CN113859000A - 充电枪、充电插座以及电动汽车充电系统 - Google Patents

充电枪、充电插座以及电动汽车充电系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种充电枪、充电插座以及电动汽车充电系统。充电枪电耦合到充电桩，用于与为电动汽车进行充电的充电插座电连接。充电枪包括：检测单元，包括以下中的一者或多者：插拔检测单元、液体检测单元、加速度检测单元以及姿态检测单元；处理单元，被配置成用于基于来自检测单元的信息执行干预操作；以及通信模块，被配置成用于与充电插座、电动汽车或者充电桩中的一者或多者收发数据。

Description

充电枪、充电插座以及电动汽车充电系统
技术领域
本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及一种充电枪、充电插座以及电动汽车充电系统。
背景技术
电动汽车充电设施是电动汽车发展的基础，推广建设电动汽车充电站的充电桩等充电设备/设施将为促进电动汽车的普及、推动电动汽车产业的发展起到非常重要的作用。充电连接装置作为其中能量传输的重要连接部分，包括连接到充电桩的充电枪和连接到电动汽车的充电插座。但在传统定义和应用中，充电连接装置最主要的功能是作为导体进行电能传输以及简单的控制导引实现。随着技术进步以及电动汽车和充电场站的数字化发展，两者之间的信息交互就变得尤为重要。但传统充电桩和电动汽车之间的直接信息交互存在延迟信息较长、交互信息有限等问题。此外，作为一个方面，随着充电次数的增加，充电安全成为不得不考虑的问题。
因此，有必要对用于充电桩和电动汽车的充电连接装置进行信息交互方式和交互信息的改进。
发明内容
本公开提供一种充电枪、充电插座以及电动汽车充电系统，实现了充电枪和充电插座的直接通讯交互，且充电枪和充电插座为充电桩和电车汽车提供了更多用于提高充电安全性能(包括寿命管理)的检测信息。
根据本公开的一个方面，提供了一种充电枪，该充电枪电耦合到充电桩，用于与为电动汽车进行充电的充电插座电连接。充电枪可以包括：检测单元，包括以下中的一者或多者：插拔检测单元、液体检测单元、加速度检测单元以及姿态检测单元；处理单元，被配置成用于基于来自检测单元的信息执行干预操作；以及通信模块，被配置成用于与充电插座、电动汽车或者充电桩中的一者或多者收发数据。
在一个可选实施例中，插拔检测单元被配置成用于检测充电枪与充电插座的物理连接，处理单元进一步被配置成用于：响应于判断物理连接的累计次数达到第一阈值，执行干预操作。
在一个可选实施例中，液体检测单元被配置成用于检测充电枪的冷却液是否泄漏以及是否有外部液体进入，处理单元进一步被配置成用于：响应于由液体检测单元检测到有冷却液泄漏或者有外部液体进入，执行干预操作。
在一个可选实施例中，加速度检测单元被配置成用于检测充电枪的跌落状态，处理单元进一步被配置成用于：响应于由加速度检测单元检测到跌落状态或者跌落状态的累计次数达到第二阈值，执行干预操作。
在一个可选实施例中，姿态检测单元被配置成用于检测充电枪是否发生姿态异常，其中，姿态异常包含过度扭曲和未归位；处理单元进一步被配置成用于：响应于由姿态检测单元检测到过度扭曲或者过度扭曲的累计次数达到第三阈值，执行干预操作。
在一个可选实施例中，可以还包括：充电状态检测单元，用于检测充电枪是否处于充电状态，处理单元进一步被配置成用于：响应于由姿态检测单元检测到未归位并且由充电状态检测单元检测到充电枪未处于充电状态，执行警报操作。
在一个可选实施例中，可以还包括环境检测单元，被配置成用于检测并生成充电枪检测信息，处理单元进一步被配置成用于：基于来自检测单元的信息以及环境检测单元生成的充电枪环境检测信息评估充电枪的寿命，并经由通信模块将所评估的充电枪的寿命发送到充电插座、电动汽车或者充电桩中的一者或多者。
在一个可选实施例中，环境检测单元可以包括温度传感器和湿度传感器。
在一个可选实施例中，干预操作可以包括终止充电、生成维护指示和发出警报。
根据本公开的另一个方面，提供了一种充电插座，该充电插座电耦合到电动汽车，用于接收来自充电枪的功率来为电动汽车进行充电，其特征在于，充电插座包括：检测单元，包括以下中的一者或多者：插拔检测单元，环境检测单元，以及电子锁；处理单元，被配置成用于基于来自检测单元的信息执行干预操作；以及通信模块，被配置成用于与充电枪或者电动汽车中的一者或多者收发数据。
在一个可选实施例中，插拔检测单元被配置成用于检测充电枪与充电插座的物理连接，处理单元进一步被配置成用于：响应于判断物理连接的累计次数达到第一阈值，执行干预操作。
在一个可选实施例中，电子锁被配置成用于在充电过程中锁定充电枪，处理单元进一步被配置成用于：响应于判断锁定的累计次数达到第三阈值，执行干预操作
在一个可选实施例中，环境检测单元包括温度传感器和湿度传感器并且被配置成用于检测并生成充电插座环境检测信息，处理单元进一步被配置成用于：基于环境检测单元生成的充电插座环境检测信息评估充电插座的寿命，并经由通信模块将所评估的充电插座的寿命发送到充电枪和电动汽车中的一者或两者。
根据本公开的又一个方面，提供了一种电动汽车充电系统，可以包括：如上所述的充电枪；以及如上所述的充电插座。充电枪的通信模块可以与充电插座的通信模块通过无线或有线方式连接。充电枪的充电电路可以用于与充电插座电连接。
在一个可选实施例中，可以还包括远程控制台，被配置成用于基于从电动汽车接收到的充电请求生成充电调度指令。处理单元可以被配置成用于基于经由充电枪的通信模块从远程控制台接收到的充电调度指令来调节充电电路的输出功率。
附图说明
附图一般通过示例的方式而不是限制的方式来图示在本文档中所讨论的各实施例。具有不同的字母后缀的相同的数字可以表示类似组件的不同实例。
图1是图示出根据实施例的示例电动汽车充电系统100的框图；
图2是图示出根据实施例的示例充电枪2的框图；并且
图3是图示出根据实施例的示例充电插座3的框图。
具体实施方式
在以下描述中，陈述了众多特定细节。然而，应当理解，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术，以免使对本描述的理解模糊。
说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定都包括该特定的特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一个实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合无论是否被明确描述的其他实施例而影响此类特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内的。
出于本公开的目的，短语“A和/或B”意指(A)、(B)或(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B、和/或C”意指(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
图1是图示出根据实施例的示例电动汽车充电系统100的框图。电动汽车充电系统100包括连接到充电桩1的充电枪2、连接到电动汽车4的充电插座3以及可选的远程控制台5。通过将充电插座3与充电枪2可拆卸地连接，可以利用来自充电桩1的电力对电动汽车4进行充电。远程控制台5可以与例如停车场或充电站内的一个或多个充电枪2建立通信连接。为了实现这一点，本公开对充电枪2以及充电插座3进行了电气化设计来实现数据的通信和交互。图2是图示出根据实施例的示例充电枪2的框图。图3是图示出根据实施例的示例充电插座3的框图。
如图2所示，充电枪2包括通信模块21、处理单元22、若干检测单元以及充电电路29。
充电电路29用于将来自充电桩1的功率提供给电动汽车4的充电插座3，来为电动汽车4充电。
通信模块21用于与充电插座3、电动汽车4或者充电桩1中的一者或多者收发数据。通信连接可以采用有线或者无线方式。在设置远程控制台5的情况下，通信模块21可以与远程控制台5建立无线通信连接。在设置远程控制台5的情况下，通信模块21可以从远程控制台5接收充电调度指令，从而基于充电调度指令控制充电电路29对电动汽车4的充电。无线方式例如可以是Wi-Fi、Zigbee、GPRS、NFC等。有线方式例如可以是PLC、CAN、Ethernet、Profibus、RS485、RS232、UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter、通用异步接收/发送装置等。
处理单元22对来自一个或多个检测单元的检测数据进行处理以实现充电枪2的寿命管理、充电干预等功能。该一个或多个检测单元如图2所示，包括以下中的一者或多者：插拔检测单元24、液体检测单元25、加速度检测单元27以及姿态检测单元28。
插拔检测单元24对充电枪2与充电插座3的物理连接进行检测。物理连接的检测可以通过对充电枪2和充电插座3的触头的电压信号的变化进行检测来实现。
由于物理连接的次数与充电枪2的寿命相关联，因此处理单元22可以基于物理连接的累计次数评估充电枪2的使用情况。当物理连接的累计次数达到一定阈值时，处理单元22可以执行干预操作，例如包括终止充电、生成维护指示、发出警报。在执行干预操作的情况下，处理单元38可以经由通信模块31向充电桩1、充电插座3和电动汽车4中的一者或多者发出相应指令以便完成干预操作。
干预操作可以分为多个不同的等级，可以取决于检测单元的检测结果。作为一个示例，当物理连接的累计次数达到例如10000次时，考虑需要对充电枪2进行维护。处理单元22可以不终止对电动汽车4的充电，但生成指令以提醒对充电枪2的维护。例如，可以在充电桩1的未图示的显示单元上显示维护指示，或者可以通过通信模块21向远程控制台5或者维护人员的客户端(未图示)发出维护指示。维护指示可以通过通信模块21来发送。在一些实施例中，当物理连接的累计次数进一步上升达到更高的阈值，例如15000次时，处理单元22可以停用该充电枪2并向充电桩1、远程控制台5或者维护人员的客户端(未图示)发出维护指示。
通过如上所述对充电枪2与充电插座3的物理连接、即插拔次数进行检测，能够有效提高充电过程的安全性。值得一提的是，基于检测单元的干预操作同样适用于充电插座3。作为一种实现，充电插座3自身可以具备处理单元和插拔检测单元来实现这一目的。
在充电过程中，线缆不可避免会产生热量，导致线缆的使用安全问题以及充电效率降低。因此，以往利用冷却液对线缆进行冷却。液冷线缆在线芯和屏蔽层之间增加一层液冷层，液冷层的液体流动给线缆降温，解决了降温问题。然而，随着线缆的老化，冷却液可能泄露到外部，外部的其它液体也可能进入线缆。为此，在一些示例实施例中，充电枪2可以包括液体检测单元25。液体检测单元25用于检测是否有冷却液泄露以及是否有外部液体进入。例如，液体检测单元25可以采用压力传感器、压强传感器或者液体流速传感器。当发生泄漏或者外部液体进入时，传感器采集的数据会发生变化，从而能实现液体检测。
当液体检测单元25检测到有冷却液泄漏或者有外部液体进入线缆时，处理单元22可以执行上文所述的干预操作。在发出警报的情况下，处理单元22可以致使充电桩1发出声音报警或者经由充电桩1或充电枪2发送报警信息至远程控制台5或者维护人员的客户端。
在充电枪2的使用过程中，通常由使用者以手动方式与充电插座3进行连接。若使用者不慎将充电枪2跌落，会对充电枪2造成潜在损害。因此，在一些实施例中，充电枪2可以包括加速度检测单元27，用于检测充电枪2的跌落状态。一旦跌落累计次数超过一定阈值，则处理单元22可以执行如上文所述的干预操作。
此外，在充电枪2的使用过程中，由于放置不当，可能会造成充电线缆或充电枪过度扭曲，这同样可能导致充电枪2的失效，还存在充电枪2未放回至正确位置的情况。因此，在一些实施例中，充电枪2可以包括姿态检测单元28来检测充电枪2是否发生姿态异常。姿态异常包括但不限于上文提到的过度扭曲和未归位。如在充电过程中检测到过度扭曲或者过度扭曲的累计次数达到一定阈值，则预期充电枪2的使用寿命可能显著缩短从而产生安全问题，处理单元22可以执行如上文所述的干预操作。
在一些实施例中，充电枪2可以包括充电状态检测单元30以用于检测充电枪2是否处于充电状态。在该实施例中，当由姿态检测单元28检测到充电枪2未归位并且由充电状态检测单元30检测到充电枪2未处于充电状态此时，可能存在用户在充电完成后未将充电枪2放回正确位置的情况。此时，处理单元22可以执行警报操作。
在一些实施例中，为了更准确地掌握充电状态，提高寿命评估准确性，充电枪2可以包括环境检测单元26，用于采集特定位置的环境信息、即充电枪环境检测信息。环境检测单元26例如包括温度传感器和湿度传感器。处理单元22可以基于(一个或多个)检测单元的信息结合充电枪环境检测信息来进行寿命评估。
更具体而言，对于温度信息，处理单元22可以利用校正算法将采集到的温度转换为实际发热点的温度。实际发热点的温度结合电流信息可以用于确定物理连接后的实际充电状态。湿度信息也可以以同样的方式处理。
本实施例的充电枪2还包括直流供电模块23，用于为充电枪2的各个电气化组件提供安全低电压。
较佳地，本发明实施例的充电枪2中设置一电路板用于集成各模块和检测单元的特定电路功能，但本发明不以此为限。该电路板至少包括以下功能：通讯交互电路(对应通讯模块21)、插拔检测判定电路(对应插拔检测单元24)、液体检测电路(对应插拔检测单元24)、加速度检测电路(对应加速度检测单元27)及姿态检测电路(对应姿态检测单元28)等。
本发明的充电枪内部设置通讯模块，以建立与充电插座、电动汽车和/或充电桩的直接信息交互通道，并且，通过插拔检测单元、液体检测单元、加速度检测单元及姿态检测单元等检测单元对充电枪自身状态的检测以供充电枪一方和电动汽车一方更加全面地判断充电枪的充电质量和使用寿命，以此提高充电过程的稳定性和安全性。
本公开的充电插座3如图3所示，包括通信模块31、处理单元38以及一个或多个检测单元，该一个或多个检测单元包括插拔检测单元36、环境检测单元32以及电子锁34中的一者或多者。通信模块31用于与充电枪2或者电动汽车4收发数据。
插拔检测单元36被配置成用于检测充电枪2与充电插座3的物理连接。物理连接的检测可以通过对充电枪2和充电插座3的触头的电压信号的变化进行检测来实现。当物理连接的累计次数达到一定阈值时，处理单元38可以执行干预操作，例如包括终止充电、生成维护指示、发出警报。
电子锁34可以在电动汽车4进行充电时，锁定充电枪2，确保充电枪2与充电插座3之间的物理连接，避免在电动汽车4充电时，充电枪2从充电插座3脱离。响应于判断该锁定的累计次数达到预先确定的阈值，处理单元38可以执行上文所述的干预操作。电子锁控制单元35实时判断电子锁34的状态，进行对应的逻辑控制操作，并将电子锁34的状态信息实时反馈到电动汽车4，以便电动汽车4判断连接状态并执行相应操作。
环境检测单元32检测并生成充电插座环境检测信息。充电插座环境检测信息指示插座的局部环境信息，诸如温度、湿度等，可用于评估充电插座3的寿命。在一些实施例中，环境检测单元32可以包括温度传感器和湿度传感器。处理单元38可以基于充电插座环境检测信息评估充电插座3的寿命。处理单元38还可以经由通信模块31将所评估的寿命发送到充电枪2和电动汽车4中的一者或两者，以便于进行寿命管理、风险预警、维护提示等。
本实施例中，充电插座3可以包括直流供电模块33来为内部电气化组件提供低压直流电。但应理解，也可以利用充电枪2的直流供电模块23进行供电。此时，直流供电模块33可以省略。
此外，充电插座3还可以包括充电状态检测单元37来检测充电状态。
较佳地，本发明实施例的充电插座3中设置一电路板用于集成各模块和检测单元的特定电路功能，但本发明不以此为限。该电路板至少包括以下功能：通讯交互电路(对应通讯模块31)、插拔检测判定电路(对应插拔检测单元36)、环境检测电路(对应环境检测单元32)及电机驱动电路(对应电子锁34)等。
本发明的充电插座内部设置通讯模块，以建立与充电枪和/或电动汽车的直接信息交互通道，并且，通过插拔检测单元、环境检测单元及电子锁等检测单元对充电插座自身状态的检测，以供充电枪一方和电动汽车一方更加全面地判断充电插座的充电质量和使用寿命，以此提高充电过程的稳定性和安全性。
根据本实施例的电动汽车充电系统100，通过将充电枪2和充电插座3电气化，能提高对自身状态的检测能力从而提高充电过程的稳定性和安全性。同时，在充电枪2和充电插座3中设置通信模块，能够实现整个系统双方、即包含充电桩1和充电枪2在内的充电站一方和电动汽车4一方的协同以及信息和状态共享，用于双方判断由充电枪2和充电插座3连接而成的充电连接器的状态，利于更加全面地判断充电系统的充电质量和使用寿命，以此提高充电过程的稳定性和安全性，进而能够简化充电流程，缩短充电配置阶段的时间。
本文中所公开的机制的实施例可被实现在硬件、软件、固件或此类实现方式的组合中。本发明的实施例可实现为在可编程系统上执行的计算机程序或程序代码，该可编程系统包括至少一个处理器、存储系统(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、至少一个输入设备以及至少一个输出设备。
可将程序代码应用于输入指令，以执行本文中所描述的功能并生成输出信息。可以按已知方式将输出信息应用于一个或多个输出设备。为了本申请的目的，处理系统包括具有处理器的任何系统，该处理器诸如例如，数字信号处理器(DSP)、微控制器、专用集成电路(ASIC)或微处理器。
以上详细描述了本发明的优选实施方式。但应当理解为本发明在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (15)

1.一种充电枪，所述充电枪电耦合到充电桩，用于与为电动汽车进行充电的充电插座电连接，其特征在于，所述充电枪包括：
检测单元，包括以下中的一者或多者：插拔检测单元、液体检测单元、加速度检测单元以及姿态检测单元；以及
处理单元，被配置成用于基于来自所述检测单元的信息执行干预操作；以及
通信模块，被配置成用于与所述充电插座、所述电动汽车或者所述充电桩中的一者或多者收发数据。
2.如权利要求1所述的充电枪，其特征在于，
所述插拔检测单元被配置成用于检测所述充电枪与所述充电插座的物理连接，
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于判断所述物理连接的累计次数达到第一阈值，执行所述干预操作。
3.如权利要求1所述的充电枪，其特征在于，
所述液体检测单元被配置成用于检测所述充电枪的冷却液是否泄漏以及是否有外部液体进入，
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于由所述液体检测单元检测到有冷却液泄漏或者有外部液体进入，执行所述干预操作。
4.如权利要求1所述的充电枪，其特征在于，
所述加速度检测单元被配置成用于检测所述充电枪的跌落状态，
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于由所述加速度检测单元检测到跌落状态或者所述跌落状态的累计次数达到第二阈值，执行所述干预操作。
5.如权利要求1所述的充电枪，其特征在于，
所述姿态检测单元被配置成用于检测所述充电枪是否发生姿态异常，其中，所述姿态异常包含过度扭曲和未归位；
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于由所述姿态检测单元检测到所述过度扭曲或者所述过度扭曲的累计次数达到第三阈值，执行所述干预操作。
6.如权利要求5所述的充电枪，其特征在于，还包括充电状态检测单元，用于检测所述充电枪是否处于充电状态，
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于由所述姿态检测单元检测到所述未归位并且由所述充电状态检测单元检测到所述充电枪未处于所述充电状态，执行警报操作。
7.如权利要求1所述的充电枪，其特征在于，还包括环境检测单元，被配置成用于检测并生成充电枪检测信息，
所述处理单元进一步被配置成用于：基于来自所述检测单元的信息以及所述环境检测单元生成的所述充电枪环境检测信息评估所述充电枪的寿命，并经由所述通信模块将所评估的所述充电枪的寿命发送到所述充电插座、所述电动汽车或者所述充电桩中的一者或多者。
8.如权利要求7所述的充电枪，其特征在于，所述环境检测单元包括温度传感器和湿度传感器。
9.如权利要求1至8中任一项所述的充电枪，其特征在于，所述干预操作包括终止充电、生成维护指示和发出警报。
10.一种充电插座，所述充电插座电耦合到电动汽车，用于接收来自充电枪的功率来为所述电动汽车进行充电，其特征在于，所述充电插座包括：
检测单元，包括以下中的一者或多者：插拔检测单元，环境检测单元，以及电子锁；
处理单元，被配置成用于基于来自所述检测单元的信息执行干预操作；以及
通信模块，被配置成用于与所述充电枪或者所述电动汽车中的一者或多者收发。
11.如权利要求10所述的充电插座，其特征在于，
所述插拔检测单元被配置成用于检测所述充电枪与所述充电插座的物理连接，
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于判断所述物理连接的累计次数达到第一阈值，执行所述干预操作。
12.如权利要求10所述的充电插座，其特征在于，
所述电子锁被配置成用于在充电过程中锁定所述充电枪，
所述处理单元进一步被配置成用于：响应于判断所述锁定的累计次数达到第三阈值，执行所述干预操作。
13.如权利要求10所述的充电插座，其特征在于，所述环境检测单元包括温度传感器和湿度传感器，并且被配置成用于检测并生成充电插座环境检测信息，
所述处理单元进一步被配置成用于：基于所述环境检测单元生成的所述充电插座环境检测信息评估所述充电插座的寿命，并经由所述通信模块将所评估的所述充电插座的寿命发送到所述充电枪和所述电动汽车中的一者或两者。
14.一种电动汽车充电系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至9中任一项所述的充电枪；以及
如权利要求10至13中任一项所述的充电插座，
所述充电枪的通信模块与所述充电插座的通信模块通过无线或有线方式连接，所述充电枪的充电电路用于与所述充电插座电连接。
15.如权利要求14所述的电动汽车充电系统，其特征在于，还包括远程控制台，被配置成用于基于从所述电动汽车接收到的充电请求生成充电调度指令，
所述处理单元被配置成用于基于经由所述充电枪的通信模块从所述远程控制台接收到的所述充电调度指令来调节所述充电电路的输出功率。
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