CN113917366B - 用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路及检测方法,包括火线L1、火线L2、火线L3、零线和接地端,零线及每条火线上均设有主控继电器,零线及每条火线均在各自的主控继电器之后与接地端之间串联设置分压电阻和采压电阻,所有的采压电阻两端均连接到电压采集电路上。本发明具有取消了辅助继电器和辅助回路、占用空间小、成本低、可靠性高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及充电桩的短路检测技术领域,特别是一种用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路及检测方法。
背景技术
目前充电桩墙盒中的主流短路检测方案如图1所示,是利用辅助继电器导通辅助回路,连接到光耦上。在输出端未短路情况下,光耦内的光电二极管会在交流电正半周期导通,并产生信号由MCU进行检测,该方法需要额外增加4组继电器AL1、AL2、AN1和AN2,用来形成辅助检测回路。由于继电器体积较大,辅助检测回路需要的空间也较大,当该方案应用到三相充电桩墙盒中时,如需判断三条火线以及零线四相两两之间的短路情况,则共需6套如图1这样的辅助回路,既占用空间,也产生较高的成本。因此在实际方案中,考虑到空间问题以及成本问题,往往只进行了一条火线和零线两相之间的短路检测,而其他相间的短路,则成为风险无法被准确识别。
虽然目前也有如专利申请号202110529208.2公开的交流充电桩三相电输出短路检测电路及方法,该短路检测电路及方法虽然避免了使用6套带多个辅助继电器的辅助回路,但每相仍然会使用一个辅助继电器,且该电路中各电阻的阻值设置有一定要求,需要合理设置电阻串中各电阻的阻值,并通过复杂的计算才能判断出短路情况,另外,该方案在火线与火线之间、火线与零线之间均接有电阻,会给电路的短路或断路带来新的隐患,因此,仍然存在着较多问题。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路及检测方法。本发明具有取消了辅助继电器和辅助回路、占用空间小、成本低、可靠性高的优点。
本发明的技术方案:用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,包括火线L1、火线L2、火线L3、零线和接地端,零线及每条火线上均设有主控继电器,零线及每条火线均在各自的主控继电器之后与接地端之间串联设置分压电阻和采压电阻,所有的采压电阻两端均连接到电压采集电路上。
与现有技术相比,本发明检测电路的有益效果体现在:本发明在各相线的主控继电器之后各配置一套与接地端相连的分压形式的电阻串,通过电压采集电路可以检测各相线输出端对于接地端的相对电压,取消了辅助继电器和辅助回路,占用空间小,成本低;当各相线的主控继电器闭合后,可通过电压采集电路在不构成高压回路的条件下,进行逐相短路检测,可靠性高;另外,本发明的电阻是加在各相线的主控继电器之后与接地端之间,火线与火线之间、火线与零线之间无检测电阻的接入,电路安全性更高,且电阻阻值的选择面广,无需经过复杂的计算。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路中,所述分压电阻的阻值大于采压电阻的阻值。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路中,所有分压电阻的阻值相等,所有采压电阻的阻值相等。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路中,火线L1、火线L2、火线L3中的一条与零线配合,经过AC-DC转换后给电压采集电路供电。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路中,所述零线和接地端之间设有电容。
基于前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法,按以下步骤进行:首先设定一个短路电阻阈值,当两相之间的阻值低于短路电阻阈值时即认为两相之间短路,通过短路电阻阈值计算确定火线L1、火线L2、火线L3和零线四相之间两两短路时各相采压电阻两端短路电压差阈值;保持零线上的主控继电器断开,先后闭合三条火线上的主控继电器,每闭合一条火线上的主控继电器,判断其它相与该相采压电阻两端的实测电压差的绝对值,将实测电压差的绝对值与短路电压差阈值进行比较,当实测电压差的绝对值小于短路电压差阈值则认为两相之间短路。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法中,火线L1、火线L2、火线L3和零线四相之间两两短路时各相采压电阻两端短路电压差阈值的计算如下:设火线L1所在相的电压为Vac_A、分压电阻为R1、采压电阻为R2,火线L2所在相的电压为Vac_B、分压电阻为R3、采压电阻为R4,火线L3所在相的电压为Vac_C、分压电阻为R5、采压电阻为R6,零线所在相的分压电阻为R7、采压电阻为R8,短路电阻阈值为Rs,按火线L1、火线L2、火线L3的顺序先后闭合三条火线上的主控继电器,则:
火线L1与火线L2两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V1=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R3/(R3+R4+Rs)]|;
火线L1与火线L3两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V2=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R5/(R5+R6+Rs)]|;
火线L1与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V3=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R7/(R7+R8+Rs)]|;
火线L2与火线L3两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V4=|Vac_B*[R4/(R3+R4)-R5/(R5+R6+Rs)]|;
火线L2与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V5=|Vac_B*[R4/(R3+R4)-R7/(R7+R8+Rs)]|;
火线L3与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V6=|Vac_C*[R6/(R5+R6)-R7/(R7+R8+Rs)]|。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法中,保持零线上的主控继电器断开,依次闭合火线L1、火线L2、火线L3上的主控继电器,当火线L1上的主控继电器闭合,通过电压采集电路得出火线L1与火线L2两相采压电阻两端的实测电压差V1’、火线L1与火线L3两相采压电阻两端的实测电压差V2’、火线L1与零线两相采压电阻两端的实测电压差V3’;当火线L2上的主控继电器闭合,通过电压采集电路得出火线L2与火线L3两相采压电阻两端的实测电压差V4’、火线L2与零线两相采压电阻两端的实测电压差V5’;当火线L3上的主控继电器闭合,通过电压采集电路得出火线L3与零线两相采压电阻两端的实测电压差V6’;
无短路时:|V1’|>V1,|V2’|>V2,|V3’|>V3,|V4’|>V4,|V5’|>V5,|V6’|>V6;
火线L1与火线L2两相短路时:|V1’|<V1;
火线L1与火线L3两相短路时:|V2’|<V2;
火线L1与零线两相短路时:|V3’|<V3;
火线L2与火线L3两相短路时:|V4’|<V4;
火线L2与零线两相短路时:|V5’|<V5;
火线L3与零线两相短路时:|V6’|<V6。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法中,当火线L2上的主控继电器闭合时,断开先前闭合的火线L1上的主控继电器;当火线L3上的主控继电器闭合时,断开先前闭合的火线L2上的主控继电器。
前述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法中,所述短路电阻阈值大小为200Ω-400Ω。
与现有技术相比,本发明检测方法的有益效果体现在:通过设定的短路电阻阈值,能预先计算出各相之间两两短路时采压电阻两端短路电压差阈值,随后仅需保持零线上的主控继电器断开,依次闭合三条火线上的主控继电器,每次主控继电器闭合后,通过电压采集电路采集信息,即能通过相与相之间的实测电压差的绝对值与短路电压差阈值的比较得出各相之间的短路信息,仅需经过简单的比较,无需经过复杂的计算,检测结果响应更快,准确性更高。
附图说明
图1是目前充电桩墙盒中常规的短路检测方案;
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
实施例:用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,电路原理图如图2所示,包括包括火线L1(A相)、火线L2(B相)、火线L3(C相)、零线(N相)和接地端(GND/PE),零线及每条火线上均设有主控继电器,零线及每条火线均在各自的主控继电器之后与接地端之间串联设置分压电阻和采压电阻,所有的采压电阻两端均连接到电压采集电路上,电压采集电路用于采集采压电阻两端的实时电压。
作为优选,火线L1、火线L2、火线L3中的一条与零线配合,经过AC-DC转换后给电压采集电路供电,无需另设电源。
作为优选,所述零线和接地端之间设有电容,用于滤波。
以上描述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的短路检测方法是:首先设定一个短路电阻阈值,当两相之间的阻值低于短路电阻阈值时即认为两相之间短路,通过短路电阻阈值计算确定火线L1、火线L2、火线L3和零线四相之间两两短路时各相采压电阻两端短路电压差阈值,实际计算过程中,短路电阻阈值可看作加在两相之间的一个定值电阻;保持零线上的主控继电器断开,先后闭合三条火线上的主控继电器,每闭合一条火线上的主控继电器,判断其它相与该相采压电阻两端的实测电压差的绝对值,将实测电压差的绝对值与短路电压差阈值进行比较,当实测电压差的绝对值小于短路电压差阈值则认为两相之间短路,虽然最终用实测电压差的绝对值判断两相之间是否短路,但实测电压差的绝对值仅仅作为一个中间的判断量,实测电压差的绝对值能反推出两相之间的实际阻值,当两相之间的实际阻值低于短路电阻阈值时即认为两相之间短路。
关于火线L1、火线L2、火线L3和零线四相之间两两短路时各相采压电阻两端短路电压差阈值的计算如下:设火线L1所在相的电压为Vac_A、分压电阻为R1、采压电阻为R2,火线L2所在相的电压为Vac_B、分压电阻为R3、采压电阻为R4,火线L3所在相的电压为Vac_C、分压电阻为R5、采压电阻为R6,零线所在相的分压电阻为R7、采压电阻为R8(以上涉及到分压电阻的描述,例如分压电阻为R1,代表多个电阻串联成的一组总电阻,其总阻值为R1),短路电阻阈值为Rs,按火线L1、火线L2、火线L3的顺序先后闭合三条火线上的主控继电器,则:
火线L1与火线L2两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V1=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R3/(R3+R4+Rs)]|,其中,Vac_A可以通过直接测量得到,也可以通过间接计算得到,间接结算时通过采压电阻为R2两端的实测电阻值反推,采压电阻为R2两端的实测电阻值=Vac_A*R2/(R1+R2),电阻值均已知,可计算出Vac_A,之后Vac_B、Vac_C的计算同理;
火线L1与火线L3两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V2=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R5/(R5+R6+Rs)]|;
火线L1与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V3=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R7/(R7+R8+Rs)]|;
火线L2与火线L3两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V4=|Vac_B*[R4/(R3+R4)-R5/(R5+R6+Rs)]|;
火线L2与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V5=|Vac_B*[R4/(R3+R4)-R7/(R7+R8+Rs)]|;
火线L3与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V6=|Vac_C*[R6/(R5+R6)-R7/(R7+R8+Rs)]|。
根据以上短路电压差阈值V1、V2、V3、V4、V5、V6,保持零线上的主控继电器S_N始终断开,依次闭合火线L1、火线L2、火线L3上的主控继电器,当火线L1上的主控继电器S_A闭合,通过电压采集电路得出火线L1与火线L2两相采压电阻两端的实测电压差V1’、火线L1与火线L3两相采压电阻两端的实测电压差V2’、火线L1与零线两相采压电阻两端的实测电压差V3’;当火线L2上的主控继电器S_B闭合,通过电压采集电路得出火线L2与火线L3两相采压电阻两端的实测电压差V4’、火线L2与零线两相采压电阻两端的实测电压差V5’;当火线L3上的主控继电器S_C闭合,通过电压采集电路得出火线L3与零线两相采压电阻两端的实测电压差V6’;
通过比较V1、V2、V3、V4、V5、V6与|V1’|、|V2’|、|V3’|、|V4’|、|V5’|、|V6’|的值可得出各相之间的短路情况。
无短路时:|V1’|>V1,|V2’|>V2,|V3’|>V3,|V4’|>V4,|V5’|>V5,|V6’|>V6;
火线L1与火线L2两相短路时:|V1’|<V1,短路的内因是火线L1与火线L2两相之间的实际阻值低于了短路电阻阈值Rs,具体分析如下:设火线L1与火线L2之间的实测电阻为Rs’,已知火线L1与火线L2两相采压电阻两端的短路电压差阈值V1=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R3/(R3+R4+Rs)]|,此时采压电阻为R2两端的实测电阻值=Vac_A*R2/(R1+R2),采压电阻为R4两端的实测电阻值=Vac_A*R3/(R3+R4+Rs’),则V1’=Vac_A*[R2/(R1+R2)-R3/(R3+R4+Rs’)],当|V1’|<V1,则代表Rs’<Rs,可认为此时火线L1与火线L2两相之间短路。
以下各相之间的短路判断同理:
火线L1与火线L3两相短路时:|V2’|<V2;
火线L1与零线两相短路时:|V3’|<V3;
火线L2与火线L3两相短路时:|V4’|<V4;
火线L2与零线两相短路时:|V5’|<V5;
火线L3与零线两相短路时:|V6’|<V6。
作为优选,当火线L2上的主控继电器S_B闭合时,断开先前闭合的火线L1上的主控继电器S_A;当火线L3上的主控继电器S_C闭合时,断开先前闭合的火线L2上的主控继电器S_B,可以有效排除多组短路对测试结果的影响。
作为优选,短路电阻阈值Rs的大小为300Ω。
以上所有相的分压电阻的阻值大于采压电阻的阻值,为了便于计算和后续的数据处理,所有分压电阻的阻值相等,所有采压电阻的阻值相等,也即R1=R3=R5=R7,R2=R4=R6=R8,则此时各相两两之间采压电阻两端的短路电压差阈值都相等,也即V1=V2=V3=V4=V5=V6,便于电路的设计管理,以及后续的检修。
作为本发明电压采集电路的延伸作用,其采集的信息还可以进行接地检测和偏相检测,实现模块电路的复用,进一步节约成本。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,其特征在于:包括火线L1、火线L2、火线L3、零线和接地端,零线及每条火线上均设有主控继电器,零线及每条火线均在各自的主控继电器之后与接地端之间串联设置分压电阻和采压电阻,所有的采压电阻两端均连接到电压采集电路上;所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法:首先设定一个短路电阻阈值,当两相之间的阻值低于短路电阻阈值时即认为两相之间短路,通过短路电阻阈值计算确定火线L1、火线L2、火线L3和零线四相之间两两短路时各相采压电阻两端短路电压差阈值;保持零线上的主控继电器断开,依次闭合火线L1、火线L2、火线L3上的主控继电器,当火线L2上的主控继电器闭合时,断开先前闭合的火线L1上的主控继电器;当火线L3上的主控继电器闭合时,断开先前闭合的火线L2上的主控继电器,每闭合一条火线上的主控继电器,判断其它相与该相采压电阻两端的实测电压差的绝对值,将实测电压差的绝对值与短路电压差阈值进行比较,当实测电压差的绝对值小于短路电压差阈值则认为两相之间短路。
2.根据权利要求1所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,其特征在于:所述分压电阻的阻值大于采压电阻的阻值。
3.根据权利要求2所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,其特征在于:所有分压电阻的阻值相等,所有采压电阻的阻值相等。
4.根据权利要求1所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,其特征在于:火线L1、火线L2、火线L3中的一条与零线配合,经过AC-DC转换后给电压采集电路供电。
5.根据权利要求1所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路,其特征在于:所述零线和接地端之间设有电容。
6.根据权利要求1所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法,其特征在于:火线L1、火线L2、火线L3和零线四相之间两两短路时各相采压电阻两端短路电压差阈值的计算如下:设火线L1所在相的电压为Vac_A、分压电阻为R1、采压电阻为R2,火线L2所在相的电压为Vac_B、分压电阻为R3、采压电阻为R4,火线L3所在相的电压为Vac_C、分压电阻为R5、采压电阻为R6,零线所在相的分压电阻为R7、采压电阻为R8,短路电阻阈值为Rs,按火线L1、火线L2、火线L3的顺序先后闭合三条火线上的主控继电器,则:
火线L1与火线L2两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V1=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R3/(R3+R4+Rs)]|;
火线L1与火线L3两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V2=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R5/(R5+R6+Rs)]|;
火线L1与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V3=|Vac_A*[R2/(R1+R2)-R7/(R7+R8+Rs)]|;
火线L2与火线L3两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V4=|Vac_B*[R4/(R3+R4)-R5/(R5+R6+Rs)]|;
火线L2与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V5=|Vac_B*[R4/(R3+R4)-R7/(R7+R8+Rs)]|;
火线L3与零线两相采压电阻两端的短路电压差阈值为V6=|Vac_C*[R6/(R5+R6)-R7/(R7+R8+Rs)]|。
7.根据权利要求6所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法,其特征在于:保持零线上的主控继电器断开,当火线L1上的主控继电器闭合,通过电压采集电路得出火线L1与火线L2两相采压电阻两端的实测电压差V1’、火线L1与火线L3两相采压电阻两端的实测电压差V2’、火线L1与零线两相采压电阻两端的实测电压差V3’;当火线L2上的主控继电器闭合,通过电压采集电路得出火线L2与火线L3两相采压电阻两端的实测电压差V4’、火线L2与零线两相采压电阻两端的实测电压差V5’;当火线L3上的主控继电器闭合,通过电压采集电路得出火线L3与零线两相采压电阻两端的实测电压差V6’;
无短路时:|V1’|>V1,|V2’|>V2,|V3’|>V3,|V4’|>V4,|V5’|>V5,|V6’|>V6;
火线L1与火线L2两相短路时:|V1’|<V1;
火线L1与火线L3两相短路时:|V2’|<V2;
火线L1与零线两相短路时:|V3’|<V3;
火线L2与火线L3两相短路时:|V4’|<V4;
火线L2与零线两相短路时:|V5’|<V5;
火线L3与零线两相短路时:|V6’|<V6。
8.根据权利要求6或7所述的用于三相充电桩墙盒的相间短路检测电路的检测方法,其特征在于:所述短路电阻阈值大小为200Ω-400Ω。
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