一种充电系统电子锁控制系统的制作方法

本实用新型涉及充电系统锁止设备，具体为一种充电系统电子锁控制系统。

背景技术：

新能源电动汽车的飚速发展，再一次点燃了电力电子行业发展的新潮，一场新能源变革悄然而至。充电桩作为核能发电、光伏发电、风能发电与电动汽车的纽带，贯穿于整个新能源生态圈的生态链之中，引导着新能源行业的蓬勃发展，为新能源行业的发展，奠定了坚实的基础。然而充电安全问题一直是整个充电行业的焦点，因此国标GB/T 20234.1—2015的相关要求对于充电系统其充电电流大于16A的设备，明确规定必须具备锁止功能，即充电系统的功率输出充电枪头必须要有锁止设备，而且锁止设备要具备反馈信号，用于反馈锁止设备的当前状态。

目前，充电枪头锁止设备主要有两种类型，一种是电平式(单相磁保持电子锁)电子锁，一种是脉冲式(双相磁保持电子锁)电子锁，两种类型的电子锁其反馈信号大多采用微动开关实现。电平式电子锁始终在供电运行，其正常充电下发热可达60℃，并且电平式电子锁其反馈信号的锁定状态为一直顶出受力，对于顶微动开关的力度偏小，影响微动开关的信号采集，存在充电安全隐患。脉冲式电子锁的工作是在正负方波脉冲下完成的，只在动作瞬间(常规300ms)有电流流过，即只有在锁定或解锁的动作过程中产生功率，其它状态电子锁无损耗，不存在发热与微动开关长期顶出受力的问题，具有低功耗、易控制、高可靠性与安全性的特点。

根据新国标以及相关充电枪厂家的反馈，单相电磁式(电平式)暴露出比较多的问题，现在各充电枪厂家配置均以双向电磁锁(脉冲式)为主。然而初期市场上较多使用电平式(单相磁保持电子锁)电子锁，后期由于新国标的切入，脉冲式(双相磁保持电子锁磁保持)电子锁在充电枪市场上占领主导地位。目前存在旧站改造或者新国标切入的情况，导致充电系统无法兼容电平式与脉冲式电子锁，造成充电过程中电子锁无法锁定或者充电结束后电子锁不能及时解锁的现象。若不明确电子锁类型，长时间对脉冲式电子锁施加电平式信号会出现磁饱和现象，导致PCB灼烧甚至起火，存在相当大的安全隐患。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种充电系统电子锁控制系统，能够实现对两种电子锁的兼容控制，充电系统掉电时能够自动解锁，并且自动识别电子锁类型，实现对两种电子锁的正常锁止。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种充电系统电子锁控制系统，包括电子锁锁止电路；

所述的电子锁锁止电路包括储能电容C0，第一锁止继电器Ka，第二锁止继电器Kb，电子锁Ta，防堵二极管D0，以及作为供电电源的辅源；

辅源输入正端BMS_Vin与至少一个防堵二极管D0串联后，连接第一锁止继电器Ka的常开端，构成一个正向供电网络；

由至少一个防堵二极管D0构成的二极管组的阴极与辅源地BMS_GND之间串联至少一个储能电容C0构成一个储能网络；

由至少一个防堵二极管D0构成的二极管组的阴极与第二锁止继电器Kb的常开端连接在一起构成一个负向供电网络；

第一锁止继电器Ka和第二锁止继电器Kb的常闭端与辅源地BMS_GND接在一起构成一个接地网络；

第一锁止继电器Ka的触点输出端连接电子锁Ta的正端E-LOCK+构成解锁正向输入网络；

第二锁止继电器Kb的触点输出端连接电子锁Ta的负端E-LOCK-构成解锁负向输入网络。

优选的，还包括电子锁反馈信号检测电路，其连接在电子锁两端；用于通过MCU检测电子锁反馈信号状态，识别电子锁类型。

进一步，所述电子锁反馈信号检测电路包括第一光耦U0，反向并联在第一光耦U0原边的第一二极管D1；

所述第一光耦U0的原边一端接地且经电子锁反馈信号供电电源V0连接电子锁反馈信号线的正端E+，另一端经限流电阻R4连接电子锁反馈信号线的负端E-；

所述第一光耦U0的副边经限流电阻R6输出电子锁反馈信号状态BMS_DI，且BMS_DI与MCU的IO端口连接；

所述第一二极管D1用于反向保护所述第一光耦U0的原边不被击穿。

再进一步，第一光耦U0的副边还分别设置有MCU的IO端口上拉电阻R5，以及MCU的IO端口滤波电容C1。

优选的，还包括辅源掉电检测电路，其包括第二光耦U1，反向并联在第二光耦U1原边的第二二极管D2；

所述第二光耦U1的原边一端接辅源地BMS_GND，另一端经限流电阻R7连接辅源输入正端BMS_Vin；

所述第二光耦U1的副边经限流电阻R8输出辅源信号状态BMS_DO，且BMS_DO与MCU的IO端口连接；

所述第二二极管D2用于反向保护所述第二光耦U1的原边不被击穿。

进一步，第二光耦U1的副边还分别设置有MCU的IO端口上拉电阻R9，以及MCU的IO端口滤波电容C2。

优选的，第一锁止继电器Ka和第二锁止继电器Kb均为单刀双掷继电器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型所述的控制系统，通过电子锁锁止电路能够兼容电平式和脉冲式两种电子锁，电子锁通过正向与负向输入网络之间电平信号的正负电压实现电子锁的锁止功能。且能够自动识别出电子锁类型，此外，既能够实现正常情况下的电子锁的锁止，也能够实现在出现辅源故障的情况下，对电子锁的正常解锁。通过该方案，解决了现有方案无法兼容两类电子锁，且在无法识别出电子锁类型情况下存在安全隐患的问题，提高了电子锁的可靠性和安全性，为用户带来了更好的体验。

进一步的，通过电子锁反馈信号检测电路，能够识别出电子锁解锁和锁定的工作状态，并基于电子锁的工作状态，能够识别出电子锁的类型。解决了现有方案中在无法识别出电子锁类型情况下存在安全隐患的问题，提高了电子锁的安全性。

进一步的，通过辅源掉电检测电路，能够及时反馈辅源的工作情况，从而可以在出现辅源故障的情况下，通过电子锁锁止电路及时对电子锁进行正常解决，提高电子锁的使用体验。

进一步的，通过MCU对电子锁反馈信号状态BMS_DI来自动识别电子锁的工作状态，从而识别出电子锁的类型；通过辅源信号状态BMS_DO对辅源状态进行判断，从而当充电系统掉电时能够自动解锁。

附图说明

图1为本实用新型实例中所述的电子锁锁止电路的电路图。

图2为本实用新型实例中所述的电子锁反馈信号检测电路的电路图。

图3为本实用新型实例中所述的电子锁类型自动识别流程图。

图4为本实用新型实例中所述的电子锁BMS辅源掉电检测电路示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

本实用新型提出了一种自动识别枪头电子锁类型及锁止检测方案，实现电子锁类型的自动识别与电子锁锁止检测功能。通过电子锁反馈信号自动检测电子锁类型，并且给出了电子锁锁止实现方案以及其它故障工况下实现正常解锁的功能。本实用新型一种充电系统电子锁控制系统包括一个兼容电平式与脉冲式电子锁锁止电路，一个电子锁反馈信号检测电路，一个故障信号检测电路；能够实现兼容电平式与脉冲式电子锁正常锁止的检测，以及自动识别电子锁类型的检测。

本实用新型一种充电系统电子锁控制系统，如图1所示，电子锁锁止电路包括储能电容C0，第一锁止继电器Ka，第二锁止继电器Kb，电子锁Ta，防堵二极管D0，以及作为供电电源的辅源。其中，辅源输入正端BMS_Vin与至少一个防堵二极管D0串联后，连接单刀双掷的第一锁止继电器Ka的常开端，构成一个正向供电网络；二极管组中的多个防堵二极管D0可以是串联，前一个防堵二极管D0阴极连接后一个防堵二极管D0的阳极，也可以是并联，阳极连接至同一节点，阴极连接至同一节点；由至少一个防堵二极管D0构成的二极管组的阴极与辅源地BMS_GND之间串联至少一个储能电容C0构成一个储能网络；同时至少一个防堵二极管D0构成的二极管组的阴极与单刀双掷的第二锁止继电器Kb的常开端连接在一起构成一个负向供电网络；第一锁止继电器Ka和第二锁止继电器Kb的常闭端与辅源地BMS_GND接在一起构成一个接地网络；第一锁止继电器Ka的触点输出端连接电子锁Ta的正端E-LOCK+构成解锁正向输入网络；第二锁止继电器Kb的触点输出端连接电子锁Ta的负端E-LOCK-构成解锁负向输入网络，电子锁通过正向与负向输入网络之间电平信号的正负电压实现电子锁的锁止功能。其中，辅源为电子锁的供电电源，可以为BMS辅源，优选的为12V，也可以为其他，以下采用12V为例进行说明。本优选实例中，如图1所示，示意性的以一个防堵二极管D0组成二极管组。

如图1所示，Ka与Kb均为单刀双掷继电器，其常闭触点连接电子锁的辅源地BMS_GND，常开触点连接电子锁的辅源输入正端BMS_Vin。若电子锁为电平式则吸合第一锁止继电器Ka，此时电子锁两端输出+12V的辅源的高电平(E-LOCK+→E-LOCK-)，电平式电子锁锁定，断开第一锁止继电器Ka，电平式电子锁解锁。若电子锁为脉冲式，则先吸合第一锁止继电器Ka，并在吸合时间段后断开，吸合时间段不小于电子锁可靠锁止时间段，本优选实例中吸合时间段为300ms，电子锁两端输出+12V(E-LOCK+→E-LOCK-)的300ms辅源的正向方波脉冲，锁定脉冲式电子锁。再吸合第二锁止继电器Kb 300ms后断开，电子锁两端输出-12V(E-LOCK+→E-LOCK-)的300ms辅源的负向方波脉冲，解开脉冲式电子锁。本优选实例中的300ms是电子锁厂家提供的可靠锁止时间段，来源于电子锁规格书再加一定的裕量。

通过上述的控制系统能够针对充电枪厂家的差异性以及国标对充电枪的要求，满足目前电子锁存在的电平式与脉冲式两种类型，实现电子锁正常的锁定与解锁的功能。本实用新型所述的充电系统电子锁控制系统，实现自动识别电子锁类型时需要启用电子锁反馈信号，其中，电子锁反馈信号的检测电路如图2所示。

图2为本实用新型实例中所述的电子锁反馈信号检测电路的电路图，其中U0为第一光耦，用于反馈电子锁是否锁止，第一二极管D1为反并二极管，用于反向保护光耦的原边不被击穿，若存在反压时，将被钳位在二极管的开通压降0.7V，以此保护光耦原边的发射管，R4为光耦原边的限流电阻，R6为光耦副边的限流电阻，R5为MCU的IO端口上拉电阻，C1为MCU的IO端口滤波电容。K1为电子锁微动开关，Vo是电子锁反馈信号供电电源。

由电子锁微动开关K1、电子锁反馈信号线的正端E+和电子锁反馈信号线的负端E-组成的电路为电子锁Ta内部的微动开关电路，具体原理如下，若电子锁锁定，即K1闭合，则BMS_DI输出低电平信号，即MCU检测到BMS_DI＝0视为电子锁处于锁定状态；若电子锁解锁，即K1断开，则BMS_DI输出高电平信号，即MCU检测到BMS_DI＝1视为电子锁处于解锁状态。

基于图2的检测电路，通过MCU检测到的BMS_DI，来自动识别电子锁的状态，并基于下述步骤，来自动识别电子锁类型。

其具体自动识别实现过程，如图3所示。

1)先默认为脉冲式电子锁，吸合第一锁止继电器Ka 300ms后断开，从而发送幅值为+12V的300ms的正向方波脉冲。

2)基于MCU检测的电子锁反馈信号状态判断电子锁反馈信号的状态是处于锁定状态还是解锁状态。

具体地，若MCU检测的电子锁反馈信号状态BMS_DI＝0，则判断出电子锁处于锁定状态；

若MCU检测的电子锁反馈信号状态BMS_DI＝1，则判断出电子锁处于解锁状态。

3)若电子锁处于解锁状态，则电子锁为电平式电子锁。然后再次吸合第一锁止继电器Ka保持吸合状态，持续发送+12V的辅源高电平，电子锁锁定，直到接收到充电结束命令，断开第一锁止继电器Ka执行解锁动作，再解开电子锁。

4)若电子锁处于锁定状态，则电子锁为脉冲式电子锁。然后等待接收到充电结束命令，再吸合第二锁止继电器Kb 300ms后断开，从而发送幅值为-12V的300ms的负向方波脉冲解开电子锁。

本实用新型能够实现辅源掉电后解锁功能，使得辅源掉电等故障工况下确保电子锁处于解锁状态，使得充电枪在故障工况下可以正常插拔，实现了故障工况下电子锁的正常工作，辅源可以为BMS辅源。微处理器MCU用于检测BMS_DO信号，并根据BMS_DO信号下发控制继电器动作的控制信号；其中，MCU可以为ARM，DSP，FPGA等。如图4所示，以BMS辅源为例，实现掉电后解锁时具体包括如下步骤，

a.若检测到BMS辅源正常工作，MCU会检测到BMS_DO＝0，此时MCU下发E_LOCK+＝1且E_LOCK-＝0，即控制第一锁止继电器Ka吸合300ms后断开，使电子锁两端E-LOCK+对E-LOCK-为+12V的辅源正向方波脉冲，锁定电子锁。

b.若检测到BMS辅源掉电后，MCU会检测到BMS_DO＝1，但储能电容C0两端电压为+12V，此时MCU下发E_LOCK+＝0且E_LOCK-＝1，即控制第二锁止继电器Kb吸合300ms后断开，使电子锁两端E-LOCK+对E-LOCK-为-12V的辅源负向方波脉冲，电子锁解锁。

图4为本实用新型实例中所述的电子锁BMS辅源掉电检测电路示意图，其中U1为第二光耦，用于反馈BMS辅源是否掉电，第二二极管D2为反并二极管，用于反向保护光耦的原边不被击穿，若存在反压时，将被钳位在二极管的开通压降0.7V，以此保护光耦原边的发射管，R7为光耦原边的限流电阻，R8为光耦副边的限流电阻，R9为MCU的IO端口上拉电阻，C2为MCU的IO端口滤波电容。

在上述实施例中，通过电子锁锁止电路能够兼容电平式和脉冲式两种电子锁，电子锁通过正向与负向输入网络之间电平信号的正负电压实现电子锁的锁止功能。且能够自动识别出电子锁类型，此外，既能够实现正常情况下的电子锁的锁止，也能够实现在出现辅源故障的情况下，对电子锁的正常解锁。通过该方案，解决了现有方案无法兼容两类电子锁，且在无法识别出电子锁类型情况下存在安全隐患的问题，提高了电子锁的可靠性和安全性，为用户带来了更好的体验。

具体的，通过如下步骤识别电子锁类型。

步骤1)先默认电子锁为脉冲式电子锁，吸合第一锁止继电器Ka，并在吸合时间段后断开，吸合时间段不小于电子锁可靠锁止时间段，从而发送辅源的正向方波脉冲；

步骤2)基于MCU检测的电子锁反馈信号状态判断电子锁是处于锁定状态还是解锁状态；若MCU检测的电子锁反馈信号状态BMS_DI＝0，则判断出电子锁处于锁定状态；若MCU检测的电子锁反馈信号状态BMS_DI＝1，则判断出电子锁处于解锁状态。

步骤3)若电子锁处于解锁状态，则电子锁为电平式电子锁；然后再次吸合第一锁止继电器Ka保持吸合状态，持续发送辅源的高电平，电子锁锁定，直到接收到充电结束命令，断开第一锁止继电器Ka执行解锁动作，再解开电子锁；其中，再次吸合第一锁止继电器Ka保持吸合状态后，检测充电是否结束，如果结束则断开第一锁止继电器Ka执行解锁动作，再解开电子锁；如果没有结束则保持第一锁止继电器Ka处于吸合状态，持续发送辅源的高电平，直到接收到充电结束命令，充电结束。

步骤4)若电子锁处于锁定状态，则电子锁为脉冲式电子锁；然后等待接收到充电结束命令，再吸合第二锁止继电器Kb，并在吸合时间段后断开，吸合时间段不小于电子锁可靠锁止时间段，从而发送辅源的负向方波脉冲解开电子锁；完成对电子锁的控制。其中，判断出电子锁为脉冲式电子锁后，检测充电是否结束，如果结束则吸合第二锁止继电器Kb，并在吸合时间段后断开，吸合时间段不小于电子锁可靠锁止时间段；如果没有结束则返回执行步骤2)。

同时，电子锁在辅源掉电后的进行如下的解锁控制操作，

a.若MCU检测到辅源信号状态BMS_DO＝0，则辅源正常工作，此时MCU下发E_LOCK+＝1且E_LOCK-＝0，即控制第一锁止继电器Ka吸合，并在吸合时间段后断开，吸合时间段不小于电子锁可靠锁止时间段，使电子锁两端E-LOCK+对E-LOCK-为辅源的正向方波脉冲，电子锁锁定；

b.若MCU检测到辅源信号状态BMS_DO＝1，则辅源发生掉电故障，但储能电容C0两端电压等于辅源电压，此时MCU下发E_LOCK+＝0且E_LOCK-＝1，即控制第二锁止继电器Kb吸合，并在吸合时间段后断开，吸合时间段不小于电子锁可靠锁止时间段，使电子锁两端E-LOCK+对E-LOCK-为辅源的负向方波脉冲，电子锁解锁。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。