CN113238167A - 一种交流充电桩输出短路检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流充电桩输出短路检测电路及方法，包括：第一检测电路，包括第一继电器，第一继电器包括第一线圈和第一线圈通电后动作的第一触点，第一触点与第三触点并联；第二检测电路，包括第二继电器，所述第二继电器包括第二线圈和第二线圈通电后动作的第二触点，所述第二触点与第四触点并联；第一检测电路和第二检测电路均与MCU相连接，用于通过MCU控制第一线圈和第二线圈是否通电；所述计量互感器设于第一触点与火线输出端之间。优点在于：将检测信号由逻辑电平信号改为电流采样的模拟信号；并通过将采集到的电流信息换算为对应的负载情况，与预设的电流阈值比对后给出结论，从而使能准确根据检测的电流判定是否存在短路的情况。

Description

一种交流充电桩输出短路检测电路及方法

技术领域

本发明涉及充电桩领域，特别涉及一种交流充电桩输出短路检测电路及方法。

背景技术

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩目前分为交流充电桩和直流充电桩，其中交流充电桩是比较常见的一种，其充电桩的零线和火线分别通过继电器的触点与市电的零线和火线连接，当闭合继电器的触点后则启动充电桩对电动汽车进行充电，但由于如果交流充电桩的输出出现短路时，如果直接闭合继电器的触点为电动汽车进行充电，则易发生安全事故。

为此，有申请号为CN202020273125.2(授权公告号为CN212160012U)的中国实用新型专利公开了一种交流充电桩输出状态检测电路，包括二极管和光耦，二极管两端连接充电桩的两个输出端，二极管的负极与光耦的发射二极管的正极连接，二极管的正极与光耦的发射二极管的负极连接，光耦的受光器连接信号输出电路。受光器为光敏半导体管，光敏半导体管的集电极连接电源，光敏半导体管的发射极为信号输出端。

但现有的检测电路都是通过对输出的状态进行判断交流充电桩的开路或短路状态，这种检测方式并不能满足检测短路负载可调的情况，另外，当检测单元器件失效时，市电被引入至产品隔离部分，而导致产品部分功能或全部功能丧失，也可能带来更大的风险。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能满足负载调整时的短路检测且检测结果更加准确的交流充电桩输出短路检测电路。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种应用上述交流充电桩输出短路检测电路进行短路检测的检测方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种交流充电桩输出短路检测电路，所述交流充电桩包括用于控制交流充电桩的输出端是否通电的第三继电器，所述第三继电器包括串联在火线的输入端和输出端之间的第三触点和串联在零线的输入端和输出端之间的第四触点，所述交流充电桩还包括计量互感器、与计量互感器相连接的计量模块以及与计量模块相连接的MCU，其特征在于：所述交流充电桩输出短路检测电路包括：

第一检测电路，包括第一继电器，所述第一继电器包括第一线圈和第一线圈通电后动作的第一触点，所述第一触点与第三触点并联；

第二检测电路，包括第二继电器，所述第二继电器包括第二线圈和第二线圈通电后动作的第二触点，所述第二触点与第四触点并联；

所述第一检测电路和第二检测电路均与MCU相连接，用于通过MCU控制第一线圈和第二线圈是否通电；所述计量互感器设于第一触点与火线输出端之间，用于采集电流。

还包括第一保护电路，所述第一保护电路与第一检测电路的第一触点相串联。

所述第一保护电路包括一个电阻或至少两个相互并联的电阻。

还包括第二保护电路，所述第二保护电路与第二检测电路的第二触点相串联。

所述第二保护电路包括一个电阻或至少两个相互并联的电阻。

所述第一检测电路包括第一三极管、第一电阻、第二电阻和第一二极管，所述第二电阻的一端MCU相连接，所述第二电阻的另一端连接第一三极管的基极和第一电阻的一端，所述第一三极管的发射极接地，所述第一电阻的另一端连接在第一三极管的发射极和地之间，所述第一三极管的集电极连接第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接电源，所述第一线圈与第一二极管相并联。

所述第一检测电路包括第二三极管、第三电阻、第四电阻和第二二极管，所述第三电阻的一端与MCU相连接，所述第三电阻的另一端连接第二三极管的基极和第四电阻的一端，所述第二三极管的发射极接地，所述第四电阻的另一端连接在第二三极管的发射极和地之间，所述第二三极管的集电极连接第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接电源，所述第二线圈与第二二极管相并联。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种交流充电桩输出短路检测电路的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、在交流充电桩为负载供电前启动自检过程，即：第三继电器的第三触点和第四触点处于断开时，通过MCU控制第一线圈和第二线圈通电，则第一触点和第二触点闭合；

步骤2、通过MCU对比计量互感器采集的电流值与预设的电流阈值，判断计量互感器采集的电流值是否大于预设的电流阈值，如是，则判定为交流充电桩出现短路，自检结束；如否，则转入步骤3；

步骤3、通过MCU控制第一线圈和第二线圈断电，且控制第三继电器的第三触点和第四触点闭合，交流充电桩为负载供电。

所述MCU中还存储有自检结果的故障代码，步骤2中自检结束后MCU还输出对应的该故障代码。

所述负载为电动汽车。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先通过借用充电桩自身的电能计量功能(计量模块+计量互感器)，采集检测回路的实时电流，因此将检测信号由逻辑电平信号改为电流采样的模拟信号，实现了检测单元与控制系统隔离，提升了产品的安全性和可靠性；其次，通过将采集到的电流信息换算为对应的负载(负载代指不同汽车的充电接口输入阻抗)情况，与预设的电流阈值比对，给出结论，从而使能准确根据检测的电流判定是否存在短路的情况，准确适配不同的车辆。

附图说明

图1为本发明实施例中交流充电桩输出短路检测电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

交流充电桩包括计量互感器3、与计量互感器相连接的计量模块以及与计量模块相连接的MCU，还包括用于控制交流充电桩的输出端是否通电的第三继电器，第三继电器包括串联在火线的输入端UL_IN和输出端UL_OUT之间的第三触点K3和串联在零线的输入端UN_IN和输出端UN_OUT之间的第四触点K4，当然，第三继电器还包括分别控制第三触点K3和第四触点K4闭合的线圈，第三触点K3和第四触点K4闭合受MCU的控制。上述第三继电器为功率继电器，其中，火线的输入端UL_IN和零线的输入端UN_IN即对应为电网的接入；火线的输出端UL_OUT和零线的输入端UN_OUT即对应为交流充电桩的充电插头的输出。

如图1所示，为了对上述交流充电桩的输出短路情况进行检测，本实施例中的交流充电桩输出短路检测电路包括：

第一检测电路1，包括第一继电器，第一继电器包括第一线圈KM1和第一线圈KM1通电后动作的第一触点K1，第一触点K1与第三触点K3并联；

第二检测电路2，包括第二继电器，第二继电器包括第二线圈KM2和第二线圈KM2通电后动作的第二触点K2，第二触点K2与第四触点K4并联；

第一检测电路1和第二检测电路2均与MCU相连接，用于通过MCU控制第一线圈KM1和第二线圈KM2是否通电；计量互感器3设于第一触点K1与火线输出端UL_OUT之间，用于采集电流。

为了防止交流充电桩输出短路而烧坏上述检测电路，还包括第一保护电路4和第二保护电路5，第一保护电路4与第一检测电路1的第一触点K1相串联。其中，第一保护电路4和第二保护电路5包括一个电阻或至少两个相互并联的电阻。当然，第一保护电路4和第二保护电路5可以为相同的电路，也可以为不同的电路，本实施例中，第一保护电路4包括相互并联的第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7，第二保护电路包括相互并联的第八电阻R8、第九电阻R9和第十电阻R10。其中，第一保护电路4和第二保护电路5的功能是将流过第一检测电路1和第二检测电路2的电流限制在安全电流，从而通过限制短路电流而对上述检测电路进行保护。

本实施例中，第一检测电路1包括第一三极管V1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一二极管VD1，第二电阻R2的一端与MCU相连接，即：对应YK_L接口与MCU相连接；第二电阻R2的另一端连接第一三极管V1的基极和第一电阻R1的一端，第一三极管V1的发射极接地，第一电阻R1的另一端连接在第一三极管V1的发射极和地之间，第一三极管V1的集电极连接第一二极管VD1的正极，第一二极管VD1的负极连接电源VCC，第一线圈KM1与第一二极管VD1相并联。

本实施例中，第一检测电路2包括第二三极管V2、第三电阻R3、第四电阻R4和第二二极管VD2，第三电阻R3的一端与MCU相连接，即：对应YK_N接口与MCU相连接；第三电阻R3的另一端连接第二三极管V2的基极和第四电阻R4的一端，第二三极管V2的发射极接地，第四电阻R4的另一端连接在第二三极管V2的发射极和地之间，第二三极管V2的集电极连接第二二极管VD2的正极，第二二极管VD2的负极连接电源VCC，第二线圈KM2与第二二极管VD2相并联。

一种应用上述交流充电桩输出短路检测电路的短路检测方法，包括以下步骤：

步骤1、在交流充电桩为负载供电前启动自检过程，即：第三继电器的第三触点K3和第四触点K4处于断开时，通过MCU控制第一线圈KM1和第二线圈KM2通电，则第一触点K1和第二触点K2闭合；本实施例中，负载一般为电动汽车；

步骤2、通过MCU对比计量互感器采集的电流值与预设的电流阈值，判断计量互感器采集的电流值是否大于预设的电流阈值，如是，则判定为交流充电桩出现短路，自检结束；如否，则转入步骤3；其中，MCU中还存储有自检结果的故障代码，自检结束后MCU还输出对应的该故障代码；其中，预设的电流阈值可根据检测上述交流充电桩连接的实际负载而确定，从而使上述检测电路能对不同负载时的短路进行检测，能使检测的结果更加准确；

步骤3、通过MCU控制第一线圈KM1和第二线圈KM2断电，且控制第三继电器的第三触点K3和第四触点K4闭合，交流充电桩为负载供电。

另外，若第一检测电路和第二检测电路失效发生在自检前或自检过程中，即第一触点K1或/和第二触点K2不能受MCU控制而断开或闭合，而一直保持断开或闭合状态，如果第一触点K1和第二触点K2一直保持断开状态时，说明此时的检测电路只是不能进行检测工作，因此可以增加能检测第一检测电路和第二检测电路失效的电路；如果第一触点K1和第二触点K2一直保持闭合状态时，则第一保护电路和第二保护电路会限制短路电流从而能对上述检测电路进行保护，以防止交流充电桩输出短路而烧坏检测电路，此时计量互感器仍会进行检测，判断过程如上述自检过程相同。如果第一检测电路和第二检测电路失效发生在充电过程中，如果第一触点K1和第二触点K2一直保持断开状态时，此时对交流充电桩的充电并无影响；如果第一触点K1和第二触点K2一直保持闭合状态时，虽然第三继电器与第一检测电路和第二检测电路之间会出现短路，但是由于第三继电器的回路阻抗很小可以忽略不计，第一保护电路和第二保护电路通过限流电阻，阻抗很大，则电流会从小阻抗回路(即第三继电器的回路)通过，此时对交流充电桩的充电并无影响。

本方法中首先通过借用充电桩自身的电能计量功能(计量模块+计量互感器)，在检测时段，采集检测回路的实时电流，无需额外增加成本，因此将检测信号由逻辑电平信号改为电流采样的模拟信号，实现了检测单元与控制系统隔离，提升了产品的安全性和可靠性；其次，通过将采集到的电流信息换算为对应的负载(负载代指不同汽车的充电接口输入阻抗)情况，与预设的电流阈值比对，给出结论，准确适配不同的车辆。其中，预设的电流阈值可根据检测上述交流充电桩连接的假负载情况确定，从而使能准确根据检测的电流判定是否存在短路的情况。另外当上述检测器件失效时，对交流充电桩的充电功能并无影响，且能避免发生损坏的情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种交流充电桩输出短路检测电路，所述交流充电桩包括用于控制交流充电桩的输出端是否通电的第三继电器，所述第三继电器包括串联在火线的输入端(UL_IN)和输出端(UL_OUT)之间的第三触点(K3)和串联在零线的输入端(UN_IN)和输出端(UN_OUT)之间的第四触点(K4)，所述交流充电桩还包括计量互感器(3)、与计量互感器相连接的计量模块以及与计量模块相连接的MCU，其特征在于：所述交流充电桩输出短路检测电路包括：

第一检测电路(1)，包括第一继电器，所述第一继电器包括第一线圈(KM1)和第一线圈(KM1)通电后动作的第一触点(K1)，所述第一触点(K1)与第三触点(K3)并联；

第二检测电路(2)，包括第二继电器，所述第二继电器包括第二线圈(KM2)和第二线圈(KM2)通电后动作的第二触点(K2)，所述第二触点(K2)与第四触点(K4)并联；

所述第一检测电路(1)和第二检测电路(2)均与MCU相连接，用于通过MCU控制第一线圈(KM1)和第二线圈(KM2)是否通电；所述计量互感器(3)设于第一触点(K1)与火线输出端(UL_OUT)之间，用于采集电流。

2.根据权利要求1所述的交流充电桩输出短路检测电路，其特征在于：还包括第一保护电路(4)，所述第一保护电路(4)与第一检测电路(1)的第一触点(K1)相串联。

3.根据权利要求2所述的交流充电桩输出短路检测电路，其特征在于：所述第一保护电路(4)包括一个电阻或至少两个相互并联的电阻。

4.根据权利要求2所述的交流充电桩输出短路检测电路，其特征在于：还包括第二保护电路(5)，所述第二保护电路(5)与第二检测电路(2)的第二触点(K2)相串联。

5.根据权利要求4所述的交流充电桩输出短路检测电路，其特征在于：所述第二保护电路(5)包括一个电阻或至少两个相互并联的电阻。

6.根据权利要求1所述的交流充电桩输出短路检测电路，其特征在于：所述第一检测电路(1)包括第一三极管(V1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第一二极管(VD1)，所述第二电阻(R2)的一端MCU相连接，所述第二电阻(R2)的另一端连接第一三极管(V1)的基极和第一电阻(R1)的一端，所述第一三极管(V1)的发射极接地，所述第一电阻(R1)的另一端连接在第一三极管(V1)的发射极和地之间，所述第一三极管(V1)的集电极连接第一二极管(VD1)的正极，所述第一二极管(VD1)的负极连接电源(VCC)，所述第一线圈(KM1)与第一二极管(VD1)相并联。

7.根据权利要求1所述的交流充电桩输出短路检测电路，其特征在于：所述第一检测电路(2)包括第二三极管(V2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第二二极管(VD2)，所述第三电阻(R3)的一端与MCU相连接，所述第三电阻(R3)的另一端连接第二三极管(V2)的基极和第四电阻(R4)的一端，所述第二三极管(V2)的发射极接地，所述第四电阻(R4)的另一端连接在第二三极管(V2)的发射极和地之间，所述第二三极管(V2)的集电极连接第二二极管(VD2)的正极，所述第二二极管(VD2)的负极连接电源(VCC)，所述第二线圈(KM2)与第二二极管(VD2)相并联。

8.一种应用权利要求1～7任一项所述的交流充电桩输出短路检测电路的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、在交流充电桩为负载供电前启动自检过程，即：第三继电器的第三触点(K3)和第四触点(K4)处于断开时，通过MCU控制第一线圈(KM1)和第二线圈(KM2)通电，则第一触点(K1)和第二触点(K2)闭合；

步骤2、通过MCU对比计量互感器采集的电流值与预设的电流阈值，判断计量互感器采集的电流值是否大于预设的电流阈值，如是，则判定为交流充电桩出现短路，自检结束；如否，则转入步骤3；

步骤3、通过MCU控制第一线圈(KM1)和第二线圈(KM2)断电，且控制第三继电器的第三触点(K3)和第四触点(K4)闭合，交流充电桩为负载供电。

9.根据权利要求8所述的交流充电桩输出短路检测方法，其特征在于：所述MCU中还存储有自检结果的故障代码，步骤2中自检结束后MCU还输出对应的该故障代码。

10.根据权利要求8所述的交流充电桩输出短路检测方法，其特征在于：所述负载为电动汽车。

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