100的变压器30的输出电压，在充电桩100通过电动汽车200的特征电阻判断其接通的对象为电动汽车后，充电桩100的输出电压变更为AC/DC转换器10的输出充电电压。此时，通过第二电流传感器240的电流增大，当其达到判定为充电电流时，电池管理模块220将第二开关260设置为导通动力电池210，从而开始对动力电池210进行充电。
为了避免在电动汽车充电时，在没有拔出耦合器时，汽车启动导致充电桩电缆脱落的影响。充电桩100的控制模块60在充电时对于第一电流传感器40的检测值进行监测，当其小于充电阈值，表示第一充电耦合器50不再连接电动汽车，
控制模块60将第一开关20设置为导通变压器的输入端。在充电时，电动汽车200的电池管理模块220对于第二电流传感器240的电流进行监控，当其小于充电阈值，电池管理模块220将第二开关260设置为导通特征电阻230。
通过本发明的上述实施方式，在电动汽车充电系统的充电桩接通时，对于电流进行检测，判定充电桩的接通对象，在充电桩接通对象不是汽车时，不进行高电压的输出，从而避免了充电桩或者电缆发生损害时，漏电对于人体的伤害，同时能够提供报警功能。
本发明中术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种电动汽车充电系统，包括充电桩以及电动汽车，其特征在于：所述充电桩包括：AC／DC转换器、第一开关、变压器、第一电流传感器、第一充电耦合器以及控制模块；所述电动汽车包括动力电池、电池管理模块、特征电阻、第二电流传感器、第二充电耦合器以及第二开关；所述第一开关为单刀双掷开关，其动端与AC/DC转换器的输出端相连，不动端分别与变压器的输入端和输出端相连；所述变压器用于将AC/DC转换器的输出电压转换为安全电压，其输出与第一电流传感器的一端相连，所述第一电流传感器的另一端与第一充电耦合器相连；所述控制模块根据所述第一电流传感器的检测电流值，确定所述第一开关的切换；所述电动汽车能够通过第二充电耦合器与充电桩的第一充电耦合器耦合；所述第二开关为单刀双掷开关，其动端与第二充电耦合器相连，其不动端分别与特征电阻以及动力电池相连；所述特征电阻的阻值设置为150～200欧之间的特定值，从而使其阻值位于金属导体以及人体阻值之间；所述第二电流传感器分别与所述特征电阻以及所述动力电池串联；所述电池管理模块根据所述第二电流传感器的电流确定所述第二开关的切换；所述第一开关在没有收到控制模块的控制信号时，缺省设置为导通变压器的输入端；所述第一充电耦合器导通时，所述第一电流传感器检测其通过的电流I，所述控制模块将电流I与其存储的特征电流It进行比较，将I-It的绝对值与许可阈值进行比较，如其小于许可阈值，所述控制模块将第一开关设置为导通变压器的输出端；如果其大于许可阈值，则保持第一开关导通变压器的输入端，控制模块同时给出报警信号；所述特征电流It的值为U/R，其中U为变压器的输出电压，R为特征电阻值；所述第二开关在没有收到电池管理模块的控制信号时，缺省设置为导通特征电阻端；所述第二充电耦合器导通时，所述第二电流传感器检测其通过的电流，所述电池管理模块检测第二电流传感器的检测电流，当其增大到判定电流时，所述电池管理模块将第二开关设置为导通动力电池。
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