CN113270915B - 一种适用it电网的家用交流充电装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用IT电网的家用交流充电装置，包括通过电缆依次电性连接的家用供电插头、控制盒以及交流充电枪，家用供电插头用于与供电插座或供电车辆连接；控制盒内设有电气隔离模块、充电控制电路板及漏电流检测模块，充电控制电路板包括相连的输出控制开关及控制单元，电气隔离模块的输入端与家用供电插头连接，电气隔离模块的输出端经过输出控制开关连接至交流充电枪，电气隔离模块输出端处的零线经过短接线与电缆中的PE线连接；漏电流检测模块能够供电气隔离模块输出端与交流充电枪之间的电缆中的火线及零线穿过以进行漏电检测功能。本发明适用于IT电网系统，可兼容TN、TT等电网系统，解决充电装置应用场合的限制，且能保证系统的安全性。

Description

一种适用IT电网的家用交流充电装置
技术领域
本发明属于电动汽车充电装置技术领域，特别涉及一种适用IT电网的家用交流充电装置。
背景技术
家用交流充电装置是电动汽车充电设备的一种，行业内又称为交流慢充枪、模式二充电枪等，可通过家用10A或16A三孔插座为电动汽车充电。
随着电动汽车的全球推广，家用交流充电装置因其携带方便，已成为电动汽车出行的必备，该装置主要包括供电插头、控制盒、充电电缆、交流充电枪组成。供电插头连接到家用供电插座上，交流充电枪连接到电动汽车充电座上，当连接完成后，控制盒会生成正常充电时规定的矩形脉冲信号，该信号通过充电电缆及充电枪传送给车载充电机，车载充电机根据脉冲信号的幅值大小、脉冲宽度，确定是否充电以及充电电流的大小。
为了保证充电系统的安全，家用插座的地线需连接可靠，在充电开始之前和充电过程中，控制盒会进行接地监测，在接地电阻超过设置的门限时，控制盒将停止充电。因此，由于IT电网系统供电端中性点不接地，现有的充电装置不能在IT系统中使用，也不能在类似的电动汽车放电回路中为其他车辆充电。
现有技术的缺点在于：目前电动汽车应用场合复杂多样，有些商用电动汽车会应用在IT电网系统中，例如电动货车、电动卡车等运行的工业场所多为IT电网，若采用现有的充电装置将会进行缺地保护，无法充电。
同时，随着电动汽车放电功能的普及，通过放电插排加家用充电装置为另外一辆电动汽车充电的应用也会出现，由于车辆内部火零线与车身地是隔离的，属于IT电网类型供电，也会有同样问题的出现，造成用户无法使用。此外，由于IT电网系统与地线隔离，造成系统内部漏电保护功能失效，对应于充电装置的漏电保护功能也不能起到保护作用。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明提出一种适用IT电网的家用交流充电装置，能够兼容TN、TT等电网系统，解决充电装置应用场合的限制，且能保证系统的安全性。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种适用IT电网的家用交流充电装置，包括通过电缆依次电性连接的家用供电插头、控制盒以及交流充电枪，
所述家用供电插头为三相插头，其在充电车辆需要充电时与供电插座或供电车辆连接，以获取交流电能；
所述控制盒内设有电气隔离模块、充电控制电路板及漏电流检测模块，所述充电控制电路板包括电性相连的输出控制开关及控制单元，所述电气隔离模块的输入端通过电气隔离模块与家用供电插头之间的电缆中的火线及零线与家用供电插头连接以获取电能，即家用供电插头中的L端子经电缆中的火线连接至电气隔离模块的输入端，家用供电插头中的N端子经电缆中的零线连接至电气隔离模块的输入端。电气隔离模块的输出端通过火线和零线连接至交流充电枪中的相对应的L端子和N端子，且在电气隔离模块与交流充电枪之间的火线上设置所述输出控制开关，所述交流充电枪用于和充电车辆上的充电插座连接以实现充电功能，所述控制单元用于控制输出控制开关的通断，从而控制电气隔离模块与交流充电枪之间充电电缆的通断；电气隔离模块用于实现供电回路与充电回路的电气隔离，所述电气隔离模块输出端处的零线经过短接线与电缆中的PE线连接，所述漏电流检测模块能够供电气隔离模块输出端与交流充电枪之间的电缆中的火线及零线穿过，从而实现充电回路的漏电检测功能，该漏电流检测模块的信号输出端与控制单元连接。
进一步的，所述充电控制电路板上设有电源模块，所述电源模块的输入端连接至电气隔离模块输出端与输出控制开关之间的电缆上，以获取电能，电源模块的输出端连接至控制单元并对其供电。
优选的，所述漏电流检测模块为漏电流互感器。所述控制单元为MCU。所述控制盒上设置状态灯，状态灯与控制单元连接。所述控制单元通过信号线与交流充电枪内的CP端子连接。
借由上述技术方案，本发明通过在交流输入端增加电气隔离模块，实现供电回路与充电回路电气隔离。通过电气隔离后，不破坏供电电源系统的电气拓扑结构，供电系统仍可通过绝缘监测功能实现安全保护。在电气隔离模块输出端将N线和PE线就近短接后，N线和保护地PE形成等电势，充电回路若出现绝缘失效的情况，将产生漏电流，因此可以在充电回路使用漏电流检测模块进行漏电检测，实现漏电保护功能和充电功能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1本发明一种适用IT电网的家用交流充电装置的电路原理框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作详细说明。
一种适用IT电网的家用交流充电装置的实施例如图1所示，包括通过电缆依次电性连接的家用供电插头1、控制盒2以及交流充电枪3，所述家用供电插头1在充电车辆需要充电时与供电插座或供电车辆连接，以获取交流电能，其中供电插座为家用供电插座，为IT电网系统中不接地的供电插座；获取的交流电能经过控制盒传递至交流电充电枪以便于使用时对充电汽车进行充电，控制盒用于控制电缆的通断从而控制整个充电过程的通断。
本实施例中，所述控制盒2内设有电气隔离模块21、充电控制电路板22及漏电流检测模块23，所述充电控制电路板22上设置电性相连的输出控制开关221及控制单元222，所述电气隔离模块21的输入端通过电缆与家用供电插头连接以获取电能，电气隔离模块21的输出端通过输出控制开关221连接至交流充电枪3，输出控制开关221设于火线上，交流充电枪3用于和充电车辆上的充电插座连接，电气隔离模块用于实现供电回路与充电回路的电气隔离。如图1，家用供电插头1与电气隔离模块21之间是通过火线和零线相连，电气隔离模块21与交流充电枪3之间也是通过火线和零线相连。所述电气隔离模块21为隔离变压器，其输入220V交流电，输出220V交流电。供电回路包括家用供电插头1中的L端子、N端子分别通过对应的火线(L线)、零线(N线)与隔离变压器输入侧相连接后所形成的回路部分；充电回路包括隔离变压器输出侧经过火线和零线与交流充电枪3中的L端子、N端子对应连接所形成的回路部分。充电过程中，家用供电插头1与供电插座连接从而构成完整的充电回路；交流充电枪3插入充电汽车上的充电插座上以构成完整闭合的充电回路，此时所述电气隔离模块能实现将供电回路与充电回路电气隔离。充电回路中的零线和火线均不接地，即火/零线与PE线是隔离的，相当于IT电网系统，若采用现有稳定接地的充电装置则无法进行充电，因此本发明的充电回路可以适用于IT电网系统，也可适用于具备放电功能的电动汽车(此类电动汽车为不接地的浮地系统)。
所述电气隔离模块输出端处的零线经过短接线24与PE线就近短接，以便于配合所述漏电流检测模块实现漏电保护功能；家用供电插头1中PE端子与交流充电器3中的PE端子通过该PE线相连；所述控制单元222用于控制输出控制开关221的通断，从而在漏电流检测模块检测到漏电情况下切断电气隔离模块与交流充电枪之间的电缆供电。优选的，所述漏电流检测模块23为漏电流互感器，其能够供电气隔离模块21输出端与交流充电枪3之间的火线及零线同时穿过，从而实现充电回路的漏电检测功能，该漏电流检测模块与控制单元222连接，在感应到漏电时将信号传递至控制单元。
本实施例中，充电控制电路板上还设有电源模块223，所述电源模块的输入端并联至电气隔离模块输出端与输出控制开关之间的电缆上，以获取电能，电源模块可以将220V的交流电转化成低压直流电并输出至控制单元222。
进一步的，所述控制盒上设置状态灯25，状态灯与控制单元222连接，用于提示使用者整个充电装置的工作状态，例如在出现漏电时闪烁红灯，正常情况下显示绿灯。此外，所述控制单元222还通过信号线与交流充电枪3内的CP端子连接，主要用传递一些协议信号，进行连接检测等常规功能，其为现有技术，不作赘述。
本发明的工作原理具体如下所述：
使用时，将家用充电插头1插入家用充电插座上，220V交流电经过电缆中的火线和零线输入电气隔离模块的输入端，电气隔离模块输出端经过火线和零线将220V交流电压输送至交流充电枪3中的L端子和N端子，交流充电枪3与充电汽车上的充电座对插进行充电，输出控制开关221为闭合状态。
现有充电装置在IT电网系统或浮地系统中无法充电，而本发明通过在交流输入端增加电气隔离模块，实现供电回路与充电回路电气隔离。通过电气隔离后，不破坏供电电源系统的电气拓扑结构，供电回路仍可通过绝缘监测装置实现安全保护。在电气隔离模块输出端将N线和PE线就近短接后，N线和保护地PE线形成等电势，充电回路若出现绝缘失效，将产生漏电流，因此可以通过漏电流检测模块在充电回路进行漏电检测，实现漏电保护功能和充电功能。
具体而言，出现漏电时，火线经过导体设备接地，或者是人站在地上误触破损的电缆，将按照L线—人体或设备—PE线-N线的顺序形成分支回路，由于存在分支回路，则此时穿过漏电流互感器的电流矢量和不再等于零，漏电流互感器检测到该信号后将其传递至控制单元，控制单元222将立刻断开输出控制开关221，实现漏电保护功能。
上述为采用充电插座进行供电时的步骤，除此之外，本发明还可以适用于具备放电功能的汽车，获取其电能进行充电。由于具备放电回路的车辆为浮地系统，其不具备PE线，仅有L线和N线，而本发明的充电回路也恰好不接地，因此采用本发明提出的充电装置，可以利用家用供电插头1直接插入放电汽车的对应插座中，并连接放电汽车上的L线和N线进行取电，从而实现车辆之间的充电功能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于，包括通过电缆依次电性连接的家用供电插头(1)、控制盒(2)以及交流充电枪(3)，
所述家用供电插头(1)在充电车辆需要充电时与供电插座或供电车辆连接，以获取交流电能；
所述控制盒(2)内设有电气隔离模块(21)、充电控制电路板(22)及漏电流检测模块(23)，所述充电控制电路板包括电性相连的输出控制开关(221)及控制单元(222)，所述电气隔离模块(21)的输入端与家用供电插头连接，电气隔离模块(21)的输出端经过输出控制开关(221)连接至交流充电枪(3)，交流充电枪(3)用于和充电车辆上的充电插座连接以实现充电功能，电气隔离模块用于实现供电回路与充电回路的电气隔离，所述电气隔离模块输出端处的零线经过短接线(24)与电缆中的PE线连接；
所述控制单元(222)用于控制输出控制开关(221)的通断，从而控制电气隔离模块(21)与交流充电枪(3)之间电缆的通断状态；
所述漏电流检测模块(23)能够供电气隔离模块(21)输出端与交流充电枪(3)之间的电缆中的火线及零线穿过，从而实现充电回路的漏电检测功能，该漏电流检测模块与控制单元(222)连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于：所述充电控制电路板上设有电源模块(223)，所述电源模块的输入端连接至电气隔离模块输出端与输出控制开关(221)之间的电缆上，以获取电能；电源模块的输出端连接至控制单元(222)并对其供电。
3.根据权利要求1所述的一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于：所述漏电流检测模块(23)为漏电流互感器。
4.根据权利要求1所述的一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于：所述控制单元(222)为MCU。
5.根据权利要求1所述的一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于：所述控制盒上设置状态灯(25)，状态灯与控制单元(222)连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于：所述控制单元(222)通过信号线与交流充电枪(3)内的CP端子连接。
7.根据权利要求1所述的一种适用IT电网的家用交流充电装置，其特征在于：所述电气隔离模块为隔离变压器。
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An Optimal Design and Analysis of A Hybrid Power Charging Station for Electric Vehicles Considering Uncertainties;Taoyong Li 等;《IECON 2018 - 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society》;20181231;全文 *
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