CN110435457A - 带有小电流注入功能的便携式电动汽车充电器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种便携式电动汽车充电器，其包括控制盒，所述控制盒内包括可开闭保护接地电路，所述可开闭保护接地电路包括继电器控制模块和注入电流控制模块。所述继电器控制模块用于保持和保护接地耦合的继电器的开关触点常闭，并响应于错误指示信号使所述继电器的开关触点开启；所述注入电流控制模块的输出和所述继电器的开关触点耦合，所述注入电流控制模块用于通过其输出端来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。

Description

带有小电流注入功能的便携式电动汽车充电器
技术领域
本发明涉及一种可开闭的便携式电动汽车充电器。
背景技术
随着新能源汽车数量的逐年增加，充电问题成为使用新能源汽车的最大困扰。目前给新能源汽车充电的方式主要有两种：一是通过充电桩进行充电；二是利用便携式电动汽车充电器来充电。而充电站的数量目前远远低于市场上的充电应用需求，并且存在需要用户寻找充电站以及等待充电等一系列问题，这使得便携式电动汽车充电器(通常也称之为充电控制盒)逐渐成为电动汽车必备的配件。
IEC产品标准将电气设备的产品按防间接接触电击的不同要求分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ四类。Ⅰ类设备是目前应用最广泛的一类设备，它具有金属外壳，外加绝缘层。但它除靠基本绝缘来防电击外还另有补充措施，即它具有经PE(protective earth)线接地的手段。这样当基本绝缘损坏，带电导体碰到设备的金属外壳时，外壳电位因接地而大大降低，同时经PE线构成的接地通路也可使产生的接地故障电流返回电源，这时回路上的防护电器即可检测出故障电流而及时切断电源。
按照IEC产品标准，前述的便携式电动汽车充电器通常属于I类设备。
在含有I类设备的系统中发现如下安全问题。当同一系统中的Ⅰ类设备发生故障时，在未能及时切断供电电源的情况下，该Ⅰ类设备的故障电压会通过其外壳沿着供电电源的保护接地(PE)系统扩散，使得接入该同一系统的其他Ⅰ类设备同时带上故障电压，从而造成电击危险。为了在电动汽车应用场景中防范便携式电动汽车充电器未及时切断所导致的风险，可在便携式电动汽车充电器中纳入可开闭保护接地(switched protective earth，SPE)功能，使得可以在存在故障电压的情况下及时切断PE，防止沿PE传导的故障电压所引起的电击危险，以保护使用者的人身安全。因此，SPE功能可以进一步提高便携式电动汽车充电器的安全性能。
按照IEC-62752的要求，如果便携式电动汽车充电器具备SPE功能，且如果PE线上带电或者有电流通过，则PE线要断开。一种实现SPE的方法是使用继电器，在没有大电流通过PE时继电器触点闭合，在有大电流通过PE时继电器触点断开。然而，据本申请发明人的发现，现有的基于继电器的SPE功能存在以下技术不足：在长期没有大电流通过的情况下，继电器触点易形成氧化膜，继电器触点上氧化膜的存在会导致无法保证继电器的可靠的闭合。
本领域的一种现有解决方案是让继电器触点在空载情况下定期地打开一次或多次。频繁地打开继电器触点需要额外的操作或额外的控制，且影响整体系统的持续性和稳定性。
发明内容
本发明公开了一种应用于便携式电动汽车充电器中的充电控制盒中的可开闭保护接地电路。总体而言，本发明通过在继电器关闭时持续注入小幅电流，以抑制继电器开关触点上氧化膜的形成。
本发明的一个方面在于提供一种便携式电动汽车充电器，其包括控制盒，所述控制盒内包括可开闭保护接地电路，所述可开闭保护接地电路包括继电器控制模块和注入电流控制模块。所述继电器控制模块用于保持和保护接地耦合的继电器的开关触点常闭，并响应于错误指示信号使所述继电器的开关触点开启；所述注入电流控制模块的输出和所述继电器的开关触点耦合，所述注入电流控制模块用于通过其输出端来持续注入小幅电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
在本发明的至少一实施例中，所述注入电流控制模块基于自身产生的使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
在本发明的至少一实施例中，所述注入电流控制模块响应于从外部输入的注入使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
在本发明的至少一实施例中，所述注入电流控制模块进一步包括注入控制端，用于从外部接收所述注入使能信号，所述注入电流控制模块还包括三极管，所述三极管的基极连接到所述注入控制端，所述三极管一端连接电源，另一端通过电阻连接到注入电流控制电路的输出。
在本发明的至少一实施例中，所述继电器控制模块进一步包括三极管，所述三极管的基极响应于来自开关控制端口的错误指示信号，使所述继电器的开关触点开启。
在本发明的至少一实施例中，所述注入电流控制电路所持续注入的小幅电流低于故障电流检测阈值。
本发明的另一个方面在于提供一种用于电气设备的可开闭保护接地电路，所述可开闭保护接地电路包括继电器控制电路和注入电流控制电路，所述继电器控制电路用于保持和保护接地耦合的继电器的开关触点常闭，并响应于错误指示信号使所述继电器的开关触点开启；所述注入电流控制电路的输出和所述继电器的开关触点耦合，所述注入电流控制电路用于通过其输出端来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
在本发明的至少一实施例中，所述注入电流控制电路基于自身产生的使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点，或者所述注入电流控制电路响应于从外部输入的注入使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
在本发明的至少一实施例中，所述注入电流控制电路所持续注入的小幅电流低于故障电流检测阈值。
本发明的又一个方面在于提供一种印刷电路组装板(PCBA)，包括安装在印刷电路板上的用于电气设备的可开闭保护接地电路。
本发明所提出的技术方案与现有技术相比，具有以下优点：
通过持续注入小幅电流，解决了继电器长期闭合时触点会形成氧化膜的问题，可保证继电器的可靠闭合。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。应当理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对本发明所要求保护范围的限制。
图1是根据本发明实施例的示例可开闭保护接地(SPE)电路系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。同时，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作出详尽的描述。
参照图1，图1是根据本发明实施例的示例可开闭保护接地(SPE)电路系统1。
如图1所示，SPE电路系统1中包括继电器控制模块10、注入电流控制模块20、保护接地(PE)故障电流检测模块30、供电插座连线检测模块40、以及继电器触点检测模块50。
如图1中所示，继电器的开关触点K与PE线耦合，继电器控制模块10通过控制继电器的开关触点K的开闭来控制PE线的断开和闭合。继电器控制模块10包括三极管Q1，Q1的基极连接到开关控制端口101，用于接收错误指示信号。在正常情况下，继电器控制模块10保持继电器的开关触点K处于闭合状态；但当继电器控制模块10接收到来自开关控制端口101的错误指示信号时，致使继电器的开关触点K开启，从而断开PE线。该错误指示信号可以来自于以下各项中的任一项：PE故障电流检测模块30检测到故障电流；以及供电插座连线检测模块40检测到插座连线错误，诸如，PE线接到火线上。
PE故障电流检测模块30利用耦合至PE线的电流传感器301检测PE线上的电流，一旦所检测到的电流超过故障电流检测阈值，便发出错误指示信号，以指示继电器控制模块10控制继电器的开关触点K开启。该故障电流检测阈值可以设置为30mA，此外，还可以根据不同的使用场合，将其设置为6mA、10mA、15mA、20mA或其他任何数值。
继电器触点检测模块50用于检测继电器的开关触点K的状态，进而监测继电器的错误，例如，继电器的开关触点K粘连、或继电器的开关触点K不能闭合。如图1中所示的，继电器触点检测模块50的输出连接到供电插座连线检测模块40中的控制端口401，以用于向外部的控制单元输出继电器状态信号。当检测出继电器的开关触点K的状态为闭合状态，且继电器控制模块10的开关控制端口101接收到错误指示信号时，判断出继电器发生错误，且该继电器的错误为继电器的开关触点K粘连。当检测出继电器的开关触点K的状态为开启状态，且继电器控制模块10的开关控制端口101未接收到错误指示信号时，判断出继电器发生错误，为继电器的开关触点K不能闭合。当监测出继电器发生错误时，可相应地发出视觉或听觉通知，以告知用户继电器发生错误。进一步地，可以根据继电器的错误类型，发出不同的视觉或听觉通知，以用于让用户快速知晓继电器的错误类型。
如图1所示，根据实施例的SPE电路系统1进一步包括注入电流控制模块20。注入电流控制模块20可包括三极管Q2，Q2的基极连接到注入控制端口201，发射极连接到电源，集电极通过电阻R1连接到注入电流控制模块20的输出，注入电流控制模块20的输出与继电器的开关触点K耦合。其中，电阻R1的数值大小可以为100欧姆、或其他数值，其可根据所需的注入电流大小来调节。响应于连接到基极的注入控制端口201接收到注入使能信号，注入电流控制模块20注入小幅电流通过继电器的闭合的开关触点K。当注入使能信号为持续时，这种电流的注入也是持续的。或者，注入电流控制模块20还可基于自身产生的使能信号，持续地注入小幅电流通过所述继电器的闭合的开关触点K。注入电流控制模块20所注入的通过继电器的闭合的开关触点K的小幅电流的强度被设置为低于故障电流检测阈值，以避免触发PE故障电流检测模块30发出错误指示信号。
实施例中“持续注入”的电流可以是恒定的电流，但本发明不限于此。某种意义上，只要注入的电流始终低于故障电流检测阈值即可。同时，实施例中的“持续注入”应宽泛理解为在继电器闭合的多数时间内注入电流，并不排除因为各种原因而间歇性地停止注入电流的情况。
实施例中，给出了基于三极管的注入电流控制模块的示例。本领域技术人员可理解的是，任何能持续注入电流的实现手段均应落入本发明的范围内。
发明人的实践发现，通过持续恒定地注入小幅电流通过继电器的闭合的开关触点K，可避免继电器的开关触点K处形成氧化膜，进而保证继电器的开关触点K能够可靠地闭合。
以上根据图1描述了示例SPE电路系统1，在该SPE电路系统1中所包含的模块和/电路及其功能的划分仅是示例性的。根据本发明的SPE电路系统可包含附加的模块或移除图1中所示的部分模块，例如，SPE电路系统中可以仅包括用于控制继电器的开关触点K的开闭的继电器控制模块10、以及注入电流通过继电器的开关触点K的注入电流控制模块20。并且本领域技术人员可根据具体需要对某几个或多个模块进行集成与合并，或者将其中一个模块或多个模块划分成进一步的模块。因此，图1仅是示例性的SPE电路系统，而不应被认为是实现本发明的技术方案的唯一电路系统。本领域技术人员还应理解，任何包括实施例所描述的继电器控制模块和注入电流控制模块的SPE电路系统，均应落入本发明的范围。
实施例所述的SPE电路优选地用于便携式电动汽车充电器中，同时，还可适用于其他任何的电气设备。基于本发明所描述的SPE电路可安装在印刷电路板上，以形成印刷电路组装板。
在不背离本发明的精神和主旨的情况下，本领域技术人员可对以上具体描述的实施方式作出适当修改和调整。因此，旨在使所要求保护的主题不仅限于所公开的特定示例，这些要求保护的主题也可包括落在所附权利要求书及其等效物范围内的所有实现。

Claims (10)

1.一种便携式电动汽车充电器，包括控制盒，所述控制盒内包括可开闭保护接地电路，所述可开闭保护接地电路包括：
继电器控制模块，所述继电器控制模块用于保持和保护接地耦合的继电器的开关触点常闭，并响应于错误指示信号使所述继电器的开关触点开启；以及
注入电流控制模块，其输出和所述继电器的开关触点耦合，所述注入电流控制模块用于通过其输出端来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
2.如权利要求1所述的便携式电动汽车充电器，其特征在于，所述注入电流控制模块基于自身产生的使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
3.如权利要求2所述的便携式电动汽车充电器，其特征在于，所述注入电流控制模块响应于从外部输入的注入使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
4.如权利要求2所述的便携式电动汽车充电器，其特征在于，所述注入电流控制模块包括注入控制端，用于从外部接收所述注入使能信号，所述注入电流控制模块还包括三极管，所述三极管的基极连接到所述注入控制端，所述三极管一端连接电源，另一端通过电阻连接到注入电流控制模块的输出。
5.如权利要求1所述的便携式电动汽车充电器，其特征在于，所述继电器控制模块包括三极管，所述三极管的基极响应于来自开关控制端口的错误指示信号，使所述继电器的开关触点开启。
6.如权利要求1所述的便携式电动汽车充电器，其特征在于，所述注入电流控制模块所持续注入的电流低于故障电流检测阈值。
7.一种用于电气设备的可开闭保护接地电路，所述可开闭保护接地电路包括：
继电器控制电路，用于保持和保护接地耦合的继电器的开关触点常闭，并响应于错误指示信号使所述继电器的开关触点开启；以及
注入电流控制电路，其输出和所述继电器的开关触点耦合，所述注入电流控制电路用于通过其输出端来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
8.如权利要求7所述的可开闭保护接地电路，其特征在于，
所述注入电流控制电路基于自身产生的使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点，或者
所述注入电流控制电路响应于从外部输入的注入使能信号来持续注入电流通过所述继电器的闭合的开关触点。
9.如权利要求7－8中任一项所述的可开闭保护接地电路，其特征在于，所述注入电流控制电路所持续注入的电流低于故障电流检测阈值。
10.一种印刷电路组装板(PCBA)，包括安装在PCB上的如权利要求7－9中任一项所述的可开闭保护接地电路。
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