直流充电系统、PDU及充电通路的在线加入检测方法与流程

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种直流充电系统、pdu及充电通路的在线加入检测方法。

背景技术

随着当前电动汽车的快速发展，充电桩也如雨后春笋般的涌现，为了满足多个车辆同时并高效完成充电，衍生出群充电系统。在充电系统中，功率分配单元(pdu)通过对一条或多条充电通路的控制来调度功率模块。充电通路是由继电器等一些电子器件组成，这些组成器件很容易损坏，如发生粘连或驱动失效，因此有必要检测充电通路中继电器的健康状况，避免出现安全问题。

目前，在对充电通路中的继电器进行检测时，所采用的方法为：在继电器上并联耐流等级更高的igbt管，然后通过控制相应继电器和igbt管的通断，并对多个所采样的电压信号进行ad转换处理，再根据处理后的各个电压信号之间的关系来判断继电器是否可靠。但是，这种检测方法存在以下缺陷：1.需要对采样电压进行ad转换处理，继电器的状态检测精度受adc转换精度的影响；2.adc转换需要较长的时间，无法满足当前快速充电的现实要求。

技术实现要素：

为解决现有技术中检测精度低且检测时间长的技术问题，本发明提供一种直流充电系统、pdu及充电通路的在线加入检测方法，可提高检测精度、缩短检测时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种功率分配单元，包括设置在每个充电通路中且分别用于对相应充电枪的两功率输入端进行通断控制的第一继电器和第二继电器，所述功率分配单元还包括控制模块及与每个充电通路对应的第一光耦检测电路，所述第一光耦检测电路包括第一光耦及连接在所述第一光耦的输入端的第一限流器件，而且，

所述第一光耦检测电路的输入端通过所述第一继电器和所述第二继电器与所述相应充电枪的功率输入端并联；

所述控制模块，连接所述第一光耦的输出端，且用于在对在线加入的充电通路中的第一继电器和第二继电器进行检测时，在相应功率模块保持关闭的状态下，控制所述第一继电器、所述第二继电器进行断开或闭合，并根据所述第一光耦的通断确定所述第一继电器和所述第二继电器的健康状态。

优选地，还包括设置在每个充电通路中且用于对相应功率模块进行通断控制的第三继电器，而且，

所述控制模块，还用于在对在线加入的充电通路中的第三继电器进行检测时，在所述第一继电器和所述第二继电器保持断开，且所述相应功率模块开启的状态下，控制所述第三继电器进行断开或闭合，并根据所述第一光耦的通断确定所述第三继电器的健康状态。

优选地，还包括与每个充电通路对应的第二光耦检测电路，所述第二光耦检测电路包括第二光耦及连接在所述第二光耦的输入端的第二限流器件，而且，

所述第二光耦检测电路的输入端与所述相应充电枪的功率输入端并联；

所述控制模块，还用于在对与所述相应功率模块相关的旁路中的第一继电器和第二继电器进行粘连检测时，在所述相应功率模块开启且所述第三继电器闭合的状态下，根据所述旁路中的第二光耦的通断确定所述旁路中的第一继电器和第二继电器的健康状态。

本发明还构造一种直流充电系统，包括至少两个功率模块和至少一个充电枪，还包括以上所述的功率分配单元。

本发明还构造一种充电通路的在线加入检测方法，在对在线加入的充电通路中的第一继电器和第二继电器进行粘连检测时，进行以下步骤：

步骤s101.控制相应功率模块关闭；

步骤s102.控制所述第一继电器和所述第二继电器中的其中一个继电器断开，另一个继电器闭合，其中，第一继电器和第二继电器设置在所述充电通路中且分别用于对相应充电枪的两功率输入端进行通断控制；

步骤s103.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s104；若否，则执行步骤s105，其中，第一光耦检测电路包括第一光耦及连接在所述第一光耦的输入端的第一限流器件，而且，所述第一光耦检测电路的输入端通过所述第一继电器和所述第二继电器与所述相应充电枪的功率输入端并联；

步骤s104.确定所述其中一个继电器发生粘连，然后执行步骤s108；

步骤s105.控制所述另一个继电器断开及所述其中一个继电器闭合；

步骤s106.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s107；若否，则执行步骤s109；

步骤s107.确定所述另一个继电器发生粘连；

步骤s108.确定所述充电通路自检失败；

步骤s109.确定所述第一继电器和所述第二继电器均未发生粘连。

优选地，在对在线加入的充电通路中的第三继电器进行粘连检测时，进行以下步骤：

步骤s111.控制所述第一继电器和所述第二继电器断开；

步骤s112.控制所述相应功率模块开启及控制第三继电器断开，其中，所述第三继电器设置在所述充电通路中且用于对相应功率模块进行通断控制；

步骤s113.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s114；若否，则执行步骤s115；

步骤s114.确定所述第三继电器发生粘连，然后执行步骤s108；

步骤s115.确定所述第三继电器未发生粘连。

优选地，还包括：

控制所述相应功率模块开启及所述第三继电器闭合；

根据旁路中的第二光耦的通断确定所述旁路中的第一继电器和第二继电器的健康状态，其中，第二光耦检测电路包括第二光耦及连接在所述第二光耦的输入端的第二限流器件，而且，所述第二光耦检测电路的输入端与所述相应充电枪的功率输入端并联。

本发明还构造一种充电通路的在线加入方法，在对在线加入的充电通路中的第一继电器和第二继电器进行驱动失效检测时，进行以下步骤：

步骤s201.控制相应功率模块关闭；

步骤s202.控制所述第一继电器及所述第二继电器闭合，其中，第一继电器和第二继电器设置在所述充电通路中且分别用于对相应充电枪的两功率输入端进行通断控制；

步骤s203.检测第一光耦是否导通，若否，则执行步骤s204；若是，则执行步骤s205，其中，第一光耦检测电路包括第一光耦及连接在所述第一光耦的输入端的第一限流器件，而且，所述第一光耦检测电路的输入端通过所述第一继电器和所述第二继电器与所述相应充电枪的功率输入端并联；

步骤s204.确定所述第一继电器和所述第二继电器中的至少一个发生驱动失效；

步骤s205.确定所述第一继电器和所述第二继电器均未发生驱动失效。

优选地，在对在线加入的充电通路中的第三继电器进行驱动失效检测时，进行以下步骤：

步骤s211.控制所述第一继电器和所述第二继电器断开；

步骤s212.控制所述相应功率模块开启及控制第三继电器闭合，其中，所述第三继电器设置在充电通路中且用于对相应功率模块进行通断控制；

步骤s213.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s214；若否，则执行步骤s215；

步骤s214.确定所述第三继电器未发生驱动失效；

步骤s215.确定所述第三继电器发生驱动失效。

实施本发明的技术方案，通过在每个充电通路中设置光耦检测电路，并且控制模块控制充电通路中相应继电器进行断开或闭合，然后就可根据光耦的通断来确定相应继电器的健康状态。相比现有技术中需要对采样电压进行ad转换处理的方式，可提高继电器健康状态的检测精度及缩短检测时间，提高用户的有效充电时间，提升用户充电的体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明直流充电系统实施例一的逻辑结构图；

图2是本发明功率分配单元实施例一的部分逻辑结构图；

图3是本发明功率分配单元实施例一的部分逻辑结构图；

图4是本发明功率分配单元实施例一的部分逻辑结构图；

图5a是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例一的流程图；

图5b是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例二的流程图；

图6a是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例四的流程图；

图6b是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例五的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明直流充电系统实施例一的逻辑结构图，该实施例的直流充电系统包括n个功率模块、m个充电枪及功率分配单元10，其中，n为大于等于2的自然数，m为大于等于1的自然数。而且，功率模块用于将直流电转换成电动汽车充电所需的电能。功率分配单元10包括控制模块及m*n个充电通路，且每个充电通路中均设置有三个继电器，其中，第一继电器和第二继电器分别用于对相应充电枪的两功率输入端进行通断控制，第三继电器用于对相应功率模块进行通断控制。另外，控制模块通过与电动汽车的bms(电池管理系统)模块通信获取电动汽车所需的充电功率，并结合充电系统的充电容量及预设的充电策略来确定为该电动汽车分配的功率模块的数量，然后，对充电枪与相应功率模块之间的相应的充电通路进行自检，并在自检成功时通过闭合相应充电通路中的继电器来开启该充电通路，从而为该电动汽车充电。

图2是本发明功率分配单元实施例一的部分逻辑结构图，该实施例的功率分配单元包括9(m＝3，n＝3)个充电通路，另外，还包括控制模块(未示出)、设置在每个充电通路中的三个继电器、与每个充电通路对应的第一光耦检测电路及第二光耦检测电路，第一光耦检测电路包括第一光耦及连接在第一光耦的输入端的第一限流器件(未示出)，第二光耦检测电路包括第二光耦及连接在第二光耦的输入端的第二限流器件(未示出)。而且，相应功率模块的正输出端通过第一继电器连接相应充电枪的正功率输入端，相应功率模块的负输出端通过第三继电器、第二继电器连接相应充电枪的负功率输入端，第一光耦检测电路的输入端通过第一继电器和第二继电器与相应充电枪的功率输入端并联，第二光耦检测电路的输入端与相应充电枪的功率输入端并联。以功率模块dc2通过充电枪a进行充电的充电通路为例，结合图3，第一继电器k2a+和第二继电器k2a-分别用于对充电枪a的两功率输入端进行通断控制，第三继电器k2用于对功率模块dc2进行通断控制，第一光耦为光耦u2，第二光耦为光耦ua。另外，每个充电通路中的第三继电器上还并联有igbt管，igbt管的特点是可以承受大电流，但是其长时间过大电流发热会引起损坏，所以，为了保证继电器和igbt管的健康状态，使用igbt管和继电器配合使用，在通道通断时需要按照一定的约束要求进行通断。

下面结合图2、图3及图4说明功率模块dc2与充电枪a之间的充电通路的结构：控制模块优选为mcu101，第一限流器件包括第一电阻r3和第二电阻r4，第二限流器件包括第三电阻r11和第四电阻r12。而且，第一光耦u2的正输入端依次通过第一电阻r3连接第一继电器k2a+的第一端，第一继电器k2a+的第二端连接充电枪a的正功率输入端，第一光耦u2的负输入端通过第二电阻r4连接第二继电器k2a-的第一端，第二继电器k2a-的第二端连接充电枪a的负功率输入端。第二光耦ua的正输入端通过第三电阻r11连接充电枪a的正功率输入端，第二光耦ua的负输入端通过第四电阻r12连接充电枪a的负功率输入端。应理解，其它充电通路的结构可参照该充电通路的结构，在此不做赘述。

另外，在该实施例中，mcu101连接第一光耦的输出端及第二光耦的输出端，且用于在对在线加入的充电通路中的第一继电器和第二继电器进行检测时，在相应功率模块保持关闭的状态下，控制第一继电器、第二继电器进行断开或闭合，并根据第一光耦的通断确定第一继电器和第二继电器的健康状态；还用于在对在线加入的充电通路中的第三继电器进行检测时，在第一继电器和第二继电器保持断开，且相应功率模块开启的状态下，控制第三继电器进行断开或闭合，并根据第一光耦的通断确定第三继电器的健康状态；还用于在对与相应功率模块相关的旁路中的第一继电器和第二继电器进行粘连检测时，在相应功率模块开启且第三继电器闭合的状态下，根据旁路中的第二光耦的通断确定旁路中的第一继电器和第二继电器的健康状态。其中，健康状态包括是否发生粘连、是否发生驱动失效。

关于充电通路，还需说明的是，当有多个电动汽车同时需要充电时，为提高充电效率，需保证每个电动汽车均至少分配一个功率模块，因此，在为该电动汽车进行功率模块调度时，可首先为该电动汽车分配一个功率模块，即，开启第一条充电通路。而且，在开启该第一条充电通路前，由于充电枪的两功率输入端之间是无电压的，所以此时对该充电通路中继电器的健康状态的检测称之为启动充电检测。当为每个电动汽车均分配一个功率模块后，若还有多余的功率模块，则可继续为该电动汽车分配其它的功率模块，即，开启在线加入的充电通路。而且，在开启该在线加入的充电通路前，由于充电枪的两功率输入端之间已有电压，所以此时对该充电通路中继电器的健康状态的检测称之为在线加入检测。

关于该实施例，还需说明的是，以上只是本发明的一个具体示例，当然，在其它实施例中，可对以上实施例的结构进行各种变形，这些变形包括：(1)第三继电器也可连接在功率模块的正输出端，例如，功率模块dc2的正输出端通过第三继电器k2、第一继电器k2a+连接充电枪a的正功率输入端，功率模块dc2的负输出端通过第二继电器k2a-连接充电枪a的负功率输入端。或者，还在每个充电通路中设置第四继电器，且第四继电器及第三继电器分别设置在功率模块的正输出端和负输出端，并对该第四继电器进行健康状态的检测。(2)第一限流器件可仅包括一个电阻，在仅包括第一电阻时，例如，第一光耦u2的正输入端通过第一电阻r3连接第一继电器k2a+的第一端，第一光耦u2的负输入端连接第二继电器k2a-的第一端；在仅包括第二电阻时，例如，第一光耦u2的正输入端连接第一继电器k2a+的第一端，第一光耦u2的负输入端通过第二电阻r4连接第二继电器k2a-的第一端。同样地，第二限流器件也可仅包括一个电阻，在仅包括第三电阻时，例如，第二光耦ua的正输入端通过第三电阻r11连接充电枪a的正功率输入端，第二光耦ua的负输入端连接充电枪a的负功率输入端；在仅包括第四电阻时，例如，第二光耦ua的正输入端连接充电枪a的正功率输入端，第二光耦ua的负输入端通过第四电阻r12连接充电枪a的负功率输入端。(3)功率分配单元中不设置与每个充电通路对应的第二光耦检测电路。

图5a是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例一的流程图，该实施例的在线加入检测方法用于对在线加入的充电通路中的第一继电器和第二继电器进行粘连检测，且具体包括以下步骤：

步骤s101.控制相应功率模块关闭；

步骤s102.控制第一继电器和第二继电器中的其中一个继电器断开，另一个继电器闭合，其中，第一继电器和第二继电器设置在充电通路中且分别用于对相应充电枪的两功率输入端进行通断控制；

步骤s103.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s104；若否，则执行步骤s105，其中，第一光耦检测电路包括第一光耦及连接在第一光耦的输入端的第一限流器件，而且，第一光耦检测电路的输入端通过第一继电器和第二继电器与相应充电枪的功率输入端并联；

步骤s104.确定其中一个继电器发生粘连，然后执行步骤s108；

步骤s105.控制另一个继电器断开及其中一个继电器闭合；

步骤s106.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s107；若否，则执行步骤s109；

步骤s107.确定另一个继电器发生粘连；

步骤s108.确定充电通路自检失败；

步骤s109.确定第一继电器和第二继电器均未发生粘连。

下面结合图2至图4说明充电通路中第一继电器和第二继电器的粘连检测原理：假如某汽车通过充电枪a进行充电，首先开启了功率模块dc1与充电枪a之间的充电通路，然后确定还需在线加入功率模块dc2，此时，需对功率模块dc2与充电枪a之间的充电通路进行在线加入检测，在对该充电通路中的第一继电器k2a+和第二继电器k2a-进行粘连检测时，mcu101可关闭该功率模块dc2，断开第一继电器k2a+，闭合第二继电器k2a-，并检测第一光耦u2的通断状态，由于此时充电枪a两功率输入端之间已有电压，所以，若第一光耦u2为导通状态，则可确定该第一继电器k2a+发生粘连，反之则未发生粘连。然后，使用相同的方式，断开第二继电器k2a-，闭合第一继电器k2a+，并检测第一光耦u2的通断状态，若为导通状态，则可确定该第二继电器k2a-发生粘连，反之则未发生粘连。

图5b是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例二的流程图，该实施例的在线加入检测方法用于对在线加入的充电通路中的第三继电器进行粘连检测，且具体包括以下步骤：

步骤s111.控制第一继电器和第二继电器断开；

步骤s112.控制相应功率模块开启及控制第三继电器断开，其中，第三继电器设置在充电通路中且用于对相应功率模块进行通断控制；

步骤s113.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s114；若否，则执行步骤s115；

步骤s114.确定第三继电器发生粘连，然后执行步骤s108；

步骤s115.确定第三继电器未发生粘连。

下面结合图2至图4说明充电通路中第三继电器的粘连检测原理：若某汽车在通过充电枪a进行充电时，首先开启了功率模块dc1与充电枪a之间的充电通路，然后确定还需在线加入功率模块dc2，此时，需对功率模块dc2与充电枪a之间的充电通路进行在线加入检测，在对该充电通路中的第三继电器k2进行粘连检测时，mcu101可断开第一继电器k2a+、第二继电器k2a-，并控制功率模块dc2开启，及控制第三继电器k2断开，此时，检测第一光耦u2的通断状态，若第一光耦u2为导通状态，则可确定该第三继电器k2发生粘连，反之则未发生粘连。

进一步地，还包括：

控制相应功率模块开启及第三继电器闭合；

根据旁路中的第二光耦的通断确定旁路中的第一继电器和第二继电器的健康状态，其中，第二光耦检测电路包括第二光耦及连接在第二光耦的输入端的第二限流器件，而且，第二光耦检测电路的输入端与相应充电枪的功率输入端并联。

下面结合图2至图4说明旁路中第一继电器和第二继电器的粘连检测原理：假如某汽车通过充电枪a进行充电，若需开启功率模块dc1与充电枪a之间的充电通路，则除了对该充电通路中的三个继电器k1a+、k1a-、k1进行粘连检测外，还需对功率模块dc1分别与充电枪b、c之间的充电通路中的第一继电器k1b+、k1c+、第二继电器k1b-、k1c-进行粘连检测，以防止在旁路中存在继电器发生粘连的情况下，人因误触摸充电枪b、c而发生触电事故。同样地，当确定还需在线加入功率模块dc2时，除了对功率模块dc2与充电枪a之间的充电通路中的三个继电器k2a+、k2a-、k2进行粘连检测外，还需对功率模块dc2分别与充电枪b、c之间的充电通路中的第一继电器k2b+、k2c+、第二继电器k2b-、k2c-进行粘连检测，以防止在旁路中存在继电器发生粘连的情况下，人因误触摸充电枪b、c而发生触电事故。

图6a是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例四的流程图，该实施例的在线加入检测方法用于对在线加入的充电通路中的第一继电器和第二继电器进行驱动失效检测，且具体包括以下步骤：

步骤s201.控制相应功率模块关闭；

步骤s202.控制第一继电器及第二继电器闭合，其中，第一继电器和第二继电器设置在充电通路中且分别用于对相应充电枪的两功率输入端进行通断控制；

步骤s203.检测第一光耦是否导通，若否，则执行步骤s204；若是，则执行步骤s205，其中，第一光耦检测电路包括第一光耦及连接在第一光耦的输入端的第一限流器件，而且，第一光耦检测电路的输入端通过第一继电器和第二继电器与相应充电枪的功率输入端并联；

步骤s204.确定第一继电器和第二继电器中的至少一个发生驱动失效；

步骤s205.确定第一继电器和第二继电器均未发生驱动失效。

下面结合图2至图4说明充电通路中第一继电器和第二继电器的驱动失效检测原理：假如某汽车通过充电枪a进行充电，首先开启了功率模块dc1与充电枪a之间的充电通路，然后确定还需在线加入功率模块dc2，此时，需对功率模块dc2与充电枪a之间的充电通路进行在线加入检测，在对该充电通路中的第一继电器k2a+和第二继电器k2a-进行驱动失效检测时，mcu101可关闭该功率模块dc2，闭合第一继电器k2a+及第二继电器k2a-，并检测第一光耦u2的通断状态，由于此时充电枪a两功率输入端之间已有电压，所以，若第一光耦u2为导通状态，则可确定该第一继电器k2a+及第二继电器k2a-均未发生驱动失效，反之则确定第一继电器k2a+和/或第二继电器k2a-发生驱动失效。

图6b是本发明充电通路的在线加入检测方法实施例五的流程图，该实施例的在线加入检测方法用于对在线加入的充电通路中的第三继电器进行驱动失效检测，且具体包括以下步骤：

步骤s211.控制第一继电器和第二继电器断开；

步骤s212.控制相应功率模块开启及控制第三继电器闭合，其中，第三继电器设置在充电通路中且用于对相应功率模块进行通断控制；

步骤s213.检测第一光耦是否导通，若是，则执行步骤s214；若否，则执行步骤s215；

步骤s214.确定第三继电器未发生驱动失效；

步骤s215.确定第三继电器发生驱动失效。

下面结合图2至图4说明充电通路中第三继电器的驱动失效检测原理：若某汽车在通过充电枪a进行充电时，首先开启了功率模块dc1与充电枪a之间的充电通路，然后确定还需在线加入功率模块dc2，此时，需对功率模块dc2与充电枪a之间的充电通路进行在线加入检测，在对该充电通路中的第三继电器k2进行驱动失效检测时，mcu101可断开第一继电器k2a+、第二继电器k2a-，并控制功率模块dc2开启，及控制第三继电器k2闭合，此时，检测第一光耦u2的通断状态，若第一光耦u2为导通状态，则可确定该第三继电器k2未发生驱动失效，反之则发生驱动失效。

最后需说明的是，在自检过程中，若检测出充电通路中发生继电器粘连或驱动失效的情况，功率分配单元可产生报警信号，维修人员可将相应充电通路上的功率模块剥离出去，在该充电通路的问题修复前，该路功率模块不再投入使用，且不影响其它功率模块的正常使用。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。