断路器控制电路、电动汽车充电机运行控制电路及方法
【专利摘要】本发明公开了断路器控制电路、电动汽车充电机运行控制电路及方法，断路器控制电路包括逻辑与非器件，其输入端与充电电流判断模块和充电机投入时刻判断模块分别相连；充电电流判断模块包括第一比较器，其第一输入端和第二输入端分别与充电电流信号采集电路和电流阈值输入电路相连，第一比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件；充电机投入时刻判断模块包括第二比较器，其第一输入端和第二输入端分别与充电机投入时刻脉冲信号输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路相连，第二比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件；逻辑与非器件输出触发信号来控制断路器的开闭。
【专利说明】
断路器控制电路、电动汽车充电机运行控制电路及方法
技术领域
[0001] 本发明属于电动汽车领域，尤其涉及一种断路器控制电路、电动汽车充电机运行 控制电路及方法。
【背景技术】
[0002] 为了减少温室气体排放和降低对石油进口的依赖，大力推动清洁能源发展，国家 电网公司在全国累计建成智能变电站2300座、充换电站1537座、充电粧2.96万个。随着电动 汽车大规模接入电网，需要对充电站内的充电粧实现有效管控。
[0003] 电动汽车充电机是一种专为电动汽车的车用电池充电的设备，是对电池充电时用 到的有特定功能的电力转换装置。电动汽车充电机作为电池充电的必要手段，其性能的好 坏和工艺复杂度直接影响电池的使用寿命和电动汽车的推广。现有的电动汽车充电机运行 控制电路较复杂，硬件配置固定，可拓展性差，而且现有的电动汽车充电机运行控制电路均 没有考虑充电站实际需求，没有设置控制充电机投运时间，进而不能实现充电站峰谷智能 充电来对整个充电站进行有效管控，最终造成资源浪费而且增加了充电成本。
【发明内容】
[0004] 为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种断路器控制电路、电动汽车充电机运 行控制电路及方法。该电动汽车充电机运行控制电路简单可靠，经济性高，且硬件配置灵 活，可实现多参量输入控制，考虑充电站实际需求，增加了智能预设充电时间的功能，通过 控制充电机投运时间，可实现充电站峰谷智能充电，进而对整个充电站进行有效管控，极大 节约充电成本。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] -种断路器控制电路，包括逻辑与非器件，所述逻辑与非器件的输入端与充电电 流判断模块和充电机投入时刻判断模块分别相连；
[0007] 所述充电电流判断模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端和第二输 入端分别与充电电流信号采集电路和电流阈值输入电路相连，第一比较电路将接收到信号 进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件；
[0008] 所述充电机投入时刻判断模块包括第二比较器，所述第二比较器的第一输入端和 第二输入端分别与充电机投入时刻脉冲信号输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路 相连，第二比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器 件;所述逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，输出触发信号来控制断路器的开闭。
[0009] 所述断路器控制电路还包括充电机运行允许信号输入电路;所述充电机运行允许 信号输入电路输出充电机运行允许信号，传送至逻辑与非器件;所述充电机运行允许信号 为高电平信号或低电平信号。
[0010] 所述充电电流信号采集电路包括电流互感器，所述电流互感器的一端连接充电 机，另一端连接第一比较器的第一输入端。
[0011] 所述充电机运行允许信号输入电路为脉冲产生电路。
[0012] -种断路器控制电路的工作方法，包括：
[0013] 步骤(1):充电电流信号采集电路将采集到的充电电流信号传送至第一比较器中， 第一比较器将接收的充电电流信号与电流阈值输入电路输出的电流阈值比较，若前者大于 或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件;否则，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0014] 步骤(2):充电机投入时刻脉冲信号输入电路将充电机投入时刻信号传送至第二 比较器中，第二比较器将接收的充电机投入时刻信号与投入时刻阈值脉冲信号输入电路输 出的投入时刻阈值比较，若前者大于或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件；否 贝1J，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0015] 步骤(3):充电机运行允许信号输入电路将充电机运行允许信号传送至逻辑与非 器件；
[0016] 步骤(4):逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，当逻辑与非器件接收的信号 均是高电平信号，则输出触发信号来控制断路器的闭合;否则，输出触发信号来控制断路器 的打开;其中，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的顺序可任意置换。
[0017] -种电动汽车充电机运行控制电路，包括断路器，其输出端连接充电机，输入端连 接断路器控制电路；
[0018] 所述断路器控制电路包括逻辑与非器件，所述逻辑与非器件的输入端与充电电流 判断模块和充电机投入时刻判断模块分别相连；
[0019] 所述充电电流判断模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端和第二输 入端分别与充电电流信号采集电路和电流阈值输入电路相连，第一比较电路将接收到信号 进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件；
[0020] 所述充电机投入时刻判断模块包括第二比较器，所述第二比较器的第一输入端和 第二输入端分别与充电机投入时刻脉冲信号输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路 相连，第二比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器 件;所述逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，输出触发信号来控制断路器的开闭。
[0021] 所述断路器控制电路还包括充电机运行允许信号输入电路;所述充电机运行允许 信号输入电路输出充电机运行允许信号，传送至逻辑与非器件;所述充电机运行允许信号 为高电平信号或低电平信号。
[0022] 所述充电电流信号采集电路包括电流互感器，所述电流互感器的一端连接充电 机，另一端连接第一比较器的第一输入端。
[0023] 所述充电机运行允许信号输入电路为脉冲产生电路。
[0024] -种电动汽车充电机运行控制电路的工作方法，包括：
[0025] 步骤(1):充电电流信号采集电路将采集到的充电电流信号传送至第一比较器中， 第一比较器将接收的充电电流信号与电流阈值输入电路输出的电流阈值比较，若前者大于 或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件;否则，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0026] 步骤(2):充电机投入时刻脉冲信号输入电路将充电机投入时刻信号传送至第二 比较器中，第二比较器将接收的充电机投入时刻信号与投入时刻阈值脉冲信号输入电路输 出的投入时刻阈值比较，若前者大于或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件；否 贝1J，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0027] 步骤(3):充电机运行允许信号输入电路将充电机运行允许信号传送至逻辑与非 器件；
[0028] 步骤(4):逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，当逻辑与非器件接收的信号 均是高电平信号，则输出触发信号来控制断路器的闭合，充电机工作；否则，输出触发信号 来控制断路器的打开，充电机不工作；
[0029] 其中，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的顺序可任意置换。
[0030] 本发明的有益效果为：
[0031] (1)本发明采用逻辑控制电路结构简单可靠且硬件配置灵活，硬件结构可扩展性 强，可有效实现对充电机主要参数的采集和控制，并通过断路器的通断控制充电机投运。 [0032 ] (2)本发明通过检测充电电流判断充电电池充电状态，及时控制充电机的接通、断 开，避免电池过充，造成永久性损害，同时考虑充电站实际需求，增加了智能预设充电时间 的功能，通过控制充电机投运时间，可实现充电站峰谷智能充电，进而对整个充电站进行有 效管控，极大节约充电成本。
【附图说明】
[0033] 图1是本发明的断路器控制电路结构示意图；
[0034] 图2是本发明的充电电流判断模块结构示意图；
[0035] 图3是本发明的充电机投入时刻判断模块结构示意图；
[0036] 图4是本发明的电动汽车充电机运行控制电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0038] 如图1所示，本发明的一种断路器控制电路实施例如下：
[0039] 断路器控制电路包括逻辑与非器件，所述逻辑与非器件的输入端与充电电流判断 模块和充电机投入时刻判断模块分别相连。
[0040] 如图2所示，充电电流判断模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端和 第二输入端分别与充电电流信号采集电路和电流阈值输入电路相连，第一比较电路将接收 到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件。
[0041] 如图3所示，充电机投入时刻判断模块包括第二比较器，所述第二比较器的第一输 入端和第二输入端分别与充电机投入时刻脉冲信号输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输 入电路相连，第二比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑 与非器件;所述逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，输出触发信号来控制断路器的 开闭。
[0042] 本发明的另一种断路器控制电路实施例为：
[0043] 该实施例中的断路器控制电路还包括充电机运行允许信号输入电路;所述充电机 运行允许信号输入电路输出充电机运行允许信号，传送至逻辑与非器件;所述充电机运行 允许信号为高电平信号或低电平信号。
[0044] 充电电流信号采集电路包括电流互感器，所述电流互感器的一端连接充电机，另 一端连接第一比较器的第一输入端。
[0045] 充电电流信号采集电路还包括滤波电路，用于滤除采集到的充电电流信号中的干 扰信号。
[0046] 其中，充电机运行允许信号输入电路为脉冲产生电路。该脉冲产生电路可采用DSP 芯片或现有的电路结构予以实现，此处将不再累述。
[0047] 电流阈值输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路也可以采用脉冲产生电路 予以实现或是现有的信号产生电路来产生。
[0048]本发明采用逻辑控制电路结构简单可靠且硬件配置灵活，硬件结构可扩展性强， 可有效实现对充电机主要参数的采集和控制，并通过断路器的通断控制充电机投运;本发 明还通过充电电流大小监测充电电池状态，可较为准确地实现对充电电池的监控。另外，在 此仅选取充电电流、充电时间和充电机运行允许信号，这三个关键参量来控制充电机的充 电电流大小、充电时间以及充电机运行台数，极大简化电路，同时也确保了对充电机的有效 管控，例如实现峰谷电价充电策略和降低充电机谐波电流。
[0049] 本发明的断路器控制电路的工作方法，包括：
[0050] 步骤(1):充电电流信号采集电路将采集到的充电电流信号传送至第一比较器中， 第一比较器将接收的充电电流信号与电流阈值输入电路输出的电流阈值比较，若前者大于 或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件;否则，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0051] 步骤(2):充电机投入时刻脉冲信号输入电路将充电机投入时刻信号传送至第二 比较器中，第二比较器将接收的充电机投入时刻信号与投入时刻阈值脉冲信号输入电路输 出的投入时刻阈值比较，若前者大于或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件；否 贝1J，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0052] 步骤(3):充电机运行允许信号输入电路将充电机运行允许信号传送至逻辑与非 器件；
[0053] 步骤(4):逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，当逻辑与非器件接收的信号 均是高电平信号，则输出触发信号来控制断路器的闭合;否则，输出触发信号来控制断路器 的打开;其中，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的顺序可任意置换。
[0054] 如图4所示，本发明的电动汽车充电机运行控制电路的一种实施例为：
[0055] 该实施例中的电动汽车充电机运行控制电路，包括断路器，其输出端连接充电机， 输入端连接断路器控制电路；
[0056] 所述断路器控制电路包括逻辑与非器件，所述逻辑与非器件的输入端与充电电流 判断模块和充电机投入时刻判断模块分别相连；
[0057]所述充电电流判断模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端和第二输 入端分别与充电电流信号采集电路和电流阈值输入电路相连，第一比较电路将接收到信号 进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件；
[0058]所述充电机投入时刻判断模块包括第二比较器，所述第二比较器的第一输入端和 第二输入端分别与充电机投入时刻脉冲信号输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路 相连，第二比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器 件;所述逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，输出触发信号来控制断路器的开闭。 [0059 ]本发明的另一种电动汽车充电机运行控制电路的实施例为：
[0060]该电动汽车充电机运行控制电路中的断路器控制电路，还包括充电机运行允许信 号输入电路;所述充电机运行允许信号输入电路输出充电机运行允许信号，传送至逻辑与 非器件;所述充电机运行允许信号为高电平信号或低电平信号。
[0061 ]其中，充电电流信号采集电路包括电流互感器，所述电流互感器的一端连接充电 机，另一端连接第一比较器的第一输入端。
[0062]充电电流信号采集电路还包括滤波电路，用于滤除采集到的充电电流信号中的干 扰信号。
[0063]其中，充电机运行允许信号输入电路为脉冲产生电路。该脉冲产生电路可采用DSP 芯片或现有的电路结构予以实现，此处将不再累述。
[0064] 电流阈值输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路也可以采用脉冲产生电路 予以实现或是现有的信号产生电路来产生。
[0065] 本发明采用逻辑控制电路结构简单可靠且硬件配置灵活，硬件结构可扩展性强， 可有效实现对充电机主要参数的采集和控制，并通过断路器的通断控制充电机投运;本发 明还通过充电电流大小监测充电电池状态，可较为准确地实现对充电电池的监控。另外，在 此仅选取充电电流、充电时间和充电机运行允许信号，这三个关键参量来控制充电机的充 电电流大小、充电时间以及充电机运行台数，极大简化电路，同时也确保了对充电机的有效 管控，例如实现峰谷电价充电策略和降低充电机谐波电流。
[0066] 本发明的电动汽车充电机运行控制电路的工作方法，包括：
[0067]步骤(1):充电电流信号采集电路将采集到的充电电流信号传送至第一比较器中， 第一比较器将接收的充电电流信号与电流阈值输入电路输出的电流阈值比较，若前者大于 或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件;否则，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0068] 步骤(2):充电机投入时刻脉冲信号输入电路将充电机投入时刻信号传送至第二 比较器中，第二比较器将接收的充电机投入时刻信号与投入时刻阈值脉冲信号输入电路输 出的投入时刻阈值比较，若前者大于或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件；否 贝1J，输出低电平信号至逻辑与非器件；
[0069] 步骤(3):充电机运行允许信号输入电路将充电机运行允许信号传送至逻辑与非 器件；
[0070] 步骤(4):逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，当逻辑与非器件接收的信号 均是高电平信号，则输出触发信号来控制断路器的闭合，充电机工作；否则，输出触发信号 来控制断路器的打开，充电机不工作；
[0071] 其中，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的顺序可任意置换。
[0072]本发明依靠断路器的投切，实现充电机的投入和切出。设定有三路控制输入数据， 作为源或特定数据信号;第一路输入数据为充电电流同0.015C相比结果，其中C表示电池总 容量;第二路输入数据为充电机投入时刻;第三路输入数据表示投入充电机的台数。
[0073] 下面采用仿真来验证本发明的该技术方案：
[0074] 在PSCAD环境中，通过控制电路图各种逻辑门反映控制关系，第一路输入参量充电 机停止运行信号用A表示，实际充电电流 72与0.015(：相比，当y2<0.015C时，A为0,当y2彡 0.015(：时4为1。
[0075] 第二路输入参量用B表示，Ti表示充电站参数设定的投入时刻，该时刻根据峰谷电 价和充电站内用车高峰时间来确定，充电站内通常B为充电机投入信号，当程序运行到充电 站参数设置元件中设置的T1时，信号B为1，由此控制充电机的投入时刻。
[0076]第三路输入参量用控制矩阵C表示，充电站中接入的各充电机，若投入运行则该项 C为1，若停止运行则该充电机对应C为0，综上，可通过充电站参数矩阵C，设置元件，控制各 充电机投运。
[0077]最后通过与否逻辑门控制断路器，只有当三路输入信号A、B、C均为1时，用于控制 断路器的信号BRK，此时为0,断路器闭合;否则，三个条件只要有一个不满足，断路器将成为 断开状态。
[0078] 在Simulation仿真环境中，假设一运行的充电站，站内有64台充电机。可对充电机 各类参数设置，包括投入时刻、初始容量、电池基本参数、投入台数等。实际公交车充电站充 电时间具有一定规律，青岛薛家岛充换储放一体化示范电站充电数据统计如下。
[0079]表1电动公交车10天充电负荷实测数据单位:MW
[0080]
[0081] 在对已建成并投入运营的实际数据分析基础上，采用最小二乘法，进行曲线拟合 得到充电站的负荷曲线。公交车充电站高峰期有两次，其一为晚上(20:00~05:00)，既是非 运营时间又可利用峰谷电价;另一高峰期为中午(10:00~14:00)。
[0082] 根据以上充电站数据，可应用本发明对以上公交充电站进行控制。
[0083] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种断路器控制电路，其特征在于，包括逻辑与非器件，所述逻辑与非器件的输入端 与充电电流判断模块和充电机投入时刻判断模块分别相连； 所述充电电流判断模块包括第一比较器，所述第一比较器的第一输入端和第二输入端 分别与充电电流信号采集电路和电流阈值输入电路相连，第一比较电路将接收到信号进行 比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件； 所述充电机投入时刻判断模块包括第二比较器，所述第二比较器的第一输入端和第二 输入端分别与充电机投入时刻脉冲信号输入电路和投入时刻阈值脉冲信号输入电路相连， 第二比较电路将接收到信号进行比较并输出高电平信号或低电平信号至逻辑与非器件;所 述逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，输出触发信号来控制断路器的开闭。2. 如权利要求1所述的一种断路器控制电路，其特征在于，所述断路器控制电路还包括 充电机运行允许信号输入电路;所述充电机运行允许信号输入电路输出充电机运行允许信 号，传送至逻辑与非器件;所述充电机运行允许信号为高电平信号或低电平信号。3. 如权利要求1所述的一种断路器控制电路，其特征在于，所述充电电流信号采集电路 包括电流互感器，所述电流互感器的一端连接充电机，另一端连接第一比较器的第一输入 端。4. 如权利要求2所述的一种断路器控制电路，其特征在于，所述充电机运行允许信号输 入电路为脉冲产生电路。5. -种如权利要求1-4任一所述的断路器控制电路的工作方法，其特征在于，包括： 步骤（1):充电电流信号采集电路将采集到的充电电流信号传送至第一比较器中，第一 比较器将接收的充电电流信号与电流阈值输入电路输出的电流阈值比较，若前者大于或等 于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件;否则，输出低电平信号至逻辑与非器件； 步骤(2):充电机投入时刻脉冲信号输入电路将充电机投入时刻信号传送至第二比较 器中，第二比较器将接收的充电机投入时刻信号与投入时刻阈值脉冲信号输入电路输出的 投入时刻阈值比较，若前者大于或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件；否则，输 出低电平信号至逻辑与非器件； 步骤(3):充电机运行允许信号输入电路将充电机运行允许信号传送至逻辑与非器件； 步骤(4):逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，当逻辑与非器件接收的信号均是 高电平信号，则输出触发信号来控制断路器的闭合;否则，输出触发信号来控制断路器的打 开;其中，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的顺序可任意置换。6. -种电动汽车充电机运行控制电路，其特征在于，所述电动汽车充电机运行控制电 路包括如权利要求1-5任一所述的断路器控制电路。7. 如权利要求6所述的一种电动汽车充电机运行控制电路，其特征在于，所述电动汽车 充电机运行控制电路还包括断路器，其输出端连接充电机，输入端连接断路器控制电路。8. -种如权利要求7所述的电动汽车充电机运行控制电路的工作方法，其特征在于，包 括： 步骤（1):充电电流信号采集电路将采集到的充电电流信号传送至第一比较器中，第一 比较器将接收的充电电流信号与电流阈值输入电路输出的电流阈值比较，若前者大于或等 于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件;否则，输出低电平信号至逻辑与非器件； 步骤(2):充电机投入时刻脉冲信号输入电路将充电机投入时刻信号传送至第二比较 器中，第二比较器将接收的充电机投入时刻信号与投入时刻阈值脉冲信号输入电路输出的 投入时刻阈值比较，若前者大于或等于后者，则输出高电平信号至逻辑与非器件；否则，输 出低电平信号至逻辑与非器件； 步骤(3):充电机运行允许信号输入电路将充电机运行允许信号传送至逻辑与非器件； 步骤(4):逻辑与非器件对接收的信号进行逻辑处理，当逻辑与非器件接收的信号均是 高电平信号，则输出触发信号来控制断路器的闭合，充电机工作；否则，输出触发信号来控 制断路器的打开，充电机不工作； 其中，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)的顺序可任意置换。
【文档编号】H02J7/00GK105932732SQ201610318756
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】王建, 陈玉峰, 朱文兵, 姚金霞, 辜超, 朱孟兆, 彭飞, 李 杰, 朱庆东, 白德盟, 马艳, 杜修明, 周加斌, 任敬国, 朱振华, 袁海燕, 张振军
【申请人】国网山东省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司