CN111751759B - 一种三相充电枪输出短路检测电路及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相充电枪输出短路检测电路及检测方法，交流电源输入通过桥式整流输出直流电，并通过继电器控制此电压，为短路检测模块供电及提供检测信号。同时测量三相双枪交流充电设备的输出短路，双枪互相不干扰。当其中任一一枪充电时，另外一路充电枪插枪检测到短路故障时，不会影响正在充电的设备。本发明能够更准确，更快速，更安全的进行三相交流充电装置输出短路检测，并且能够同时检测三相交流双枪的输出，同时能检测每个充电枪输出的三相四线里任意两根线之间的短路故障，并当其中任一一枪充电时，另外一路充电枪插枪检测到短路故障，不会影响正在充电的设备。最后，本发明投资成本低，集成度高，安装方便，使用简单。

Description

一种三相充电枪输出短路检测电路及检测方法

【技术领域】

本发明属于交流充电机技术领域，涉及一种三相充电枪输出短路检测电路及检测方法。

【背景技术】

随着新能源替代传统石燃料能源的快速发展，特别是电动汽车产业的高速发展，与之匹配的充电机及其配套设备也将成为新能源产业在交通领域的基础位置。充电机主要分为直流充电机和交流充电机两大类，直流充电机通过对交流电进行变压、整流、逆变、滤波等处理输出可直接给蓄电池充电的直流电源；交流充电机是利用专用的充电接口为车载充电机提供交流电能的装置。

电动汽车对充电桩的技术要求体现了一致的趋势，包括大功率充电，充电系统需要具有充电广泛性，可与各类电动汽车上的不同蓄电池系统实现充电特性匹配，能够针对不同的电池进行充电；充电集成化：随着子系统小型化和多功能化的要求，以及电池可靠性和稳定性要求的提高，充电系统将和电动汽车能量管理系统集成为一个整体，集成传输晶体管、电流检测、输出短路保护、反向放电保护等功能，无需外部组件即可实现体积更小、集成化更高的充电解决方案，从而为电动汽车其余部件节约出布置空间，大大降低系统成本，并可优化充电效果，延长电池寿命。

目前，市场现有交流充电机部分不满足输出短路保护要求，或只能实现单相检测或者只能实现单枪检测。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种三相充电枪输出短路检测电路及检测方法，本发明可实现充电枪输出的三相四线中任意两根线之间的短路故障检测，采用直流信号注入采集，不受车端电路影响。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种三相充电枪输出短路检测电路，包括：

交流电源，所述交流电源连接到三相充电枪输出短路检测板的输入端L和输入端N上；

三相充电枪输出短路检测板，所述检测板包括三相交流监测电路、控制电路；

三相交流监测电路，所述三相交流监测电路包括整流滤波电路，整流滤波电路的输入端接交流电源，直流输出正极接继电器K1和继电器K3一侧，直流输出负极接地GND和继电器K2一侧；

继电器K1的另一侧串联分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5及分压电阻R6，分压电阻R6的输出端为检测电压Vdet；分压电阻R2与分压电阻R3之间为三相充电枪输出的接口L1，分压电阻R3与分压电阻R4之间为三相充电枪输出的接口L2，分压电阻R4与分压电阻R5之间为三相充电枪输出的接口L3，分压电阻R5与分压电阻R6之间为三相充电枪输出的接口N；

继电器K2的另一侧接并联的分压电阻R7和二极管D5，二极管D5的阳极与继电器K2相连，阴极为检测电压Vdet；

继电器K3的另一侧串联电阻R8和稳压二极管D6，稳压二极管D6的阴极与电阻R8相连，阳极接地；电阻R8与继电器K3之间为电压Vout1，电阻R8与稳压二极管D6之间为电压Vout2；

主控板控制、检测电路，包括第一运放U1、第二运放U2以及光耦OP1；所述第一运放U1的正向输入端接检测电压Vdet，输出端接第二运放U2的正向输入端，第二运放U2的反相输入端接参考电压Vref；第二运放U2的输出端接光耦OP1的输入端，光耦OP1的输出端接Vcc_IN和Test_IN。

本发明进一步的改进在于：

所述主控板的输入端L和输入端N之间并联有压敏电阻MOV。

所述整流滤波电路包括由二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4构成的整流桥，整流桥的直流输出正极和直流输出负极之间并联电阻R1和电容C2。

所述继电器K1、继电器K2和继电器K3的线圈两端分别接信号CTL和Vcc_IN。

所述电阻R8与继电器K3之间输出的电压Vout1串联电阻R9和电阻R10后接地，电阻R9和电阻R10之间分压输出参考电压Vref。

所述光耦OP1的输入端二极管的阳极接第二运放U2的输出端，阴极接地。

所述第一运放U1的正向输入端通过电阻R11与检测电压Vdet相连，第一运放U1的输出端通过电阻R12与第二运放U2的正向输入端相连。

所述第二运放U2的输出端通过电阻R14与光耦OP1的输入端相连，第二运放U2的输出端还连接有上拉电阻R13，上拉电阻R13接电压Vout2。

一种三相充电枪输出短路检测方法，包括以下步骤：

当检测到充电枪插枪动作后，枪头内控制导引信号CP的电压由12V变为9V，主控板检测到此变化，此时进行三相充电枪输出短路检测，首先主控板发送输出控制信号，使继电器K1、继电器K2和继电器K3导通，此时短路检测电路通电并进行检测，检测到的反馈信号发送给主控板；

当三相四线任一两根线无短路时，检测电压Vdet小于第二运放U2的反向输入端电压Vref；第二运放U2输出低电平，光耦OP1不导通，主控板检测信号为低电平，无故障报警；

当三相四线任一两根线短路时，检测电压Vdet大于第二运放U2的反向输入端电压Vref；第二运放U2输出高电平，光耦OP1导通，主控板检测信号为高电平，主控板进行故障报警。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明交流电源输入通过桥式整流输出直流电，并通过继电器控制此电压，为短路检测模块供电及提供检测信号，此模块可以检测三相四线任何两根线的短路情况。同时测量三相双枪交流充电设备的输出短路，双枪互相不干扰。当其中任一一枪充电时，另外一路充电枪插枪检测到短路故障时，不会影响正在充电的设备。本发明能够更准确，更快速，更安全的进行三相交流充电装置输出短路检测，并且能够同时检测三相交流双枪的输出，同时能检测每个充电枪输出的三相四线里任意两根线之间的短路故障，并当其中任一一枪充电时，另外一路充电枪插枪检测到短路故障，不会影响正在充电的设备。最后，本发明投资成本低，集成度高，安装方便，使用简单。

【附图说明】

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明三相充电枪输出短路检测电路的原理图；

图2为本发明单枪检测方案的示意图；

图3为本发明双枪检测方案的示意图。

【具体实施方式】

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明三相充电枪输出短路检测电路，包括交流电源，交流电源接到板内，整流滤波后接到继电器，由主控板控制信号控制此继电器，继电器闭合后进行短路检测，并反馈给主控板短路状态。具体电路结构如下：

三相充电枪输出短路检测板，所述检测板包括三相交流监测电路、控制电路；三相交流检测电路包括交流输入供电，增加压敏电阻MOV进行保护，通过整流滤波电路后输出340V直流电，直流电输出的正负分别用继电器K1和继电器K2控制，继电器K1和继电器K2均为高耐压继电器，短路检测供电的正极由继电器K3控制。继电器K1和继电器K2的输出通过分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5、分压电阻R6以及分压电阻R7以分压的方式分别接到三相充电枪输出的接口L1、接口L2、接口L3以及接口N，得出检测电压Vdet(非短路时，检测电压Vdet为6.4V，短路时检测电压Vdet大于7V)。继电器K3的输出通过340V的电阻R8与稳压二极管D6串联得到12V直流电，并通过电阻R9与电阻R10分压所得检测参考电压Vref(6.8V直流电)，并接到运放U1二级反相输入端。

检测电压Vdet经电阻R11后输入到第一运放U1的正向输入端，第一运放U1的反相输入端连接到第一运放U1的输出端，并通过串联电阻R12连接到第二运放U2的正相输入端，第二运放U2的输出端连接有上拉电阻R13，并通过通串联限流电阻R14连接到光耦OP1输入端二极管的阳极，光耦OP1输入端二极管的阴极连接12V电源的负极。

通过上述原理描述，三相充电枪输出短路检测逻辑如下，当检测到充电枪插枪动作后，CP(Control pilot控制导引信号，是车端和充电设备通讯信号)电压由12V变为9V，主控板检测到此变化，此时进行三相充电枪输出短路检测，首先主控板发送输出控制信号，使继电器K1、K2、K3导通，此时短路检测电路通电并进行检测，检测到的反馈信号发送给主控板。

当三相四线任一两根线无短路时，检测电压Vdet小于第二运放U2的反向输入端电压Vref。第二运放U2输出低电平，光耦OP1不导通，主控板检测信号为低电平，无故障报警。

当三相四线任一两根线短路时，检测电压Vdet大于第二运放U2的反向输入端电压Vref。第二运放U2输出高电平，光耦OP1导通，主控板检测信号为高电平，主控板进行故障报警。

如图2所示，单枪充电设备时，利用本发明进行单枪输出短路检测。

三相交流充电桩输出短路检测模块，包括三相交流电输出接口、交流输入接口、12V供电接口、5V供电接口、短路检测模块控制接口以及短路检测模块输入检测接口。输入交流接触器、输出三相交流接触器、主控制板与短路检测模块互相连接。

本发明通过充电设备与车辆连接，控制单元检测到插枪动作，此时通过主控制板输出检测信号给短路检测模块进行短路检测，如果交流充电设备输出端未发生短路故障及其他故障，则可以进行正常操作并充电。如果交流充电设备输出端发生短路故障，则短路检测模块会向主控制板反馈短路信号，主控制板会进行故障灯报警及蜂鸣器报警，在故障排除之前无法进行充电。

如图3所示，双枪充电设备，利用本发明进行双枪出输出短路检测。

三相交流充电桩输出短路检测模块，包括枪1三相交流电输出接口、枪2三相交流电输出接口、交流输入接口、12V供电接口、5V供电及枪1短路检测模块控制、枪2短路检测模块控制、枪1短路检测模块输入检测接口、枪2短路检测模块输入检测接口。输入交流接触器、枪1输出三相交流接触器、枪2输出三相交流接触器、主控制板与短路检测模块互相连接。

本发明通过充电设备与车辆连接，控制单元检测到枪1的插枪动作，此时通过主控制板输出枪1检测信号给短路检测模块进行枪1短路检测，如果交流充电设备枪1输出端未发生短路故障及其他故障，则枪1可以进行正常操作并充电。如果交流充电设备枪1输出端发生短路故障，则短路检测模块会向主控制板反馈枪1短路信号，主控制板会进行故障灯报警及蜂鸣器报警，在故障排除之前枪1无法进行充电。

控制单元检测到枪2的插枪动作，此时通过主控制板输出枪2检测信号给短路检测模块进行枪1短路检测，如果交流充电设备枪1输出端未发生短路故障及其他故障，则枪2可以进行正常操作并充电。如果交流充电设备枪2输出端发生短路故障，则短路检测模块会向主控制板反馈枪2短路信号，主控制板会进行故障灯报警及蜂鸣器报警，在故障排除之前枪2无法进行充电。

本发明可以同时测量三相双枪交流充电设备的输出短路，双枪互相不干扰。当其中任一一枪充电时，另外一路充电枪插枪检测到短路故障时，不会影响正在充电的设备。

本发明已经进行了实际的充电测试，效果良好。使用三相交流充电装置输出短路检测模块可以实现更准确，更快速，更安全的进行三相交流充电装置输出短路检测，实现安全保证，提升品质、降低成本、安装方便。

总之，展望三相交流充电装置输出短路检测模块的未来，三相交流充电装置输出短路检测模块将以其高效，集成度高，安全，成本低等优点被越来越多的人们所使用，同时也将成为充电方式发展过程中一个全新的亮点。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，包括：

交流电源，所述交流电源连接到三相充电枪输出短路检测板的输入端L和输入端N上；

三相充电枪输出短路检测板，所述检测板包括三相交流监测电路、控制电路；

三相交流监测电路，所述三相交流监测电路包括整流滤波电路，整流滤波电路的输入端接交流电源，直流输出正极接继电器K1和继电器K3一侧，直流输出负极接地GND和继电器K2一侧；

继电器K1的另一侧串联分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、分压电阻R5及分压电阻R6，分压电阻R6的输出端为检测电压Vdet；分压电阻R2与分压电阻R3之间为三相充电枪输出的接口L1，分压电阻R3与分压电阻R4之间为三相充电枪输出的接口L2，分压电阻R4与分压电阻R5之间为三相充电枪输出的接口L3，分压电阻R5与分压电阻R6之间为三相充电枪输出的接口N；

继电器K2的另一侧接并联的分压电阻R7和二极管D5，二极管D5的阳极与继电器K2相连，阴极为检测电压Vdet；

继电器K3的另一侧串联电阻R8和稳压二极管D6，稳压二极管D6的阴极与电阻R8相连，阳极接地；电阻R8与继电器K3之间为电压Vout1，电阻R8与稳压二极管D6之间为电压Vout2；

主控板控制、检测电路，包括第一运放U1、第二运放U2以及光耦OP1；所述第一运放U1的正向输入端经电阻R11接检测电压Vdet，第一运放U1的反相输入端连接到第一运放U1的输出端，输出端接第二运放U2的正向输入端，第二运放U2的反相输入端接参考电压Vref；第二运放U2的输出端接光耦OP1的输入端，光耦OP1的输出端接Vcc_IN和Test_IN。

2.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述主控板的输入端L和输入端N之间并联有压敏电阻MOV。

3.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述整流滤波电路包括由二极管D1、二极管D2、二极管D3以及二极管D4构成的整流桥，整流桥的直流输出正极和直流输出负极之间并联电阻R1和电容C2。

4.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述继电器K1、继电器K2和继电器K3的线圈两端分别接信号CTL和Vcc_IN。

5.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述电阻R8与继电器K3之间输出的电压Vout1串联电阻R9和电阻R10后接地，电阻R9和电阻R10之间分压输出参考电压Vref。

6.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述光耦OP1的输入端二极管的阳极接第二运放U2的输出端，阴极接地。

7.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述第一运放U1的正向输入端通过电阻R11与检测电压Vdet相连，第一运放U1的输出端通过电阻R12与第二运放U2的正向输入端相连。

8.根据权利要求1所述的三相充电枪输出短路检测电路，其特征在于，所述第二运放U2的输出端通过电阻R14与光耦OP1的输入端相连，第二运放U2的输出端还连接有上拉电阻R13，上拉电阻R13接电压Vout2。

9.一种采用权利要求1-8任意一项所述检测电路的三相充电枪输出短路检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

当检测到充电枪插枪动作后，枪头内控制导引信号CP的电压由12V变为9V，主控板检测到此变化，此时进行三相充电枪输出短路检测，首先主控板发送输出控制信号，使继电器K1、继电器K2和继电器K3导通，此时短路检测电路通电并进行检测，检测到的反馈信号发送给主控板；

当三相四线任一两根线无短路时，检测电压Vdet小于第二运放U2的反向输入端电压Vref；第二运放U2输出低电平，光耦OP1不导通，主控板检测信号为低电平，无故障报警；

当三相四线任一两根线短路时，检测电压Vdet大于第二运放U2的反向输入端电压Vref；第二运放U2输出高电平，光耦OP1导通，主控板检测信号为高电平，主控板进行故障报警。

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