一种用于IC-CPD的高集成度多功能保护方法

技术领域

本发明属于新能源汽车的IC-CPD技术领域，具体涉及一种用于IC-CPD(充电线缆控制保护装置)的高集成度多功能保护方法。

背景技术

目前市场上新能源汽车的占比日益增加，随着电动汽车的普及，电动汽车充电相关的设施也在逐步增加。目前汽车充电有多种模式，对于不方便安装充电桩的场合，家用的充电枪则成了最常用的汽车充电设备。而市场上充电枪品种繁多，如何让充电更加得安全，成为了最首要的目标。

因此，针对上述问题，予以进一步改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于IC-CPD的高集成度多功能保护方法，其通过高集成度的充电线缆控制保护装置对充电过程进行保护，相比于传统方案，其具有集成度高、专用性强和适用范围广等优点，其具备过/欠压保护、过流保护、漏电保护等多种保护功能，能够实时检测异常状态，并及时切断后级充电设备，有效保护人身及财产安全。

为达到以上目的，本发明提供一种用于IC-CPD的高集成度多功能保护方法，用于充电线缆控制保护装置并且对包括新能源汽车的充电设备的充电进行保护，包括以下步骤：

步骤S1：充电线缆控制保护装置将充电线缆输入端的火零线引入到电源转换模块，以将交流电转换为低压直流电进行供电(以对专用模块进行供电)；

步骤S2：通过集成化的专用模块对充电线缆输入端的火零线进行漏电检测、电压检测和电流检测，以生成检测信息，并且判断检测信息是否达到预设的阈值，(如果达到)以输出保护指令到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而对充电插头进行断电处理。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2具体实施为以下步骤：

步骤S2.1：专用模块的高精度漏电检测电路通过磁通门原理对充电线缆输入端的火零线进行漏电检测，在漏电达到阈值时输出漏电指示保护信号，并且将漏电指示保护信号传输到处理电路进行漏电处理，以将生成的漏电保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.2：专用模块的处理电路通过电压互感器和电流互感器对充电线缆输入端的火零线进行电压采样和电流采样，以生成电压采样信号和电流采样信号，并且处理电路对电压采样信号和电流采样信号进行处理，以判断是否达到阈值，从而将生成的电压保护指令和电流保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.3：专用模块的CP协议调制电路联动处理电路，以使得处理电路输出预设电压的PWM波形，在充电线缆输入端通过插头连接到包括新能源汽车的充电设备时，处理电路将CP线从电源管理模块的输出端切换到CP协议调制电路的PWM输出端，从而实现对充电设备的数据通信。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2.1具体实施为以下步骤：

步骤S2.1.1：高精度漏电检测电路通过磁通门原理将充电线缆输入端的火零线穿过漏电流检测线圈，并且通过线圈驱动电路对漏电流检测线圈进行饱和驱动，以形成脉冲波形；

步骤S2.1.2：将脉冲波形输出到模拟量信号转化电路，以将脉冲波形转化为(方便采集的)模拟量信号；

步骤S2.1.3：将模拟量信号传输到波形检测电路，以对模拟量信号进行采集和区分，识别出火零线上对应的漏电流波形，从而判断漏电流波形是否达到预设的漏电阈值，如果达到则输出漏电指示保护信号到处理电路进行漏电处理，以将生成的漏电保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.1.4：高精度漏电检测电路还具有自检功能，处理电路输出自检指示状态到高精度漏电检测电路的自检电流电路，以输出自检电流到漏电流检测线圈，从而模拟漏电流的产生并且检测高精度漏电检测电路是否正常。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2.2具体实施为以下步骤：

步骤S2.2.1：电流互感器通过第一变比(优选为1：1000以上)穿过火线(L)，以实时检测火线上的电流大小并且电流互感器将流过火线上的大电流转换为对应第一变比(千分之一以下)的小电流信号，小电流信号通过负载电阻R1转变为第一小电压信号并且将第一小电压信号传输到处理电路的第一信号调制电路，以对第一小电压信号进行处理，然后将处理后的第一小电压信号传输到信号处理电路进行分析判断，从而判断第一小电压信号是否达到阈值，如果达到则将生成的电流保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.2.3：具有第一匝数比(优选为1：1)的电压互感器通过(大)电阻R2将火线和零线进行串联，从而将电压互感器中流过的电流限制在mA级别，进而电压互感器输出端的输出电流也为mA级别，再将输出电流通过负载电阻R3转变为第二电压小信号并且将第二小电压信号传输到处理电路的第二信号调制电路，以对第二小电压信号进行处理，然后将处理后的第二小电压信号传输到信号处理电路进行分析判断，从而判断第二小电压信号是否达到阈值，如果达到则将生成的电压保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2.3具体实施为以下步骤：

步骤S2.3.1：信号处理电路输出预设电压(预选为12V)的PWM波形，当充电线缆输入端通过插头连接到包括新能源汽车的充电设备时，CP线会被连接到充电设备中，以使得连接在电源管理模块的输出端的CP线从第一电压(12V)降到第二电压(9V)；

步骤S2.3.2：处理电路检测到电压变化后通过开关将CP线从电源管理模块的输出端切换到CP协议调制电路的PWM调制电路的PWM输出端，从而将数据信息传输到PWM调制电路，进而将PWM输出波形传输到CP线，以实现对充电设备的数据通信。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2还包括步骤S2.4：专用模块通过温度传感器实时检测温度，并且将形成的温度数据传输到信号处理电路进行处理，从而判断温度数据是否达到阈值，如果达到则将生成的温度保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理。

作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2还包括步骤S2.5：专用模块通过人机交互接口来外接不同的指示灯，并且通过指示灯来指示不同保护指令。

附图说明

图1是本发明的一种用于IC-CPD的高集成度多功能保护方法的整体示意图。

图2是本发明的一种用于IC-CPD的高集成度多功能保护方法的专用模块的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的充电线缆输入端、充电设备和保护装置等可被视为现有技术。

优选实施例。

本发明公开了一种用于IC-CPD的高集成度多功能保护方法，用于充电线缆控制保护装置并且对包括新能源汽车的充电设备的充电进行保护，包括以下步骤：

步骤S1：充电线缆控制保护装置将充电线缆输入端的火零线引入到电源转换模块，以将交流电转换为低压直流电进行供电(以对专用模块进行供电)；

优选地，IC-CPD将充电线缆输入端的火零线引入到电源转换模块(AC-DC开关电源)中，转化成直流低压为整个IC-CPD功能电路供电

步骤S2：通过集成化的(IC-CPD)专用模块对充电线缆输入端的火零线进行漏电检测、电压检测和电流检测，以生成检测信息，并且判断检测信息是否达到预设的阈值，(如果达到)以输出保护指令到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而对充电插头进行断电处理。

具体的是，步骤S2具体实施为以下步骤：

步骤S2.1：专用模块的高精度漏电检测电路通过磁通门原理对充电线缆输入端的火零线进行漏电检测，在漏电达到阈值时输出漏电指示保护信号，并且将漏电指示保护信号传输到处理电路进行漏电处理，以将生成的漏电保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.2：专用模块的处理电路通过电压互感器和电流互感器对充电线缆输入端的火零线进行电压采样和电流采样，以生成电压采样信号和电流采样信号，并且处理电路对电压采样信号和电流采样信号进行处理，以判断是否达到阈值，从而将生成的电压保护指令和电流保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.3：专用模块的CP协议调制电路联动处理电路，以使得处理电路输出预设电压的PWM波形，在充电线缆输入端通过插头连接到包括新能源汽车的充电设备时，处理电路将CP线从电源管理模块的输出端切换到CP协议调制电路的PWM输出端，从而实现对充电设备的数据通信。

值得一提的是，本发明是IC-CPD内部高集成度的专用模块，其内部分成高精度漏电检测电路、IC-CPD专用处理电路、CP协议调制电路三大块。本发明的步骤S2.1、步骤S2.2和步骤S2.3没有严格意义的顺序关系。

更具体的是，步骤S2.1具体实施为以下步骤：

步骤S2.1.1：高精度漏电检测电路通过磁通门原理将充电线缆输入端的火零线穿过漏电流检测线圈，并且通过线圈驱动电路对漏电流检测线圈进行饱和驱动，以形成脉冲波形；

步骤S2.1.2：将脉冲波形输出到模拟量信号转化电路，以将脉冲波形转化为(方便采集的)模拟量信号；

步骤S2.1.3：将模拟量信号传输到波形检测电路，以对模拟量信号进行采集和区分，识别出火零线上对应的漏电流波形，从而判断漏电流波形是否达到预设的漏电阈值，如果达到则输出漏电指示保护信号到处理电路进行漏电处理，以将生成的漏电保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

步骤S2.1.4：高精度漏电检测电路还具有自检功能，处理电路输出自检指示状态到高精度漏电检测电路的自检电流电路，以输出自检电流到漏电流检测线圈，从而模拟漏电流的产生并且检测高精度漏电检测电路是否正常。

优选地，其中高精度漏电检测电路具备B型漏电检测功能，相对于传统AC型漏电保护装置，可以检测高频率交流漏电、直流漏电、复合波漏电以及各种叠加漏电波形，采用磁通门原理，将充电线的的火零线穿过漏电流检测线圈，漏电流检测电路中的线圈驱动电路对线圈进行饱和驱动，形成脉冲波形，再经过模拟量转化电路，将此脉冲信号转化成方便采集的模拟量信号，再经过波形检测电路，通过对模拟量的值进行采集、区分，识别出火零线上对应的漏电流波形，按照B型漏电的国标要求，按照合适的阈值对漏电流进行保护输出，将指示信号送入IC-CPD专用处理电路当中进行处理，最终输出保护，驱动继电器断开。同时，漏电流检测电路还具备自检电流输出功能，当IC-CPD专用处理电路输入一个自检信息时，可以产生自检电流，来模拟漏电流的产生以检测电路功能是否正常。

进一步的是，步骤S2.2具体实施为以下步骤：

步骤S2.2.1：电流互感器通过第一变比(优选为1：1000以上)穿过火线(L)，以实时检测火线上的电流大小并且电流互感器将流过火线上的大电流转换为对应第一变比(千分之一以下)的小电流信号，小电流信号通过负载电阻R1转变为第一小电压信号并且将第一小电压信号传输到处理电路的第一信号调制电路，以对第一小电压信号进行处理，然后将处理后的第一小电压信号传输到信号处理电路进行分析判断，从而判断第一小电压信号是否达到阈值，如果达到则将生成的电流保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理；

优选地，电流互感器采用1：1000以上变比，输入端穿过火线L，火线上流过的大电流会被互感器转换为千分之一以下的小电流信号，再经负载电阻变为小电压信号，由信号调制电路进行处理，最终送入IC-CPD专用处理电路进行采集，计算。

步骤S2.2.2：具有第一匝数比(优选为1：1)的电压互感器通过(大)电阻R2将火线和零线进行串联，从而将电压互感器中流过的电流限制在mA级别，进而电压互感器输出端的输出电流也为mA级别，再将输出电流通过负载电阻R3转变为第二电压小信号并且将第二小电压信号传输到处理电路的第二信号调制电路，以对第二小电压信号进行处理，然后将处理后的第二小电压信号传输到信号处理电路进行分析判断，从而判断第二小电压信号是否达到阈值，如果达到则将生成的电压保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理。

优选地，本发明内部的IC-CPD专用处理电路具备电压、电流采样功能，采用电压互感器与电流互感器进行信号转换，电压互感器线圈匝比1：1，在输入端的L、N之间串联大电阻，将互感器中流过的电流限制在mA级别，因此互感器输出端的的电流也为mA级别，在接上负载电阻，将mA级电流小信号转化为电压小信号，再由信号调制电路进行处理，最终送入IC-CPD专用处理电路进行采集，计算。

在IC-CPD专用处理电路能够实时计算得到电压、电流值，与设定的保护阈值进行比较，最终输出保护指令，从而实现过/欠压保护，过流保护等功能。

更进一步的是，步骤S2.3具体实施为以下步骤：

步骤S2.3.1：信号处理电路输出预设电压(预选为12V)的PWM波形，当充电线缆输入端通过插头连接到包括新能源汽车的充电设备时，CP线会被连接到充电设备中，以使得连接在电源管理模块的输出端的CP线从第一电压(12V)降到第二电压(9V)；

步骤S2.3.2：处理电路检测到电压变化后通过开关将CP线从电源管理模块的输出端切换到CP协议调制电路的PWM调制电路的PWM输出端，从而将数据信息传输到PWM调制电路，进而将PWM输出波形传输到CP线，以实现对充电设备的数据通信。

优选地，本发明内部的CP协议调制电路的PWM调制电路，可以实现12V PWM波形的调制，配合IC-CPD专用处理电路，可以在合适的时间输出12V PWM波形，当充电线通过插头连接汽车等充电设备时，CP线会被连接到充电设备中。CP线正常连接到直流12V上，当连接充电设备后，会被拉低到9V，此时IC-CPD专用处理电路检测到电压的变化后，通过一个开关，将CP线切换到PWM输出脚上，并且将数据信息送到调制电路当中，输出PWM数据波形送到CP线上，形成简单的数据通信功能。

优选地，步骤S2还包括步骤S2.4：专用模块通过温度传感器实时检测温度，并且将形成的温度数据传输到信号处理电路进行处理，从而判断温度数据是否达到阈值，如果达到则将生成的温度保护指令传输到包括脱扣器和继电器的保护装置，从而进行断电处理。

优选地，步骤S2还包括步骤S2.5：专用模块通过人机交互接口来外接不同的指示灯，并且通过指示灯来指示不同保护指令。

值得一提的是，本发明专利申请涉及的充电线缆输入端、充电设备和保护装置等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。

对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。