交流充电桩三相电输出短路检测电路及方法与流程

本发明涉及交流充电桩输出短路检测，属于新能源汽车技术领域。

背景技术：

现有交流充电桩在充电枪与车辆连接后充电启动前，为保证电气安全需对充电桩供电输出端口至车辆充电输入端口之间的线缆、连接器进行短路检测。

如图1所示，现有的交流充电桩输出短路检测电路，通常采用固定电平或固定频率的pwm信号注入方法进行检测，此种方法通常使用在单相电输出的交流充电桩中。对于三相电输出的交流充电桩，采用前述检测方法需要对三相电的3根火线和1根零线进行两两检测，需要检测6种情况，进行6次检测判定，检测电路设计复杂，成本较高，误判率高。目前业内尚无低成本、稳定可靠的输出短路检测电路用于三相电输出的交流充电桩。

技术实现要素：

为了解决现有交流充电桩输出短路检测电路存在的上述技术问题，本发明提供一种低成本、稳定可靠的用于三相电源交流充电桩的输出短路检测电路。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种交流充电桩三相电输出短路检测电路，其特征在于包括火线l1接线端、火线l2接线端、火线l3接线端、零线n接线端、电阻r1~r6、隔离dc-dc电源u1、线性隔离器u2、单片机u3和继电器k1~k4；所述电阻r1~r6依次串联后接地；所述零线n接线端串联继电器k1后连接至电阻r4和电阻r5之间，所述火线l1接线端串联继电器k2后连接至电阻r3和电阻r4之间，所述火线l2接线端串联继电器k3后连接至电阻r2和电阻r3之间，所述火线l3接线端串联继电器k4后连接至电阻r1和电阻r2之间；所述线性隔离器u2的输入端连接至电阻r5和电阻r6之间，其输出端连接至所述单片机u3的ad采样端口。

优选地，短路检测电路还包括稳压二极管d2，所述稳压二极管d2的正极接地，负极连接所述线性隔离器u2的输入端。

优选地，短路检测电路还包括开关二极管d1，所述开关二极管d1的正极连接所述隔离dc-dc电源u1的输出端，负极连接所述电阻r1未与电阻r2连接的一端。

优选地，所述电阻r1~r6的值满足v2a<v2b<v2c<v2d<v2e<v2f<v2g，其中，v2a~v2g表示不同短路情况下线性隔离器u2输入端的电压值；

无短路时：

v2a≈v1r*r6/(r1+r2+r3+r4+r5+r6)

零线n与火线l1短路时：

v2b≈v1r*r6/(r1+r2+r3+r5+r6)

火线l1与火线l2短路时：

v2c≈v1r*r6/(r1+r2+r4+r5+r6)

火线l2与火线l3短路时：

v2d≈v1r*r6/(r1+r3+r4+r5+r6)

零线n与火线l2短路时：

v2e≈v1r*r6/(r1+r2+r5+r6)

火线l1与火线l3短路时：

v2f≈v1r*r6/(r1+r4+r5+r6)

零线n与火线l3短路时：

v2g≈v1r*r6/(r1+r5+r6)

其中，v1r表示电阻r1输入端的电压值。

本发明还提供所述交流充电桩三相电输出短路检测电路的短路检测方法，其特征在于当进行短路检测时，继电器k1~k4吸合，线性隔离器u2将采样到的模拟电压传输到单片机u3的ad采样端口，单片机u3通过ad采样端口读取的电压值判定三相电源输出线之间的短路情况，具体如下：

无短路时：

v2a≈v1r*r6/(r1+r2+r3+r4+r5+r6)

零线n与火线l1短路时：

v2b≈v1r*r6/(r1+r2+r3+r5+r6)

火线l1与火线l2短路时：

v2c≈v1r*r6/(r1+r2+r4+r5+r6)

火线l2与火线l3短路时：

v2d≈v1r*r6/(r1+r3+r4+r5+r6)

零线n与火线l2短路时：

v2e≈v1r*r6/(r1+r2+r5+r6)

火线l1与火线l3短路时：

v2f≈v1r*r6/(r1+r4+r5+r6)

零线n与火线l3短路时：

v2g≈v1r*r6/(r1+r5+r6)

其中，v2a~v2g表示不同短路情况下线性隔离器u2输入端的电压值，v1r表示电阻r1输入端的电压值，通过合理设置电阻r1~r6的值，使得v2a<v2b<v2c<v2d<v2e<v2f<v2g，单片机u3即可根据ad采样端口读取的电压值判定短路情况。

有益效果：

（1）本发明对现有三相电源短路检测电路进行了简化，只使用6颗电阻组成的电阻串作为主检测电路，利用单片机ad采集端口采集电阻串末端电阻两端的电压判定短路情况，极大降低了电路的复杂度及成本。由于电路元器件较少，不会因大部分元器件的失效(比如开路/短路)误报短路状态，提高了检测精度。

（2）本发明通过合理设置6颗电阻的阻值，利用一个模拟检测接口即可一次性检测三相电源线路中多种短路情况，并能确定短路位置，方法简单可靠，提高了检测效率。

（3）本发明能够检测单相和三相交流充电桩的输出短路情况，以及特殊情况下的多路电源线短路情况，具有广泛的适应性。

附图说明

图1为现有技术交流充电桩的短路检测原理示意图；

图2为本发明三相交流充电桩短路检测原理示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明技术方案进一步详细描述。

实施例一

本实施例提供一种交流充电桩三相电输出短路检测电路，如图2所示，包括火线l1接线端、火线l2接线端、火线l1接线端、零线n接线端、高压电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、开关二极管d1、稳压二极管d2、隔离dc-dc电源u1、线性隔离器u2、单片机u3及小型功率继电器k1、k2、k3、k4。

高压电阻r1r2r3r4r5r6依次串联后接地。零线n接线端串联继电器k1后连接至电阻r4和电阻r5之间，火线l1接线端串联继电器k2后连接至电阻r3和电阻r4之间，火线l2接线端串联继电器k3后连接至电阻r2和电阻r3之间，火线l3接线端串联继电器k4后连接至电阻r1和电阻r2之间。隔离dc-dc电源u1通过开关二级管d1接入高压电阻串（开关二极管d1耐压500v以上，起反向保护作用，用于防止小型功率继电器发生触点黏连失效时高压损坏隔离dc-dc电源u1），稳压二极管d2连接在线性隔离器u2的输入端起保护作用。线性隔离器u2的输入端连接至电阻r5和电阻r6之间，其输出端连接至所述单片机u3的ad采样端口。

所述电阻r1~r6的值满足v2a<v2b<v2c<v2d<v2e<v2f<v2g，其中，v2a~v2g表示不同短路情况下线性隔离器u2输入端的电压值；

无短路时：

v2a≈v1r*r6/(r1+r2+r3+r4+r5+r6)

零线n与火线l1短路时：

v2b≈v1r*r6/(r1+r2+r3+r5+r6)

火线l1与火线l2短路时：

v2c≈v1r*r6/(r1+r2+r4+r5+r6)

火线l2与火线l3短路时：

v2d≈v1r*r6/(r1+r3+r4+r5+r6)

零线n与火线l2短路时：

v2e≈v1r*r6/(r1+r2+r5+r6)

火线l1与火线l3短路时：

v2f≈v1r*r6/(r1+r4+r5+r6)

零线n与火线l3短路时：

v2g≈v1r*r6/(r1+r5+r6)

其中，v1r表示电阻r1输入端的电压值。

本实施例对现有三相电源短路检测电路进行了简化，只使用6颗电阻组成的电阻串作为主检测电路，通过合理设置各电阻阻值，利用单片机ad采集端口采集电阻串末端电阻两端的电压即可判定短路情况，电路结构简单，成本低。

实施例二

本实施例提供交流充电桩三相电输出短路检测电路的短路检测方法，当进行短路检测时，继电器k1~k4吸合，短路检测结束后继电器k1~k4断开，线性隔离器u2将采样到的模拟电压传输到单片机u3的ad采样端口，单片机u3通过ad采样端口读取的电压值判定三相电源输出线之间是否存在短路情况，如存在短路情况，单片机u3还可判断短路发生位置。

假设隔离dc-dc电源u1的输出电压为v1，线性隔离器u2的输入电压为v2，单片机u3的ad采样端口输入电压为v3。v3与v2存在直接比例关系，因此可通过v2来判定前端三相电源输出线是否存在短路情况。具体如下：

1.无短路时：

v2a≈（v1-0.7）*r6/(r1+r2+r3+r4+r5+r6)

2.n与l1短路时：

v2b≈（v1-0.7）*r6/(r1+r2+r3+r5+r6)

3.l1与l2短路时：

v2c≈（v1-0.7）*r6/(r1+r2+r4+r5+r6)

4.l2与l3短路时：

v2d≈（v1-0.7）*r6/(r1+r3+r4+r5+r6)

5.n与l2短路时：

v2e≈（v1-0.7）*r6/(r1+r2+r5+r6)

6.l1与l3短路时：

v2f≈（v1-0.7）*r6/(r1+r4+r5+r6)

7.n与l3短路时：

v2g≈（v1-0.7）*r6/(r1+r5+r6)

其中，v2a~v2g表示不同短路情况下线性隔离器u2的输入电压v2的电压值，因此通过合理设置电阻r1r2r3r4r5r6的电阻值，使得v2a<v2b<v2c<v2d<v2e<v2f<v2g，单片机u3即可通过ad采样短路读取的电压值来判断三相电源输出线是否存在短路，以及存在短路的位置。

本发明检测方法通过合理设置电阻串中各电阻的阻值，单片机利用一个模拟检测接口即可一次性检测三相电源线路中多种短路情况，并能确定短路位置，方法简单可靠，提高了检测效率。