一种电动汽车充电枪头温度检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种电动汽车充电枪头温度检测系统，包括温度传感器，温度传感器检测枪头温度，温度传感器连接平衡桥式阻抗网络一端，平衡桥式阻抗网络对温度传感器的电压信号进行采集，传输给电压信号调理电路，电压信号调理电路对采集的电压信号进行调整后，传输给隔离单元，隔离单元对信号进行过滤、隔离后通过A/D采样单元进行A/D转换，主控单元根据A/D转换后的电压信号得到充电枪头温度，通过通讯单元发送给电动汽车直流充电桩控制系统，故障报警单元根据充电枪头温度与设定值的比较，进行相应的报警动作。本实用新型采用平衡桥式电路，可以直接定量计算出枪头温度数值，能够准确判断温度报警故障。
【专利说明】
-种电动汽车充电枪头溫度检测系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种电动汽车充电枪头溫度检测系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济持续快速发展和城镇化进程加速推进，今后较长一段时期汽车需求 量仍将保持增长势头，由此带来的能源紧张和环境污染问题将更加突出。加快培育和发展 节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的紧迫 任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措。
[0003] 新能源电动汽车采用高电压、大电流方式通过充电枪向电动汽车充电，要求安全 系数高，尤其在充电枪头和电动汽车电池插座的接口部位，充电时插拔很容易造成接口松 动和DC+、DC-触电接触不良，从而产生拉弧火花现象，会造成枪头绝缘性能降低，引发安全 事故隐患。
[0004] 就目前新能源电动汽车市场上的充电枪头生产厂商而言，菲尼克斯公司、深圳己 斯己等厂商正在逐步修改和添加溫度检测方案，国家电网也在广泛征求厂商意见出台带枪 头溫度检测的新国柄。
[0005] 所W，现在市场上急需一种简单、适用的充电枪头溫度检测系统来解决此问题。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型为了解决上述问题，提出了一种电动汽车充电枪头溫度检测系统，本 实用新型的可测量范围为华氏度-50°C--+150°C，具有设计简单，测量精度高，实时性高 的优点，能够解决当前的技术问题。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
[000引一种电动汽车充电枪头溫度检测系统，包括溫度传感器、平衡桥式阻抗网络、电压 信号调理电路、隔离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警单元，其中：
[0009] 所述溫度传感器检测枪头溫度，溫度传感器连接平衡桥式阻抗网络一端，平衡桥 式阻抗网络对溫度传感器的电压信号进行采集，传输给电压信号调理电路，电压信号调理 电路对采集的电压信号进行调整后，传输给隔离单元，隔离单元对信号进行过滤、隔离后通 过A/D采样单元进行A/D转换，主控单元根据A/D转换后的电压信号得到充电枪头溫度，通过 通讯单元发送给电动汽车直流充电粧控制系统，故障报警单元根据充电枪头溫度与设定 值的比较，进行相应的报警动作。
[0010] 进一步的，所述平衡桥式阻抗网络采用平衡电桥式电路，包括稳压电路和差分调 零电路，所述稳压电路和差分调零电路并联。
[0011] 所述稳压电路包括稳压管化P431、限流电阻R1和分压精密电阻R2、R3,差分调零电 路包括精密电阻R4、R5、R6和调零电阻W1，其中，限流电阻R1连接电源正极，分压精密电阻 R2、R3串联后与稳压管化P431并联，精密电阻R4、R5串联后连接采样电阻，精密电阻R4并联 有开关S1，精密电阻R6与调零电阻W1串联后并联于稳压管TLP431两端。
[0012] 进一步的，所述电压信号调理电路包括:运算放大器A1和精密电阻R7、R8、R9、R10; 运算放大器A1的输出端和反相输入端通过R9相连，反相输入端与所述电压信号调理电路负 向输出端通过R7相连，所述A1的正相输入端与所述电压信号调理电路正向输出端通过R8相 连，所述A1的正相输入端与GND通过R10连接。
[0013] 所述隔离单元包括线性光禪HCNR200、运算放大器A2和A3、精密电阻R11、R12、R13 和R14与滤波电容C1、C2和C3,其中，运算放大器A2反相输入端与所述运算放大器A1输出端 通过R11连接，反相输入端与输出端通过电容C1连接，正相输入端接GND;线性光禪HCNR200 发光二极管正相接电源12V，负相接R12-端，R12另一端接所述运放A2输出端，线性光禪 HCNR200两路感光二极管，一路的阳极接GND，阴极接所述运算放大器A2反相输入端，另一路 的阳极接运算放大器A3正相输入端，阴极接运算放大器A3的反相输入端;所述运算放大器 A3正相输入端接A/D采样单元地，反相输入端与其输出端通过C2和R13两路并联连接，所述 运算放大器A3输出端连接R14-端，R14另一端接双向保护二极管和滤波电容C3,并作为隔 离单元的输出连接所述A/D采样单元。
[0014] 优选的，所述通讯单元采用RS485和CAN总线双通讯接口，所述故障报警单元采用 指示灯和蜂鸣器。
[0015] 所述A/D采样单元的校准电源电压采用独立高精度电源ADR3430实现。
[0016] 作为优选，所述A/D采样单元和所述主控单元采用STM32型ARM单片机。
[0017] 所述通讯单元完成所述主控单元和直流充电粧控制系统通讯，系统可配置为自动 上传模式和问答响应模式。
[0018] 本实用新型的有益效果为：
[0019] (1)本实用新型采用平衡桥式电路，可W直接定量计算出枪头溫度数值，能够准确 判断溫度报警故障；
[0020] (2)本实用新型电路结构紧凑，计算方法及检测过程简单，仅通过控制开关S1的闭 合或断开即可兼容PT100/PT1000溫度传感器；
[0021] (3)平衡桥式电路采集的差分电压经电压信号调理电路和隔离单元电路的处理， 可W有效滤除干扰或噪声，精度高；
[0022] (4)主控单元对A/D采样单元采集的数字量进行非线性最优化算法，较传统的线性 计算更精确；
[0023] (5)通讯单元可配置成问答模式和自动上传模式，上传频率可设置，增加了系统的 灵活性，通过通讯单元使得本地直流充电粧的主控单元能够与后台系统进行通讯，实时检 测直流充电粧的枪头溫度，并通过故障报警单元进行报警、W及自动切断枪头DC+、DC-进行 保护，可靠保障人身安全和设备安全。
【附图说明】
[0024] 图1是本实用新型公开的电动汽车充电枪头溫度检测系统总体结构框图；
[0025] 图2是本实用新型采用的平衡桥式电路及电压信号调理电路拓扑图。
【具体实施方式】：
[0026] 下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
[0027]如图1所示，一种电动汽车充电枪头溫度检测系统，包括枪头溫度传感器、平衡桥 式阻抗网络、电压信号调理电路、隔离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警 单元；
[00%]溫度传感器包括充电枪头热敏电阻PT100/PT1000,所述平衡桥式阻抗网络的前端 与电动汽车充电枪的溫度传感器相连接，所述平衡桥式阻抗网络的后端与所述电压信号调 理电路的前端相连接，所述电压信号调理电路的后端与所述隔离单元的前端相连接，所述 隔离单元的后端与所述A/D采用单元的前端相连接，所述A/D采用单元的后端与所述主控单 元的前端相连接，所述主控单元的后端分别与所述通讯单元和所述故障报警单元通过CAN 总线/RS485相连接；
[0029] 平衡桥式阻抗网络用于充电枪头溫度传感器的电压信息检测，所述电压信息依次 经所述电压信号调理电路、所述隔离单元和所述A/D采样单元处理后送入所述主控单元;所 述主控单元对A/D采样单元处理后的电压信息进行非线性最优化算法计算得到充电枪头溫 度，所述主控单元一方面控制所述故障报警单元报警，另一方面将充电枪头溫度通过所述 通讯单元发送给电动汽车直流充电粧控制系统；
[0030] 作为优选，所述平衡桥式阻抗网络采用平衡电桥式电路，包括稳压电路和差分调 零电路，所述稳压电路包括稳压管TLP431，开关S1，限流电阻R1和分压精密电阻R2、R3;差分 调零电路包括精密电阻R4、R5、R6和调零电阻W1;
[0031] 作为优选，所述电压信号调理电路包括:运算放大器A1，精密电阻R7、R8、R9、R10。
[0032] A1的输出端和反相输入端通过R9相连，反相输入端与所述电压信号调理电路负向 输出端通过R7相连，所述A1的正相输入端与所述电压信号调理电路正向输出端通过R8相 连，所述A1的正相输入端与GND通过R10连接；
[0033] 作为优选，所述隔离单元包括线性光禪HCNR200,运算放大器A2、A3,精密电阻R11、 尺12、313、1?14，滤波电容(：1、〔2、〔3;
[0034] 运算放大器A2反相输入端与所述运算放大器A1输出端通过R11连接，反相输入端 与输出端通过电容C1连接，正相输入端接GND;线性光禪HCNR200发光二极管正相接电源 12V，负相接R12-端，R12另一端接所述运放A2输出端，线性光禪HCNR200两路感光二极管， 一路的阳极接GND，阴极接所述运算放大器A2反相输入端，另一路的阳极接运算放大器A3正 相输入端，阴极接运算放大器A3的反相输入端;所述运算放大器A3正相输入端接A/D采样单 元地，反相输入端与其输出端通过C2和R13两路并联连接，所述运算放大器A3输出端连接 R14-端，R14另一端接双向保护二极管和滤波电容C3,并作为隔离单元的输出连接所述A/D 采样单元；
[0035] 作为优选，所述通讯单元采用RS485和CAN总线双通讯接口，所述故障报警单元采 用指示灯和蜂鸣器。
[0036] 作为优选，所述A/D采样单元的校准电源电压采用独立高精度电源ADR3430实现。
[0037] 作为优选，所述A/D采样单元和所述主控单元采用STM32型ARM单片机。
[0038] 所述通讯单元完成所述主控单元和直流充电粧控制系统通讯，系统可配置为自动 上传模式和问答响应模式；
[0039] 基于上述系统，本实用新型还提出了一种电动汽车充电枪头溫度检测方法，可自 动识别枪头溫度传感器PT100和PT1000,并自动切换开关匹配溫度传感器型号。具体包括如 下步骤：
[0040]步骤1:主控单元等待接收直流充电粧控制系统下达枪头溫度检测指令；
[0041 ]步骤2:主控单元若接收到枪头溫度检测指令，则执行步骤3，否则执行步骤1;
[0042] 步骤3:默认断开开关S1，测量平衡电桥热敏电阻PT100/1000上的电压化和调零电 阻W1上的电压化，依电阻分压关系得到电压信号调理电路的差分输入电压化为：
[0045] 步骤4:经过电压信号调理电路和隔离单元后得到的A/D模拟量采样值化为：
[0046]
[0047] 优选地，取 R4 = 9R5，R7 = R8，R9 = R10，上式简化为：
[004引
[0049] 步骤5:再经过A/D采样和所述主控单元对采样数字量的非线性最优算法计算后得 到溫度值T，若T<180°C，则溫度传感器型号为PT1000,将溫度值按照规约上传给电动汽车直 流充电粧控制系统，若T〉18(TC，则溫度传感器型号为PT100,则闭合开关S1，重复步骤1-4， 并将得到的溫度值按照规约上传给电动汽车直流充电粧控制系统；
[0050] 步骤6:初次枪头溫度检测完毕之后，主控单元固化溫度传感器型号，并根据之后 的实际溫度与溫度报警标准比较判断是否需要通知故障报警单元；
[0051] 进一步，所述步骤6中的溫度报警标准具体为：当T< = 80°C时，为溫度正常等级，故 障报警单元指示灯显示绿色，蜂鸣器不响；当T〉8(TC时，为溫度偏高等级，故障报警单元指 示灯显示黄色，蜂鸣器低频率蜂鸣；当T〉12(TC时，为溫度过高等级，故障报警单元指示灯显 示红色，蜂鸣器高频率蜂鸣。
[0052] 上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新 型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范 围1^内。
【主权项】
1. 一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:包括温度传感器、平衡桥式阻抗网 络、电压信号调理电路、隔离单元、A/D采样单元、主控单元、通讯单元和故障报警单元，其 中： 所述温度传感器检测枪头温度，温度传感器连接平衡桥式阻抗网络一端，平衡桥式阻 抗网络对温度传感器的电压信号进行采集，传输给电压信号调理电路，电压信号调理电路 对采集的电压信号进行调整后，传输给隔离单元，隔离单元对信号进行过滤、隔离后通过A/ D采样单元进行A/D转换，主控单元根据A/D转换后的电压信号得到充电枪头温度，通过通讯 单元发送给电动汽车直流充电粧控制系统，故障报警单元根据充电枪头温度与设定值的比 较，进行相应的报警动作。2. 如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述平衡桥式 阻抗网络采用平衡电桥式电路，包括稳压电路和差分调零电路，所述稳压电路和差分调零 电路并联。3. 如权利要求2所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述稳压电路 包括稳压管TLP431、限流电阻Rl和分压精密电阻R2、R3，差分调零电路包括精密电阻R4、R5、 R6和调零电阻Wl，其中，限流电阻Rl连接电源正极，分压精密电阻R2、R3串联后与稳压管 TLP431并联，精密电阻R4、R5串联后连接采样电阻，精密电阻R4并联有开关S1，精密电阻R6 与调零电阻Wl串联后并联于稳压管TLP431两端。4. 如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述电压信号 调理电路包括:运算放大器Al和精密电阻1?7、1?8、1?9、1?10;运算放大器41的输出端和反相输 入端通过R9相连，反相输入端与所述电压信号调理电路负向输出端通过R7相连，所述Al的 正相输入端与所述电压信号调理电路正向输出端通过R8相连，所述Al的正相输入端与GND 通过Rl O连接。5. 如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述隔离单元 包括线性光耦HCNR200、运算放大器A2和A3、精密电阻1?11、1?12、1?13和1?14与滤波电容(：1、〇2 和C3，其中，运算放大器A2反相输入端与所述运算放大器Al输出端通过Rl 1连接，反相输入 端与输出端通过电容Cl连接，正相输入端接GND;线性光耦HCNR200发光二极管正相接电源 12V，负相接Rl 2-端，Rl 2另一端接所述运放A2输出端，线性光耦HCNR200两路感光二极管， 一路的阳极接GND，阴极接所述运算放大器A2反相输入端，另一路的阳极接运算放大器A3正 相输入端，阴极接运算放大器A3的反相输入端;所述运算放大器A3正相输入端接A/D采样 单元地，反相输入端与其输出端通过C2和R13两路并联连接，所述运算放大器A3输出端连接 R14-端，R14另一端接双向保护二极管和滤波电容C3,并作为隔离单元的输出连接所述A/D 采样单元。6. 如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述通讯单元 采用RS485和CAN总线双通讯接口，所述故障报警单元采用指示灯和蜂鸣器。7. 如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述A/D采样 单元的校准电源电压采用独立高精度电源ADR3430实现。8. 如权利要求1所述的一种电动汽车充电枪头温度检测系统，其特征是:所述A/D采样 单元和所述主控单元采用STM32型ARM单片机。
【文档编号】G01K7/20GK205483318SQ201620087368
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】李春飞, 梁兵, 刘敦秀, 胡勇, 王善蓬
【申请人】山东鲁能智能技术有限公司