CN220473616U - 充电桩报警保护模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及直流充电桩技术领域，提出了充电桩报警保护模块，包括主控单元和绝缘检测电路，绝缘检测电路包括电阻R1、继电器K1、电阻R2、电阻R3、放大器U2、运放U1和电阻R6，电阻R1的第一端连接正极母线，电阻R1的第二端通过继电器K1触点连接放大器U2的第一输入端，放大器U2的第一输入端通过电阻R2连接电阻R3的第一端，放大器U2的第二输入端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端用于连接负极母线，放大器U2的输出端连接运放U1的反相输入端，放大器U1的第二输出端连接运放U1的同相输入端，运放U1的输出端连接主控单元的第一输入端。通过上述技术方案，解决了现有技术中直流充电桩绝缘故障检测误差大的问题。

Description

充电桩报警保护模块

技术领域

本实用新型涉及直流充电桩技术领域，具体的，涉及充电桩报警保护模块。

背景技术

目前，电动汽车在不断推广应用，促进了直流充电桩的发展。为了提高充电桩的工作效率，直流充电桩采用的工作方式具有高电压和大电流的特性，且其体积大，结构复杂，当直流系统母线的正、负接地电阻出现下降时，人体触摸正极或者负极就会发生触电事故，如果出现绝缘故障现象，应该立即切断电网与充电桩之间的连接，对充电桩起到保护作用，同时避免对大众的人身安全造成危害。在此情况下，对直流充电桩的直流系统母线进行绝缘的检测非常重要。

现有的绝缘检测通常使用电桥法，电桥法测量存在测量误差比较大、无法正确计算绝缘阻值的缺点；因此，亟需一种新的检测方法，以减小绝缘故障的检测误差。

实用新型内容

本实用新型提出充电桩报警保护模块，解决了现有技术中直流充电桩绝缘故障检测误差大的问题。

本实用新型的技术方案如下：

充电桩报警保护模块，包括主控单元和绝缘检测电路，所述绝缘检测电路连接所述主控单元，所述绝缘检测电路包括电阻R1、继电器K1、电阻R2、电阻R3、放大器U2、电阻R4、电阻R5、运放U1和电阻R6，

所述电阻R1的第一端连接正极母线，电阻R1的第二端通过所述继电器K1触点连接所述放大器U2的第一输入端，所述放大器U2的第一输入端通过所述电阻R2连接所述电阻R3的第一端，所述放大器U2的第二输入端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端用于连接负极母线，所述放大器U2的输出端通过所述电阻R4连接所述运放U1的反相输入端，所述放大器U1的第二输出端通过所述电阻R5连接所述运放U1的同相输入端，所述运放U1的输出端通过所述电阻R6连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

进一步，本实用新型中所述绝缘检测电路还包括电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7和运放U3，所述电阻R7的第一端连接所述运放U1的输出端，所述电阻R7的第二端通过所述电阻R8连接所述运放U3的同相输入端，所述运放U3的同相输入端通过所述电容C7接地，所述运放U3的反相输入端通过所述电容C6连接所述电阻R7的第二端，所述运放U3的输出端连接所述运放U3的反相输入端，所述运放U3的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

进一步，本实用新型中还包括检测控制电路，所述检测控制电路包括电阻R9和开关管Q1，所述电阻R9的第一端连接所述主控单元的第一输出端，所述电阻R9的第二端连接所述开关管Q1的控制端，所述开关管Q1的第一端连接5V电源，所述开关管Q1的第二端连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K1的第二输入端接地。

进一步，本实用新型中还包括保护电路，所述保护电路包括电阻R12、开关管Q2、光耦U16、电阻R14、开关管Q3和继电器K2，所述开关管Q2的控制端通过所述电阻R12连接所述主控单元的第二输出端，所述开关管Q2的第一端连接所述光耦U16的第一输入端，所述光耦U16的第二输入端连接5V电源，所述开关管Q2的第二端接地，所述光耦U16的第一输出端通过所述电阻R14连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q3的第一端连接12V电源，所述开关管Q3的第二端连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K2的第二输入端接地，所述继电器K1的公共端连接直流充电桩，所述继电器K2的常闭端连接电网。

进一步，本实用新型中所述保护电路还包括电阻R15和发光二极管LED2，所述电阻R15的第一端连接所述开关管Q2的第二端，所述电阻R15的第二端连接所述发光二极管LED2的阳极，所述发光二极管LED2接地。

进一步，本实用新型中所述保护电路还包括电阻R16和报警器BL，所述电阻R16的第一端连接所述继电器K2的第二输入端，所述电阻R16的第二端连接所述报警器BL的第一端，所述报警器BL的第二端接地。

本实用新型的工作原理及有益效果为：

本实用新型中，通过向正、负母线分别投入检测电阻，测得正、负母线的对地电阻值。向正极母线投入检测电阻时，负极母线接入大地，反之，负极母线投入检测电阻时，正极母线接入大地，分别将两次检测电阻的上的检测电压送至主控单元，从而判断直流母线绝缘电阻是否正常。

具体的，绝缘检测电路的工作原理为：以正极母线的对地电阻为例，电阻R1和继电器K1构成投切电路，当检测正极母线的接地电阻时，继电器K1的触点闭合，检测电阻R1接入正极母线，负极母线连接大地，电阻R1上产生电压，并送至放大器U2的第一输入端，由于电阻R1上的分压较小，因此需要经过放大器U2进行放大，运放U1构成第二级放大电路，经过放大后的电压信号送至主控单元，从而得出正极母线的接地电阻值，经两级放大电路可以提高电路的检测精度，其中放大器U2为隔离放大器，不仅可以起到放大作用，同时还可以起到隔离作用，防止信号相互干扰。通过两次向母线投入检测电阻，可得到两个检测结果，从而计算得到母线对地电阻阻值。

相比电桥法测量而言，本实用新型中的检测方法解决了现有技术中直流充电桩绝缘故障检测误差大的问题，同时还可以得到母线对地电阻阻值。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型中绝缘检测电路的电路图；

图2为本实用新型中滤波电路的电路图；

图3为本实用新型中检测控制电路的电路图；

图4为本实用新型中保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提出了充电桩报警保护模块，包括主控单元和绝缘检测电路，绝缘检测电路连接主控单元，绝缘检测电路包括电阻R1、继电器K1、电阻R2、电阻R3、放大器U2、电阻R4、电阻R5、运放U1和电阻R6，电阻R1的第一端连接正极母线，电阻R1的第二端通过继电器K1触点连接放大器U2的第一输入端，放大器U2的第一输入端通过电阻R2连接电阻R3的第一端，放大器U2的第二输入端连接电阻R3的第一端，电阻R3的第二端用于连接负极母线，放大器U2的输出端通过电阻R4连接运放U1的反相输入端，放大器U1的第二输出端通过电阻R5连接运放U1的同相输入端，运放U1的输出端通过电阻R6连接运放U1的反相输入端，运放U1的输出端连接主控单元的第一输入端。

直流母线绝缘电阻检测过程中，需要向正、负母线分别投入检测电阻，母线上的电流会经过检测电阻，从而在检测电阻上形成电压，测得正、负母线的对地电阻值。向正极母线投入检测电阻时，负极母线接入大地，反之，负极母线投入检测电阻时，正极母线接入大地，分别将两次检测电阻的上的检测电压送至主控单元，从而判断直流母线绝缘电阻是否正常。

具体的，绝缘检测电路的工作原理为：电阻R1和继电器K1构成投切电路，本实施例中包括两路电路结构相同的投切电路，其中电阻R1为正极母线检测电阻，当检测正极母线的接地电阻时，继电器K1的触点闭合，检测电阻R1接入正极母线，负极母线连接大地，电阻R1上产生电压，并送至放大器U2的第一输入端，由于电阻R1上的分压较小，因此需要经过放大器U2进行放大，运放U1构成第二级放大电路，经过放大后的电压信号送至主控单元，从而得出正极母线的接地电阻，经两级放大电路可以提高电路的检测精度，其中放大器U2为隔离放大器，不仅可以起到放大作用，同时还可以起到隔离作用，防止信号相互干扰。正极母线接地电阻检测完成后，断开继电器K1的触点，将负极母线的接地电阻接入电路进行检测，负极母线的检测方法与正极母线的检测方法相同，此处不再赘述。通过两次向母线投入检测电阻，可得到两个检测结果，从而计算得到母线对地电阻阻值。

相比电桥法测量而言，本实施例的检测方法不仅可以减小直流充电桩绝缘故障的误差，还可以得到母线对地电阻阻值。

如图2所示，本实施例中绝缘检测电路还包括电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7和运放U3，电阻R7的第一端连接运放U1的输出端，电阻R7的第二端通过电阻R8连接运放U3的同相输入端，运放U3的同相输入端通过电容C7接地，运放U3的反相输入端通过电容C6连接电阻R7的第二端，运放U3的输出端连接运放U3的反相输入端，运放U3的输出端连接主控单元的第一输入端。

本实施例中，在检测正、负极母线的对地电阻时，存在一些干扰信号，该干扰信号经过放大后会将有用的信号覆盖，如果不对这些干扰信号进行滤除，将会严重影响最后的检测精度，因此，本实施例在运放U1和主控单元之间加入滤波电路，用于滤除运放U1输出信号中的干扰信号。

电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7和运放U3构成了二阶低通滤波电路，用于滤除信号中的高频脉冲信号，同时运放U3构成了跟随器，可以进一步起到信号隔离的作用，保证进入主控单元的仅为有用信号，从而提高电路的检测精度，其中稳压管VD1起保护作用，防止进入主控单元的电压过高，对主控单元造成损坏。

如图3所示，本实施例中还包括检测控制电路，检测控制电路包括电阻R9和开关管Q1，电阻R9的第一端连接主控单元的第一输出端，电阻R9的第二端连接开关管Q1的控制端，开关管Q1的第一端连接5V电源，开关管Q1的第二端连接继电器K1的第一输入端，继电器K1的第二输入端接地。

本实施例中，检测控制电路用于控制继电器的开和关，检测控制电路包括两路电路结构相同的电路，分别控制正、负极母线检测电阻的投入，以正极母线为例，检测正极母线的接地电阻时，主控单元输出低电平信号至开关管Q1的控制端，开关管Q1导通，继电器K1的线圈得电，继电器K1的触点闭合，继电器K1的触点为常开触点，继电器K1的触点闭合后，检测电阻R1接入正极母线，当正极母线的接地电阻检测结束后，主控单元输出高电平信号至开关管Q1的控制端，开关管Q1截止，继电器K1的线圈断电，继电器K1的触点断开。

如图4所示，本实施例中还包括保护电路，保护电路包括电阻R12、开关管Q2、光耦U16、电阻R14、开关管Q3和继电器K2，开关管Q2的控制端通过电阻R12连接主控单元的第二输出端，开关管Q2的第一端连接光耦U16的第一输入端，光耦U16的第二输入端连接5V电源，开关管Q2的第二端接地，光耦U16的第一输出端通过电阻R14连接开关管Q3的控制端，开关管Q3的第一端连接12V电源，开关管Q3的第二端连接继电器K1的第一输入端，继电器K2的第二输入端接地，继电器K1的公共端连接直流充电桩，继电器K2的常闭端连接电网。

当直流充电桩的直流系统出现绝缘故障时，对充电桩本身会造成损坏，同时人体触摸还会发生触电事故，因此，在本实施例中加入保护电路，当直流充电桩发生绝缘故障时，断开直流充电桩和电网之间的连接。

具体的，保护电路的工作原理为：当直流充电桩的直流系统没有出现绝缘故障时，主控单元输出高电平信号至开关管Q2的控制端，开关管Q2导通，光耦U16也导通，开关管Q2可以提高主控单元的驱动能力，光耦U16的第一输出端为低电平，开关管Q3截止，继电器K1不动作，这时电网和直流充电桩正常连接。当直流系统出现绝缘故障时，主控单元输出低电平信号至开关管Q2的控制端，开关管Q2截止，光耦U16截止，开关管Q3的控制端变为高电平，开关管Q3导通，继电器K2得电吸合，继电器K2的常闭端断开，断开电网和直流充电桩之间的连接，从而起到保护作用。

如图4所示，本实施例中保护电路还包括电阻R15和发光二极管LED2，电阻R15的第一端连接开关管Q2的第二端，电阻R15的第二端连接发光二极管LED2的阳极，发光二极管LED2接地。

本实施例中，还包括灯光报警电路，灯光报警电路由电阻R15和发光二极管构成，正常情况下开关管Q2导通，发光二极管LED2发光，当直流系统出现绝缘故障时，开关管Q2截止，发光二极管LED2不发光，因此通过发光二极管LED2的亮灭即可判断直流系统是否出现绝缘故障。

如图4所示，本实施例中保护电路还包括电阻R16和报警器BL，电阻R16的第一端连接继电器K2的第二输入端，电阻R16的第二端连接报警器BL的第一端，报警器BL的第二端接地。

本实施例中，还包括声音报警电路，声音报警电路由电阻R16和报警器BL构成，正常情况下，开关管Q3截止，继电器K1的线圈不通电，因此报警器BL不发声，当直流系统出现绝缘故障时，开关管Q3导通，电网和直流充电桩断开，同时报警器BL发出警报声，从而提醒相应的工作人员及时解决。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.充电桩报警保护模块，其特征在于，包括主控单元和绝缘检测电路，所述绝缘检测电路连接所述主控单元，所述绝缘检测电路包括电阻R1、继电器K1、电阻R2、电阻R3、放大器U2、电阻R4、电阻R5、运放U1和电阻R6，

所述电阻R1的第一端连接正极母线，电阻R1的第二端通过所述继电器K1触点连接所述放大器U2的第一输入端，所述放大器U2的第一输入端通过所述电阻R2连接所述电阻R3的第一端，所述放大器U2的第二输入端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端用于连接负极母线，所述放大器U2的输出端通过所述电阻R4连接所述运放U1的反相输入端，所述放大器U1的第二输出端通过所述电阻R5连接所述运放U1的同相输入端，所述运放U1的输出端通过所述电阻R6连接所述运放U1的反相输入端，所述运放U1的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

2.根据权利要求1所述的充电桩报警保护模块，其特征在于，所述绝缘检测电路还包括电阻R7、电阻R8、电容C6、电容C7和运放U3，所述电阻R7的第一端连接所述运放U1的输出端，所述电阻R7的第二端通过所述电阻R8连接所述运放U3的同相输入端，所述运放U3的同相输入端通过所述电容C7接地，所述运放U3的反相输入端通过所述电容C6连接所述电阻R7的第二端，所述运放U3的输出端连接所述运放U3的反相输入端，所述运放U3的输出端连接所述主控单元的第一输入端。

3.根据权利要求1所述的充电桩报警保护模块，其特征在于，还包括检测控制电路，所述检测控制电路包括电阻R9和开关管Q1，所述电阻R9的第一端连接所述主控单元的第一输出端，所述电阻R9的第二端连接所述开关管Q1的控制端，所述开关管Q1的第一端连接5V电源，所述开关管Q1的第二端连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K1的第二输入端接地。

4.根据权利要求1所述的充电桩报警保护模块，其特征在于，还包括保护电路，所述保护电路包括电阻R12、开关管Q2、光耦U16、电阻R14、开关管Q3和继电器K2，所述开关管Q2的控制端通过所述电阻R12连接所述主控单元的第二输出端，所述开关管Q2的第一端连接所述光耦U16的第一输入端，所述光耦U16的第二输入端连接5V电源，所述开关管Q2的第二端接地，所述光耦U16的第一输出端通过所述电阻R14连接所述开关管Q3的控制端，所述开关管Q3的第一端连接12V电源，所述开关管Q3的第二端连接所述继电器K1的第一输入端，所述继电器K2的第二输入端接地，所述继电器K1的公共端连接直流充电桩，所述继电器K2的常闭端连接电网。

5.根据权利要求4所述的充电桩报警保护模块，其特征在于，所述保护电路还包括电阻R15和发光二极管LED2，所述电阻R15的第一端连接所述开关管Q2的第二端，所述电阻R15的第二端连接所述发光二极管LED2的阳极，所述发光二极管LED2接地。

6.根据权利要求4所述的充电桩报警保护模块，其特征在于，所述保护电路还包括电阻R16和报警器BL，所述电阻R16的第一端连接所述继电器K2的第二输入端，所述电阻R16的第二端连接所述报警器BL的第一端，所述报警器BL的第二端接地。