CN109444507A - 一种电动汽车直流充电桩充电电压采集电路、绝缘检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车直流充电桩充电电压采集电路、绝缘检测系统及方法，包括：与充电电压输出端正负极依次并联连接的过压保护电路、滤波电路以及由若干分压电阻串联连接的分压电路，通过测量位于接地端两侧的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压，计算出充电电压。本发明有益效果：设计充电电压检测电路，将充电大电压通过分压电路转换成小信号电压V+和V‑，再根据小信号电压以及分压电阻值计算出充电电压，电路结构简洁，容易实现。利用充电电压检测电路，在计算充电电压的同时，能够分别计算出直流电压正、负极对大地之间的电压，为绝缘检测提供数据基础，无需其他外部电路支撑，综合成本低。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车充电领域，尤其涉及一种电动汽车直流充电桩充电电压采集电路、绝缘检测系统及方法。
背景技术
绝缘检测主要是指在电力系统中的直流系统接地故障，是一种易发生且对电力系统危害性较大的故障。无论是直流电压正极接地或者负极接地或者两点接地的情况下，都可能造成保护误动或者保护拒动，危害一次系统正常运行。
而在新兴电动汽车充电行业中，由于充电电压较高，电流较大，所以相应绝缘等级要求很高，其绝缘程度的高低严重威胁到人身和设备的安全。在国标GB/T 18487.1-20157.1中明确指出：“模式4下，电动汽车应具备充电回路接触器粘连监测和告警功能，供电设备应具备供电回路接触器粘连监测和告警功能”。
目前电动汽车充电行业内部，绝缘检测方法主要有三种：一种是电容检测，检测准确度较低；第二种方法是平衡桥检测，该方法检测有缺陷，不能同时检测电压正负绝缘情况；第三种方法是非平衡桥检测，该方法在测量中需要正负母线分别对地投电阻，正负母线对地电压是变化的。每次投入电阻后需要延时，等待母线对地电压稳定，检测速度比平衡电桥法慢。
总之，在电动汽车充电行业，当前所用的绝缘检测方法普遍存在检测精度低、检测功能单一以及检测电压范围小等缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种电动汽车直流充电桩充电电压采集电路、绝缘检测系统及方法，该系统及方法克服了平衡桥检测方法不能检测正负绝缘均不达标的缺陷和非平衡桥检测方法需要对正负母线投两次电阻的弊端，使绝缘检测更加高效和准确。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
在一个或多个实施方式中该公开的一种充电电压采集电路，包括：与充电电压输出端正负极依次并联连接的过压保护电路、滤波电路以及由若干分压电阻串联连接的分压电路，通过测量位于接地端两侧的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压，计算出充电电压。
进一步地，在电压采集电路的接地端与大地之间设置第一开关，所述第一开关闭合时，位于接地端两端的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压分别为直流电压正极对大地之间的电压和直流电压负极对大地之间的电压；在第一分压电阻和第二分压电阻之外的其中一个分压电阻两端并联第二开关。
在一个或多个实施方式中该公开的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统，包括：监控模块、测控模块、充电模块、阳极功率开关和阴极功率开关；所述监控模块与测控模块和充电模块分别通信，所述测控模块与阳极功率开关和阴极功率开关分别连接，所述充电模块与阳极功率开关和阴极功率开关分别连接，阳极功率开关和阴极功率开关分别连接充电车辆的充电电压正极和充电电压负极；所述测控模块包括权利要求1-2任一项所述的充电电压采集电路；所述测控模块被配置为将采集到的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压上传至监控模块。
进一步地，所述监控模块通过CAN总线与测控模块连接，所述监控模块被配置为向测控模块发送功率开关开闭的控制指令，同时接收测控模块上传的充电数据以及开关量信息。
进一步地，所述监控模块通过CAN总线与充电模块连接，所述监控模块被配置为向充电模块发送充电启停的控制指令，同时接收充电模块上传的实时充电数据。
进一步地，所述测控模块被配置为根据指令控制阳极功率开关和阴极功率开关的开闭，阳极功率开关和阴极功率开关闭合后，充电模块为充电车辆进行充电。
在一个或多个实施方式中该公开的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，包括：
检测充电模块电压正负端子至充电枪头正负端子之间的回路的直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un的模拟量实时变化；
根据检测到的电压Up和电压Un计算出直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn；
判断绝缘电阻Rp或者绝缘电阻Rn是否达到绝缘标准，如果达到进入下一步；否则判定为绝缘不达标，结束；
将第一分压电阻和第二分压电阻之外的其中一个分压电阻短路，重新计算出直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn；
根据绝缘电阻与充电电压的比值，确定当前的绝缘等级状态。
进一步地，包括：闭合测控模块中电压采集电路的第一开关，将电压采集电路中GND与大地连通，此时分别测量位于GND两端的第一分压电阻和第二分压电阻的输出端电压，作为直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un。
在一个或多个实施方式中该公开的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，包括：
检测充电模块电压正负端子至充电枪头正负端子之间的回路的直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un的模拟量实时变化；
确定绝缘等级百分比x；
根据直流电压正极对大地之间的电压Up与充电电压的比值判断是否达到绝缘标准，如果达到进入下一步；否则判定为绝缘不达标，结束；
计算直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn；
根据绝缘电阻与充电电压的比值，确定当前的绝缘等级状态。
进一步地，直流电压正极对大地之间的电压Up与充电电压的比值在x和1-x之间，则判断达到绝缘标准。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
设计充电电压检测电路，将充电大电压通过分压电路转换成小信号电压V+和V-，再根据小信号电压以及分压电阻值计算出充电电压，电路结构简洁，容易实现。利用充电电压检测电路，在计算充电电压的同时，能够分别计算出直流电压正、负极对大地之间的电压，为绝缘检测提供数据基础，无需其他外部电路支撑，综合成本低。
设计两级绝缘检测，首先根据直流电压正、负极对大地之间的绝缘电阻或者根据直流电压正对大地之间的电压与充电电压的比值初步判断是否达到绝缘标准，如果是，进一步计算绝缘电阻值，根据绝缘电阻值与充电电压的比值确定绝缘等级；否则，直接判定绝缘不达标；通过两级绝缘检测能够提高检测精度，并且简化了计算过程，避免不必要的计算影响绝缘检测速度。
本设计较传统的低频交流探测容易受到直流系统对地分布电容的制约和影响，有了很大抗干扰提高，而且本方法不会增加原来直流充电回路的纹波电流，基本不会干扰到员直流系统的电压和电流信号质量。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是充电电压采集电路示意图；
图2是电动汽车直流充电桩绝缘检测系统示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施例中，公开了一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统，如图2所示，包括：监控模块、测控模块、充电模块、以及串联在主回路中的阳极功率开关QC1和阴极功率开关QC2。
其中，监控模块与测控模块和充电模块分别通信，监控模块负责整体控制充电模块和测控模块，测控模块采集充电电压，充电模块输出电压。当启动充电时候，监控模块发命令给充电模块，通过测控模块采集上传充电电压来判断绝缘检测过程。
测控模块与阳极功率开关和阴极功率开关分别连接，充电模块与阳极功率开关和阴极功率开关分别连接，阳极功率开关和阴极功率开关分别连接充电车辆的充电电压正极和充电电压负极；串联在主回路中的阳极功率开关QC1和阴极功率开关QC2是充电电压正和充电电压负的开关，通过测控模块控制闭合和断开，QC1和QC2开关闭合后充电模块的电压到达充电车辆，可以给车充电。
监控模块通过CAN总线与测控模块连接，下发命令控制整个装置内部相关开关的打开和关断，同时接收测控模块上传的模拟量(包括：充电电压，充电电流，充电枪连接状态，充电枪头温度等)、开关量信息(包括QC1和QC2闭合断开状态等)。
同时监控模块通过另一路CAN总线与充电机屏体内的充电模块连接，下发命令控制充电模块启动、停止，接收充电模块上传的实时数据。
测控模块包括充电电压采集电路，电路结构如图1所示，包括：与充电电压输出端正负极依次并联连接的过压保护电路、滤波电路以及由若干分压电阻串联连接的分压电路，通过测量位于接地端两侧的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压，计算出充电电压。
其中，过压保护电路为压敏电阻，滤波电路为共模电感，分压电路包括依次串联连接的二极管D34，第四分压电阻R213，第三分压电阻R214，第一分压电阻R218，第二分压电阻R221以及第五分压电阻R227；第一分压电阻和第二分压电阻之间为接地端，接地端通过第一开关U77与大地端连接。第三分压电阻R214的两端并联连接第二开关U11。
其中，第一开关U77可以为高压磁感应继电器，隔离大地EARTH电压可达4000V，与三极管Q2的集电极连接，三极管的基极连接使能控制端；通过使能控制端控制三极管Q2导通，从而控制第一开关U77导通。
第二开关U11选用光耦继电器，通过两个串联的隔离开关，耐压值可达700V，能够提高光耦继电器的耐压水平；通过两个控制端分别控制两个开关的开闭，实现第三分压电阻R214的导通或者短路。
第一开关U77闭合时，电路的接地端与大地连通，此时测量出来的V+和V-分别作为直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un。
实施例二
直流充电桩在启动充电之前首先需要进行绝缘检测。根据新国标要求，绝缘检测电压要求取充电模块和电动汽车电压两者的最小值。系统启动充电模块之后，闭合主回路中的功率开关QC1、QC2，根据功率开关辅助触点判断功率开关是否闭合，测量充电模块电压正负端子至充电枪头正负端子之间的回路的对大地绝缘情况。
在一个或多个实施例中，公开了一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，包括：
(1)闭合电压采集电路的第一开关U77，此时测量出来的V+和V-分别作为直流电压正极对大地之间的电压Up(即绝缘检测电压正向)和直流电压负极对大地之间的电压Un(即绝缘检测电压负向)；测控模块实时将电压Up和Un通过CAN总线传给监控模块，监控模块计算出直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn，根据图1中的充电电压电路以及基尔霍夫电流定律列出来下面公式：
如果UP>UN，则此时判断RN是否绝缘达标，如果达标进入步骤(2)，如果不达标则直流充电桩绝缘不达标。
如果UP<UN，则此时判断RP是否绝缘达标，如果达标进入步骤(2)，如果不达标则直流充电桩绝缘不达标。
如果UP＝UN，直接进入步骤(2)。
其中，判断是否绝缘达标依据的是绝缘等级Level，根据国标中规定绝缘性能指标Level＝绝缘电阻/充电电压，充电电压＝绝缘检测电压正向+绝缘检测电压负向总和；
当Level<100Ω/V时，绝缘等级为差；当100<Level<500Ω/V时，绝缘等级为良；当Level>500Ω/V时，绝缘等级为优。
当根据绝缘电阻判断绝缘等级为优时，认为绝缘达标，进入下一步判断。
(2)闭合第二开关U11，相当于短路图1中的电阻R214，此时测量的V+和V-分别作为绝缘检测电压正向UP’和绝缘检测电压负向UN’；列出下面的公式：
结合步骤(1)的计算结果，得到：
进而求得
进而求得
根据Level＝绝缘电阻(Rp或Rn)/充电电压，充电电压＝绝缘检测电压正向+绝缘检测电压负向总和；
结果判断：
Level<100Ω/V时，绝缘等级为差；100<Level<500Ω/V时，绝缘等级为良；Level>500Ω/V时，绝缘等级为优。
如果绝缘等级为优则可以进行下一步充电流程，如果绝缘等级为良需要报警提示绝缘良，如果绝缘等级为差则会立即停止充电模块并报绝缘故障。
实施例三
在一个或多个实施例中，公开了另外一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，包括：
(1)闭合电压采集电路的第一开关U77，此时测量出来的V+和V-分别作为直流电压正极对大地之间的电压Up(即绝缘检测电压正向)和直流电压负极对大地之间的电压Un(即绝缘检测电压负向)；
根据百分比计算方法，将绝缘等级转换成百分比：其中，V为绝缘启机电压，当采用绝缘等级Level小于100Ω/V作为绝缘失败标准时，A＝0.1；当采用绝缘等级Level小于500Ω/V作为绝缘失败标准时，A＝0.5；R＝400，A是一个数字表示，按照比例换算，100Ω/V作为绝缘失败标准时A记为0.1；500Ω/V作为绝缘失败标准时，A记为0.5，缩小了1000倍；R＝400也是一样，V+分压电阻＝R213+R214＝200K+200K＝400K，缩小1000倍后，R取值400。
计算如果则初步判断为绝缘达标，进入步骤(2)；否则，直流充电桩绝缘不达标。
(2)闭合第二开关U11，相当于短路图1中的电阻R214，此时测量的V+和V-分别作为绝缘检测电压正向UP’和绝缘检测电压负向UN’；列出下面的公式：
得到：
进而求得
进而求得
根据Level＝绝缘电阻(Rp、Rn)/充电电压，充电电压＝绝缘检测电压正向+绝缘检测电压负向总和；
结果判断：
Level<100Ω/V时，绝缘等级为差；100<Level<500Ω/V时，绝缘等级为良；Level>500Ω/V时，绝缘等级为优。
如果绝缘等级为优则可以进行下一步充电流程，如果绝缘等级为良需要报警提示绝缘良，如果绝缘等级为差则会立即停止充电模块并报绝缘故障。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种充电电压采集电路，其特征在于，包括：与充电电压输出端正负极依次并联连接的过压保护电路、滤波电路以及由若干分压电阻串联连接的分压电路，通过测量位于接地端两侧的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压，计算出充电电压。
2.如权利要求1所述的一种充电电压采集电路，其特征在于，在电压采集电路的接地端与大地之间设置第一开关，所述第一开关闭合时，位于接地端两端的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压分别为直流电压正极对大地之间的电压和直流电压负极对大地之间的电压；在第一分压电阻和第二分压电阻之外的其中一个分压电阻两端并联第二开关。
3.一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统，其特征在于，包括：监控模块、测控模块、充电模块、阳极功率开关和阴极功率开关；所述监控模块与测控模块和充电模块分别通信，所述测控模块与阳极功率开关和阴极功率开关分别连接，所述充电模块与阳极功率开关和阴极功率开关分别连接，阳极功率开关和阴极功率开关分别连接充电车辆的充电电压正极和充电电压负极；所述测控模块包括权利要求1-2任一项所述的充电电压采集电路；所述测控模块被配置为将采集到的第一分压电阻和第二分压电阻两端的电压上传至监控模块。
4.如权利要求1所述的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统，其特征在于，所述监控模块通过CAN总线与测控模块连接，所述监控模块被配置为向测控模块发送功率开关开闭的控制指令，同时接收测控模块上传的充电数据以及开关量信息。
5.如权利要求1所述的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统，其特征在于，所述监控模块通过CAN总线与充电模块连接，所述监控模块被配置为向充电模块发送充电启停的控制指令，同时接收充电模块上传的实时充电数据。
6.如权利要求1所述的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测系统，其特征在于，所述测控模块被配置为根据指令控制阳极功率开关和阴极功率开关的开闭，阳极功率开关和阴极功率开关闭合后，充电模块为充电车辆进行充电。
7.一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，其特征在于，包括：
检测充电模块电压正负端子至充电枪头正负端子之间的回路的直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un的模拟量实时变化；
根据检测到的电压Up和电压Un计算出直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn；
判断绝缘电阻Rp或者绝缘电阻Rn是否达到绝缘标准，如果达到进入下一步；否则判定为绝缘不达标，结束；
将第一分压电阻和第二分压电阻之外的其中一个分压电阻短路，重新计算出直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn；
根据绝缘电阻与充电电压的比值，确定当前的绝缘等级状态。
8.如权利要求7所述的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，其特征在于，包括：闭合测控模块中电压采集电路的第一开关，将电压采集电路中GND与大地连通，此时分别测量位于GND两端的第一分压电阻和第二分压电阻的输出端电压，作为直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un。
9.一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，其特征在于，包括：
检测充电模块电压正负端子至充电枪头正负端子之间的回路的直流电压正极对大地之间的电压Up和直流电压负极对大地之间的电压Un的模拟量实时变化；
确定绝缘等级百分比x；
根据直流电压正极对大地之间的电压Up与充电电压的比值判断是否达到绝缘标准，如果达到进入下一步；否则判定为绝缘不达标，结束；
计算直流电压正极对大地的绝缘电阻Rp和直流电压负极对大地的绝缘电阻Rn；
根据绝缘电阻与充电电压的比值，确定当前的绝缘等级状态。
10.如权利要求9所述的一种电动汽车直流充电桩绝缘检测方法，其特征在于，直流电压正极对大地之间的电压Up与充电电压的比值在x和1-x之间，则判断达到绝缘标准。
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| PB01 | Publication | ||
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Effective date of registration: 20201217 Address after: Room 902, 9 / F, block B, Yinhe building, 2008 Xinluo street, hi tech Zone, Jinan City, Shandong Province Applicant after: Shandong Luneng Software Technology Co.,Ltd. intelligent electrical branch Address before: 250101 power intelligent robot production project 101 south of Feiyue Avenue and east of No.26 Road (in ICT Industrial Park) in Suncun District of Gaoxin, Jinan City, Shandong Province Applicant before: National Network Intelligent Technology Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Address after: Room 902, 9 / F, block B, Yinhe building, 2008 Xinluo street, hi tech Zone, Jinan City, Shandong Province Applicant after: Shandong luruan Digital Technology Co.,Ltd. smart energy branch Address before: Room 902, 9 / F, block B, Yinhe building, 2008 Xinluo street, hi tech Zone, Jinan City, Shandong Province Applicant before: Shandong Luneng Software Technology Co.,Ltd. intelligent electrical branch |
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