CN208646620U - 一种过零开通充电连接装置 - Google Patents

Abstract

在供电装备与用电装备之间连接过零开通充电连接装置，当信号控制系统(1)动作时，其一路输出到零区导通固态开关单元(11)，供电装备(8)通过零区导通固态开关单元和XS连接器同用电装备(9)构成连接电路，在交流电压过零区导通，用电装备负载获得启动电能，在一个启动时延后，MD连接器(2)触头导通，把供电装备与用电装备连成通路，负载获得正常电能供给，这样就减小了启动过程中电流电压剧变引起的冲击效应，减少了用电故障；热保护器(5)检测MD连接器的温度变化，当温度过高时，引起信号控制系统(1)工作，各路输出分别关断MD连接器(2)、XS连接器(3)、ZD连接器(13)、零区导通固态开关单元(11)，将供电装备与用电装备断开，可以进一步提高电路装置的安全性。

Description

一种过零开通充电连接装置

一、技术领域

本发明涉及一种车辆充电、配电的过零开通充电连接装置，属汽车电子装备领域。

二、背景技术

在电动车辆的使用环境中，往往涉及由交流电网向车辆动力电池充电的问题。最常用的方法是在电路中串入一个机械开关，通过推动机械开关的触点启闭完成用电装备的通断。当用电装备的功率较大时，电路接通瞬间所产生的冲击往往引起开关触点烧蚀，导致过热、燃烧。对于电动汽车，国家通过设立电动汽车传导充电系统的国家标准GB/T18487.1-2015，对充电过程中电气连接的最低要求进行了规范，这使汽车充电连接的安全性、可靠性有了较大提升，但目前一些按照这个规范生产的汽车充电枪、充电桩中，承担电路启闭的继电器既要完成工作中长时间的电流导通，又要承受启动过程中的大电流冲击，往往导致继电器触点火花烧蚀，增加触点电阻，引起发热，缩短电器使用寿命，甚至发生火灾等事故。有一种改进方法是在交流电路中采用可控硅等固态电路技术，利用过零触发的手段，在交流电压的零点附近接通电路，实现用电装备的软特性连接，陈家新等在《现代电子技术》2000年第7期上的一种可控硅过零触发电路的设计、张兴杰在《电子科学技术》2017年第5期上的过零调功调速调光中双向可控硅方法的应用对此作了介绍；这种方法虽能完成可靠接通，但固态电路在导通期间的开关压降较大，本身的耗能发热明显，这就限制了它在一些场合的应用，同时这种固态电路在关断期间还有一定的漏电流，对于汽车等移动装备中需要与人体有某些接触的时候，这种漏电流会导致安全事故的发生。

三、实用新型内容

为了克服目前的接线电路中存在的不足之处，本发明提供了一种过零开通充电连接装置，实现电路的软开关特性接入和稳定运行。该过零开通充电连接装置是由：信号控制系统 (1)、MD连接器(2)、XS连接器(3)、零区导通固态开关单元(11)、ZD连接器(13)、触发信号输入单元(4)、热保护器(5)、电源组件(6)等所组成。

新技术所用的解决方案、结构：本发明是这样实现的，在一个供电装备与用电装备之间连接过零开通充电连接装置。该过零开通充电连接装置的电源组件(6)与供电装备(8)相联，取得电能后转化为过零开通充电连接装置本身工作所需的低压直流电，XS连接器(3)的输出端A2和零区导通固态开关单元(11)的输入端B1首尾相接，构成串联电路，其串联电路输入端A1、输出端B2和MD连接器(2)的输入端C1、输出端C2并联相接，然后其相接的输入端C1连向供电装备的端口L，输出端C2连向用电装备的端口L1，触发信号输入单元 (4)与信号控制系统(1)相连，提供系统启动触发，ZD连接器(13)的输入端Z1、输出端Z2分别连向供电装备的端口N和用电装备的端口N1；信号控制系统(1)由单片机芯片为核心组成，其一个信号输出端接到MD连接器(2)的控制信号端上，一个信号输出端接到 ZD连接器(13)的控制信号端上，一个信号输出端接到XS连接器(3)的控制信号端，再一个信号输出端接到零区导通固态开关单元(11)的控制信号端，提供各个部件的启闭控制；过零开通充电连接装置在未与用电装备(9)连接时，信号控制系统(1)的各路输出分别使 MD连接器(2)、XS连接器(3)、ZD连接器(13)、零区导通固态开关单元(11)处于关断状态，过零开通充电连接装置输出端与电源断开，充分保证用电安全；当用电装备(9) 成功连接时，使能触发信号输入单元(4)动作，过零开通充电连接装置先接通XS连接器(3) 和ZD连接器(13)，做好接电准备，完成一段时间的预连接时延过程后，信号控制系统(1) 的输出信号在供电装备交流电压过零区域接通零区导通固态开关单元(11)，经一段启动时延，再接通MD连接器(2)；当需要关断时，信号控制系统(1)的输出信号先关断MD连接器(2)，经一段时间延迟再关断XS连接器(3)，以及后续动作；热保护器(5)与信号控制系统(1) 的一个输入端相接，其位置装在MD连接器(2)上，检测MD连接器的温度，产生相应的控制信号。

采用新技术解决方案后所产生的良好效果：在供电装备与用电装备之间连接过零开通充电连接装置，当触发信号输入单元(4)收到开启信号，信号控制系统(1)产生相应开启动作，其一路输出到ZD连接器(13)，ZD连接器内继电器导通，一路输出到XS连接器(3)，XS连接器内继电器导通，进入电路预连接状态；在一段预连接时延后，信号控制系统(1) 其一路输出到零区导通固态开关单元(11)，使供电装备(8)通过XS连接器(3)和零区导通固态开关单元(11)同用电装备(9)构成连接电路，在交流电压过零区域导通，用电装备负载自交流电压过零后区域获得电压逐渐升高的启动电能；经过一段启动时延后，信号控制系统(1)的另一路输出到MD连接器(2)，MD连接器触头导通，把供电装备(8)与用电装备(9)连成通路，用电装备负载获得正常电能供给，这样就减小了启动过程中电流电压剧变引起的冲击效应，减少了用电故障和运行热损耗；ZD连接器(13)、XS连接器(3)的加入可以保障电路在关断期间输出端不带电，充分保证用电安全；热保护器(5)检测MD连接器(2)的温度变化，当温度过高时，引起信号控制系统(1)工作，各路输出分别关断MD 连接器(2)、零区导通固态开关单元(11)、XS连接器(3)、ZD连接器(13)，将供电装备与用电装备断开，可以进一步提高电路装置的安全可靠性。

四、附图说明

图1所示为过零开通充电连接装置功能结构图

图2所示为过零开通充电连接装置信号时序图

图3所示为过零开通充电连接装置电气原理图

图1中：1、信号控制系统 2、MD连接器 3、XS连接器 4、触发信号输入单元 5、热保护器 6、电源组件 7、过流保护单元 8、供电装备 9、用电装备 11、零区导通固态开关单元13、ZD连接器

五、具体实施方式

在图1、图2、图3中，过零开通充电连接装置布置在印刷电路板上，供电装备(8)为单相220V工频交流电插座端口，用电装备(9)是一个车辆动力电池充电器，功率3.3KW。供电装备引出的火线端L通过一个20安倍的限流开关FU接入到MD连接器KT1的输入端， KT1输出端与用电装备端L1相接；XS连接器KT2先与零区导通固态开关单元KT3串联连接，然后并联接在MD连接器KT1上；供电装备的零线端N经由ZD连接器KT13的输入端、输出端与用电装备端N1对应相接，各部分的地线连接到PE端；信号控制系统以IC1集成电路为核心组成，IC1选用P89V51芯片，以12M主频工作，当P1.7低电位，触发信号输入单元的P信号点通过比较器IC3c向P3.3引脚传导来自车辆充电器端的充电请求信号时，IC1 系统受激触发，此即为图2所示的t0时刻，IC1系统令P1.2、P1.4引脚为低电位输出，比较器IC2a输出12V高电位，分别加到KT13、KT2的控制信号端；KT13的输入、输出端导通，使供电装备的零线与用电装备端对应接通，KT2的输入、输出端也导通，接线电路进入预备态；IC1系统经过约60ms的机器时间计时，到达t1时刻，令P1.5引脚为低电位输出，加到零区导通固态开关单元KT3的控制信号端，KT3的IC4集成电路零触发模块检测交流电零交叉电压时点，并在此时触发双向可控硅V2导通，用电装备自零电压时点附近连通电路；IC1 系统经过约30ms的机器延时后，P1.3引脚变为低电位输出，比较器IC2b输出12V高电位，加到KT1控制信号端，KT1的输入、输出端导通，MD连接器线路开通，用电装备进入正常接入状态，此即为t2时刻；又经过35ms机器时间延时，到达t3时刻，零区导通固态开关单元KT3因P1.5电位变高而关断；热保护器由温度传感器V1为主构成，选用LM335，安放在 MD连接器KT1的金属导热部件上，其温度电信号经与P1.1引脚的电容充电锯齿波电位比较，由IC3a输出一定宽度的电位脉冲，IC1系统经P3.7引脚读入，当感温达到60摄氏度时，依次把P1.3、P1.5、P1.4、P1.2引脚端依图2中t4至t7时序要求最终改变高电位，比较器IC2b、 IC2a输出-12V低电位，KT1、零区导通固态开关单元KT3、KT2、KT13依次关断，用电装备断电获得安全保护；信号控制系统也可以根据对P信号点车辆端充电器工作状况的检测，按请求将KT1、KT3、KT2、KT13等关断；S1为24V直流电源组件，可选用TA05-T2S型等成熟的开关电源方案，S2为串联型稳压电源，可选用LM7805，加入RV压敏电阻可以防止线路过压、雷击等事故发生，选用10D471K型，保护电压参数470V，KT1、KT2、KT13 选用HF115F机械触点式继电器，额定电流16安培，零区导通固态开关单元KT3的双向可控硅V2用BT139型，额定电流16安培，过零触发集成电路IC4芯片用MOC3063型，比较器 IC2、IC3选用LM324等集成运算放大器，D1选用12V稳压管，型号IN4742A，D2为普通二极管，型号IN4148，D3为2AP9型二极管，W1为33K可变电阻器，电路中的其它元件符合常规要求即可。

感流线圈L2、可变电阻器W1等连接组成过流保护单元(7)，L2以规格20mm的环形磁芯绕线990匝，将火线穿过磁芯构成感应环路，经比较器IC3b输出随感应电流变化的脉冲触发信号，连到IC1的P3.2引脚端，由信号控制系统读入，当感流线圈L2上测到的火线电流超过18安培时，强制把KT1、KT3、KT2、KT13等关断，保证用电装备安全。

图2中，各个时间相位排列间隔的长短主要考虑各个连接器机械触头的动作时间和零区导通固态开关单元IC4集成电路的工频交流电180度相位半周期等待时间，在此基础上给予一定的冗余而选取30至60ms。

对于接线装置输出端对漏电流没有严格要求的场合，电路中的XS连接器(3)也可省略，直接以导线相接。

该装置也可用于其它需要大功率电气连接的场合。

Claims (3)

1.一种过零开通充电连接装置，它由信号控制系统(1)，MD连接器(2)，XS连接器(3)，零区导通固态开关单元(11)，ZD连接器(13)组成，其特征在于：所说的XS连接器(3)的输出端A2和零区导通固态开关单元(11)的输入端B1首尾相接，构成串联电路，其串联电路输入端A1、输出端B2和MD连接器(2)的输入端C1、输出端C2并联相接，信号控制系统(1)的多个输出信号端分别连接于XS连接器(3)、MD连接器(2)、ZD连接器(13)和零区导通固态开关单元(11)的控制信号端，信号控制系统(1)的输出信号是在供电交流电压过零区域接通零区导通固态开关单元(11)，经一段延迟再接通MD连接器(2)。

2.根据权利要求1所述的过零开通充电连接装置，其特征在于：所说的MD连接器(2)由机械触点式继电器组成。

3.根据权利要求1所述的过零开通充电连接装置，其特征在于：所说的零区导通固态开关单元(11)由双向可控硅和过零触发集成电路芯片组成。