顶部充电弓直流充电控制导引电路及实现方法与流程

本发明涉及一种顶部充电弓直流充电控制电路及实现方法，特别涉及一种适用于电动客车顶部直流充电。

背景技术：

传统直流充电机对电动客车充电存在较多弊端，受制于充电接口电压和电流能力，最大充电能力为1000vdc和250a，一般采用多充电接口同时充电，这样充电枪线重，需要拖拽和调整充电桩枪头，不便于插拔，充电过程繁琐降低用户体验。新型电动客车充电模式是采用具有自动连接功能的充电弓，解决现有技术中使用双充电枪在对电动客车充电时拖拽充电枪线而导致充电用户任务量重、体验差的问题，增强电动客车充电的便捷性，提高电动客车充电效率，提升用户充电体验。

如何实现建立充电连接配对并能检测出连接故障，是保证电动客车安全可靠充电的关键问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种顶部充电弓直流充电控制导引电路及实现方法,通过控制开关状态同时监测监测点电压的变化，确认充电状态，提高直流大功率充电的可靠性和时效性；实现对故障检测的快速判断和实时响应,能够为充电设备制造商或电动汽车生产制造商提供有效检测、评估异常故障的手段和工具。

为解决上述技术问题，本发明提供一种顶部充电弓直流充电控制导引电路，其特征在于，包括供电侧控制引导电路和汽车侧控制引导电路；

所述供电侧控制引导电路包括上拉电源u1、开关s0、电阻r1、电阻r1＇、电阻r4、开关s1、开关s3，供电侧pe端和供电侧cp端，

其中上拉电源u1、开关s0、电阻r1、电阻r1＇、供电侧cp端依次串联，开关s1并接在电阻r1＇两端，电阻r4和开关s3串联后并接在供电侧pe端和供电侧cp端；

所述汽车侧控制引导电路包括电阻r2、电阻r3、开关s2、二极管d1，车辆侧pe端和车辆侧cp端，

其中车辆侧pe端、电阻r3、二极管d1、车辆侧cp端依次串联，电阻r2和开关s2串联后并接在车辆侧pe端和车辆侧cp端；

在电阻r1＇和供电侧cp端之间设有第一监测点(1)，第一监测点(1)的电压为供电侧cp端与供电侧pe端之间的电压，用于充电弓确认是否完全连接车辆；

在车辆侧cp端和二极管d1之间设有第二监测点(2)，第二监测点(2)的电压为车辆侧cp端与pe端之间的电压，用于车辆确认是否完全连接充电弓。

进一步地，所述车辆侧pe端连接车身地。

进一步地，所述二极管d1的正极连接电阻r3，负极连接车辆侧cp端。

一种顶部充电弓直流充电控制导引电路的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、在充电弓恢复到原位，供电侧开关s0和开关s3处于闭合状态，开关s1处于断开状态，监测点1电压标称值为11v，车辆侧监测点2电压标称值为0v；此时为p状态；

步骤2、当供电侧充电弓充电准备就绪，闭合开关s1，监测点1电压标称值为12v，开始无线通信；车辆侧开关s2处于断开状态，监测点2电压标称值为0v；此时为a状态；

步骤3、双方建立通信后，充电弓完全连接车辆，监测点1和监测点2电压标称值均为9v；此时为b状态；

步骤4、当车辆充电准备就绪，闭合开关s2，监测点1和监测点2电压标称值均为6v，双方进入充电阶段；此时为c状态；

步骤5、在充电过程中，充电弓和车辆分别检测监测点1和监测点2电压标称值是否为6v，如是，继续充电；否则，停止充电。

进一步地，所述步骤5中，所述停止充电还包括以下4种中止充电：供电侧紧急停机、车辆侧紧急停机、主动中止充电以及被动停机。

进一步地，所述供电侧紧急停机为：充电弓发生紧急故障，则充电弓断开开关s1，将充电电流在100ms内降至5a以下，供电侧发送中止充电报文，并将充电弓恢复到原位，此时为p状态。

进一步地，所述车辆侧紧急停机为：车辆发生紧急故障，则车辆断开开关s2，车辆侧发送中止充电报文，充电弓检测到ucp为非6v，将充电电流在100ms内降至5a以下，断开开关s1，并将充电弓恢复到原位，此时为p状态。

进一步地，所述主动中止充电为：

a)车辆电池充满或达到充电结束条件时，车辆发送中止充电报文，断开s2开关，充电弓收到车辆中止充电报文后，断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位，此时为p状态；

b)充电弓达到充电结束条件时，充电弓发送中止充电报文，断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位，车辆收到充电弓中止充电报文后，断开s2开关，此时为p状态。

进一步地，所述被动停机为：

a)车辆被动中止时，即收到充电弓发送的中止充电报文，车辆断开s2开关，充电弓发送中止充电报文后，立即断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位，此时为p状态；

b)充电弓被动中止时，即收到车辆发送中止充电报文，充电弓断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位，车辆发送中止充电报文后，立即断开s2开关，此时为p状态。

本发明所达到的有益效果：

1)控制导引电路只有pe端和cp端，相对传导式直流充电系统控制导引电路(gb/t18487.1-2015)，极数少成本较低，也减小多针连接存在的风险和不稳定性；

2)控制导引电路上设有监测点，通过开关(s1)和开关(s2)进行控制，车桩双方根据监测点1和监测点2的电压变化作为充电激活信号；

3)本发明解决了目前中国直流充电无硬节点信号、响应速度慢、可靠性低等问题，提高了车桩对故障的判断和响应能力，提高充电安全可靠性。数据通信可以作为辅助手段，增强车桩双方对故障定位和处理能力；

4)本发明通过硬件节点方式，车桩均可判断出pe/cp故障，及时停止充电，并帮助系统维护人员更准确的判断具体断针的位置，以便维护人员更快的解决故障，降低系统维护时间和维护成本。应用本发明能够为电动汽车安全可靠充电提供技术保证。

附图说明

图1是本发明顶部充电弓直流充电控制导引电路示意图；

图2是本发明的监测点电压状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种顶部充电弓直流充电控制导引电路，其特征在于，包括供电侧控制引导电路和汽车侧控制引导电路；

供电侧控制引导电路包括上拉电源u1、开关s0、电阻r1、电阻r1＇、电阻r4、开关s1、开关s3、第一监测点1，供电侧pe端、上拉电源u1、开关s0、电阻r1、电阻r1＇、监测点1、供电侧cp依次串联，开关s1并接在电阻r1＇两端，电阻r4和开关s3并接在供电侧pe端和cp端。

汽车侧控制引导电路包括电阻r2、电阻r3、开关s2、二极管d1，车辆侧pe端连接车身地，车辆侧pe端、电阻r3、二极管d1、车辆侧cp依次串联，电阻r2和开关s2并接在车辆侧pe端和cp端。

其中pe是接地端，充电弓进线地与大地相连，完全连接后，车辆接地端将与充电弓的接地端相连，cp是控制导引端，用于双方检测是否完全连接。

一种顶部充电弓直流充电控制导引电路及实现方法，监测点电压状态如图2所示，包括如下步骤：

步骤1、在充电弓恢复到原位(未连接)，供电侧开关s0和开关s3处于闭合状态，开关s1处于断开状态，监测点1电压标称值为11v。车辆侧监测点2电压标称值为0v；此时为p状态；

步骤2、当供电侧充电弓充电准备就绪，闭合开关s1，监测点1电压标称值为12v，开始无线通信；车辆侧开关s2处于断开状态，监测点2电压标称值为0v；此时为a状态；

步骤3、双方建立通信后，充电弓完全连接车辆，监测点1和监测点2电压标称值均为9v；此时为b状态；

步骤4、当车辆充电准备就绪，闭合开关s2，监测点1和监测点2电压标称值均为6v，双方进入充电阶段；此时为c状态；

步骤5、在充电过程中，充电弓和车辆分别检测监测点1和监测点2电压标称值是否为6v，如是，继续充电；否则，停止充电，非正常中止充电有以下几种情况：

(1)供电侧紧急停机：充电弓发生紧急故障，则充电弓断开开关s1(d2状态)，将充电电流在100ms内降至5a以下，发送中止充电报文，并将充电弓恢复到原位(未连接)，此时为p状态；

(2)车辆侧紧急停机：车辆发生紧急故障，则车辆断开开关s2(b状态)，发送中止充电报文，充电弓检测到ucp为非6v，将充电电流在100ms内降至5a以下，断开开关s1(d1状态)，并将充电弓恢复到原位(未连接)(p状态)；

(3)主动中止充电：分为以下两种情况，当车辆电池充满或达到充电结束条件时，车辆发送中止充电报文，断开s2开关，充电弓收到车辆中止充电报文后，断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位(未连接)，此时为p状态。当充电弓达到充电结束条件时，充电弓发送中止充电报文，断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位(未连接)，车辆收到充电弓中止充电报文后，断开s2开关，此时为p状态。

(4)被动停机：分为以下两种情况，当车辆被动中止时，即收到充电弓发送的中止充电报文，车辆断开s2开关，充电弓发送中止充电报文后，立即断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位(未连接)，此时为p状态。当充电弓被动中止时，即收到车辆发送中止充电报文，充电弓断开s1开关，并将充电电流在100ms内降至5a以下，并将充电弓恢复到原位(未连接)，车辆发送中止充电报文后，立即断开s2开关，此时为p状态。

表1监测点电压状态转换时序

在未连接或充电过程中，当出现pe或cp断针断线，监测点1电压标称值将变为12v或11v，监测点2电压将变为0v。充电弓和车辆都将能检测出故障，不允许或停止充电。

供电侧充电弓开关s0和s3为可选开关，本发明要求为常闭状态，预留开关可作为与欧洲、日本系统进行兼容。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。