CN113928157B - 一种适应低温环境的充电桩及其工作方法 - Google Patents

一种适应低温环境的充电桩及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应低温环境的充电桩及其工作方法，所述充电桩包括机柜和充电枪，所述机柜中设置有充电桩控制器、单向充电AC/DC模块、双向充放电AC/DC模块和充电枪插座，所述充电枪上设置有第一温度传感器，所述机柜外壁设置有第二温度传感器和显示屏；通过发热原理来解决充电桩在东北低温度环境下‑20℃～‑40℃的使用问题，利用单向AC/DC模块和双向AC/DC模块及其支直流接触器的配合，在充电桩空闲的时，且室外环境温度过低时，对充电枪利用电流进行加热。

Description

一种适应低温环境的充电桩及其工作方法
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种适应低温环境的充电桩及其工作方法。
背景技术
随着电动汽车充电行业的发展，配套电动汽车充电的充电桩也在迅速进行建设安装。充电桩开始布局到全国各地，但是全国各地的环境情况各有差别，东北属于极寒地区，南方属于湿热地区。在东北地区尤其是冬季，极低的温度给充电桩使用带来很大影响。
当充电桩能在东北极低温度环境下-30℃～－40℃，存在的主要问题是充电枪线在极低温度下硬化，无法弯曲使用，液晶显示屏在低温环境下触摸不灵。
发明内容
本发明提供了一种适应低温环境的充电桩及其工作方法，防止充电枪线在极低温度下硬化。
为达到上述目的，本发明所述一种适应低温环境的充电桩，包括机柜和充电枪，所述机柜中设置有充电桩控制器、单向充电AC/DC模块、双向充放电AC/DC模块和充电枪插座，充电枪上设置有第一温度传感器，机柜外壁设置有第二温度传感器和显示屏；第一温度传感器和第二温度传感器的信号输出端均与充电桩控制器的信号输入端连接，充电桩控制器的输出端与单向AC/DC模块、双向AC/DC模块以及液晶显示屏连接；单向充电AC/DC模块向AC/DC模块的输出端与直流接触器K1的第一端连接，直流接触器K1的第二端与直流接触器K4的第一端连接，直流接触器K4的第二端与充电枪的枪尾连接；
双向AC/DC模块的输出端与直流接触器K2的第一端连接，直流接触器K2的第二端与直流接触器K5的第一端连接，直流接触器K5的第二端与充电枪插座的第一端连接，充电枪插座的第二端用于插接充电枪的枪头。
进一步的，直流接触器K1的第二端与直流接触器K3的第一端连接，直流接触器K2的第二端与直流接触器K3的第二端连接。
进一步的，充电枪插座的第二端设置有功率端子和信号端子。
进一步的，机柜内设置有第三温度传感器。
进一步的，第一温度传感器和第二温度传感器的信号输出端通过有线方式与充电桩控制器连接。
进一步的，第一温度传感器和第二温度传感器为NTC温度传感器或PT1000温度传感器。
进一步的，机柜内壁设置有保温棉。
进一步的，充电枪的枪头上设置有电子锁。
上述的适应低温环境的充电桩的工作方法，包括以下步骤：
S1：充电桩空闲时，充电枪的枪头插入充电枪插座上；
S2：第一温度传感器采样机柜外环境温度，并发送给充电桩控制器；第二温度传感器采集充电枪护套表面温度，并发送给充电桩控制器；
S3：当充电桩不向电动汽车充电时，且充电桩控制器检测到柜外环境温度小于设定温度时，控制单向AC/DC模块开始工作，同时闭合直流接触器K1、K2、K4和K5，然后控制双向AC/DC模块开始工作，单向AC/DC模块、双向AC/DC模块和充电枪形成充电回路；电能从单向AC/DC模块依次流经充电枪、充电枪插座、双向AC/DC模块，然后回到电网，充电枪由于自身电阻发热，提高充电枪的温度，同时单向AC/DC模块、双向AC/DC模块工作时产生的热量加热机柜内部；
S4：充电桩控制器根据充电枪护套表面温度和柜内温度控制充电回路的电流大小，当充电枪护套表面温度低时，增大单向AC/DC模块、双向AC/DC模块的电流，当温度高时减小回路电流，保持充电枪护套表面和机柜内温度均不低于设定温度；
S5：当需要充电或充电枪护套表面温度大于设定温度时，充电桩控制器控制单向AC/DC模块和双向AC/DC模块关机、所有的直流接触器断电、充电桩放电；
S6：充电时，将充电枪从充电枪插座取下，插入电动汽车进行充电。
进一步的，S6中，当单向AC/DC模块不能满足电动汽车需要的电流时，充电桩控制器控制直流接触器K1、直流接触器K4、直流接触器K2和直流接触器K3闭合，用单向AC/DC模块和双向AC/DC模块同时给电动汽车充电。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明所述的充电桩，通过发热原理来解决充电桩在东北低温度环境下-20℃～－40℃的使用问题，利用单向AC/DC模块和双向AC/DC模块及其支直流接触器的配合，在充电桩空闲的时，且室外环境温度过低时，对充电枪利用电流进行加热，保证充电枪表面温度不过低，进而防止因温度过低导致的充电枪线难以弯曲使用的问题。同时当单向AC/DC模块和双向AC/DC模块时，会产生损耗发热，使得充电桩柜内部温度升高，间接对液晶显示屏进行加热，保证其正常工作。
进一步的，双向AC/DC模块既能用来给电动汽车充电，也可以将电能回馈到电网。
进一步的，直流接触器K1的第二端与直流接触器K3的第一端连接，所述直流接触器K2的第二端与直流接触器K3的第二端连接，当单向AC/DC模块不能满足电动汽车需要的电流时，充电桩控制器控制直流接触器K1、直流接触器K4、直流接触器K2和直流接触器K3闭合，用单向AC/DC模块和双向AC/DC模块同时给电动汽车充电。
本发明所述的充电桩工作方法，通过实时监测机柜外温度，来判断是否需要对充电枪进行加热，若需要加热，则利用充电桩内的单向AC/DC模块和双向AC/DC模块对充电枪进行加热，避免充电枪枪线在低温下难以弯曲，导致使用不便的现象发生，同时单向AC/DC模块和双向AC/DC模块由于工作产生的热量可用于加热机柜内的温度，为显示屏提供热量，保证其触摸灵敏，便于使用者操作。
附图说明
图1为充电桩的原理图。
附图中：1、充电枪，2、机柜，3、机柜，4、液晶显示屏，5、第一温度传感器，6、第二温度传感器。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1，一种适应低温环境的充电桩，包括机柜2、交流开关QF、充电桩控制器、m个单向充电AC/DC模块、n个双向充放电AC/DC模块、直流接触器K1、直流接触器K2、直流接触器K3、直流接触器K4、直流接触器K5、充电枪插座2、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、液晶显示屏4和充电枪1，m和n为正整数。
其中，交流开关QF、充电桩控制器、m个单向充电AC/DC模块、n个双向充放电AC/DC模块、直流接触器K1、直流接触器K2、直流接触器K3、直流接触器K4、直流接触器K5、第三温度传感器和充电枪插座2均设置在机柜3中，液晶显示屏4固定安装在机柜3的外壳上，用于显示充电桩的充电状态、异常信息以及设置基本参数。
第一温度传感器5、第二温度传感器6和第三温度传感器的信号输出端均通过有线方式与充电桩控制器的信号输入端连接，控制器的输出端与单向AC/DC模块、双向AC/DC模块以及液晶显示屏4连接。第一温度传感器5、第二温度传感器6和第三温度传感器采用NTC温度传感器或PT1000温度传感器。NTC温度传感器灵敏度高,响应速度快，具有良好的绝缘密封性和抗机械碰撞，抗弯折能力；PT1000温度传感器稳定性好，不会因高低温而引起物理或化学变化。
单向AC/DC模块和双向AC/DC模块的输入端通过交流开关QF与电网连接，单向AC/DC模块的输出端与直流接触器K1的第一端连接，直流接触器K1的第二端与直流接触器K4的第一端以及直流接触器K3的第一端连接，直流接触器K4的第二端与充电枪1的枪尾连接；
双向AC/DC模块的输出端与直流接触器K2的第一端连接，直流接触器K2的第二端与直流接触器K3的第二端以及直流接触器K5的第一端连接，直流接触器K5的第二端与充电枪插座2的第一端连接，充电枪插座2的第二端设置有功率端子和信号端子，用于连接充电枪1的枪头，当充电桩不充电时，充电枪1的枪头插在充电枪插座2的第二端。信号端子用于向控制器发送充电枪是否插在电枪插座2的状态信号。
单向AC/DC模块：用于将电网的交流电变换为直流电，用来给电动汽车充电；
双向AC/DC模块：用于交直流双向转换，既能用来给电动汽车充电，也可以将电能回馈到电网，可以最大程度上减少电能损耗；
充电桩控制器：用来控制充单向AC/DC模块、双向AC/DC模块、直流接触器、液晶显示屏，接收第一温度传感器、第二温度传感器和第三温度传感器采集的温度信号；
第一温度传感器，设置在枪线保护套表面，用于采集充电枪枪线保护套表面的温度；
第二温度传感器，设置在机柜4外壁上，用于采集机柜4外的温度；
第三温度传感器，设置在机柜内，用于采集柜内的温度；
充电枪插座2内置功率和信号端子，当充电枪1的枪头插入充电枪插座2时，用于固定枪头和形成功率回路；
充电枪：安装在柜外给电动汽车充电。
优选的，机柜4内壁设置有保温棉。
工作原理：
东北冬季极低温度一般可以到-30℃～－40℃，此时充电桩的充电枪线会僵硬到无法使用，触摸屏也会触摸不灵，导致充电桩无法正常使用。因此，需要保证充电桩各个部件的温度都能够达到-20℃以上，使充电桩正常工作。
上述的适应低温环境的充电桩工作方法，包括以下步骤：
S1：充电桩空闲时，充电枪1的枪头插入充电桩的充电枪插座2上；
S2：机柜外的第一温度传感器5采样机柜外环境温度信号，并传给控制器，控制器根据接收到的机柜外环境温度信号计算出当前机柜外环境温度；
S3：充电枪护套表面的第二温度传感器6采集充电枪护套表面温度，并发送给控制器；
S4：在不向电动汽车充电时，当控制器检测到柜外环境温度小于-20℃时，控制器控制单向AC/DC模块开始工作，同时闭合直流接触器K1、K2、K4和K5，接触器闭合后，再控制双向AC/DC模块开始工作，单向AC/DC模块、双向AC/DC模块和充电枪1形成充电回路。此时电能从单向AC/DC模块依次流经充电枪1、充电枪插座2、双向AC/DC模块，然后回到电网，充电枪1由于自身电阻可以发热P＝I2*R以此实现对充电枪的加热,同时单向AC/DC模块、双向AC/DC模块工作时的损耗可以使机柜内热量的积累，实现加热；
S5：控制器根据采集到的充电枪护套表面温度和柜内温度控制整个回路的电流大小，当充电枪护套表面温度低时，控制增大单向AC/DC模块、双向AC/DC模块的输出电流，当温度高时降低单向AC/DC模块、双向AC/DC模块的输出电流。保持充电枪护套在寒冷的天气表面温度维持到不低于-20℃，同时柜内部温度也不低于-20℃；
S6：由于电流不断流过充电枪1，充电枪1不断发热，起到了对充电枪1在寒冷环境下的加热作用，同时单向AC/DC模块、双向AC/DC模块发热产生的热量也可以抬升柜内的温度，保证充电桩可以可靠运行；
S7：当有司机需要充电或充电枪护套表面温度大于-20℃时，先打开充电枪上的电子锁，控制器接收到电子锁打开的信号后，控制单向AC/DC模块和双向AC/DC模块关机、所有的直流接触器断电、充电桩放电，使得司机从机柜上拔下充电枪时不会带电操作，保证使用安全；
S8：由于充电枪1经过了加热，此时充电枪1可以比较容易的进行弯曲操作，司机可以轻易的把充电枪插入电动汽车进行充电。柜内温度的提高可以保证液晶显示屏等器件可靠工作。
当电动汽车需要较大的电流时，通过显示屏想控制器输入需求信号，控制器控制直流接触器K1、直流接触器K4、直流接触器K2和直流接触器K3闭合，即单向AC/DC模块和双向AC/DC模块同时给电动汽车充电。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适应低温环境的充电桩，其特征在于，包括机柜(2)和充电枪(1)，所述机柜(2)中设置有充电桩控制器、单向充电AC/DC模块、双向充放电AC/DC模块和充电枪插座(2)，所述充电枪(1)上设置有第一温度传感器(5)，所述机柜(2)外壁设置有第二温度传感器(6)和显示屏；
第一温度传感器(5)和第二温度传感器(6)的信号输出端均与充电桩控制器的信号输入端连接，充电桩控制器的输出端与单向AC/DC模块、双向AC/DC模块以及液晶显示屏(4)连接；
所述单向充电AC/DC模块向AC/DC模块的输出端与直流接触器K1的第一端连接，直流接触器K1的第二端与直流接触器K4的第一端连接，直流接触器K4的第二端与充电枪(1)的枪尾连接；
双向AC/DC模块的输出端与直流接触器K2的第一端连接，直流接触器K2的第二端与直流接触器K5的第一端连接，直流接触器K5的第二端与充电枪插座(2)的第一端连接，充电枪插座(2)的第二端用于插接充电枪(1)的枪头；
所述直流接触器K1的第二端与直流接触器K3的第一端连接，所述直流接触器K2的第二端与直流接触器K3的第二端连接；
所述充电枪插座(2)的第二端设置有功率端子和信号端子；
所述适应低温环境的充电桩的工作方法，包括以下步骤：
S1：充电桩空闲时，充电枪(2)的枪头插入充电枪插座(2)上；
S2：第一温度传感器(5)采样机柜外环境温度，并发送给充电桩控制器；第二温度传感器(6)采集充电枪护套表面温度，并发送给充电桩控制器；
S3：当充电桩不向电动汽车充电时，且充电桩控制器检测到柜外环境温度小于设定温度时，控制单向AC/DC模块开始工作，同时闭合直流接触器K1、K2、K4和K5，然后控制双向AC/DC模块开始工作，单向AC/DC模块、双向AC/DC模块和充电枪(1)形成充电回路；电能从单向AC/DC模块依次流经充电枪(1)、充电枪插座(2)、双向AC/DC模块，然后回到电网，充电枪(1)由于自身电阻发热，提高充电枪(1)的温度，同时单向AC/DC模块、双向AC/DC模块工作时产生的热量加热机柜内部；
S4：充电桩控制器根据充电枪护套表面温度和柜内温度控制充电回路的电流大小，当充电枪护套表面温度低时，增大单向AC/DC模块、双向AC/DC模块的电流，当温度高时减小回路电流，保持充电枪护套表面和机柜内温度均不低于设定温度；
S5：当需要充电或充电枪护套表面温度大于设定温度时，充电桩控制器控制单向AC/DC模块和双向AC/DC模块关机、所有的直流接触器断电、充电桩放电；
S6：充电时，将充电枪从充电枪插座(2)取下，插入电动汽车进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的充电桩，其特征在于，所述机柜(2)内设置有第三温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的充电桩，其特征在于，所述第一温度传感器(5)和第二温度传感器(6)的信号输出端通过有线方式与充电桩控制器连接。
4.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的充电桩，其特征在于，所述第一温度传感器和第二温度传感器为NTC温度传感器或PT1000温度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的充电桩，其特征在于，所述机柜(2)内壁设置有保温棉。
6.根据权利要求1所述的一种适应低温环境的充电桩，其特征在于，所述充电枪(1)的枪头上设置有电子锁。
7.根据权利要求1所述的适应低温环境的充电桩，其特征在于，所述S6中，当单向AC/DC模块不能满足电动汽车需要的电流时，充电桩控制器控制直流接触器K1、直流接触器K4、直流接触器K2和直流接触器K3闭合，用单向AC/DC模块和双向AC/DC模块同时给电动汽车充电。
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