一种交流充电桩接地检测与控制装置及交流充电桩的制作方法

本发明涉及电动车充电技术领域，尤其是涉及一种交流充电桩接地检测与控制装置及交流充电桩。

背景技术：

随着人们对绿色出行的重视，电动汽车越来越普及，相应的充电桩等充电设备也是越来越多，这些充电设备的充电安全性和可靠性也是备受关注。目前充电桩行业法规并不健全，接地故障检测功能为非必须满足项，发明人对现有的充电桩进行调查和研究发现，部分充电桩未进行接地检测或已有的接地检测存在不满足安规风险，而且随着充电桩长时间正常工作，往往会出现电缆橡胶和热塑性材料耐老化性降低，甚至出现绝缘层剥落等情况，这样若在接地悬空时无法检测到并控制充电桩切断交流输出，可能会产生充电安全事件，对用户和车辆具有不可控的潜在损害。

技术实现要素：

本发明提供了一种交流充电桩接地检测与控制装置及交流充电桩，以解决现有的充电桩接地故障检测技术不完善的问题，本发明能够实现充电桩的接地故障检测并及时断电，从而完善充电桩的接地故障检测功能，进而提高充电桩的安全性和可靠性，保障用户安全和车辆充电安全。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种交流充电桩接地检测与控制装置，包括主控芯片、接地检测模块、电源控制模块；

所述接地检测模块包括第一光耦、接地检测信号端以及接地检测电路，所述接地检测电路设有用于连接地线的地线接口、以及用于连接零线的零线接口和/或用于连接相线的相线接口，所述接地检测电路通过所述第一光耦连接至所述接地检测信号端，所述接地检测信号端与所述主控芯片的信号输入端连接；

所述电源控制模块包括交流接触器，所述主控芯片的控制端与所述交流接触器连接；在所述接地检测电路检测到接地故障时，导通所述第一光耦以输出接地故障信号至所述接地检测信号端，所述主控芯片根据接收到的接地故障信号控制所述交流接触器断开以切断电源。

在其中一个实施例中，所述接地检测模块还包括第一电源，所述第一电源通过第一电阻连接在所述第一光耦中光敏三极管的集电极与所述接地检测信号端之间的连接线路上，所述第一光耦中光敏三极管的发射极接地。

在其中一个实施例中，所述接地检测电路还包括整流桥，所述整流桥的第一交流输入端通过第一电容连接所述零线接口和/或所述相线接口，所述整流桥的第二交流输入端连接所述地线接口；

所述整流桥的直流输出端正极连接所述第一光耦中发光二极管的正极，所述第一光耦中发光二极管的负极连接所述整流桥的直流输出负极。

在其中一个实施例中，所述接地检测电路还包括第一稳压二极管、第二稳压二极管；

所述整流桥的直流输出端正极通过所述第一稳压二极管连接所述第一光耦中发光二极管的正极，所述第一光耦中发光二极管的负极通过所述第二稳压二极管连接所述整流桥的直流输出负极。

在其中一个实施例中，所述接地检测电路还包括限流模块，所述限流模块连接在所述整流桥的第二交流输入端与所述地线接口之间的连接线路上。

在其中一个实施例中，所述限流模块包括限流电阻。

在其中一个实施例中，所述接地检测电路还包括充电电源、充电电容、第二光耦、充电控制模块；

所述第二光耦中发光二极管的正极连接第二电源，所述第二光耦中发光二极管的负极通过第二电阻连接所述充电控制模块的控制端，所述第二光耦中光敏三极管的集电极连接所述第一光耦中发光二极管的正极，所述第二光耦中光敏三级管的发射极连接所述充电电容的第一端；

所述充电电源的输出端分别与所述充电电容的第一端、第三稳压二极管的负极连接，所述第三稳压二极管的正极、所述充电电容的第二端、所述第二光耦中发光二极管的负极与所述地线接口连接。

在其中一个实施例中，所述接地检测电路还包括第三电阻、第四电阻，所述第三稳压二极管的负极通过二极管连接所述充电电容的第一端；

所述第三电阻的一端连接在所述第三稳压二极管的负极与所述二极管之间的连接线路上，所述第三电阻的另一端连接在所述第三稳压二极管的正极与所述充电电容的第而端之间的连接线路上；

所述第四电阻串联在所述充电电容的第一端与所述第二光耦中光敏三极管的发射极之间的连接线路上。

在其中一个实施例中，所述第二电阻与所述充电控制模块的控制端之间的连接线路通过第二电容接地；

所述第一电阻的一端连接所述第一电源，所述第一电阻的另一端分别连接所述第一光耦中光敏三极管的集电极、所述接地检测信号端，并通过第三电容接地。

本发明实施例还提供一种交流充电桩，包括如上述的交流充电桩接地检测与控制装置。

相比于现有技术，本发明实施例提供了一种交流充电桩接地检测与控制装置，包括主控芯片、接地检测模块、电源控制模块；所述接地检测模块包括第一光耦、接地检测信号端以及接地检测电路，所述接地检测电路设有用于连接地线的地线接口、以及用于连接零线的零线接口和/或用于连接相线的相线接口，所述接地检测电路通过所述第一光耦连接至所述接地检测信号端，所述接地检测信号端与所述主控芯片的信号输入端连接；所述电源控制模块包括交流接触器，所述主控芯片的控制端与所述交流接触器连接；在所述接地检测电路检测到接地故障时，导通所述第一光耦以输出接地故障信号至所述接地检测信号端，所述主控芯片根据接收到的接地故障信号控制所述交流接触器断开以切断电源。通过所述交流充电桩接地检测与控制装置，能够有效识别是否发生接地故障，从而在接地故障时快速切断交流电源输出，以达到保护目的。同时采用了光电耦合器作为信号隔离，具有较强的抗干扰能力，能够满足充电系统工作安全、绝缘性能要求，从而能够完善充电桩的接地故障检测功能，进而提高充电桩的安全性和可靠性，保障用户安全和车辆充电安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例的交流充电桩接地检测与控制装置的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的交流充电桩接地检测与控制装置的结构示意图；

图3是本发明第二实施例的交流充电桩接地检测与控制装置的原理图；

图4是本发明第三实施例的交流充电桩接地检测与控制装置的结构示意图；

图5是本发明第三实施例的交流充电桩接地检测与控制装置的原理图。

具体实施方式

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明第一实施例：

请参见图1，本发明实施例提供了一种交流充电桩接地检测与控制装置，包括主控芯片、接地检测模块、电源控制模块；其中，所述主控芯片可以是交流充电桩的控制板，也可以是专用于接地检测与控制的控制器，能够及时通过交流接触器控制交流电源开关切断电源；

所述接地检测模块包括第一光耦oc1、接地检测信号端signal以及接地检测电路，所述接地检测电路设有用于连接地线pe的地线接口、以及用于连接零线acn的零线接口和/或用于连接相线的相线接口，所述接地检测电路通过所述第一光耦oc1连接至所述接地检测信号端signal，所述接地检测信号端signal与所述主控芯片的信号输入端连接；所述电源控制模块包括交流接触器，所述主控芯片的控制端与所述交流接触器连接；

本实施例在所述接地检测电路检测到接地故障时，也即当接地断开时，所述接地检测电路导通所述第一光耦oc1以输出接地故障信号至所述接地检测信号端signal，从而所述主控芯片根据接收到的接地故障信号控制所述交流接触器断开以切断电源。

交流充电桩通过所述交流充电桩接地检测与控制装置，能够有效识别是否发生接地故障，从而在接地故障时快速切断交流电源输出，以达到保护目的。同时采用了光电耦合器作为信号隔离，具有较强的抗干扰能力，能够满足充电系统工作安全、绝缘性能要求，从而能够完善充电桩的接地故障检测功能，进而提高充电桩的安全性和可靠性，保障用户安全和车辆充电安全。

在其中一个实施例中，所述接地检测模块还包括第一电源vcc1，所述第一电源vcc1通过第一电阻r1连接在所述第一光耦oc1中光敏三极管的集电极与所述接地检测信号端signal之间的连接线路上，所述第一光耦oc1中光敏三极管的发射极接地。

在本实施例中，所述主控芯片能够通过接地检测信号端signal输出的高低电平来判断交流充电桩的桩体是否接地，当所述第一光耦oc1中发光二极管导通、所述接地检测信号端signal输出为低电平时，所述主控芯片可以此判定接地断开，识别桩体接地异常，并通过所述交流接触器切断继电器k1、k2断开电源，这样通过有效识别充电桩的接地故障进行切断交流电源输入的响应，保证用户充电安全。以下是对第一实施例进行进一步优化的第二实施例和第三实施例，具体如下：

本发明第二实施例：

请参见图2，本发明第二实施例对第一实施例的交流充电桩接地检测与控制装置进一步优化，所述接地检测电路还包括整流桥，所述整流桥的第一交流输入端通过第一电容c8连接零线acn，所述整流桥的第二交流输入端通过所述地线接口连接地线pe；所述整流桥的直流输出端正极连接所述第一光耦oc1中发光二极管的正极，所述第一光耦oc1中发光二极管的负极连接所述整流桥的直流输出负极。其中，所述第一电源选为3.3v，以当所述第一光耦在接地故障时的不导通而向所述接地检测信号端signal输出高电平。

请参见图3，在本实施例中，通过所述整流桥实现交流-直流转换，当接地良好时，所述第一光耦oc1中发光二极管不导通，则所述接地检测信号端signal为高电平并输入至所述交流充电桩的主控芯片，所述主控芯片根据预设的程序判定为正常接地状态。而当接地断开时，所述第一光耦oc1中发光二极管导通，使得所述接地检测信号端signal为低电平输入给所述交流充电桩的主控芯片，所述主控芯片识别桩体接地异常，并在充电桩识别到接地异常后，控制断开交流输出继电器的触点k1、k2以切断交流输出电源。其中，可以理解的是，所述主控芯片通过交流输出继电器的触点k1、k2(图未示)来控制交流输出电源的通断。

作为优选的，为了使得上述回路的电压稳定以提高回路的稳定性，所述接地检测电路还包括第一稳压二极管d1、第二稳压二极管d2；所述整流桥的直流输出端正极通过所述第一稳压二极管d1连接所述第一光耦oc1中发光二极管的正极，所述第一光耦oc1中发光二极管的负极通过所述第二稳压二极管d2连接所述整流桥的直流输出负极。

在其中一种优选实施方式中，为了提高电路的安全性，所述接地检测电路还包括限流模块，所述限流模块连接在所述整流桥的第二交流输入端与所述地线接口之间的连接线路上。本实施例通过所述限流模块能够有效在地线故障发生接地断开而回路短路时因电流过大而引发放电事件，从而保护操作人员的安全。优选的，如图2所示，所述限流模块包括限流电阻，所述限流电阻的电阻值可以选为1千欧。

本发明第二实施例通过所述第一电源vcc1、所述整流桥、所述第一电阻r1、所述第一光耦oc1、接地等优化所述交流充电桩接地检测与控制装置，通过所述接地检测信号端signal的检测信号和所述主控芯片的迅速识别是否发生接地故障，从而切断交流电源输出，实现保护目的。当将所述交流充电桩接地检测与控制装置应用于交流充电桩后，可有效识别交流充电桩的接地故障，对交流充电桩的接地故障进行切断交流电源输入的响应，提高充电桩的安全性和可靠性，保障用户安全和车辆充电安全。

本发明第三实施例：

请参见图4，本发明第三实施例对第一实施例的交流充电桩接地检测与控制装置进一步优化，所述接地检测电路还包括充电电源、充电电容c5、第二光耦oc2、充电控制模块；其中，所述相线接口用于连接所述充电电源，所述充电电源包括电源ac和四个电容c1、c2、c3、c4；

所述第二光耦oc2中发光二极管的正极连接第二电源vcc2，所述第二光耦oc2中发光二极管的负极通过第二电阻r2连接所述充电控制模块的控制端，所述第二光耦oc2中光敏三极管的集电极连接所述第一光耦oc1中发光二极管的正极，所述第二光耦oc2中光敏三级管的发射极连接所述充电电容c5的第一端；

所述充电电源的输出端分别与所述充电电容c5的第一端、第三稳压二极管d3的负极连接，所述第三稳压二极管d3的正极、所述充电电容c5的第二端、所述第二光耦oc2中发光二极管的负极与所述地线接口连接。其中，所述充电控制模块为mcu。其中，所述第二电源选为3.3v。

请参见图5，在本实施例中，由所述充电控制模块控制所述第二光耦oc2的导通与关闭，能够控制主回路中充电电容c5的充电、放电过程。

在所述充电控制模块控制所述第二光耦oc2导通以进入接地检测模式时，此时所述充电电容c5应处于放电过程中，若接地良好，则所述第一光耦oc1中的发光二极管导通，所述接地检测信号端signal输出低电平；若接地断开，所述第一光耦oc1中的发光二极管不导通，则所述接地检测信号端signal输出高电平，所述主控芯片根据高电平信号判断出现接地故障，在识别到接地故障后，控制断开交流输出继电器的触点k1、k2以切断交流输出电源。

作为优选方地，为了提高回路的稳定性，所述接地检测电路还包括第三电阻r3、第四电阻r4，所述第三稳压二极管d3的负极通过二极管连接所述充电电容c5的第一端；

所述第三电阻r3的一端连接在所述第三稳压二极管d3的负极与所述二极管之间的连接线路上，所述第三电阻r3的另一端连接在所述第三稳压二极管d3的正极与所述充电电容c5的第而端之间的连接线路上；

所述第四电阻r4串联在所述充电电容c5的第一端与所述第二光耦oc2中光敏三极管的发射极之间的连接线路上。

在本实施例中，通过将所述第三电阻r3与所述充电电容c5并联，能够对所述充电电容c5进行滤波，能够使得回路中的输出变得更为平滑，从而有利于增强电路的抗干扰能力，有利于提高回路的稳定性。

为了进一步优化电路结构，所述第二电阻r2与所述充电控制模块的控制端之间的连接线路通过第二电容c6接地；

所述第一电阻r1的一端连接所述第一电源vcc1，所述第一电阻r1的另一端分别连接所述第一光耦oc1中光敏三极管的集电极、所述接地检测信号端signal，并通过第三电容c7接地。

本发明第三实施例通过电源、所述第二光耦oc2、电容、电阻、二极管、所述第三稳压二极管等等进行优化，通过所述第二光耦oc2的导通与关闭，能够有效控制主回路中充电电容c5的充电、放电过程。在c5放电过程中，若接地良好，则所述第一光耦oc1导通，所述接地检测信号端signal输出低电平，否则输出高电平，出现接地故障。本实施例能够在有效检测接地故障的基础上，采用光电耦合作为信号隔离，电路的稳定性和抗干扰能力强，工作安全、满足充电桩绝缘性能要求、安规要求，且元器件选型范围广。

本发明第四实施例：

本发明第四实施例提供一种交流充电桩，应用如上述的交流充电桩接地检测与控制装置，能够实现充电桩的接地故障检测并及时断电，从而完善充电桩的接地故障检测功能，进而提高充电桩的安全性和可靠性，保障用户安全和车辆充电安全。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。