CN113479100A - 直流充电桩直流母线监测系统及直流充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流充电桩直流母线监测系统及直流充电桩，所述直流母线监测系统通过控制电路控制继电器实现检测点的选择，通过选择的两个检测点的不同组合，最终实现对直流母线上所有连接点和器件的电阻值检测，实现了对直流充电桩直流母线的全方位监测。本发明的直流充电桩直流母线监测系统有效提升了充电的安全性和可维护性，结构简单，易于实现和扩展。

Description

直流充电桩直流母线监测系统及直流充电桩
技术领域
本发明涉及直流充电桩，具体涉及直流母线监测系统及充电桩。
背景技术
使用直流充电桩向电动汽车充电，具有快速、高效的特点。作为主流的充电方式之一，直流充电桩应用于多种场景。直流充电桩在充电时，会输出高电压和大电流，而大电流带来的最大问题就是发热，直流母线上大电流经过的所有连接点和器件都会持续产生热量。如图1所示，器件有电源模块、熔断器、直流接触器、充电枪、分流器和铜排，连接点指器件之间的连接处A1~A6和B1~B6。通常，直流充电桩有散热措施，维持桩内温度处于安全范围。当有异常情况出现时，如振动（运输或工作）、空气氧化、腐蚀等因素导致连接点接触电阻增大，器件损坏或特性降低，在充电过程中造成局部过热，将会带来安全隐患。发现并消除这种隐患，有利于增加充电安全性、便于维护、提升充电桩的寿命。
目前，直流充电桩直流母线温度监测普遍使用的方法是检测直流充电桩内关键点的温度。在发热高的器件或位置布置温度检测点，组成桩内温度检测系统，当温度检测值超过预设的阈值时，停止并禁止充电，从而保证充电安全。这种温度检测法的不足之处在于：1.无法确定检测点的位置是发热最大的点，且异常导致的温度最高点位置通常是不确定的；2.小电流充电时，即使有异常，由于充电电流小，产生的热量不足以触发温度报警，不能及时发现异常；3.热量累积需要时间，检测温度具有延时性。
发明内容
为克服现有技术中直流母线监测方法的缺陷，本发明提出一种直流充电桩直流母线监测系统，实时监测直流母线上连接点和器件的工作状态，通过对比充电过程中连接点和器件的电阻值与预设的安全电阻值，确保充电的安全性，并基于每次充电检测的电阻值数据，分析和预测故障。
为实现上述发明目的，本发明实施例提供一种直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于包括：
多个继电器，每个继电器对应控制一个检测点的连接和断开；
差分放大电路，用于对两个检测点之间的电压进行差分放大；
绝对值电路，用于对差分放大电路输出的电压进行绝对值处理；
控制电路，通过控制继电器选择所述两个检测点，根据绝对值电路输出的电压得到所述两个检测点之间的电压值，结合直流母线上的电流值计算所述两个检测点之间的电阻值，根据所述两个检测点的不同组合，实现对直流母线上所有连接点和器件的电阻值检测。
优选地，所述检测点连接到与其对应的继电器的一端，继电器的另一端根据其对应的检测点的电流方向连接到差分放大电路的两个输入端其中之一。
进一步地，电流方向为流入的检测点对应的继电器的所述另一端连接到所述差分放大电路的正输入端，电流方向为流出的检测点对应的继电器的所述另一端连接到所述差分放大电路的负输入端。
优选地，所述直流充电桩直流母线监测系统还包括通讯电路，用于所述控制电路与直流充电桩的控制器和/或电表进行数据交换。
优选地，所述控制电路将检测得到的连接点和器件的电阻值与预设的连接点和器件的安全电阻值比较，判断当前充电是否安全，并基于每次充电时记录的连接点和器件的电阻值数据，分析和预测故障发生位置及每个连接点和器件的可用充电次数，向直流充电桩的控制器发送安全或报警信号及预测信息。
优选地，所述连接点位于直流母线上器件与铜排、器件与器件、铜排与铜排之间，每个连接点各布置两个检测点，两个检测点分别布置在连接点两侧。
为实现上述发明目的，本发明实施例还提供一种直流充电桩，其特征在于包括所述的直流充电桩直流母线监测系统，当直流母线监测系统检测的连接点和器件的电阻值小于等于安全电阻值，直流母线监测系统的控制电路向直流充电桩的控制器发出安全信号；当直流母线监测系统检测的连接点和器件的电阻值大于安全电阻值，直流母线监测系统的控制电路向直流充电桩的控制器发出报警信号，直流充电桩的控制器根据充电策略选择停止充电或减小充电电流。
为实现上述发明目的，本发明实施例还提供一种直流充电桩，所述直流充电桩带至少两把充电枪，其特征在于所述直流充电桩包括所述的直流充电桩直流母线监测系统，分别对所述至少两把充电枪进行直流母线监测，所述至少两个直流充电桩直流母线监测系统共用控制电路。
本发明有益效果：
（1）本发明实现了对直流充电桩直流母线的全方位检测。
（2）本发明提出的系统与方法有效提升了充电的安全性和可维护性。
（3）本发明通过信息的记录与分析，可实现对故障的预测。
（4）本发明具有结构简单、易于实现、可扩展的特点。
附图说明
图 1 为直流充电桩直流母线示意图。
图 2 为本发明的实施例 1 的示意图。
图 3 为本发明的实施例 3的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明方法进一步详细描述。
实施例 1
如图2所示，本实施例提供一种直流充电桩直流母线监测系统，包括继电器S1~S24、差分放大电路、绝对值电路、控制电路和通讯电路，差分放大电路输出连接绝对值电路，绝对值电路输出连接控制电路，控制电路连接接通讯电路。
继电器的作用是在控制电路的控制下连接和断开检测点。差分放大电路的作用是将输入的两个检测点的电压进行差分放大。绝对值电路的作用是将差分放大后的电压进行绝对值处理，确保其输出的电压为正电压。控制电路的作用是控制继电器来选择检测点，以此选择检测的连接点和器件，计算连接点和器件的电阻值，与预设的连接点和器件的安全电阻值比较，判断当前充电是否安全，基于每次充电时记录的连接点和器件的电阻值数据，分析和预测故障发生位置。通讯电路的作用是实现控制电路与直流充电桩的控制器和/或电表进行数据交换。
连接点是指直流母线上器件与铜排、器件与器件、铜排与铜排之间的连接处，通常采用是螺钉螺母的方式固定，如图1中的A1~A6和B1~B6列举的12个连接点。检测点是指靠近连接点两侧布置的电压信号采样点，每个连接点有2个检测点，如图1所示的系统有24个检测点。继电器的数量与检测点的数量一致，每个继电器对应控制一个检测点的连接和断开。将直流输出母线上每一个检测点分别连接到对应继电器的一端，继电器另一端按组别（同一回路上，根据电流方向分组，所有电流流入连接点一侧的检测点为一组，所有电流流出连接点一侧的检测点为一组）分别接入差分放大电路的两个输入端，即电流方向为流入的检测点对应的继电器的所述另一端连接到差分放大电路的正输入端，电流方向为流出的检测点对应的继电器的所述另一端连接到差分放大电路的负输入端。
差分放大电路将输入的两个检测点之间的小电压信号进行差分放大。绝对值电路将输入的电压信号转换为绝对值信号（无论输入的电压信号是正电压或负电压，均转换为正电压），便于控制电路进行ADC转换。控制电路接收绝对值电路输入的电压信号经过运算，得到两个检测点之间的实际电压值U，通过通讯电路从直流充电桩的控制器或电表获取直流母线上的电流值I，根据欧姆定律得到两个检测点之间的电阻值：R=U/I。控制电路通过控制继电器来选取检测点，通过不同的检测点组合，实现对直流母线上所有连接点和器件的电阻值进行检测。
控制电路为每个连接点和器件预设了安全电阻值Rs，通过比较R和Rs，判断当前充电是否安全。控制电路记录每次充电中所有连接点和器件的最大电阻值，根据记录的电阻值，绘制每个连接点和器件对应充电次数的电阻值变化曲线。通过分析电阻值变化趋势，可预测每个连接点和器件的可用充电次数。随着充电次数的增加，电阻值变化趋势将越来越清晰，预测也将更加准确。充电过程中，若监测的连接点和器件的电阻值正常（小于等于安全电阻值），控制电路通过通讯电路向直流充电桩的控制器发出安全信号；若监测的连接点和器件的电阻值异常（大于安全电阻值），控制电路通过通讯电路向直流充电桩的控制器发出报警信号和故障发生的位置，直流充电桩的控制器可根据充电策略选择停止充电或减小充电电流。充电结束时，控制电路通过通讯电路向直流充电桩的控制器发送每个连接点和器件的可用充电次数的预测信息。直流充电桩的控制器根据控制电路提供的信息，在有故障时可快速定位故障点，并采取相应措施防止安全事故发生，在无故障时也可根据预测的可用充电次数，提前安排检修和维护，有利于延长充电桩寿命和提升客户体验。
如图2所示，检测点A1_L~A6_L、B1_R~B6_R位于连接点A1~A6、B1~B6的电流流入一侧，分别与继电器S1~S12的一端连接，继电器S1~S12的另一端与差分放大电路的IN+连接。检测点A1_R~A6_R、B1_L~B6_L位于连接点A1~A6、B1~B6的电流流出一侧，分别与继电器S13~S24的一端连接，继电器S13~S24的另一端与差分放大电路的IN-连接。
当控制电路控制继电器S1和S13吸合，则差分放大电路输入的是A1_L和A1_R之间的电压差（连接点A1的电压差），经过差分放大电路将电压差信号放大，再经过绝对值电路对电压取正后将电压信号传递至控制电路，控制电路通过内部的ADC电路将输入的模拟电压转换为数字量，经过运算和补偿后得到连接点A1的电压值U，控制电路通过通讯电路可从电表或充电桩控制电路获取当前直流母线上的电流I，根据欧姆定律可得到连接点A1的电阻：R=U/I，通过比较R和控制电路预设的连接点A1的安全电阻值，判断当前充电是否安全。同样地，控制电路通过控制继电器吸合的不同组合，实现直流母线上连接点和器件的电阻值检测。例如：S2和S14监测连接点A2、S3和S15监测连接点A3、S4和S16监测连接点A4、S5和S17监测连接点A5、S6和S18监测连接点A6、S7和S19监测连接点B1、S8和S20监测连接点B2、S9和S21监测连接点B3、S10和S22监测连接点B4、S11和S23监测连接点B5、S12和S24监测连接点B6、S2和S13监测连接点A1和A2之间的铜排、S3和S14监测熔断器、S4和S15监测连接点A5和A6之间的铜排、S5和S16监测DC+上的直流接触器、S6和S17监测连接点A1和A2之间的铜排、S12和S18监测充电枪、S7和S20监测连接点B1和B2之间的铜排、S8和S21监测DC-上的直流接触器、S9和S22监测连接点B3和B4之间的铜排、S10和S23监测分流器、S11和S24监测连接点B5和B6之间的铜排。每次检测只吸合上述组合的两个继电器，其余继电器处于断开状态，从而通过选择的两个检测点的不同组合，实现对直流母线上所有连接点和器件的电阻值检测。
本实施例的差分放大电路、绝对值电路、通讯电路均可以采用现有技术实现，本领域普通技术人员可以根据其在本实施例中的电路功能设计其具体结构，本实施例不进行详细展开说明。
本实施例的直流充电桩直流母线监测系统通过控制电路控制继电器实现检测点的选择，通过选择的两个检测点的不同组合，最终实现对直流母线上所有连接点和器件的电阻值检测，实现了对直流充电桩直流母线的全方位监测。本实施例的直流充电桩直流母线监测系统有效提升了充电的安全性和可维护性，易于实现和扩展。
实施例2
本实施例提供一种直流充电桩，该直流充电桩带一把充电枪，所述直流充电桩包括实施例1的直流充电桩直流母线监测系统，当直流母线监测系统检测的连接点和器件的电阻值小于等于安全电阻值，直流母线监测系统的控制电路向直流充电桩的控制器发出安全信号；当直流母线监测系统检测的连接点和器件的电阻值大于安全电阻值，直流母线监测系统的控制电路向直流充电桩的控制器发出报警信号，直流充电桩的控制器根据充电策略选择停止充电或减小充电电流。
实施例3
本实施例提供一种直流充电桩，该直流充电桩带至少两把充电枪，所述直流充电桩包括至少两个实施例1所述的直流充电桩直流母线监测系统，分别对所述至少两把充电枪进行直流母线监测，所述至少两个直流充电桩直流母线监测系统共用控制电路和通讯电路，继电器、差分放大电路和绝对值电路根据充电枪数量进行配置。如图3所示为直流充电桩带两把充电枪的架构示意图。

Claims (8)

1.一种直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于包括：
多个继电器，每个继电器对应控制一个检测点的连接和断开；
差分放大电路，用于对两个检测点之间的电压进行差分放大；
绝对值电路，用于对差分放大电路输出的电压进行绝对值处理；
控制电路，通过控制继电器选择所述两个检测点，根据绝对值电路输出的电压得到所述两个检测点之间的电压值，结合直流母线上的电流值计算所述两个检测点之间的电阻值，通过所述两个检测点的不同组合，实现对直流母线上所有连接点和器件的电阻值检测。
2.如权利要求1所述的直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于检测点连接到与其对应的继电器的一端，继电器的另一端根据其对应的检测点的电流方向连接到差分放大电路的两个输入端其中之一。
3.如权利要求2所述的直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于电流方向为流入的检测点对应的继电器的所述另一端连接到所述差分放大电路的正输入端，电流方向为流出的检测点对应的继电器的所述另一端连接到所述差分放大电路的负输入端。
4.如权利要求1所述的直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于还包括通讯电路，用于所述控制电路与直流充电桩的控制器和/或电表进行数据交换。
5.如权利要求1所述的直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于所述控制电路将检测得到的连接点和器件的电阻值与预设的连接点和器件的安全电阻值比较，判断当前充电是否安全，并基于每次充电时记录的连接点和器件的电阻值数据，分析和预测故障发生位置及每个连接点和器件的可用充电次数，向直流充电桩的控制器发送安全或报警信号及预测信息。
6.如权利要求1所述的直流充电桩直流母线监测系统，其特征在于所述连接点位于直流母线上器件与铜排、器件与器件、铜排与铜排之间，每个连接点各布置两个检测点，两个检测点分别布置在连接点两侧。
7.一种直流充电桩，其特征在于包括权利要求1-6任一项所述的直流充电桩直流母线监测系统，当直流母线监测系统检测的连接点和器件的电阻值小于等于安全电阻值，直流母线监测系统的控制电路向直流充电桩的控制器发出安全信号；当直流母线监测系统检测的连接点和器件的电阻值大于安全电阻值，直流母线监测系统的控制电路向直流充电桩的控制器发出报警信号，直流充电桩的控制器根据充电策略选择停止充电或减小充电电流。
8.一种直流充电桩，所述直流充电桩带至少两把充电枪，其特征在于所述直流充电桩包括至少两个权利要求1-6任一项所述的直流充电桩直流母线监测系统，分别对所述至少两把充电枪进行直流母线监测，所述至少两个直流充电桩直流母线监测系统共用控制电路。
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