CN116647018B - 一种多路输入电源插头的电动汽车充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车充电技术领域，更具体地，本发明涉及一种多路输入电源插头的电动汽车充电装置，包括多接口防反电路，其具有多个用于与供电电源连接的通用电源接口以及防反电路，所述防反电路用于对通用电源接口进行零火线校正；整流滤波电路，其与所述多接口防反电路连接，用于将交流电转换为直流电；功率因数校正电路，其与所述整流滤波电路连接，用于对经整流的电压进行校正来产生功率因数校正后的电压；供电线路，其与所述功率因数校正电路和电动汽车连接，用于延长供电距离。根据本发明的方案，解决了目前电动汽车充电不灵活且充电效率差的问题。

Description

一种多路输入电源插头的电动汽车充电装置

技术领域

本发明一般地涉及电动汽车充电技术领域。更具体地，本发明涉及一种多路输入电源插头的电动汽车充电装置。

背景技术

现阶段电动汽车充电主要采用三种充电方式：便携充电、交流充电桩充电、直流充电桩充电。

便携充电是指使用随车附带的便携充电线连接普通家用插座充电。这是一种非常方便的充电方式，只要能找到插座，就可以充电。一般来说，普通家用插座的电压为220V，电流为10A，理论上功率为2.2kW，而在实际使用中，充电功率一般来说只有1.5kW，而且一般是需要专用的大电流插座插头和额外的连接线。

交流充电桩充电是指使用家用交流充电桩对电动汽车进行充电。交流充电桩机型小巧，可壁挂或落地安装，接单相220V专线电源安装使用。交流充电桩连接着交流电网，是为新能源汽车车载充电机提供交流电源的供电设备。由于车载充电机的功率不是很大，多是3.5kw和7kw，交流充电桩充电速度相对较慢。

直流充电桩充电是指使用直流充电桩对电动汽车进行充电。它是固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩的输出为可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。直流充电桩采用三相四线制供电，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快速充电的要求。但是该种充电方式通常设置一个充电接口且同样需要专用大电流插头。

上述充电过程中，充电装置一般都需要专用大电流插头，且只有单个输入电源接口，电动汽车充电装置的充电效率有限。同时供电线路过长时，会存在功率低、线路发热较高的问题。

基于此，如何解决目前电动汽车充电不灵活且充电效率差的问题，是电动汽车充电技术研究的重点之一。

发明内容

为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过设置多个通用电源接口，以连接多个电源进行辅助供电，同时通过防反电路可以防止通用电源接口反接，从而有效提升了充电的灵活性和充电效率。

为此，本发明提供了一种多路输入电源插头的电动汽车充电装置，包括：多接口防反电路，其具有多个用于与供电电源连接的通用电源接口以及防反电路，所述防反电路用于对通用电源接口进行零火线校正，所述多接口防反电路包括主接口电路，所述主接口电路中设置有第一接口和防反电路，所述防反电路的输入端与所述第一接口中的火线、零线连接，所述防反电路的输出端用于提供火零线和零火线，以对第一接口的火线和零线进行防反校正；所述防反电路包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，所述第一开关器件串接于火线和火零线之间，所述第二开关器件串接于所述火线与零火线之间，所述第三开关器件串接于所述零线与零火线之间，所述第四开关器件串接于所述零线和火零线之间，所述第一开关器件和第三开关器件设置有第一控制端，所述第二开关器件和第四开关器件设置有第二控制端；整流滤波电路，其与所述多接口防反电路连接，用于将交流电转换为直流电；功率因数校正电路，其与所述整流滤波电路连接，用于对经整流的电压进行校正来产生功率因数校正后的电压，所述功率因数校正电路包括PFC电路、PFC控制电路以及采样电路，所述采样电路与所述整流滤波电路的输出端以及PFC电路的输出端连接，用于采集输入电流和输出电压，所述PFC电路与所述整流滤波电路连接，用于调节功率因数，所述PFC控制电路与所述采样电路和PFC电路连接，用于根据输入电流和输出电压调节功率因数；供电线路，其与所述功率因数校正电路和电动汽车连接，用于延长供电距离。

上述方案中通过设置多个通用电源接口，以连接多个电源进行辅助供电，不仅可以减小充电插头专用性的限制，而且可以实现灵活充电，而且便于扩展充电功率范围，提升充电效率。同时通过防反电路可以防止通用电源接口反接，有效保证了充电过程的可靠性。

在一个实施例中，所述多接口防反电路还包括至少一个辅助接口电路，辅助接口电路与所述主接口电路并联连接。

在一个实施例中，所述辅助接口电路包括插头接口和零火线调整电路，所述零火线调整电路的输出端与所述防反电路的输出端连接，用于将所述辅助接口电路接入所述主接口电路以向电动汽车进行充电。

上述方案中，通过设置主接口电路和辅助接口电路，可以实现至少两路的供电设计，同时通过防反电路、零火线调整电路等的设计，可以实现多路防反接功能，保证供电过程的灵活性和可靠性。在一个实施例中，所述防反电路还包括火线检测电路，所述火线检测电路与所述火零线连接，用于检测所述火零线是否连接正确；响应于所述火线检测电路检测到火零线连接正确，向所述第一控制端发送控制信号，以控制第一开关器件和第三开关器件导通；响应于所述火线检测电路检测到火零线连接错误，向所述第二控制端发送控制信号，以控制第二开关器件和第四开关器件导通。

在一个实施例中，所述零火线调整电路包括第一控制开关和对应的第一控制电路，以及第二控制开关和对应的第二控制电路，所述第一控制开关的第一开关触点与所述插头接口的火线和所述火零线连接，第一控制开关的第二开关触点与所述插头接口的零线和所述零火线连接；所述第二控制开关的第一开关触点与所述插头接口的火线和所述零火线连接，第二控制开关的第二开关触点与所述插头接口的零线和所述火零线连接。

在一个实施例中，所述第一控制电路、第二控制电路分别与所述防反电路连接，用于根据防反电路输出的控制信号调整所述第一控制开关和第二控制开关的状态。

在一个实施例中，所述辅助接口电路包括第一辅助接口电路和第二辅助接口电路，所述第一辅助接口电路包括依次连接的第二接口和第一零火线调整电路，所述第一零火线调整电路与所述防反电路的输出端连接，所述第二辅助接口电路包括依次连接的第三接口和第二零火线调整电路，第二零火线调整电路与所述防反电路的输出端连接。

在一个实施例中，所述电动汽车充电装置还包括电磁兼容电路，所述电磁兼容电路与所述多接口防反电路和整流滤波电路连接，用于抑制电磁干扰。

在一个实施例中，所述PFC电路包括电感器、MOSFET开关以及二极管，所述电感器一端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述MOSFET开关的一端连接到电感器的另一端并且MOSFET开关的另一端接地，所述二极管的正极端连接所述电感器的另一端，所述采样电路与所述整流滤波电路的输出端和所述PFC电路的输出端连接，用于采集输入电流和输出电压，所述PFC控制电路与所述采样电路和MOSFET开关的控制端连接，用于根据采集的输入电流和输出电压计算功率因数，以控制MOSFET开关的通断。

上述方案中，通过功率因数校正电路可以使输入电流的波形自动跟随输入电压的波形，即使整流电路的输出电流跟随其输出直流脉冲电压波形，从而实现稳压输出和单位功率因数为标准值，提升充电效率。

在一个实施例中，所述MOSFET开关的导通时间采用以下公式计算得到：

式中，表示导通时间，/>表示PFC电路的系统常数，/>表示与负载相关的输出电压值，/>表示与升压幅度相关的第一系统常数，/>表示采样电路中的电阻值，/>表示采集的输入电流，/>表示与升压幅度相关的第二系统常数。

本发明的有益效果在于：本发明的方案中，通过设置多个通用电源接口，以连接多个电源进行辅助供电，不仅可以减小充电插头专用性的限制，而且可以实现灵活充电，而且便于扩展充电功率范围，提升充电效率。同时通过防反电路可以防止通用电源接口反接，有效保证了充电过程的可靠性。进一步，可以通过功率因数校正电路实现对供电线路中的功率因数调节，从而有效提升供电效率和可靠性。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示意性示出根据本发明的实施例的多路输入电源插头供电的电动汽车充电装置的组成结构的示意图；

图2是示意性示出根据本发明的实施例的多接口防反电路的组成结构的示意图；

图3是示意性示出根据本发明的实施例的防反电路的组成结构的示意图；

图4是示意性示出根据本发明的实施例的零火线调整电路的原理的示意图；

图5是示意性示出根据本发明的实施例的电源插头正接时零火线调整电路调整后的原理示意图；

图6是示意性示出根据本发明的实施例的电源插头反接时零火线调整电路调整后的原理示意图；

图7是示意性示出根据本发明的实施例的功率因数校正电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。

图1是示意性示出根据本发明的实施例的多路输入电源插头供电的电动汽车充电装置的组成结构的示意图。

如图1所示，该电动汽车充电装置包括多接口防反电路、整流滤波电路、功率因数校正电路和供电线路。

其中，多接口防反电路具有多个用于与供电电源连接的通用电源接口以及防反电路。其中1为供电电源的火线，2为供电电源的零线。防反电路用于对通用电源接口进行零火线校正。在一些实施例中，多接口防反电路包括主接口电路。主接口电路中设置有第一接口和防反电路。防反电路的输入端与第一接口中的火线、零线连接，防反电路的输出端用于提供火零线和零火线，以对第一接口的火线和零线进行防反校正。

上述防反电路可以包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件。第一开关器件串接于火线和火零线之间，第二开关器件串接于火线与零火线之间，第三开关器件串接于零线与零火线之间，第四开关器件串接于零线和火零线之间，第一开关器件和第三开关器件设置有第一控制端，第二开关器件和第四开关器件设置有第二控制端。

整流滤波电路与多接口防反电路连接，用于将交流电转换为直流电。同时还可以进行滤波处理，例如采用滤波电容。

功率因数校正电路与整流滤波电路连接，用于对经整流的电压进行校正来产生功率因数校正后的电压。在一些实施例中，功率因数校正电路可以实现对供电线路中的功率因数进行校正，从而提升充电效率和充电质量。在一些实施例中，功率因数校正电路包括PFC电路、PFC控制电路以及采样电路。采样电路与整流滤波电路的输出端以及PFC电路的输出端连接，用于采集输入电流和输出电压。PFC电路与整流滤波电路连接，用于调节功率因数。PFC控制电路与采样电路和PFC电路连接，用于根据输入电流和输出电压调节功率因数。

供电线路与功率因数校正电路和电动汽车连接，用于延长供电距离。在一些实施例中，该供电线路可以采用小电流低功耗长供电线路，从而延长供电距离，提升充电过程的灵活性。

图2是示意性示出根据本发明的实施例的多接口防反电路的组成结构的示意图。

如图2所示，多接口防反电路除了包括主接口电路，还包括至少一个辅助接口电路，辅助接口电路与所述主接口电路并联连接。

具体地，主接口电路可以包括第一接口和防反电路，防反电路的输入端与第一接口中的火线、零线连接，防反电路的输出端用于提供火零线和零火线，以对第一接口的火线和零线进行防反校正。在一些实施例中，第一接口正接时，A1为火线，B1为零线。第一接口还可能存在反接的情况，此时，A1为零线，B1为火线。防反电路的作用就是根据第一接口的正接反接情况进行调整，以保证供电过程的可靠性。

辅助接口电路包括插头接口和零火线调整电路，零火线调整电路的输出端与防反电路的输出端连接，用于将辅助接口电路接入主接口电路以向电动汽车进行充电。需要说明的是上述第一接口和插头接口均为通用型电源接口，在充电过程中可以直接利用该通用型电源接口与外部电源连接，从而实现供电过程。

在一些实施例中，辅助接口电路包括第一辅助接口电路和第二辅助接口电路。其中第一辅助接口电路包括依次连接的第二接口和第一零火线调整电路，第一零火线调整电路与防反电路的输出端连接。第二辅助接口电路包括依次连接的第三接口和第二零火线调整电路，第二零火线调整电路与防反电路的输出端连接。可以理解的是该第二接口和第三接口即为上述插头接口。

在一些实施例中，第二接口可以通过第一零火线调整电路进行零火线顺序调整，从而使得第二接口接入主接口电路时保持相同的零线火线接线顺序。根据第一零火线调整电路、第二零火线调整电路的设置，使得各个接口的接线形式均不受限制，显著提升了该汽车充电装置的充电灵活性和可靠性。在实际应用中，可以使防反电路与第一零火线调整电路和第二零火线调整电路建立通信连接，从而实现火线、零线的接线位置调整。例如第二接口的A2为零线，B2为火线时，可以通过该第一零火线调整电路将A2接入零火线N（L），将B2接入火零线L（N）。第二接口的A3和B3与上述方式同理。

图3是示意性示出根据本发明的实施例的防反电路的组成结构的示意图。

如图3所示，防反电路包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件。第一开关器件串接于火线和火零线之间，第二开关器件串接于火线与零火线之间，第三开关器件串接于零线与零火线之间，第四开关器件串接于所述零线和火零线之间。第一开关器件和第三开关器件设置有第一控制端G1，第二开关器件和第四开关器件设置有第二控制端G2，用于控制对应的开关状态。

在一些实施例中，防反电路还包括火线检测电路，火线检测电路与火零线连接，用于检测火零线是否连接正确。零火线检测电路的输出端S可以对应输出零火线是否连接正确的信号。响应于火线检测电路检测到火零线连接正确，向第一控制端G1发送控制信号，以控制第一开关器件和第三开关器件导通。响应于火线检测电路检测到火零线连接错误，向第二控制端G2发送控制信号，以控制第二开关器件和第四开关器件导通，从而实现对零线和火线的校正。

进一步，上述防反电路中还可以设置继电器，在实际应用中，当检测到零火线反接时，可以先通过该继电器将电路断开，从而保证线路安全性。同时在调整切换第一开关器件至第四开关器件的开关动作后，再将该继电器接通，从而实现正常的供电过程。

图4是示意性示出根据本发明的实施例的零火线调整电路的原理的示意图。图5是示意性示出根据本发明的实施例的电源插头正接时零火线调整电路调整后的原理示意图。图6是示意性示出根据本发明的实施例的电源插头反接时零火线调整电路调整后的原理示意图。

如图4所示，零火线调整电路包括第一控制开关和对应的第一控制电路，以及第二控制开关和对应的第二控制电路。第一控制开关的第一开关触点与插头接口的火线和火零线连接，第一控制开关的第二开关触点与所述插头接口的零线和所述零火线连接。第二控制开关的第一开关触点与插头接口的火线和零火线连接，第二控制开关的第二开关触点与插头接口的零线和火零线连接。

在一些实施例中，第一控制电路、第二控制电路分别与防反电路连接，用于根据防反电路输出的控制信号调整第一控制开关和第二控制开关的状态。上述第一控制开关和第一控制电路，以及第二控制开关和第二控制电路例如可以通过一个或多个继电器组成的电路实现。

如图5所示，以第二接口的A2接入火线、B2接入零线为例，A2经过零火线调整电路与第一接口的A1端连接，即接入第一接口对应的火线。与之对应的，B2经过零火线调整电路后接入第一接口的B1端，即接入第一接口对应的零线。

以第二接口出现反接情况为例，此时第二接口的A2接入零线、B2接入火线，需要对相应的零火线进行调整。如图6所示，A2经过零火线调整电路与第一接口的B1端连接，即接入第一接口对应的火线。与之对应的，B2经过零火线调整电路后接入第一接口的A1端，即接入第一接口对应的零线。

图7是示意性示出根据本发明的实施例的功率因数校正电路的电路图。

如图7所示，功率因数校正电路包括PFC电路、PFC控制电路以及采样电路。PFC电路包括电感器、MOSFET开关以及二极管。电感器一端与整流滤波电路的输出端连接，MOSFET开关的一端连接到电感器的另一端并且MOSFET开关的另一端接地。二极管的正极端连接电感器的另一端。采样电路与整流滤波电路的输出端和PFC电路的输出端连接，用于采集输入电流和输出电压。PFC控制电路与采样电路和MOSFET开关的控制端连接，用于根据采集的输入电流和输出电压计算功率因数，以控制MOSFET开关的通断。在经过上述功率因数校正电路进行功率因数校正后，可以通过小电流低功耗长供电线路实现对电动汽车的供电。

在一些实施例中，上述PFC电路例如可以包括上述二极管D1、电感器L7和二极管D4等。PFC控制电路可以包括PFC控制芯片DM1、MOSFET开关M1等，从而实现对功率因数的调整。采样电路例如可以通过电阻R1、电阻R3、电容C28和C29等实现。

在一些实施例中，上述MOSFET开关M1的导通时间例如可以通过以下方式确定：

式中，表示导通时间，/>表示PFC电路的系统常数，/>表示与负载相关的输出电压值，/>表示与升压幅度相关的第一系统常数，/>表示采样电路中的电阻值，/>表示采集的输入电流，/>表示与升压幅度相关的第二系统常数。

进一步，上述电动汽车充电装置还包括电磁兼容电路。电磁兼容电路与所述多接口防反电路和整流滤波电路连接，用于抑制电磁干扰。例如通过电感L1、电感L2以及相应的电容（例如C1-C9）等实现电磁兼容电路设计。

需要说明的是以上功率因数校正电路仅仅是示例性的而非限制性的，本领域技术人员可以根据实际需要选择其他类型的电路结构。例如无源功率因数校正电路等。

本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明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”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。

Claims (3)

1.一种多路输入电源插头的电动汽车充电装置，

其特征在于，包括：

多接口防反电路，其具有多个用于与供电电源连接的通用电源接口以及防反电路，所述防反电路用于对通用电源接口进行零火线校正，所述多接口防反电路包括主接口电路，所述主接口电路中设置有第一接口和防反电路，所述防反电路的输入端与所述第一接口中的火线、零线连接，所述防反电路的输出端用于提供火零线和零火线，以对第一接口的火线和零线进行防反校正；

所述防反电路包括第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件，所述第一开关器件串接于火线和火零线之间，所述第二开关器件串接于所述火线与零火线之间，所述第三开关器件串接于所述零线与零火线之间，所述第四开关器件串接于所述零线和火零线之间，所述第一开关器件和第三开关器件设置有第一控制端，所述第二开关器件和第四开关器件设置有第二控制端；

整流滤波电路，其与所述多接口防反电路连接，用于将交流电转换为直流电；

功率因数校正电路，其与所述整流滤波电路连接，用于对经整流的电压进行校正来产生功率因数校正后的电压，所述功率因数校正电路包括PFC电路、PFC控制电路以及采样电路，所述采样电路与所述整流滤波电路的输出端以及PFC电路的输出端连接，用于采集输入电流和输出电压，所述PFC电路与所述整流滤波电路连接，用于调节功率因数，所述PFC控制电路与所述采样电路和PFC电路连接，用于根据输入电流和输出电压调节功率因数；

供电线路，其与所述功率因数校正电路和电动汽车连接，用于延长供电距离；

所述多接口防反电路还包括至少一个辅助接口电路，辅助接口电路与所述主接口电路并联连接；

所述辅助接口电路包括插头接口和零火线调整电路，所述零火线调整电路的输出端与所述防反电路的输出端连接，用于将所述辅助接口电路接入所述主接口电路以向电动汽车进行充电；

所述防反电路还包括火线检测电路，所述火线检测电路与所述火零线连接，用于检测所述火零线是否连接正确；

响应于所述火线检测电路检测到火零线连接正确，向所述第一控制端发送控制信号，以控制第一开关器件和第三开关器件导通；

响应于所述火线检测电路检测到火零线连接错误，向所述第二控制端发送控制信号，以控制第二开关器件和第四开关器件导通；

所述零火线调整电路包括第一控制开关和对应的第一控制电路，以及第二控制开关和对应的第二控制电路，所述第一控制开关的第一开关触点与所述插头接口的火线和所述火零线连接，第一控制开关的第二开关触点与所述插头接口的零线和所述零火线连接；

所述第二控制开关的第一开关触点与所述插头接口的火线和所述零火线连接，第二控制开关的第二开关触点与所述插头接口的零线和所述火零线连接；

所述第一控制电路、第二控制电路分别与所述防反电路连接，用于根据防反电路输出的控制信号调整所述第一控制开关和第二控制开关的状态；

所述PFC电路包括电感器、MOSFET开关以及二极管，所述电感器一端与所述整流滤波电路的输出端连接，所述MOSFET开关的一端连接到电感器的另一端并且MOSFET开关的另一端接地，所述二极管的正极端连接所述电感器的另一端，所述采样电路与所述整流滤波电路的输出端和所述PFC电路的输出端连接，用于采集输入电流和输出电压，所述PFC控制电路与所述采样电路和MOSFET开关的控制端连接，用于根据采集的输入电流和输出电压计算功率因数，以控制MOSFET开关的通断；

所述MOSFET开关的导通时间采用以下公式计算得到：

式中，T表示导通时间，K₀表示PFC电路的系统常数，V_C表示与负载相关的输出电压值，K₁表示与升压幅度相关的第一系统常数，R_C表示采样电路中的电阻值，I_C表示采集的输入电流，K₂表示与升压幅度相关的第二系统常数。

2.根据权利要求1所述的多路输入电源插头的电动汽车充电装置，其特征在于，所述辅助接口电路包括第一辅助接口电路和第二辅助接口电路，所述第一辅助接口电路包括依次连接的第二接口和第一零火线调整电路，所述第一零火线调整电路与所述防反电路的输出端连接，所述第二辅助接口电路包括依次连接的第三接口和第二零火线调整电路，第二零火线调整电路与所述防反电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的多路输入电源插头的电动汽车充电装置，其特征在于，所述电动汽车充电装置还包括电磁兼容电路，所述电磁兼容电路与所述多接口防反电路和整流滤波电路连接，用于抑制电磁干扰。