CN114400612A - 微秒级快速过流保护充电桩 - Google Patents

微秒级快速过流保护充电桩 Download PDF

Info

Publication number
CN114400612A
CN114400612A CN202210099377.1A CN202210099377A CN114400612A CN 114400612 A CN114400612 A CN 114400612A CN 202210099377 A CN202210099377 A CN 202210099377A CN 114400612 A CN114400612 A CN 114400612A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor
current
charging pile
switch module
microsecond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210099377.1A
Other languages
English (en)
Inventor
祝可嘉
于文龙
罗天送
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huadou Digital Technology Shanghai Co ltd
Original Assignee
Huadou Digital Technology Shanghai Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huadou Digital Technology Shanghai Co ltd filed Critical Huadou Digital Technology Shanghai Co ltd
Priority to CN202210099377.1A priority Critical patent/CN114400612A/zh
Publication of CN114400612A publication Critical patent/CN114400612A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/31—Charging columns specially adapted for electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种微秒级快速过流保护充电桩，市电先通过交流半导体光磁开关模块，再通过充电桩电路进入终端电动交通工具，交流半导体光磁开关模块串联于市电火线，监控交流端市电的火线电流，电流超过预定电流快速切断交流输入电源；或市电先通过充电桩电路变成直流电，再通过直流半导体光磁开关模块进入终端电动交通工具，直流半导体光磁开关模块串联于直流电的正极线，监控充电桩电路输出的直流电正极电流，电流超过预定电流快速切断直流输出电源。本发明的优点是快速执行过流保护/短路保护，关断速度达10us～50us。

Description

微秒级快速过流保护充电桩
技术领域
本发明涉及一种过流保护充电领域，特别涉及一种微秒级快速过流保护充电桩。
背景技术
随着控制技术、电池材料及通讯技术的发展，以电能为核心能源的交通工具逐渐普及，如电动汽车、电动自行车等。因电动交通工具的大量普及，充电是其能量获取的重要方式。单量电动自行的充电过程中，充电电压大约48V～52V，电流达2～5安培；而电动汽车的充电电压通常超过300V，根据功率级别不同，电流从10～200安培不等。巨大的电流长时间多次工作易造成线路老化，导致电线内阻增大出现破皮、高温碳化等问题，最终导致电源端或电池端发生短路，充电短路造成的充电安全事故，轻则车辆烧毁，重则人员伤亡。充电安全问题成为一个亟待解决的难题。除了提高电池安全性能和必要的电路保护，在意外发生时快速切断电源通常采用如下的措施：
1）燃断型保险丝，常见于电器设备和集成电路中，其过流切断速度为秒级，熔断后不可重复使用；
2）空气开关，常见于家庭和工业总成，利用过流后金属受热形变实现电路切断，需要受热的相应时间，通常毫秒级，可以重复使用。
这是本申请需要着重改善的地方。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种微秒级快速过流保护充电桩，采用光磁采样控制结合半导体关断，关断速度为微秒级，可重复使用。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种微秒级快速过流保护充电桩，包括交流半导体光磁开关模块，市电先通过空气开关，再通过交流半导体光磁开关模块，最后通过充电桩电路进入终端电动交通工具。所述交流半导体光磁开关模块串联于市电火线，监控交流端市电的火线电流，电流超过预定电流快速切断交流输入电源，切断速度达10us～50us。
所述交流半导体光磁开关模块包括霍尔元件、半导体开关管和驱动模块，霍尔元件通过磁场快速检测母线电流并把信号传输给驱动模块，驱动模块通过光信号驱动半导体开关管执行关断操作。磁场和光均是电磁波，其响应速度达纳秒级；半导体开关管的相应速度为微秒级，所以最终交流半导体光磁开关模块的关断速度达10us～50us。驱动模块与处理器双向连接，通过处理器记录和控制驱动模块。处理器还与触发器连接，并通过触发器实现交流半导体光磁开关模块的复位。
本发明还提供了一种微秒级快速过流保护充电桩，包括直流半导体光磁开关模块，市电先通过空气开关，再通过充电桩电路变成直流电，最后通过直流半导体光磁开关模块进入终端电动交通工具。所述直流半导体光磁开关模块串联于直流电的正极线，监控充电桩电路输出的直流电正极电流，电流超过预定电流快速切断直流输出电源，切断速度达10us～50us。
所述直流半导体光磁开关模块串联于直流电的正极线，包括检流电阻、信号放大电路、半导体开关管和驱动模块，其中，检流电阻经信号放大电路快速检测母线电流，并把信号传输给驱动模块，驱动模块再通过光信号驱动半导体开关管执行关断操作。电信号和光信号均是电磁波，其响应速度达纳秒级，半导体开关管的相应速度为微秒级，所以最终直流半导体光磁开关模块的关断速度达10us～50us。驱动模块与处理器双向连接，通过处理器记录和控制驱动模块。处理器还与触发器连接，并通过触发器实现直流半导体光磁开关模块的复位。
所述半导体开关管，包括2n个MOSFET场效应管，n为奇数；以两个MOSFET场效应管为一组，构成半导体开关管的核心关断单元，其中：两个MOSFET场效应管的源极相连，每个MOSFET场效应管的栅极连接一个驱动电阻，阻值为5Ω～200Ω；n个核心关断单元并联，一驱动模块连接每个MOSFET场效应管的源极和驱动电阻，实现对瞬态关断速度的控制。所述半导体开关管串联于母线之间，其下端并联一个双向稳压二极管和一组阻容，避免高压对半导体开关管的冲击。
所述MOSFET场效应管的耐压参数为600 V～750V，电流参数在30A～100A。
所述母线为交流火线，或为直流正极线。
所述驱动模块为光耦。
本发明的优越功效在于：
1）本发明采用光磁采样控制结合半导体关断，过流是通过硬件元件直接检测判断，关断速度为微秒级，可重复使用；
2）本发明快速执行过流保护/短路保护，关断速度达到10us～50us。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例交流微秒级过流保护充电桩的电路原理框图；
图2为图1中交流半导体光磁开关模块的电路原理框图；
图3为本发明实施例直流端微秒级过流保护充电桩的电路原理框图；
图4为图3中直流半导体光磁开关模块的电路原理框图；
图5为本发明实施例半导体开关管的电路原理框图；
图中标号说明
1—空气开关； 2—充电桩电路；
3—终端电动交通工具； 4—交流半导体光磁开关模块；
5—直流半导体光磁开关模块； 6—霍尔元件；
7—光耦； 8—半导体开关管；
9—处理器； 10—触发器；
11—检流电阻； 12—信号放大电路；
13—母线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1示出了本发明实施例市电端交流微秒级过流保护充电桩的电路原理框图；图2示出了交流半导体光磁开关模块的电路原理框图；图5示出了半导体开关管的电路原理框图。如图1和图2所示，本发明提供了一种微秒级快速过流保护充电桩，包括交流半导体光磁开关模块4，市电先通过空气开关1，再通过交流半导体光磁开关模块4，最后通过充电桩电路2进入终端电动交通工具3，进行充电。所述交流半导体光磁开关模块4串联于市电火线，监控交流端市电的火线电流，当火线电流超过预定电流，快速切断交流输入电源，切断速度达10us～50us。
所述交流半导体光磁开关模块4包括霍尔元件6、半导体开关管8和光耦7，霍尔元件6通过磁场快速检测火线电流，并将信号传输给光耦7，光耦7通过光信号驱动半导体开关管8执行关断操作。磁场和光均是电磁波，其响应速度达纳秒级；半导体开关管8的相应速度为微秒级，所以最终交流半导体光磁开关模块4的关断速度达10us～50us。光耦7与处理器9双向连接，通过处理器9记录和控制光耦7。处理器9还与触发器10连接，并通过触发器10实现交流半导体光磁开关模块4的复位。
霍尔元件6为5V电源。
如图5所示，所述交流半导体光磁开关模块4中的半导体开关管8，包括2n个MOSFET场效应管，n为奇数；以两个MOSFET场效应管为一组，构成半导体开关管8的核心关断单元，其中：两个MOSFET场效应管的S极相连，每个MOSFET场效应管的G极连接一个驱动电阻R1n、……、R2n的一端，阻值为5Ω～200Ω；n个核心关断单元并联，光耦7连接每个MOSFET场效应管的S极和每个驱动电阻的另一端，实现对瞬态关断速度的控制。所述半导体开关管8串联于母线13之间，其下端并联一个双向稳压二极管D0和一组阻容C0、R0，且C0、R0串联，电阻为100Ω，电容为2200pf，避免高压对半导体开关管8的冲击。
所述MOSFET场效应管的耐压参数为600 V～750V，电流参数在30A～100A。
所述母线13为交流火线。
本发明交流半导体光磁开关模块4，当市电的火线电流超过预定电流，快速切断交流输入电源，切断速度达10us～50us，可重复使用。
如图3和图4所示，本发明还提供了一种微秒级快速过流保护充电桩，包括直流半导体光磁开关模块5，市电先通过空气开关1，再通过充电桩电路2变成直流电，最后通过直流半导体光磁开关模块5进入终端电动交通工具3，进行充电。所述直流半导体光磁开关模块5串联于直流电的正极线，监控充电桩电路2输出的直流电正极电流，电流超过预定电流快速切断直流输出电源，切断速度达10us～50us。
所述直流半导体光磁开关模块5串联于直流电的正极线，包括检流电阻11、信号放大电路12、半导体开关管8和光耦7；其中，检流电阻11经信号放大电路12快速检测直流电的正极电流，并把信号传输给光耦7，光耦7再通过光信号驱动半导体开关管8执行关断操作。电信号和光信号均是电磁波，其响应速度达纳秒级，半导体开关管8的相应速度为微秒级，所以最终直流半导体光磁开关模块5的关断速度达10us～50us。光耦7与处理器9双向连接，通过处理器9记录和控制光耦7。处理器9还与触发器10连接，并通过触发器10实现直流半导体光磁开关模块5的复位。
如图5所示，所述直流半导体光磁开关模块5中的半导体开关管8，包括2n个MOSFET场效应管，n为奇数；以两个MOSFET场效应管为一组，构成半导体开关管8的核心关断单元，其中：两个MOSFET场效应管的S极相连，每个MOSFET场效应管的G极连接一个驱动电阻R1n、……、R2n的一端，阻值为5Ω～200Ω；n个核心关断单元并联，光耦7连接每个MOSFET场效应管的S极和每个驱动电阻的另一端，实现对瞬态关断速度的控制。所述半导体开关管8串联于母线13之间，其下端并联一个双向稳压二极管D0和一组阻容C0、R0，且C0、R0串联，电阻为100Ω，电容为2200pf，避免高压对半导体开关管8的冲击。
所述MOSFET场效应管的耐压参数为600 V～750V，电流参数在30A～100A。
所述母线13为直流电的正极线。
本发明直流半导体光磁开关模块5，当直流电正极电流超过预定电流，快速切断交流输入电源，切断速度达10us～50us，可重复使用。
以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：包括交流半导体光磁开关模块，市电通过交流半导体光磁开关模块后，再通过充电桩电路进入终端电动交通工具；所述交流半导体光磁开关模块串联于市电火线，监控交流端市电的火线电流，火线电流超过预定电流快速切断交流输入电源，切断速度达10us～50us。
2.根据权利要求1所述的微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：所述交流半导体光磁开关模块包括霍尔元件、半导体开关管和驱动模块，霍尔元件通过磁场快速检测火线电流并把信号传输给驱动模块，驱动模块通过光信号驱动半导体开关管执行关断操作，交流半导体光磁开关模块的关断速度达10us～50us。
3.根据权利要求2所述的微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：所以驱动模块与一处理器双向连接，通过处理器记录和控制驱动模块；处理器还与触发器连接，并通过触发器实现交流半导体光磁开关模块的复位。
4.一种微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：包括直流半导体光磁开关模块，市电先通过充电桩电路变成直流电，再通过直流半导体光磁开关模块进入终端电动交通工具；所述直流半导体光磁开关模块串联于直流电的正极线，监控充电桩电路输出的直流电正极电流，直流电正极电流超过预定电流快速切断直流输出电源，切断速度达10us～50us。
5.根据权利要求4所述的微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：所述直流半导体光磁开关模块串联于直流电的正极线，包括检流电阻、信号放大电路、半导体开关管和驱动模块，其中，检流电阻经信号放大电路快速检测直流电正极电流，并把信号传输给驱动模块，驱动模块再通过光信号驱动半导体开关管执行关断操作，直流半导体光磁开关模块的关断速度达10us～50us。
6.根据权利要求5所述的微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：所述驱动模块与处理器双向连接，通过处理器记录和控制驱动模块；处理器还与触发器连接，并通过触发器实现直流半导体光磁开关模块的复位。
7.根据权利要求2或5所述的微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：所述半导体开关管，包括2n个MOSFET场效应管，n为奇数；以两个MOSFET场效应管为一组，构成半导体开关管的核心关断单元，其中：两个MOSFET场效应管的源极相连，每个MOSFET场效应管的栅极连接一个驱动电阻；n个核心关断单元并联，一驱动模块连接每个MOSFET场效应管的源极和驱动电阻，实现对瞬态关断速度的控制。
8.根据权利要求7所述的微秒级快速过流保护充电桩，其特征在于：所述半导体开关管串联于母线之间，其下端并联一个双向稳压二极管和一组阻容，避免高压冲击。
CN202210099377.1A 2022-01-27 2022-01-27 微秒级快速过流保护充电桩 Pending CN114400612A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210099377.1A CN114400612A (zh) 2022-01-27 2022-01-27 微秒级快速过流保护充电桩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210099377.1A CN114400612A (zh) 2022-01-27 2022-01-27 微秒级快速过流保护充电桩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114400612A true CN114400612A (zh) 2022-04-26

Family

ID=81232089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210099377.1A Pending CN114400612A (zh) 2022-01-27 2022-01-27 微秒级快速过流保护充电桩

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114400612A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4586427A1 (en) * 2024-01-15 2025-07-16 Schneider Electric (China) Co., Ltd. Solid state breaker and power supply system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101355330A (zh) * 2007-07-23 2009-01-28 张禾 直流电机启动、限流保护器
US20200365346A1 (en) * 2019-05-18 2020-11-19 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers with solid-state bidirectional switches
CN212343306U (zh) * 2020-06-29 2021-01-12 宁波公牛数码科技有限公司 一种电子开关及其控制电路
CN213990174U (zh) * 2020-10-29 2021-08-17 深圳市普渡科技有限公司 供电保护组件及充电桩

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101355330A (zh) * 2007-07-23 2009-01-28 张禾 直流电机启动、限流保护器
US20200365346A1 (en) * 2019-05-18 2020-11-19 Amber Solutions, Inc. Intelligent circuit breakers with solid-state bidirectional switches
CN212343306U (zh) * 2020-06-29 2021-01-12 宁波公牛数码科技有限公司 一种电子开关及其控制电路
CN213990174U (zh) * 2020-10-29 2021-08-17 深圳市普渡科技有限公司 供电保护组件及充电桩

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4586427A1 (en) * 2024-01-15 2025-07-16 Schneider Electric (China) Co., Ltd. Solid state breaker and power supply system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105552827B (zh) 强制电流转移电路及其电流转移方法
CN109713886A (zh) 对母线电容放电的方法、系统、电压变换器及存储介质
CN106024497B (zh) 一种高短路关断直流断路器用辅助电路及其控制方法
CN102714470A (zh) 带保护功能的电力转换装置以及控制方法
CN104009450B (zh) 模块组合高压直流断路器
CN102347602B (zh) 一种igbt保护电路
CN102593809B (zh) 一种具有过电压抑制功能的固态断路器
CN112802698A (zh) 一种具有强迫换流功能的混合式直流断路器
CN100470991C (zh) 故障限流器直流控制系统
CN114400612A (zh) 微秒级快速过流保护充电桩
WO2022077975A1 (zh) 无充电回路的供电电路及电源管理系统
CN110572011B (zh) 带短路保护的igbt驱动电路软开关装置
CN109714033B (zh) 功率器件的驱动装置与方法
CN111736054B (zh) 用于igbt驱动退饱和保护功能的测试电路和其模拟测试方法
CN211629860U (zh) 一种开关柜的线圈与电机驱动保护电路
CN216774281U (zh) 直流断路器用电流转移电路以及电流转移装置
CN2613917Y (zh) 一种燃料电池保护用的装置
CN214674887U (zh) 一种基于igbt单管驱动的正负电源电路
CN118826454A (zh) 冗余有源放电电路及其控制方法、逆变器
CN208753960U (zh) 高压配电电路及新能源汽车
CN112072625B (zh) 基于预充电电容器的光伏直流断路器抑弧拓扑
CN213151639U (zh) 逆变器输出h桥igbt的短路保护电路及系统
CN2753498Y (zh) 激光焊接机
CN114864336A (zh) 一种基于自然换流的无弧继电器及其控制方法
CN107493028B (zh) 一种h桥斩波电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination