CN111890962A - 一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪，包括充电枪本体、缆上双向控制盒、电源插头；所述充电枪本体与所述缆上双向控制盒通过第一电缆连接，所述电源插头和所述缆上双向控制盒通过第二电缆连接；所述缆上双向控制盒内设置有充放电控制单元，包括单片机和由单片机控制的开关电路。本发明能够控制和监测电动汽车在家用电网中的充放电过程，确保安全充电，避免出现安全隐患。

Description

一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪及其控制方法
【技术领域】
本发明涉及电动汽车充电设备的技术领域，特别是涉及一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪及其控制方法。
【背景技术】
当前新能源汽车及充电桩建设已显现爆发式增长，为有效应对电动汽车充电对电网的冲击，并充分利用电动汽车蓄电池的储能特性，V2H(电动汽车与家庭电力互动)技术的优势越发明显。
电动汽车可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，其前景被广泛看好，但当前充放电技术尚不成熟。
受限于政策及用电安全问题，V2H方案目前处于试验阶段，并无成熟的应用方式。由于技术尚不成熟，电动汽车与电网互动的充放电过程中会出现异常情况，导致无法安全充放电，产生安全隐患，尤其是在晚间用电低谷时充电，更容易出现安全隐患。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪及其控制方法，能够控制和监测电动汽车在家用电网中的充放电过程，确保安全充电，避免出现安全隐患。
为实现上述目的，本发明提出了一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪，包括充电枪本体、缆上双向控制盒、电源插头；所述充电枪本体与所述缆上双向控制盒通过第一电缆连接，所述电源插头和所述缆上双向控制盒通过第二电缆连接；所述缆上双向控制盒内设置有充放电控制单元，包括单片机和由单片机控制的开关电路。
作为优选，所述开关电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一继电器K1、第二继电器K2、三极管Q1、二级管D1、CC端子、第四电阻Rc、第五电阻Rc’、第六电阻R4、第七电阻R4’和保护地PE；
所述第二电阻R2一端与单片机的I/O引脚连接，另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1发射极接参考地GND；
第二电缆与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端分别与相并联的第一继电器K1和第二继电器K2线圈一端连接，第一继电器K1和第二继电器K2的线圈另一端分别连接三极管Q1的集电极；
二级管D1的负极分别与第一电阻R1和第一继电器K1的连接点、第一电阻R1和第二继电器K2的连接点连接，二极管D1的正极与第一继电器K1和第二继电器K2的另一端连接点连接；
CC端子与第一继电器K1的切换端连接，第一继电器K1另一端切换端分别连接第四电阻Rc和第五电阻Rc’,第四电阻Rc和第五电阻Rc’另一端分别与第二继电器K2的切换端连接，第二继电器K2的另一切换端分别与第六电阻R4和第七电阻R4’连接，第六电阻R4和第七电阻R4’另一端连接到保护地PE。
一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪控制方法，包括过电流保护控制、过压和欠压保护控制、过温度保护控制、未接地和火零线错相保护控制和漏电保护控制；
所述过电流保护控制，根据过电流状态的持续时间来决定是否启动保护；
所述过压和欠压保护控制，根据过压或欠压状态的持续时间来决定是否启动保护；
所述过温度保护控制，根据电源插头在家用电源上插合时的温升状态，通过调整与车辆的通讯数据，从而间接调整充电电流的大小；
所述未接地和火零线错相保护控制，实时侦测家庭电网侧接线状态是否正确，包括检测是否可靠接地、火线和零线是否错相，并根据实际应用需求对电源进行通断控制；
所述漏电保护控制，通过实时侦测整个充放电过程中火零线与地线之间的泄漏电流大小，当侦测到泄漏电流超过设定值，则切断供电。
作为优选，所述过电流保护控制，具体包括如下步骤：
s1.单片机内设置一次电流值i1、二次电流值i2，循环次数N，时间t1、t2，其中i2＞i1，t1＞t2；
s2.在单位时间内侦测充放电电流的有效值是否持续超过设定的一次电流值i1，如超过则做切断电流的动作，并在一定时间t1内重启并再次侦测，上述切断-重启的动作经过N次循环后，充电电流仍超过设定的一次电流值i1，则直接切断充电电流的输出并不再进行重启；其中，若充电电流超过设定的二次电流值i2，则在规定的时间t2内直接切断充放电电流的输出，不再进行重启。
作为优选，所述过压和欠压保护控制，具体包括如下步骤：
设置电压值v1，在设定的时间t3内侦测电压的有效值是否持续超过或低于设定的电压值v1，若持续超过或低于v1则做切断电源的动作，当电压恢复到设定的正常电压范围则重新充电，并持续侦测。
作为优选，一次电流值i1的范围是10～12A，二次电流值i2的范围是12～18A，循环次数N的为3，时间t1的范围是180s，时间t2的范围是1s。
本发明的有益效果：本发明所提出的基于家庭用电的电动汽车交流充电枪及其控制方法适用于产品在V2H模式下提供对电网电压波动的侦测和控制、对充放电电流波动的侦测和控制、对家庭侧的温升情况实时侦测和控制。
提高产品在V2H模式下的智能性、安全性，确保安全充放电，避免出现安全隐患。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明中充电枪的结构示意图；
图2是本发明中充放电控制单元的硬件连接示意图；
【具体实施方式】
参阅图1和图2，本发明一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪，包括充电枪本体、缆上双向控制盒、电源插头；所述充电枪本体与所述缆上双向控制盒通过第一电缆连接，所述电源插头和所述缆上双向控制盒通过第二电缆连接；所述缆上双向控制盒内设置有充放电控制单元，包括单片机和由单片机控制的开关电路。所述缆上双向控制盒内还设置有无线信号收发模块，可通过单片机控制与汽车端进行信号连接。
所述开关电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一继电器K1、第二继电器K2、三极管Q1、二级管D1、CC端子、第四电阻Rc、第五电阻Rc’、第六电阻R4、第七电阻R4’和保护地PE；所述第二电阻R2一端与单片机的I/O引脚连接，另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1发射极接参考地GND；第二电缆与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端分别与相并联的第一继电器K1和第二继电器K2线圈一端连接，第一继电器K1和第二继电器K2的线圈另一端分别连接三极管Q1的集电极；二级管D1的负极分别与第一电阻R1和第一继电器K1的连接点、第一电阻R1和第二继电器K2的连接点连接，二极管D1的正极与第一继电器K1和第二继电器K2的另一端连接点连接；CC端子与第一继电器K1的切换端连接，第一继电器K1另一端切换端分别连接第四电阻Rc和第五电阻Rc’,第四电阻Rc和第五电阻Rc’另一端分别与第二继电器K2的切换端连接，第二继电器K2的另一切换端分别与第六电阻R4和第七电阻R4’连接，第六电阻R4和第七电阻R4’另一端连接到保护地PE。第一电阻R1用于限流保护继电器线圈，二极管D1用于续流；第二电阻R2和第三电阻R3用于分压，使三极管Q1处于饱和状态，起开关电路作用；CC端子为充电枪端子，用于车端提供电压源以及检测用。
充放电切换控制：通过将车载蓝牙和控制盒蓝牙匹配之后，车机系统即可同控制盒建立通信，当汽车有充电需求时，控制盒根据车机指令自动切换充电模式，实现充电；同理，当汽车即将放电时，控制盒根据车机指令切换到放电模式，实现放电。例如，配备车联网功能的新能源汽车，车机系统安装相应APP终端，用户可以使用手中的移动设备：手机、PAD和笔记本电脑等授权汽车当下处于充电还是放电模式；新能源汽车获得授权后，与已通过蓝牙方式配对成功的缆上双向控制盒通讯，并向其发送当前充、放电模式的相应指令。缆上双向控制盒自动转换为充电模式为电动汽车补给电能亦或放电模式为家庭供电。
一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪控制方法，包括过电流保护控制、过压和欠压保护控制、过温度保护控制、未接地和火零线错相保护控制和漏电保护控制；
所述过电流保护控制，根据过电流状态的持续时间来决定是否启动保护；
所述过压和欠压保护控制，根据过压或欠压状态的持续时间来决定是否启动保护；
所述过温度保护控制，根据电源插头在家用电源上插合时的温升状态，通过调整与车辆的通讯数据，从而间接调整充电电流的大小；
所述未接地和火零线错相保护控制，实时侦测家庭电网侧接线状态是否正确，包括检测是否可靠接地、火线和零线是否错相，并根据实际应用需求对电源进行通断控制；
所述漏电保护控制，通过实时侦测整个充放电过程中火零线与地线之间的泄漏电流大小，当侦测到泄漏电流超过设定值，则切断供电。
所述过电流保护控制，具体包括如下步骤：
s1.单片机内设置一次电流值i1、二次电流值i2，循环次数N，时间t1、t2，其中i2＞i1，t1＞t2；
s2.在单位时间内侦测充放电电流的有效值是否持续超过设定的一次电流值i1，如超过则做切断电流的动作，并在一定时间t1内重启并再次侦测，上述切断-重启的动作经过N次循环后，充电电流仍超过设定的一次电流值i1，则直接切断充电电流的输出并不再进行重启；其中，若充电电流超过设定的二次电流值i2，则在规定的时间t2内直接切断充放电电流的输出，不再进行重启。
所述过压和欠压保护控制，具体包括如下步骤：
设置电压值v1，在设定的时间t3内侦测电压的有效值是否持续超过或低于设定的电压值v1，若持续超过或低于v1则做切断电源的动作，当电压恢复到设定的正常电压范围则重新充电，并持续侦测。
一次电流值i1的范围是10～12A，二次电流值i2的范围是12～18A，循环次数N的为3，时间t1的范围是180s，时间t2的范围是1s。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪，其特征在于：包括充电枪本体、缆上双向控制盒、电源插头；所述充电枪本体与所述缆上双向控制盒通过第一电缆连接，所述电源插头和所述缆上双向控制盒通过第二电缆连接；所述缆上双向控制盒内设置有充放电控制单元，包括单片机和由单片机控制的开关电路。
2.如权利要求1所述的电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪，其特征在于：所述开关电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一继电器K1、第二继电器K2、三极管Q1、二级管D1、CC端子、第四电阻Rc、第五电阻Rc’、第六电阻R4、第七电阻R4’和保护地PE；所述第二电阻R2一端与单片机的I/O引脚连接，另一端与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1发射极接参考地GND；第二电缆与第一电阻R1一端连接，第一电阻R1另一端分别与相并联的第一继电器K1和第二继电器K2线圈一端连接，第一继电器K1和第二继电器K2的线圈另一端分别连接三极管Q1的集电极；二级管D1的负极分别与第一电阻R1和第一继电器K1的连接点、第一电阻R1和第二继电器K2的连接点连接，二极管D1的正极与第一继电器K1和第二继电器K2的另一端连接点连接；CC端子与第一继电器K1的切换端连接，第一继电器K1另一端切换端分别连接第四电阻Rc和第五电阻Rc’,第四电阻Rc和第五电阻Rc’另一端分别与第二继电器K2的切换端连接，第二继电器K2的另一切换端分别与第六电阻R4和第七电阻R4’连接，第六电阻R4和第七电阻R4’另一端连接到保护地PE。
3.一种电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪控制方法，其特征在于：包括过电流保护控制、过压和欠压保护控制、过温度保护控制、未接地和火零线错相保护控制和漏电保护控制；
所述过电流保护控制，根据过电流状态的持续时间来决定是否启动保护；
所述过压和欠压保护控制，根据过压或欠压状态的持续时间来决定是否启动保护；
所述过温度保护控制，根据电源插头在家用电源上插合时的温升状态，通过调整与车辆的通讯数据，从而间接调整充电电流的大小；
所述未接地和火零线错相保护控制，实时侦测家庭电网侧接线状态是否正确，包括检测是否可靠接地、火线和零线是否错相，并根据实际应用需求对电源进行通断控制；
所述漏电保护控制，通过实时侦测整个充放电过程中火零线与地线之间的泄漏电流大小，当侦测到泄漏电流超过设定值，则切断供电。
4.如权利要求3所述的电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪控制方法，其特征在于，所述过电流保护控制，具体包括如下步骤：
s1.单片机内设置一次电流值i1、二次电流值i2，循环次数N，时间t1、t2，其中i2＞i1，t1＞t2；
s2.在单位时间内侦测充放电电流的有效值是否持续超过设定的一次电流值i1，如超过则做切断电流的动作，并在一定时间t1内重启并再次侦测，上述切断-重启的动作经过N次循环后，充电电流仍超过设定的一次电流值i1，则直接切断充电电流的输出并不再进行重启；其中，若充电电流超过设定的二次电流值i2，则在规定的时间t2内直接切断充放电电流的输出，不再进行重启。
5.如权利要求3所述的电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪控制方法，其特征在于，过压和欠压保护控制，具体包括如下步骤：设置电压值v1，在设定的时间t3内侦测电压的有效值是否持续超过或低于设定的电压值v1，若持续超过或低于v1则做切断电源的动作，当电压恢复到设定的正常电压范围则重新充电，并持续侦测。
6.如权利要求3所述的电动汽车与家庭负荷电力互动的充电枪控制方法，其特征在于：一次电流值i1的范围是10～12A，二次电流值i2的范围是12～18A，循环次数N的为3，时间t1的范围是180s，时间t2的范围是1s。
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WO2023098528A1 (zh) * 2021-11-30 2023-06-08 长春捷翼汽车科技股份有限公司 一种充放电控制系统

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