一种具有智能加热电缆功能的充电桩的制作方法

本实用新型涉及充电桩技术，特别涉及一种具有智能加热电缆功能的充电桩。

背景技术：

随着电动汽车的推广和应用，充电桩也获得了迅速发展。为便于电动汽车充电，目前的充电桩通常建设在小区、停车场、马路边等户外场合。在冬季，户外温度低，特别是北方城市，冬季户外温度通常在零度以下，此时，充电桩与充电枪之间的连接电缆会变得非常僵硬，在充电时僵硬的电缆不便于充电插拔操作，使用起来非常不便。为方便使用，在气温低时如果能将电缆加热到设定值，将便于充电操作，而目前市场上销售的充电桩并不具有气温低时加热电缆的功能。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种具有智能加热电缆功能的充电桩，能在充电电缆温度低于预设值时，并且充电桩处于需要充电的状态时，使充电电缆加热至预设温度，避免气温低使用充电桩时充电电缆僵硬。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种具有智能加热电缆功能的充电桩，包括充电枪、若干充电电缆和充电桩设备，所述充电枪通过充电电缆连接充电桩设备，所述充电桩设备包括：辅助电源、温度检测模块、加热模块和控制模块；所述温度检测模块设置于充电电缆上，由温度检测模块检测充电电缆的温度，并将所检测的温度反馈给控制模块；所述控制模块判断所述温度低于预设温度、且充电桩设备处于待充电状态时，控制加热模块开启给充电电缆加热；当温度在预设温度以上、充电桩设备处于非充电状态或充电桩处于充电状态时控制加热模块关闭，不对充电电缆加热。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，在所述充电枪的辅助电源正端口和辅助电源负端口之间设置有第一电容。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，所述加热模块包括单刀双掷继电器、开关单元和加热单元，所述单刀双掷继电器包括继电器线圈、第一单刀双掷继电器开关和第二单刀双掷继电器开关；所述第一单刀双掷继电器开关的活动触点通过一充电电缆连接充电枪的辅助电源正端口，第二单刀双掷继电器开关的活动触点通过一充电电缆连接充电枪的辅助电源负端口，第一单刀双掷继电器开关的第一固定触点和第二单刀双掷继电器开关的第一固定触点连接加热单元，第一单刀双掷继电器开关的第二固定触点和第二单刀双掷继电器开关的第二固定触点连接辅助电源，所述继电器线圈的一端连接Vcc供电端，继电器线圈的另一端连接开关单元，所述开关单元连接控制模块的IO口和加热单元连接控制模块的第一PWM口和第二PWM口。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，所述开关模块包括：电阻和三极管，所述电阻的一端连接控制模块的IO口，电阻的另一端连接三极管的基极，所述三极管的集电极连接继电器线圈的另一端，三极管的发射极接地。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，所述加热单元包括开关频率控制子单元，所述开关频率控制子单元包括第二电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管的控制极和第四开关管的控制极均连接控制模块的第一PWM口，所述第二开关管的控制极和第三开关管的控制极均连接控制模块的第二PWM口，所述第一开关管的第一极和第三开关管的第一极均连接辅助电源，所述第一开关管的第二极和第二开关管的第一极均连接第二单刀双掷继电器开关的第一固定触点，第三开关管的第二极和第四开关管的第一极连接第一单刀双掷继电器开关的第一固定触点，第二开关管的第二极和第四开关管的第二极均接地。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管为MOS管、三极管或者IGBT管。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，所述控制模块包括DSP处理器。

所述的具有智能加热电缆功能的充电桩中，所述温度检测模块包括温度传感器，所述温度传感器连接控制模块的AD口。

相较于现有技术，本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩，包括充电枪、若干充电电缆、充电桩设备、辅助电源、温度检测模块、加热模块和控制模块，所述充电枪通过充电电缆连接充电桩设备，所述温度检测模块设置于充电电缆上，由温度检测模块检测充电电缆的温度，并将所检测的温度反馈给控制模块；所述控制模块判断所述温度低于预设温度、且充电桩设备处于待充电状态时，控制加热模块开启给充电电缆加热；当温度在预设温度以上、充电桩设备处于非充电状态或充电桩处于充电状态时控制加热模块关闭，不对充电电缆加热。本实用新型通过温度检测模块检测充电电缆的温度低于预设温度，并且在充电桩设备处于待充电状态时，控制加热模块开启给充电电缆加热，使充电电缆加热至预设温度，使气温低的天气，使用充电桩充电时，避免充电电缆僵硬，方便进行充电操作。

附图说明

图1为本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩的电路原理图。

图2为本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩中开关频率控制子单元的电路图。

图3为本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩充电时的等效电路图。

具体实施方式

本实用新型提供一种具有智能加热电缆功能的充电桩，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩，能够根据充电桩的使用状态，当检测到有人要使用充电桩时，再根据检测到充电电缆温度确定是否启动加热功能，当需要加热时，迅速启动加热模块，在非使用状态或正在充电状态，加热模块处于关闭状态，不消耗能量。在低温条件下，使用充电桩充电时，使充电电缆迅速软化，便于充电操作，不充电时，不耗电，绿色环保。

请参阅图1，本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩，包括充电枪10、若干充电电缆20和充电桩设备30，所述充电枪10通过充电电缆20连接充电桩设备30。其中，充电枪10为满足GBT20234.3国标的直流充电枪10，其包括9个端子，分别是：直流电源正DC+、直流电源负DC1、设备地PE、充电通讯CAN_H(S+)、充电通讯CAN_L(S-)、充电连接确认CC1、充电连接确认CC2、低压辅助电源301正A+和低压辅助电源301正负A-，这些端子一般通过9根充电电缆20与充电桩设备30电连接。

本实施例中，所述充电桩设备30包括：辅助电源301、温度检测模块(图中未标号)、加热模块303和控制模块304；加热模块303连接辅助电源301和控制模块304，温度检测模块连接控制模块304。在加热时，由辅助电源301给加热模块303供电，加热模块303的加热功能由控制模块304实现。

所述辅助电源301为低压辅助电源301，主要用于在充电时为汽车的BMS(电池管理系统)供电，通常低压辅助电源301的供电电压为24V或12V，供电电缆的额定电流为20A。在其他非充电状态，充电桩的控制模块304控制辅助电源301与其输出侧的充电电缆20之间连接的继电器(下文所述的单刀双掷继电器)断开。

具体实施过程中，所述温度检测模块设置于充电电缆20上，由温度检测模块采样充电电缆20的温度，将根据温度值产生相应的电压值供控制模块304读取。所述所述温度检测模块包括温度传感器302，所述温度传感器302连接控制模块304的AD口，该温度传感器302可通过绝缘胶布将温度检测模块粘贴于充电电缆20的绝缘外皮上，其实现成本低。

由温度检测模块检测充电电缆20的温度，并将所检测的温度反馈给控制模块304；所述控制模块304判断所述温度低于预设温度、且充电桩设备30处于待充电状态时，控制加热模块303开启给充电电缆20加热；当温度在预设温度以上、充电桩设备处于非充电状态或充电桩处于充电状态时控制加热模块303关闭，不对充电电缆20加热。

所述控制模块304包括DSP处理器，如TMS320F28062的DSP芯片，其包括至少一个AD口，用于读取温度传感器反馈的温度值，DSP芯片还包括多个IO口，用于输出控制信号，及PWM信号等，当然本实用新型并不限于使用此型号的DSP芯片，只要具有本实用新型的功能，具有能够的IO口输出本实用新型的控制信号即可。

本实用新型通过温度检测模块检测充电电缆20的温度低于预设温度，并且在充电桩设备30处于待充电状态时，控制加热模块303开启给充电电缆20加热，使充电电缆20加热至预设温度，使气温低的天气，使用充电桩充电时，避免充电电缆僵硬，方便进行充电操作。并且，本实用新型选用低压辅助电源301电缆作为加热线路使用，可以避免额外增加成本。

请继续参阅图1，在本实用新型的具有智能加热电缆功能的充电桩，在所述充电枪10的辅助电源301正端口和辅助电源301负端口之间设置有第一电容C1。所述第一电容C1为高频电容，在电动汽车正常充电时，第一电容C1作为滤波电容，提高输出电压的稳定性，对低压辅助电源301的输出没有坏的影响。

所述加热模块303包括单刀双掷继电器KW1、开关单元3031和加热单元3032，所述单刀双掷继电器KW1设置于辅助电源301的输出侧与连接充电枪10的A+端口、A-端口的充电电缆20之间，并连接开关单元3031和加热单元3032，用于控制模块304使开关单元3031开启时，使辅助电源301给加热单元3032供电，使充电电缆20加热至预定值，使充电电缆20软化，便于充电操作。

所述单刀双掷继电器KW1包括继电器线圈L1、第一单刀双掷继电器开关K1和第二单刀双掷继电器开关K2，所述单刀双掷继电器KW1可采用松川公司生产的型号为735-2C—C的继电器。当然，本实用新型也不限于此型号的继电器，只要能实现本实用新型的功能即可。

具体的，所述第一单刀双掷继电器开关K1的活动触点(如735-2C-C继电器的第7脚)通过一充电电缆20连接充电枪10的辅助电源301正端口A+，第二单刀双掷继电器开关K2的活动触点(如735-2C-C继电器的第9脚)通过一充电电缆20连接充电枪10的辅助电源301负端口A-，第一单刀双掷继电器开关K1的第一固定触点(如735-2C-C继电器的第1脚)和第二单刀双掷继电器开关K2的第一固定触点(如735-2C-C继电器的第3脚)连接加热单元3032，第一单刀双掷继电器开关K1的第二固定触点(如735-2C-C继电器的第4脚)和第二单刀双掷继电器开关K2的第二固定触点(如735-2C-C继电器的第6脚)连接辅助电源301和Vcc供电端，所述继电器线圈L1的一端连接Vcc供电端，继电器线圈L1的另一端连接开关单元3031，所述开关单元3031连接控制模块304的IO口和加热单元3032连接控制模块304的第一PWM口和第二PWM口。

请继续参阅图1，所述开关模块包括：电阻R1和三极管Q1，所述电阻R1的一端连接控制模块304的IO口，电阻R1的另一端连接三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接继电器线圈L1的另一端，三极管Q1的发射极接地。所述电阻R1为限流电阻R1，起保护三极管Q1的作用。

常态下，第一单刀双掷继电器开关K1和第二单刀双掷继电器开关K2与S1触点导通，所述三极管Q1为NPN三极管，当其基极为高电平时，三极管Q1导通，使继电器线圈L1通电，此时第一单刀双掷继电器开关K1和第二单刀双掷继电器开关K2切换至S2触点。

请一并参阅图2，在本实用新型的具有智能加热电缆功能的充电桩中，所述加热单元3032包括开关频率控制子单元3033，所述开关频率控制子单元3033包括第二电容C2、第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4和第四开关管Q5。

所述第一开关管Q2的控制极和第四开关管Q5的控制极均连接控制模块304的第一PWM口，所述第二开关管Q3的控制极和第三开关管Q4的控制极均连接控制模块304的第二PWM口，所述第一开关管Q2的第一极和第三开关管Q4的第一极均连接辅助电源301，所述第一开关管Q2的第二极和第二开关管Q3的第一极均连接第二单刀双掷继电器开关K2的第一固定触点，第三开关管Q4的第二极和第四开关管Q5的第一极连接第一单刀双掷继电器开关K1的第一固定触点，第二开关管Q3的第二极和第四开关管Q5的第二极均接地。

第一开关管Q2、第二开关管Q3、第三开关管Q4、第四开关管Q5为MOS管、三极管或者IGBT管。本实施例使用了N沟通MOS管，其中，开关管的控制极为MOS管的栅极，开关管的第一极为MOS管的漏极，开关管的第二极为MOS管的源极。其它类型的开关管参照类似的方法，如：当开关管使用NPN三极管时，开关管的控制极为NPN三极管的基极，开关管的第一极为NPN三极管的集电极，开关管的第二极为NPN三极管的发射极。其为现有技术，此处不作详述。

本实施例中，开关频率控制子单元3033的开关频率和占空比由DSP处理器的PWM口控制，当开始加热时，占空比和频率为设定的最大值，当接近上述预设温度时，占空比和频率逐渐减少，最后到达预设温度后关闭驱动信号。

为了更好的理解本实用新型的技术方案，以下结合图1至图3对本实用新型提供的一种具有智能加热电缆功能的充电桩的技术方案进行详细说明：

当DSP处理器检测到充电完成或者不需要充电时，DPS处理器会控制第一单刀双掷继电器开关K1和第二单刀双掷继电器开关K2闭合在S1触点上(即单刀双掷继电器KW1的第1脚与第7脚导通，第3脚与第9脚导通)，断开辅助电源301与充电电缆20的连接，而加热模块303也处于关闭状态。

在为电动汽车充电时，由DPS处理器输出高电平，使三极管导通，此时单刀双掷继电器KW1的继电器线圈L1得电，使第一单刀双掷继电器开关K1和第二单刀双掷继电器开关K2切换到至S2触点(即单刀双掷继电器KW1的第4脚与第7脚导通，第6脚与第9脚导通)，使辅助电源301给电动汽车BMS(电池管理系统)系统供电，此时加热模块303同样处于关闭状态，不消耗能量。

当充电桩需要充电时(需要给汽车充电的检测方式为现有技术，如充电枪10与充电枪座分离时即为准备充电，此处不作详述)，温度传感器302检测充电电缆20的温度低于预设温度(如:10℃时)，通过AD口反馈给DPS处理器，由DPS处理器输出高电平，使三极管Q1导通，此时单刀双掷继电器KW1的继电器线圈L1得电，使第一单刀双掷继电器开关K1和第二单刀双掷继电器开关K2切换到至S2触点(即单刀双掷继电器KW1的第4脚与第7脚导通，第6脚与第9脚导通)，使辅助电源301给电动汽车BMS(电池管理系统)系统供电，同时，DPS处理的PWM口输出预设占空比的PWM信号使四个开关管导通，开始给充电电缆20迅速加热。

图3为充电桩充电时，充电电缆加热的等效电路图。加热模块303输出的频率可调的高频信号，高频信号加载到由充电电缆20的电阻R、充电电缆20的寄生电感L、充电电缆20的寄生电容C、输出第一电容C1组成的加热回路上。

加热回路的总阻抗为：

式(1)中：X为加热回路的总阻抗，f为输入源(加热模块303)的输出频率。

假设加热模块303的直流供电电压为Vdc，经四个开关管组成的全桥电路变换后输出高频信号，经傅里叶等效变换后输出的基波信号为：

加热功率P为：

公式(2)和公式(3)中，V_i(t)为经傅里叶等效变换后输出的基波信号的电压，f为加热模块303的输出频率，t为时间，通过上述公开(2)可看出改变加热模块303的频率可以改变充电电缆20的加热功率，使电缆温度迅速上升到预设温度后，停止加热模块303关闭，不消耗能量。

本实施例在加热时，占空比和频率为设定的最大值，当接近上述预设温度时，占空比和频率逐渐减少，最后到达预设温度后关闭驱动信号，给充电电缆20迅速加热至预设温度。

综上所述，本实用新型通过温度检测模块检测充电电缆的温度低于预设温度，并且在充电桩设备处于待充电状态时，控制加热模块开启给充电电缆加热，使充电电缆加热至预设温度，使气温低的天气，使用充电桩充电时，避免充电电缆僵硬，方便进行充电操作。本实用新型提供的具有智能加热电缆功能的充电桩，仅使用了较少的电子元件，在增加较低成本的前提下，厉害了充电桩的功能，给温度低的天气充电带来了方便，增加了产品的功能，增强了产品的市场竞争力。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。