一种充电桩的绝缘监测装置及充电桩的制作方法

本实用新型实施例涉及电力设备的性能监测技术，尤其涉及一种充电桩的绝缘监测装置及充电桩。
背景技术：
：随着电动汽车充电站及充电桩的大量建设和应用，其安全性越来越受到人们的重视。尤其是直流充电桩功率大、体积大、电压高，并且往往配有蓄电池进行储能，结构复杂。当直流侧绝缘不佳的时候，会导致设备损坏，火灾，以及人身触电等情况的发生。由于充电桩通常被安装于室外，容易受到撞击、因下雨导致设备进水或潮湿、电缆破损等事件发生的可能性极高，上述事件都容易导致充电桩的绝缘下降。而且充电站内部可能安装大量蓄电池进行储能，蓄电池正负极的绝缘下降也会构成回路威胁到人身安全。在发明人实现本实用新型的过程中，发现现有技术存在如下技术缺陷：传统充电桩的绝缘监测装置采用不平衡电桥法监测充电桩的两极绝缘故障时，由于受串联在电桥的桥电阻上的开关的动作次数的限制，可能出现开关在应闭合的时候不能闭合，或应断开的时候不能断开的情况，影响监测装置的可靠性。同时，目前的充电桩的绝缘监测装置不能监测直流输出参数中的交流分量的大小，可能导致因交流分量较大而引发充电桩的使用安全问题。技术实现要素：本实用新型提供一种充电桩的绝缘监测装置及充电桩，以实现实时监测充电桩的绝缘故障及输出直流参数中的交流分量的大小，提高了绝缘监测装置的可靠性。第一方面，本实用新型实施例提供了一种充电桩的绝缘监测装置，包括：控制模块、电压采样模块和检测模块；所述电压采样模块，与所述控制模块电连接，用于采集被测系统的正极对地电压、负极对地电压和输出交流分量，将所述正极对地电压、负极对地电压和输出交流分量输出至所述控制模块；所述检测模块，包括光控开关和电桥电路，所述光控开关与所述控制模块电连接，用于在所述控制模块的控制下，控制所述电桥电路中与所述光控开关对应的桥电阻的接通或断开；所述控制模块，用于获取所述电压采样模块采集的所述正极对地电压、负极对地电压和输出交流分量，确定正极对地电阻的阻值及负极对地电阻的阻值，根据所述阻值和输出交流分量判断被测系统是否发生绝缘故障。进一步的，所述电压采样模块包括交流电压采样子模块；所述交流电压采样子模块包括隔直电容、第一分压电阻和第二分压电阻；所述隔直电容串联在被测系统的正极与所述控制模块之间，所述隔直电容与所述控制模块之间还串联第一分压电阻，所述第一分压电阻与所述控制模块的公共端串联所述第二分压电阻后接地。进一步的，所述电压采样模块还包括直流电压采样子模块，所述直流电压采样子模块包括正极对地采样电路和负极对地采样电路；所述正极对地采样电路包括串联在被测系统的正极与地之间的第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻和第四分压电阻的公共端串联第一滤波子电路后与所述控制模块连接；所述负极对地采样电路包括串联在被测系统的负极与地之间的第五分压电阻和第六分压电阻，所述第五分压电阻和第六分压电阻的公共端串联电压偏置子电路和第二滤波子电路后与所述控制模块连接。进一步的，所述光控开关为光耦继电器。进一步的，还包括：地址设置模块，与所述控制模块电连接，用于获取用户通过拨码开关输入的地址号和通信波特率，以供所述控制模块在绝缘检测装置开机时，读取所述地址号和通信波特率，执行绝缘监测装置的通信设置。进一步的，还包括：数据存储模块，与所述控制模块电连接，用于存储被测系统的状态数据，以及，在发生绝缘故障时，存储所述控制模块发出的故障数据。进一步的，还包括：通信模块，与所述控制模块电连接，用于在所述控制模块的控制下，从所述数据存储模块中读取所述故障数据以及被测系统当前的状态数据后，输出至远程控制装置。进一步的，还包括：告警输出模块，与所述控制模块电连接，用于获取所述控制模块在发生绝缘故障时发出的告警指示，根据所述告警指示执行相应的告警操作。进一步的，所述告警输出模块包括失电告警继电器和故障告警继电器，以在绝缘监测装置失电时，根据所述控制模块的告警指示，断开所述失电告警继电器；以及，在被测系统发生绝缘故障时，根据所述控制模块的告警指示，闭合所述故障告警继电器。第二方面，本实用新型实施例还提供了一种充电桩，所述充电桩集成有如第一方面所述的充电桩的绝缘监测装置，所述绝缘监测装置的正极与充电桩输出直流的正极电连接，所述绝缘监测装置的负极与充电桩输出直流的负极电连接，所述绝缘监测装置的地与大地电连接。本实用新型通过控制模块对输出交流分量进行实时监测，避免因被测系统的输出电压中交流分量较大，导致使用者触电等安全使用隐患；同时，在检测模块中使用光控开关，通过光照控制开关的闭合或断开，解决目前监测装置因开关动作次数的限制，影响监测装置的使用寿命和可靠性的问题，实现实时监测绝缘故障的功能，提高了充电桩的绝缘监测装置的可靠性。附图说明图1是本实用新型实施例一中提供的一种充电桩的绝缘监测装置的结构示意图；图2是本实用新型实施例一中提供的充电桩的绝缘监测装置的电压采样模块的电路原理图；图3是本实用新型实施例一中提供的充电桩的绝缘监测装置的检测模块的电路原理图；图4是本实用新型实施例一中提供的充电桩的绝缘监测装置的检测模块的工作状态的一个示例的电路原理图；图5是本实用新型实施例一中提供的充电桩的绝缘监测装置的检测模块的工作状态的另一个示例的电路原理图；图6是本实用新型实施例二中提供的一种充电桩的绝缘监测装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本实用新型实施例一提供的一种充电桩的绝缘监测装置的结构示意图。如图1所示，所述充电桩的绝缘监测装置包括：控制模块110、电压采样模块130和检测模块120；所述电压采样模块130，与所述控制模块110电连接，用于采集被测系统的正极对地电压、负极对地电压和输出交流分量，将所述正极对地电压、负极对地电压和输出交流分量输出至所述控制模块110。所述检测模块120，包括光控开关和电桥电路，所述光控开关与所述控制模块110电连接，用于在所述控制模块110的控制下，控制所述电桥电路中与所述光控开关对应的桥电阻的接通或断开。所述控制模块110，用于获取所述电压采样模块130采集的所述正极对地电压、负极对地电压和输出交流分量，确定正极对地电阻的阻值及负极对地电阻的阻值，根据所述阻值和输出交流分量判断被测系统是否发生绝缘故障。本实施例的技术方案，通过控制模块110对输出交流分量进行实时监测，避免因被测系统的输出电压中交流分量较大，导致使用者触电等安全使用隐患；同时，在检测模块120中使用光控开关，通过光照控制光控开关的闭合或断开，解决目前监测装置因开关动作次数的限制，影响监测装置的使用寿命和可靠性的问题，实现实时监测绝缘故障以及交流窜电故障的功能，提高了绝缘监测装置的可靠性。在上述技术方案的基础上，电压采样模块130优选可以包括交流电压采样子模块131。所述交流电压采样子模块131包括隔直电容、第一分压电阻和第二分压电阻；所述隔直电容串联在被测系统的正极与所述控制模块110之间，所述隔直电容与所述控制模块110之间还串联第一分压电阻，所述第一分压电阻与所述控制模块110的公共端串联所述第二分压电阻后接地。这样设置的好处在于通过隔直电容隔离直流电压，从而实时采集被测系统输出的直流信号中的交流信号，以将所采集的交流信号传输至控制模块110，通过控制模块110将该交流信号的电压与设定的交流阈值电压进行比较，在超过该交流阈值电压时，确定被测系统存在发生绝缘故障的隐患，可能导致设备损坏或者安全隐患的发生。在上述技术方案的基础上，电压采样模块130优选可以包括直流电压采样子模块132，所述直流电压采样子模块132包括正极对地采样电路和负极对地采样电路。所述正极对地采样电路包括串联在被测系统的正极与地之间的第三分压电阻和第四分压电阻，所述第三分压电阻和第四分压电阻的公共端串联第一滤波子电路后与所述控制模块110连接。所述负极对地采样电路包括串联在被测系统的负极与地之间的第五分压电阻和第六分压电阻，所述第五分压电阻和第六分压电阻的公共端串联电压偏置子电路和第二滤波子电路后与所述控制模块110连接。图2示出了本实用新型实施例一中的充电桩的绝缘监测装置的电压采样模块130的电路原理图。如图2所示，电压采样模块130包括直流电压采样子模块132和交流电压采样子模块131。其中，交流采样子模块用于采集被测系统(如充电桩)输出的直流电压中的交流分量。采用隔直电容对直流电压进行隔离处理。示例性的，可以采用一个0.01μF，400V的大功率电容对直流电压进行隔离之后，得到充电桩的输出参数中包含的输出交流分量(对地交流分量)。第一分压电阻(阻值可以为1MΩ)与该隔直电容串联，第一分压电阻与隔直电容的公共端串联第二分压电阻(阻值可以为1KΩ)后接地，实现对交流分量的分压处理，将分压后的交流电压输出至模数转换芯片(例如16位的AD736转换器)对交流电压进行采样转换处理，以将模拟信号转换为控制模块110可以处理的交流信号。模数转换芯片可以是独立存在于控制模块110之外，还可以是集成在控制模块110内部。直流电压采样子模块132用于采集被测系统(如充电桩)的正极对地电压和负极对地电压。示例性的，直流电压采样子模块132包括正极对地采样电路和负极对地采样电路。其中，正极对地采样电路中第三分压电阻(阻值可以为10MΩ)与第四电阻(阻值可以为62KΩ)串联在充电桩的正极VCC和地之间。充电桩输出的直流参数经上述第三分压电阻和第四分压电阻分压后，输出至第一滤波子电路(可以是二阶滤波电路)进行滤波处理后，输出至模数转换芯片(可以为12位的高精度模数转换器)，进行AD采样。负极对地采样电路中第五分压电阻(阻值可以为10MΩ)与第六电阻(阻值可以为62KΩ)串联在充电桩的负极VSS和地之间。充电桩输出的直流参数经上述第五分压电阻和第六分压电阻分压后，输出至电压偏置子电路，以将输出负电压(负极对地的电压值为负)转换成正电压。然后，将转换后的电压输出至模数转换芯片(可以为12位的高精度模数转换器)，进行AD采样。其中，模数转换芯片可以是独立存在于控制模块110之外，还可以是集成在控制模块110内部。图3示出了本实用新型实施例一中的充电桩的绝缘监测装置的检测模块120的电路原理图。如图3所示，由电阻R1、R2、R3和R4组成电桥电路，其中，四个电阻分别对应电桥的四个桥臂。电桥电路的一条对角线上的两个端点分别连接充电桩的正极和负极，另外一条对角线上的两个端点均接地。电桥电路的上桥臂和下桥臂上各串联一光控开关(S1和S2)。示例性的，该光控开关可以是光耦继电器或光电耦合器等，解决了普通继电器的动作次数限制监测装置的可靠性的问题，使装置运行更加可靠。该光控开关与控制模块110电连接，在控制模块110的控制下，控制电阻R3和R4是否接通。在S1和S2均断开时，电阻R3和R4均未接入电桥电路，采用平衡电桥检测法对充电桩的正极对地绝缘故障或负极对地绝缘故障进行检测。按照设定的规则控制S1和S2的断开或闭合，以分别将电阻R3和R4接入电桥，采用不平衡电桥检测法对充电桩的两极绝缘故障进行检测。其中，电阻R1和R2为两个阻值相同的大功率电阻，电阻R3和R4为两个阻值相同的大功率电阻。示例性的，用户可以设定10分钟，或者其它合适的时间长度为周期，使控制模块110控制光耦继电器S1和S2的断开或闭合，以通过不平衡电桥检测法对充电桩进行检测，从而，能够及时发现充电桩是否存在两极绝缘故障。具体实现过程为：在采用平衡电桥法进行检测时，控制模块110断开光耦继电器S1和S2，此时，仅电阻R1和R2接入充电桩，通过电压采样模块130分别采集正极对地电压和负极对地电压。根据分压原理，可以计算出绝缘故障发生时的正极对地电阻的故障电阻值和负极对地电阻的故障电阻值。示例性的，根据电阻比等于电压比的公式，可以计算得到正极对地电阻的故障电阻值和负极对地电阻的故障电阻值。但是，可能存在因正、负极对地绝缘故障导致电桥电路仍然处于平衡状态的情况，从而，导致采用平衡电桥检测法无法准确地判定是否出现正负极绝缘故障。并且，通过电压采集电路采集的电压也可能不是真实的电压，进而增大了采用平衡电桥法检测正负极绝缘故障的误差，为解决上述问题，采用平衡电桥检测法和不平衡电桥检测法结合的方式判断充电桩是否存在绝缘故障。控制模块110首先控制光耦继电器S1闭合，使电阻R3接入电桥电路。参见图4所示的充电桩的绝缘监测装置的检测模块的工作状态的一个示例的电路原理图。通过电压采样模块130分别对充电桩的正极对地电压U1和负极对地电压U2进行采样并记录。然后，控制模块110控制光耦继电器S1断开、S2闭合，使电阻R4接入电桥电路，电阻R3不接入电桥电路。参见图5所示的绝缘监测装置的检测模块的工作状态的另一个示例的电路原理图。再次通过电压采样模块130分别对充电桩的正极对地电压U3和负极对地电压U4进行采样并记录。待采集完毕后，控制模块110控制光耦继电器S2断开，以使电阻R3和R4均不接入电桥电路。然后，根据两次的采样电压和接入电桥电路的等效电阻，采用分压原理计算得到正极对地电阻的故障电阻值和负极对地电阻的故障电阻值。公式如下：U1U2=1R1′+1R3R2′U3U4=R1′1R2′+1R4]]>其中，电阻R’1为正极对地电阻的故障电阻值，电阻R’2为负极对地电阻的故障电阻值。控制模块110将计算得到的正极对地电阻的故障电阻值与原正极对地电阻的阻值进行比较，以及，将负极对地电阻的故障电阻值与原负极对地电阻的阻值进行比较，进而判断充电桩是否发生两极对地绝缘故障。在上述技术方案的基础上，该绝缘监测装置还包括：告警输出模块，与所述控制模块110电连接，用于获取所述控制模块110在发生绝缘故障时发出的告警指示，根据所述告警指示执行相应的告警操作。示例性的，所述告警输出模块包括失电告警继电器和故障告警继电器，以在绝缘监测装置失电时，根据所述控制模块110的告警指示，断开所述失电告警继电器；以及，在被测系统发生绝缘故障时，根据所述控制模块110的告警指示，闭合所述故障告警继电器，实现控制模块110检测到绝缘故障时，及时发出告警指示，以避免出现用户使用故障充电桩发生触电事故。实施例二图6是本实用新型实施例二中提供的一种充电桩的绝缘监测装置的结构示意图。本实施例的技术方案与上述实施例相比，附加了数据存储模块150、地址设置模块130和通信模块170。如图6所示，该绝缘监测装置具体包括：控制模块110、检测模块120、地址设置模块130、电压采样模块140、数据存储模块150、供电模块160、通信模块170和告警模块180，实现用户设置充电桩的地址号和通信波特率后，通过控制模块110自动对充电桩进行监测，一旦出现故障(正负极对地绝缘故障或输出直流信号中交流分量过大)立即输出故障信息以及执行告警指示，并能够通过指定的指令对历史数据进行读取和查看。其中，供电模块160采用DC220V或AC220V提供电源，并通过供电模块160内部的电压转换电路将输入电源的电压由220V转换至5V为该绝缘监测装置供电。同时，通过负压转换芯片(例如小功率极性反转电源转换器ICL7660)把+5V电压转换为-5V输出至电压采样模块140。检测模块120用于检测充电桩是否存在绝缘故障，该模块采用平衡电桥检测法和不平衡电桥检测法进行检测，具有与实施例一相同的结构和功能，此处不再赘述。地址设置模块130，与所述控制模块110电连接，用于获取用户通过拨码开关输入的地址号和通信波特率，以供所述控制模块110在绝缘检测装置开机时，读取所述地址号和通信波特率，执行绝缘监测装置的通信设置。示例性的，地址设置模块130由一个8位的拨码开关进行控制，定义拨码开关的1至6位用于设置绝缘监测装置的地址号，剩余的两位用于设置通信波特率。其中，地址号可以采用8421码，以通过二进制表示十进制数码。波特率可以设置为1200比特/秒，2400比特/秒、4800比特/秒和9600比特/秒四种通信波特率。该绝缘监测装置的控制模块110(例如CPU)在监测装置刚开机的时候检测该地址设置模块130，以根据本模块的设置对绝缘监测装置进行通信地址和通信速率的设置。电压采样模块140主要用于直流电压采样和交流电压采样，具有与实施例一相同的结构和功能，此处不再赘述。数据存储模块150，与所述控制模块110电连接，用于存储被测系统的状态数据，以及在发生绝缘故障时，存储所述控制模块110发出的故障数据。示例性的，控制模块110在检测到绝缘故障时，在发出告警指示的同时，通过I2C总线将该故障信息传输至数据存储芯片(例如AT24LC256存储器)，通过数据存储芯片存储该故障信息。该数据存储芯片在绝缘监测装置断电后，确保数据不丢失，当该监测装置上电后，控制模块110通过设定的指令读取数据，方便用户查看历史故障发生的时间及故障特点。通信模块170，与所述控制模块110电连接，用于在所述控制模块110的控制下，从所述数据存储模块150中读取所述故障数据以及被测系统当前的状态数据，将所述故障数据以及状态数据输出至远程控制装置。示例性的，通信模块170采用RS485协议与远程控制装置进行数据通信，接收远程控制装置发送的控制指令或向远程控制装置发送故障数据或充电桩的运行状况数据，用于远程监控该绝缘监测装置，及显示故障信息。告警模块180，与所述控制模块110电连接，用于输出当前充电桩的故障信息，以及执行控制模块110输出的告警指示。本实施例的技术方案，通过采用光耦继电器来进行平衡电桥和不平衡电桥的切换，避免因执行元件的动作次数限制监测装置的使用寿命的缺陷，使监测装置更加可靠。同时，实现实时监测充电桩的输出信号中交流分量的大小，避免因交流分量过大，造成用户触电而危害用户的人身安全的风险，实现绝缘故障及时报警，并且远程控制装置还可以通过设定的指令对历史数据进行读取和查看。在上述实施例的基础上，本实用新型还包括一种充电桩，所述充电桩集成有如上述实施例中任一所述的充电桩的绝缘监测装置，减小绝缘监测装置的体积，以便将该绝缘监测装置集成于充电桩上。所述绝缘监测装置的正极与充电桩的正极电连接，所述绝缘监测装置的负极与充电桩的负极电连接，所述绝缘监测装置的地与充电桩的地电连接，具有接线简单、绝缘监测装置体积小和安装简便的特点。注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页1 2 3