一种交流充电桩连接器触点粘连故障检测电路及方法

技术领域

本发明属于电动汽车充电桩技术领域，具体涉及一种交流充电桩连接器触点粘连故障检测电路及方法。

背景技术

电动汽车越来越多的走进千家万户，电动汽车交流充电桩作为电动汽车的补能设备之一，广泛安装在私人车位、运营场站之中。电动汽车交流充电桩在未启动充电或者充电结束时，其内部的连接器应为断开状态，用户所接触到的充电枪处于无高压状态，较为安全。交流充电桩使用过程中，因为意外启停或者内部元件故障，会出现连接器触点粘连的现象。连接器处于粘连状态下，充电枪原本应处于通路断开、无高压电状态，实际却携带220Vac/380Vac的电压，会对使用人员造成触电风险，并且充电桩无法对电动汽车进行充电补能。

发明内容

为达到上述目的，本发明提供一种交流充电桩连接器触点粘连故障检测电路，通过连接器触点粘连故障检测电路，可以有效及时的发现单触点粘连、双触点粘连等粘连故障，及时告警，停止充电服务。可有效的避免对使用人员或者电动汽车造成损伤，并提醒使用者及时维修或更换交流充电桩，具体所述电路包括通断控制电路、L相粘连检测电路及N相粘连检测电路，

L相粘连检测电路设置在其通断控制电路的输出侧L线路侧，用于在连接器断开时检测L线是否存在粘连；N相粘连检测电路设置在其通断控制电路的输出侧N线路侧，用于在连接器断开时检测N线是否存在粘连；

连接器的L相通过电磁感应和信号放大产生粘连与否的数字信号，连接器的N相通过继电器启动和互感器隔离采样，产生粘连与否的模拟信号。

基于上述技术方案，L相检测电路与N相检测电路，电气完全隔离，不会降低两相之间的绝缘水平。

作为本发明的一种改进，所述通断控制电路包括续流二极管VD1、功率继电器K1、电阻R1及NPN三极管V1，电阻R1一端接入控制信号Sw1，其另一端连接NPN三极管V1的基极，NPN三极管V1的集电极连接功率继电器K1一端和续流二极管VD1的阳极，其发射极接地，功率继电器K1另一端连接续流二级管VD1的阴极。

作为本发明的一种改进，所述N相电磁感应检测电路包括继电器K3、续流二极管VD3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、NPN三极管V7、电压互感器PT1及感应线圈L1，

所述电阻R3一端、电容C2一端接入控制信号Sw2，电容C2另一端连接NPN三极管V7的发射极，NPN三极管V7的基极连接电阻R3另一端，NPN三极管V7的集电极连接继电器K3的第二端口和续流二极管VD3的阳极，所述续流二极管VD3的阴极连接继电器K3的第一端口，继电器K3的第四端口连接电压互感器PT1的第一端口，所述电阻R4一端接，其另一端连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R6一端，电阻R6另一端连接电压互感器PT1的第二端口，电阻R7一端连接电压互感器PT1的第三端口和感应线圈L1，其另一端连接电压互感器PT1的第四端口。

作为本发明的一种改进，所述L相电磁感应检测电路包括感应线圈L2、NPN三极管V3、NPN三极管V4、NPN三极管V5、NPN三极管V6，

感应线圈L2一端连接NPN三极管V3的基极，NPN三极管V3的发射极连接NPN三极管V4的基极，NPN三极管V5的发射极连接电阻R8一端，NPN三极管V5的发射极接地和NPN三极管V6的发射极，NPN三极管V6的基极连接电阻R8另一端，NPN三极管V6的集电极连接电阻R9一端和电容C3的一端，电容C3另一端连接NPN三极管V5的发射极和NPN三极管V6的发射极。

作为本发明的一种改进，所述通断控制电路还包括电容C1，所述电容C1一端连接所述电阻R1一端，其另一端连接地和所述NPN三极管V1的发射极。

作为本发明的一种改进，一种基于所述检测电路的交流充电桩连接器触点粘连故障检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1）判断继电器控制断开或未断开；

步骤2）当继电器控制断开后，判断继电器断开延时；

步骤3）当继电器断开延时一定时间后，主处理芯片进行信号采集及检测后，输出判断结果。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，在继电器K1由吸合到断开动作后，主处理芯片根据控制信号Sw1及输入信号VL_ki的情况进行判断，当控制信号Sw1置低且输入信号VL_ki置低时，判断为L相粘连，否则为非粘连状态。

作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，在继电器K2由吸合到断开动作后，控制信号Sw2为高，主处理芯片采集到信号Vn_adc为非零的工频信号，判定为N相粘连，否则为非粘连状态。

作为本发明的一种改进，当继电器K1断开且触点处于粘连状态，接线柱出现工频电磁信号，L2线圈产生感应电压，感应电压经过NPN三极管V3、NPN三极管V4和NPN三极管V5的放大处理，NPN三极管V6处于导通状态，输入信号VL_ki的电压为低，主处理芯片根据控制信号Sw1及输入信号VL_ki的情况进行判断，当控制信号Sw1置低且输入信号VL_ki置低时，判断为L相粘连。

作为本发明的一种改进，当继电器K2断开且触点出现粘连故障，主处理器控制信号Sw2为高，NPN三极管V7导通，继电器K3吸合，电路工作，互感器PT1的二次侧Vn_adc信号为非零的工频信号，当K2继电器断开时，控制信号Sw2信号为高，主处理芯片采集到Vn_adc信号为非零的工频信号，判定为N相粘连。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

1）本发明的创新点在于通过电磁感应技术，将微弱的工频电磁信号放大，可以无接触检测充电桩连接器L相粘连故障，检测电路功耗低，测量即时性高，稳定性高；

2）通过电磁感应采样技术，可以隔离性的检测充电桩连接器N相粘连故障，检测电路可控，即时性高，精度准确；

3）两套检测电路相互隔离，并且与一次供电侧隔离，不会对相间绝缘、断点两端的绝缘性能造成任何影响。

附图说明

图1为本发明所述检测电路系统架构图。

图2为本发明所述N相通断控制电路图。

图3为本发明所述L相通断控制电路图。

图4为本发明所述N相粘连检测电路图。

图5为本发明所述L相粘连检测电路图。

图6为本发明所述检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例：一种交流充电桩连接器触点粘连故障检测电路，所述电路包括通断控制电路、L相粘连检测电路及N相粘连检测电路，L相粘连检测电路设置在其通断控制电路的输出侧L线路侧，用于在连接器断开时检测L线是否存在粘连；N相粘连检测电路设置在其通断控制电路的输出侧N线路侧，用于在连接器断开时检测N线是否存在粘连；连接器的L相通过电磁感应和信号放大产生粘连与否的数字信号，连接器的N相通过继电器启动和互感器隔离采样，产生粘连与否的模拟信号。L相检测电路与N相检测电路，电气完全隔离，不会降低两相之间的绝缘水平。

如图1所示，主处理芯片通过控制信号通过Sw1信号置高，控制继电器K1与K2导通，导通时L出线端与L进线端导通，N出线端与N进线端导通，输出侧的LN两相具有AC220V电压；主处理芯片通过Sw1信号置低，控制继电器K1与K2断开时，L出线端与L出线端完全电气分断，N出线端与N进线端完全电气分断，输出侧的LN两相无任何电压。在输出侧L线路侧，布置电磁感应线圈及其检测电路，连接器（接触器或继电器）断开时，可检测L线是否存在粘连现象，输出数字信号VL_ki。在输出侧N线侧，布置继电器及交流电磁采样电路，连接器（接触器或继电器）断开时，可检测N线是否存在粘连现象，输出模拟信号VN_adc。主处理芯片通过对VL_ki与VN_adc信号的判别，确认是否发生L相粘连、N相粘连或者LN均粘连。

如图2所示，所述N相通断控制电路包括续流二极管VD2、功率继电器K2、电阻R2及NPN三极管V2，电阻R2一端接入信号Sw2，其另一端连接NPN三极管V2的基极，NPN三极管V2的集电极连接功率继电器K2一端和续流二极管VD2的阳极，其发射极接地，功率继电器K2另一端连接续流二级管VD2的阴极。

如图3所示，所述L相通断控制电路包括续流二极管VD1、功率继电器K1、电阻R1及NPN三极管V1，电阻R1一端接入信号Sw1，其另一端连接NPN三极管V1的基极，NPN三极管V1的集电极连接功率继电器K1一端和续流二极管VD1的阳极，其发射极接地，功率继电器K1另一端连接续流二级管VD1的阴极，还包括电容C1，电容C1一端连接所述电阻R1一端，其另一端连接地和所述NPN三极管V1的发射极。

充电桩连接器通断控制电路工作如下：

1）Sw1为主控制信号，R1/R2为限流电阻，V1/V2为NPN开关三极管，K1/K2为触点容量达40A的功率继电器，VD1/VD2为续流二极管；

2）Sw1信号置低时，V1/V2三极管不导通，K1/K2继电器线圈不动作，触点断开，UL_in与UL_out无连接，UN_in与UN_out无连接，UL_out与UN_out之间无电压；

3）Sw1信号置高时，V1/V2三极管导通，K1/K2继电器线圈动作，触点吸合，UL_in与UL_out导通，UN_in与UN_out导通，UL_out与UN_out之间有AC220V电压；

4）当出现继电器触点粘连现象时，主控制信号Sw1信号置低，继电器线圈不动作，但继电器触点处于连通状态。

如图4所示，N相电磁感应检测电路包括继电器K3、续流二极管VD3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C2、NPN三极管V7、电压互感器PT1及感应线圈L1，

所述电阻R3一端、电容C2一端接入信号Sw2，电容C2另一端连接NPN三极管V7的发射极，NPN三极管V7的基极连接电阻R3另一端，NPN三极管V7的集电极连接继电器K3的第二端口和续流二极管VD3的阳极，所述续流二极管VD3的阴极连接继电器K3的第一端口，继电器K3的第四端口连接电压互感器PT1的第一端口，所述电阻R4一端接，其另一端连接电阻R5一端，电阻R5另一端连接电阻R6一端，电阻R6另一端连接电压互感器PT1的第二端口，电阻R7一端连接电压互感器PT1的第三端口和感应线圈L1，其另一端连接电压互感器PT1的第四端口。

N相检测电路的工作原理如下：

1）电路的Sw2为主处理器的控制信号，信号置低时，三极管V7不导通，K3继电器不吸合，电路不工作，互感器PT1的一次侧无任何电压，二次侧Vn_adc信号为0V；

2）继电器K2断开时，电路分断，UL_in与UN_out无电压，主处理器控制Sw2为高，三极管V7导通，K3继电器吸合，电路工作，互感器PT1的一次侧无任何电压，故二次侧Vn_adc信号为0V；

3）继电器K2断开时，触点出现粘连故障，UL_in与UN_out有AC220V电压，主处理器控制Sw2为高，三极管V7导通，K3继电器吸合，电路工作，互感器PT1的一次侧有AC220V电压，故二次侧Vn_adc信号为733mV的工频信号；

4）当K2继电器断开时，Sw2信号为高，主处理器采集到Vn_adc信号为非零的工频信号，判定为N相粘连；

如图5所示，L相电磁感应检测电路包括感应线圈L2、NPN三极管V3、NPN三极管V4、NPN三极管V5、NPN三极管V6，

感应线圈L2一端连接NPN三极管V3的基极，NPN三极管V3的发射极连接NPN三极管V4的基极，NPN三极管V5的发射极连接电阻R8一端，NPN三极管V5的发射极接地和NPN三极管V6的发射极，NPN三极管V6的基极连接电阻R8另一端，NPN三极管V6的集电极连接电阻R9一端和电容C3的一端，电容C3另一端连接NPN三极管V5的发射极和NPN三极管V6的发射极。

L相检测电路的工作原理如下：

1）所述电路的L2感应线圈靠近UL_out接线柱布置；

2）继电器K1断开时，电路分断，UL_out无电压，无工频电磁信号，L2线圈感应电压为0，NPN三极管V3/NPN三极管V4/NPN三极管V5均处于断开状态，NPN三极管V6处于断开状态，VL_ki的电压为高；

3）当继电器K1吸合时，电路导通，UL_out将有AC220V工频电压，接线柱出现工频电磁信号，L2线圈产生感应电压，感应电压经过V3/V4/V5三极管的放大处理，NPN三极管V6处于导通状态，VL_ki的电压为低；

4）当继电器K1断开时，但是触点处于粘连状态，UL_out将有AC220V工频电压，接线柱出现工频电磁信号，L2线圈产生感应电压，感应电压经过NPN三极管V3/NPN三极管V4/NPN三极管V5的放大处理，NPN三极管V6处于导通状态，VL_ki的电压为低；

5）主处理芯片根据控制信号Sw1及输入信号VL_ki的情况进行判断，当控制信号Sw1置低且输入信号VL_ki置低时，判断为L相粘连。

如图6所示，在继电器K1由吸合到断开动作后，主处理芯片根据控制信号Sw1及输入信号VL_ki的情况进行判断，当控制信号Sw1置低且输入信号VL_ki置低时，判断为L相粘连，否则为非粘连状态。在K2继电器由吸合到断开动作后，主处理器控制Sw2信号为高，主处理器采集到Vn_adc信号为非零的工频信号，判定为N相粘连，否则为非粘连状态。

需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。