CN115139832A - 一种充电枪的线缆加热系统及电动车的直流充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电枪的线缆加热系统及电动车的直流充电系统，属于直流充电技术领域，该线缆加热系统包括单相整流模块、直流开关、充电枪及充电插座，单相整流模块、直流开关、充电枪的插针及充电插座的插孔依次连接，构成低压通电回路，且该回路上串设有连接电阻，该连接电阻的两端连接在充电插座的两个插孔之间；还包括控制模块，该控制模块控制连接直流开关，用于控制直流开关，进而实现对低压通电回路的通断控制，通过低压通电回路实现充电枪上线缆的加热。本发明的线缆加热系统，在车辆充电之前，通过控制模块控制直流开关，能够使低压通电回路导通，实现对充电枪的线缆加热，解决了车辆充电前的充电枪线僵硬导致的操作不便问题。

Description

一种充电枪的线缆加热系统及电动车的直流充电系统
技术领域
本发明属于直流充电技术领域，具体涉及一种充电枪的线缆加热系统及电动车的直流充电系统。
背景技术
现有技术中，一般通过直流充电系统为新能源汽车进行充电，直流充电系统包括直流充电桩(即直流充电机)，充电桩中的AC/DC模块输出端连接有充电枪，并由充电桩中的控制模块，控制导通由三相电源、AC/DC模块、充电枪、动力电池构成的充电回路，实现对动力电池的充电。
但是，车辆充电过程中，为实现大电流、高电压的快速充电，往往需要充电装置与车辆高压线之间的连接，这种连接一般是通过充电枪中的功率插针和车辆的充电插座中的功率插孔进行连接实现的，目前由于技术、工艺、材料等受限，充电枪中功率插针的寿命一般为10000次，在一些带电插拔等违规操作下，会导致插针的寿命进一步降低，插针的寿命到期后若继续进行充电工作，将导致插针及插座的接触电阻增大，充电过程中发热量急剧增加，引起充电效率降低、充电枪及充电插座烧蚀，甚至车辆起火等问题。
并且，车辆充电过程中，充电电流高达250A，充电枪线使用80mm2线束，同时外加多层橡胶防护，导致在冬季低温环境下，充电枪线僵硬，用户操作非常不便，充电体验较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种充电枪的线缆加热系统及电动车的直流充电系统，用于解决冬季低温环境下，充电枪线僵硬导致操作不便的问题。
基于上述目的，一种电动车的直流充电系统的技术方案如下：
包括充电机，以及设置在充电机中的控制模块、三相整流充电模块、第一开关、充电枪，其中，三相整流充电模块的交流侧用于连接电源，三相整流充电模块的直流侧、第一开关、充电枪依次连接，构成充电回路；充电机本体上设置有充电插座，充电插座上设置有两个插孔，用于对应连接充电枪上的两个插针；
还包括单相整流模块、第二开关，单相整流模块与第二开关连接，形成低压支路，该低压支路并联到由三相整流充电模块、第一开关连接构成的高压支路上；且所述两个插孔之间连接有电阻，所述的低压支路通过充电枪的插针、充电插座的插孔、电阻依次连接，形成低压通电回路；
所述的控制模块控制连接所述的第一开关、第二开关，用于利用第一开关控制充电回路的导通，通过充电回路实现车辆充电；以及在车辆充电之前，利用第二开关控制低压通电回路的导通，通过低压通电回路实现充电枪上线缆的加热。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的直流充电系统，在车辆充电之前，通过控制模块控制第一开关断开、第二开关闭合，使低压通电回路导通、充电回路断开，实现对充电枪的线缆加热；然后，通过控制模块控制第一开关闭合、第二开关断开，使充电回路导通、低压通电回路断开，实现了电池的充电，解决了车辆充电前的充电枪线僵硬导致的操作不便问题。
进一步的，为了解决给充电枪线缆的加热时间问题。所述的控制模块还通信连接有内置在所述插针上的温度传感器，用于检测插针、插孔接触后的发热温度，所述的控制模块用于根据所述发热温度的温升，控制充电枪的线缆加热时间。
其效果是：利用低压通电回路实现第一个功能，给充电枪线加热，并利用温度传感器的温度数据，判断温升大小，及时断开低压通电回路，防止充电枪的线缆过热、加热时间过长的问题。
进一步的，为了解决现有充电系统中充电枪的插针寿命到期仍继续使用引起的充电效率降低、充电枪及充电插座烧蚀问题，所述的控制模块还用于根据所述发热温度的温升，进行充电枪的寿命预警判断。
其效果是：利用低压通电回路实现第二个功能，即在不需要给充电枪线加热时，可利用低压通电回路中产生低压、大电流信号，通过监测插针、插孔接触后的温升，判断温升是否过大，能够预判出充电枪的寿命，并进行预警，让用户能够及时去检修充电枪，避免引起充电效率降低、充电枪及充电插座的烧蚀问题。
进一步的，为了实现对第一开关和第二开关的控制，所述的控制模块连接有第一接触器的线圈和第二接触器的线圈，所述第一开关为第一接触器的开关，所述第二开关为第二接触器的开关。
进一步的，为了方便用户根据需要对充电枪的线缆进行预约加热，所述的控制模块还用于与用户的手持终端或PC终端进行无线通信连接，用于接收用户发送的控制指令，进行车辆的预约充电，并在车辆充电之前控制所述低压通电回路导通，实现充电枪的线缆加热。
基于上述目的，一种充电枪的线缆加热系统的技术方案如下：
包括单相整流模块、直流开关、充电枪及充电插座，所述的单相整流模块、直流开关、充电枪的插针及充电插座的插孔依次连接，构成低压通电回路，且该回路上串设有连接电阻，该连接电阻的两端连接在充电插座的两个插孔之间；
还包括控制模块，该控制模块控制连接所述直流开关，用于控制所述直流开关，进而实现对所述低压通电回路的通断控制，通过低压通电回路实现充电枪上线缆的加热。
上述技术方案的有益效果是：
本发明的线缆加热系统，在车辆充电之前，通过控制模块控制直流开关，能够使低压通电回路导通，实现对充电枪的线缆加热，解决了车辆充电前的充电枪线僵硬导致的操作不便问题。
进一步的，为了解决给充电枪线缆的加热时间问题。所述的控制模块还通信连接有内置在所述插针上的温度传感器，用于检测插针、插孔接触后的发热温度，所述的控制模块用于根据所述发热温度的温升，控制充电枪的线缆加热时间。
其效果是：利用低压通电回路实现第一个功能，给充电枪线加热，并利用温度传感器的温度数据，判断温升大小，及时断开低压通电回路，防止充电枪的线缆过热、加热时间过长的问题。
进一步的，为了解决现有充电系统中充电枪的插针寿命到期仍继续使用引起的充电效率降低、充电枪及充电插座烧蚀问题，所述的控制模块还用于根据所述发热温度的温升，进行充电枪的寿命预警判断。
其效果是：利用低压通电回路实现第二个功能，即在不需要给充电枪线加热时，可利用低压通电回路中产生低压、大电流信号，通过监测插针、插孔接触后的温升，判断温升是否过大，能够预判出充电枪的寿命，并进行预警，让用户能够及时去检修充电枪，避免引起充电效率降低、充电枪及充电插座的烧蚀问题。
进一步的，为了实现对直流开关的控制，所述的控制模块连接有直流接触器的线圈，所述直流开关为直流接触器的开关。
进一步的，为了方便用户根据需要对充电枪的线缆进行预约加热，所述的控制模块还用于与用户的手持终端或PC终端进行无线通信连接，用于接收用户发送的控制指令，进行车辆的预约充电，并在车辆充电之前控制所述低压通电回路导通，实现充电枪的线缆加热。
附图说明
图1是本发明充电系统实施例中直流充电系统的示意图；
图2是本发明充电系统实施例中的控制模块与其他部件的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
充电系统实施例：
本实施例提出一种电动车的直流充电系统，如图1所示，包括充电机，以及设置在充电机中的控制模块、三相整流充电模块(AC/DC充电模块)、第一接触器开关K1、充电枪，其中，三相整流充电模块的交流侧连接有三相电源，三相整流充电模块的直流侧、第一接触器开关K1、充电枪依次连接，构成充电回路。并且，充电机本体上设置有充电插座CZ，充电插座上设置有两个插孔C2，用于对应连接充电枪上的两个插针C1，为电动车的动力电池进行充电。并且，图1所示，插座CZ的两个插孔C2之间连接有电阻R，通过该电阻R将两个功率插孔C2短接。
图1中，该系统还包括有单相整流模块(即单相AC/DC)、第二接触器开关，单相整流模块与第二接触器开关K2连接，形成一个低压支路，该低压支路并联到由三相整流充电模块(AC/DC充电模块)、第一接触器开关K1连接构成的高压支路上。
本系统中，控制模块控制连接高压支路上的第一接触器开关K1，以及控制连接低压支路上的第二接触器开关K2；具体的控制方式如图2所示，控制模块连接有第一接触器的线圈和第二接触器的线圈，用于分别控制第一接触器开关K1、第二接触器开关K2，达到控制高压支路、低压支路通断的目的。
本系统中，控制模块还通信连接一个温度传感器，该温度传感器内置在充电枪的功率插针C1中，用于采集功率插针C1的温度，即由插针、插孔接触后的发热温度。
本充电系统的工作原理如下：
(1)车辆在充电前，充电枪放置于充电机的充电插座CZ内，充电枪的功率插针C1与插座的功率插孔C2接触，控制模块控制第一接触器开关K1断开，控制第二接触器开关K2闭合，通过低压支路、充电枪的线缆、功率插针C1、功率插孔C2和电阻R形成一个低压通电回路，使低压通电回路导通、充电回路断开，实现对充电枪的线缆加热。
线缆加热的时间可根据插针、插孔接触后的发热温度的温升大小确定。具体的，通过控制模块与温度传感器之间的通信连接，获取插针、插孔接触后的发热温度，判断该温度的温升大小，从而控制充电枪的线缆加热时间。作为其他实施方式，还可以设定时间阈值，进行加热计时，时间到则停止线缆加热。
(2)线缆加热后，车辆进行正常充电，控制模块控制第一接触器开关K1闭合，控制第二接触器开关K2断开，本充电系统通过高压支路、充电枪与车辆的动力电池连接，形成供电回路，为动力电池充电。
本发明的直流充电系统，在车辆充电之前，通过控制模块控制第一开关断开、第二开关闭合，使低压通电回路导通、充电回路断开，实现对充电枪的线缆加热；然后，通过控制模块控制第一开关闭合、第二开关断开，使充电回路导通、低压通电回路断开，实现了电池的充电，解决了车辆充电前的充电枪线僵硬导致的操作不便问题。
为了方便用户根据需要对充电枪的线缆进行预约加热，本系统中，控制模块还用于与用户的手持终端或PC终端进行无线通信连接，用于接收用户发送的控制指令，并根据该指令控制低压通电回路的通断，实现充电枪的线缆加热。
本系统中，设置一个单相整流模块(单相AC/DC)的目的是，为在回路中产生一个恒定大电流(如250A)，因为回路中阻抗较小，就需要单相AC/DC产生较小的电压来产生恒定大电流(250A)，原有的三相AC/DC无法实现此功能，因此另加一个可输出小电压大电流的单相AC/DC。
回路中阻抗(指总阻抗)较小的原因是：为了充电枪功率插针与充电插座功率插孔之间的接触电阻在短时间内的温升达到一定的数值，设置的电阻R就必须较小，同时插针与插座的接触电阻也较小，那么，回路总电阻就较小。
举例说明如下，针对单相AC/DC输出端，I＝U/R，此处要产生恒定250A大电流，即250A＝U/R0，此处的R0为枪线的电阻、C1和C2的接触电阻和设置的电阻R之和，R为毫欧级别，若此时R0为100毫欧，那么单相AC/DC需产生电压U＝250A*0.1Ω＝25V,即此单相AC/DC需要实现输出25V，250A的能力。
除了实现充电枪线缆的加热功能外，上述低压通电回路还能实现另一个功能，即充电枪寿命预测功能，在不需要对线缆加热时，例如不会导致线缆僵硬的夏季，或是冬季期间温度大于设定阈值(如10℃)时，可利用低压通电回路中产生低压、大电流信号，通过监测插针、插孔接触后的温升，判断温升是否过大，能够预判出充电枪的寿命。
例如，使低压通电回路导通、充电回路断开，控制单相整流模块输出250A电流，并持续时间t＝60S或30S(秒)，控制模块实时获取温度传感器采集的温度数据，根据实时采集的温度判断在该段时间t内功率插针的温升，若该段时间内充电枪功率插针的温升大于设定热量值，如40K，则判定充电枪的寿命到期，进行预警提示，提醒客户进行充电枪的维修更换。
本发明的直流充电系统，之所以还能够比较可靠的预测充电枪的到期寿命，其原因在于，在低压通电回路中，功率插针C1和功率插孔C2连接后形成一个接触电阻(即等效电阻)，当电流通过该接触电阻时，会伴随热量的产生，且接触电阻越大，产生热量越多，充电插针及插孔的配合效果也越差，因此本系统通过判断产生的热量确定充电插针及插孔的完好性，对充电枪的寿命进行一个前期的预判，让用户能够及时去检修充电枪，避免引起充电效率降低、充电枪及充电插座的烧蚀问题。
本实施例中，控制模块对低压通电回路的通断控制，可以为时控触发，即在充电机空闲时，根据系统定时，每隔一段时间自动触发，闭合第二接触器、断开第一接触器，进行一次充电枪的寿命检测；作为其他实施方式，也可以在车辆充电之前和充电之后，各自进行一次充电枪的寿命检测。
线缆加热系统实施例：
本实施例提出一种充电枪的线缆加热系统，如图1所示，主要包括由单相整流模块、直流接触器的开关K2、充电枪及充电插座依次连接构成的低压通电回路，且该回路上设置了一个连接电阻R，该连接电阻的两端连接在充电插座的两个插孔C2之间。
并且，该线缆加热系统还包括一个控制模块，该控制模块控制连接上述直流接触器的线圈，还通信连接有一个内置在充电枪的功率插针C1中的温度传感器，用于实时监测由插针、插孔接触后的发热温度，将温度数据发送给控制模块，由控制模块判断在该温度的温升是否大于某一设定值的时长Δt是否大于设定时长，若大于，则停止加热线缆，控制直流接触器的开关K2断开。
控制模块还用于与用户的手持终端或PC终端进行无线通信连接，用于接收用户发送的控制指令，并根据该指令控制低压通电回路的通断，实现充电枪的线缆的预约加热。
除了实现充电枪线缆的加热功能外，上述低压通电回路还能实现充电枪寿命的预测功能，且由于该线缆加热系统的工作原理及两个功能均已经在直流充电系统实施例中进行了清楚、完整的介绍，本实施例中则不再赘述。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车的直流充电系统，其特征在于，包括充电机，以及设置在充电机中的控制模块、三相整流充电模块、第一开关、充电枪，其中，三相整流充电模块的交流侧用于连接电源，三相整流充电模块的直流侧、第一开关、充电枪依次连接，构成充电回路；充电机本体上设置有充电插座，充电插座上设置有两个插孔，用于对应连接充电枪上的两个插针；
还包括单相整流模块、第二开关，单相整流模块与第二开关连接，形成低压支路，该低压支路并联到由三相整流充电模块、第一开关连接构成的高压支路上；且所述两个插孔之间连接有电阻，所述的低压支路通过充电枪的插针、充电插座的插孔、电阻依次连接，形成低压通电回路；
所述的控制模块控制连接所述的第一开关、第二开关，用于利用第一开关控制充电回路的导通，通过充电回路实现车辆充电；以及在车辆充电之前，利用第二开关控制低压通电回路的导通，通过低压通电回路实现充电枪上线缆的加热。
2.根据权利要求1所述的电动车的直流充电系统，其特征在于，所述的控制模块还通信连接有内置在所述插针上的温度传感器，用于检测插针、插孔接触后的发热温度，所述的控制模块用于根据所述发热温度的温升，控制充电枪的线缆加热时间。
3.根据权利要求2所述的电动车的直流充电系统，其特征在于，所述的控制模块还用于根据所述发热温度的温升，进行充电枪的寿命预警判断。
4.根据权利要求1所述的电动车的直流充电系统，其特征在于，所述的控制模块连接有第一接触器的线圈和第二接触器的线圈，所述第一开关为第一接触器的开关，所述第二开关为第二接触器的开关。
5.根据权利要求1所述的电动车的直流充电系统，其特征在于，所述的控制模块还用于与用户的手持终端或PC终端进行无线通信连接，用于接收用户发送的控制指令，进行车辆的预约充电，并在车辆充电之前控制所述低压通电回路导通，实现充电枪的线缆加热。
6.一种充电枪的线缆加热系统，其特征在于，包括单相整流模块、直流开关、充电枪及充电插座，所述的单相整流模块、直流开关、充电枪的插针及充电插座的插孔依次连接，构成低压通电回路，且该回路上串设有连接电阻，该连接电阻的两端连接在充电插座的两个插孔之间；
还包括控制模块，该控制模块控制连接所述直流开关，用于控制所述直流开关，进而实现对所述低压通电回路的通断控制，通过低压通电回路实现充电枪上线缆的加热。
7.根据权利要求6所述的充电枪的线缆加热系统，其特征在于，所述的控制模块还通信连接有内置在所述插针上的温度传感器，用于检测插针、插孔接触后的发热温度，所述的控制模块用于根据所述发热温度的温升，控制充电枪的线缆加热时间。
8.根据权利要求7所述的充电枪的线缆加热系统，其特征在于，所述的控制模块还用于根据所述发热温度的温升，进行充电枪的寿命预警判断。
9.根据权利要求6所述的充电枪的线缆加热系统，其特征在于，所述的控制模块连接有直流接触器的线圈，所述直流开关为直流接触器的开关。
10.根据权利要求6所述的充电枪的线缆加热系统，其特征在于，所述的控制模块还用于与用户的手持终端或PC终端进行无线通信连接，用于接收用户发送的控制指令，进行车辆的预约充电，并在车辆充电之前控制所述低压通电回路导通，实现充电枪的线缆加热。
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