模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置及实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置及实现方法，包括车辆插座、输出状态切换电路、输出接口、驱动电路、I/O接口。车辆插座用于与充电插头连接；输出状态切换电路用于控制充电接口的通断状态、模拟充电机充电各路输出信号的异常状况；输出接口用于将经过输出状态切换电路后的信号与外部仪器或设备相连接；驱动电路驱动输出状态切换电路中的继电器；外部通过I/O接口，实现对输出状态的控制盒切换。本发明可以模拟充电机与电动汽车之间接口连接的通断状态、充电机充电各路输出信号的异常状况，以测试充电机实际输出变化，采用标准接口，操作简单，为实验室和现场进行充电机异常响应能力试验提供便利的途径。
【专利说明】[0001] 模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置及实现方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及系能源汽车领域，特别是涉及模拟电动汽车充电机不同输出状态的控 制装置及实现方法。
【背景技术】
[0003] 当前全球汽车工业面临金融危机和能源环境问题的巨大挑战，发展电动汽车，成 为推动传统汽车产业的战略转型的重要环节。电动汽车规模化发展需要标准化的充电设 施，目前国内外主要研究充电机自身电气特性等检测方法，尚没有对电动汽车与充电设备 之间互联互通兼容性、充电输出可靠性、应答响应机制进行全面的分析和检测，无法保证充 电机与电动汽车可靠地进行交互。
[0004] 为了进一步检测电动汽车充电设备对充电连接状态的监测能力，验证充电过程中 充电设备对输出电路异常(如断路、短路、接地等）状态响应的正确性，本发明提出了模拟电 动汽车充电机不同输出状态的控制装置的实现方法，设计一种控制装置，模拟充电机与电 动汽车之间接口连接的通断状态、充电机充电各路输出信号的异常状况，以测试充电机实 际输出变化，采用标准接口，操作简单，实现综合分析和评估充电机充电输出能力和异常响 应能力，以能够为专业检测机构或电动汽车生产制造商提供有效检测手段和工具。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置 及其实现方法，本发明提供的方案贴近充电机的实际工作状态，测试结果全面、准确，实现 综合分析和评估充电机充电输出能力和异常响应能力，以能够为专业检测机构或电动汽车 生产制造商提供有效检测手段和工具。
[0006] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的： 模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，包括： 车辆插座：符合GB/T 20234. 3规定的标准车辆插座，用于与充电插头连接； 输出状态切换电路：用于控制车辆接口的通断状态、模拟充电机充电各路输出信号的 异常状况； 输出接口：用于将经过所述输出状态切换电路后的信号与外部仪器或设备相连接； 驱动电路：用于驱动输出状态切换电路中的继电器； I/O接口 ：提供外部通信接口，实现对输出状态的控制和切换。
[0007] 前述控制装置的输入端为车辆插座、I/O接口；前述控制装置的输出端为输出接 □。
[0008] 所述车辆插座的输入端与充电机输出的充电插头连接，所述车辆插座的输出端与 所述输出状态切换电路的输入端连接； 所述输出状态切换电路的输入端与所述车辆插座的输出端连接，所述输出状态切换电 路的输出端与所述输出接口连接； 所述输出接口的输入端与所述输出状态切换电路的输出端和所述驱动电路的信号输 出端连接，所述输出接口的输出端与外部测量设备连接； 所述驱动电路的输入端与所述I/O接口的输出控制端相连，所述驱动电路的控制输出 端与所述输出状态切换电路的控制端连接，所述驱动电路的信号输出端与所述输出接口的 输入端连接； 所述I/O接口的输入端与外部控制设备连接，所述I/O接口的输出端与所述驱动电路 的输入端连接。
[0009] 前述控制装置由220V交流电压供电。
[0010] 前述充电工作状态包括接口连接状态和充电中异常状态。
[0011] 所述接口连接状态包括接口未连接状态和接口完全连接状态； 所述充电中异常状态包括充电中直流输出异常状态、充电中地线连接异常状态、充电 中通信电路异常状态、充电中控制导引异常状态、充电中辅助电源输出异常状态； 所述充电中直流输出异常状态包括直流输出断路、直流输出短路、直流输出接地； 所述充电中地线连接异常状态包括地线断路； 所述充电中通信电路异常状态包括通信电路断路、通信电路短路、通信电路接地； 所述充电中控制导引异常状态包括控制导引断路、控制导引短路、控制导引接地； 所述充电中辅助电源输出异常状态包括辅助电源输出断路、辅助电源输出短路、辅助 电源输出接地。
[0012] 前述控制装置连接方式是将充电机的充电插头与所述控制装置的所述车辆插座 连接，所述控制装置的所述输出接口与外部输出设备连接，可以是负载、控制装置等，所述 控制装置由220V交流电压供电。
[0013] 模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置的实现方法，其特征在于，所述控 制装置在充电机充电工作中进行连接状态测试和输出异常测试时，继电器逻辑控制如下： (1)在对充电机进行连接状态测试时，首先将所述控制装置与充电机、外部控制设备、 输出设备连接、断开所述控制装置中所有继电器，然后检查充电机应显示连接异常并不能 启动输出；再将所述控制装置中接口连接状态继电器置为闭合位置，检查充电机应显示连 接正常。
[0014] (2)在对充电机进行输出异常测试时，首先将所述控制装置与充电机、外部控制设 备、输出设备连接，断开所述控制装置中所有继电器，然后将所述控制装置中接口连接状态 继电器置为闭合位置进行正常充电，根据测试要求，通过外部控制，闭合所述控制装置中相 应充电异常状态控制继电器，完成对充电机输出端不同情况的模拟，利用连接所述控制装 置输出的测量设备对充电机各路输出实际情况进行监测。
[0015] 与现有技术比，本发明达到的有益效果是： 本发明提供的是模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置及其实现方法，填补了 国内对电动汽车充电机输出状态测试技术及装置的空白，通过该控制装置可以对电动汽车 充电机各输出电路信号进行监测，并能测试充电机充电输出能力和异常响应能力，能以友 好的方式向用户提示检测结果，更具直观、便捷。通过I/O端口和输出接口使其与其他设备 或计算机集成，装置采用标准接口，小巧易用，便于在实验室和充电站与现场设备灵活构建 测试系统，以评估充电机与电动汽车充电过程的正确性和稳定性，应用本发明能够为电动 汽车充电机的安全应用，提供测试技术手段和技术支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明提供的电动汽车充电机输出状态控制装置结构示意图； 图2是本发明提供的电动汽车充电机输出状态控制装置连接环境示意图； 图3是本发明的输出状态切换电路示意图； 图4是本发明的驱动电路中各继电器接口电路示意图； 图5是本发明的驱动电路中各接触器驱动电路示意图； 图6是本发明的输出状态切换电路中继电器状态及对应充电机输出。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0018] 本发明提供的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置如图1所示，控制装 置包括： 车辆插座：符合GB/T 20234. 3规定的标准车辆插座，用于与充电插头连接； 车辆插座的输入端与充电机输出的充电插头连接，车辆插座的输出端与状态切换电路 连接的输入端。
[0019] 输出状态切换电路：用于控制车辆接口的通断状态、模拟充电机充电各路输出信 号的异常状况； 输出状态切换电路的输入端与车辆插座的输出端连接，输出状态切换电路的输出端与 输出接口连接。
[0020] 输出接口 ：用于将经过输出状态切换电路后的信号与外部仪器或设备相连接； 输出接口的输入端与输出状态切换电路的输出端和驱动电路的信号输出端连接，输出 接口的输出端与外部测量设备连接。
[0021] 驱动电路：用于驱动输出状态切换电路中的继电器； 驱动电路的输入端与I/O接口的输出控制端相连，驱动电路的控制输出端与输出状态 切换电路的控制端连接，驱动电路的信号输出端与输出接口的输入端连接； I/O接口 ：提供外部通信接口，实现对输出状态的控制和切换。
[0022] I/O接口的输入端与外部控制设备连接，I/O接口的输出端与驱动电路的输入端 连接。
[0023] 控制装置的输入端为车辆插座、I/O接口；控制装置的输出端为输出接口。
[0024] 控制装置由220V交流电压供电。
[0025] 充电工作状态包括接口连接状态和充电中异常状态。
[0026] 接口连接状态包括接口未连接状态和接口完全连接状态； 充电中异常状态包括充电中直流输出异常状态、充电中地线连接异常状态、充电中通 信电路异常状态、充电中控制导引异常状态、充电中辅助电源输出异常状态； 充电中直流输出异常状态包括直流输出断路、直流输出短路、直流输出接地；充电中地 线连接异常状态包括地线断路；充电中通信电路异常状态包括通信电路断路、通信电路短 路、通信电路接地；充电中控制导引异常状态包括控制导引断路、控制导引短路、控制导引 接地；充电中辅助电源输出异常状态包括辅助电源输出断路、辅助电源输出短路、辅助电源 输出接地。
[0027] 本发明提供的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置使用环境如图2所 示，控制装置连接方式如下： 将充电机的充电插头与控制装置的车辆插座连接，I/O接口与主控机，控制装置的输出 接口与负载、通信控制器等连接，控制装置由220V交流电压供电。
[0028] 本发明提供的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置的实现方法，其特 征在于，在充电机充电工作中进行连接状态测试和输出异常测试时，可以通过对控制装置 中的输出状态切换电路中的继电器进行控制，输出状态切换电路中的继电器默认为断开状 态，输出状态切换电路如图3所示，其中SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9为接口连接状态 控制继电器；S10、Sll、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S20、S21 为充电异常状态控 制继电器。
[0029] 继电器S1位于输出状态切换电路的DC+电路上，用于切换DC+电路的连通与断开 状态； 继电器S2位于输出状态切换电路的DC-电路上，用于切换DC-电路的连通与断开状 态； 继电器S3位于输出状态切换电路的PE电路上，用于切换PE电路的连通与断开状态； 继电器S4位于输出状态切换电路的S+电路上，用于切换S+电路的连通与断开状态； 继电器S5位于输出状态切换电路的S-电路上，用于切换S-电路的连通与断开状态； 继电器S6位于输出状态切换电路的CC1电路上，用于切换CC1电路的连通与断开状 态； 继电器S7位于输出状态切换电路的CC2电路上，用于切换CC2电路的连通与断开状 态； 继电器S8位于输出状态切换电路的A+电路上，用于切换A+电路的连通与断开状态； 继电器S9位于输出状态切换电路的A-电路上，用于切换A-电路的连通与断开状态； 继电器S10位于输出状态切换电路的DC+与DC-之间的电路上，用于短路DC+与DC-之 间电路； 继电器S11位于输出状态切换电路的DC+与PE之间的电路路上，用于将DC+接地； 继电器S12位于输出状态切换电路的DC-与PE之间的电路路上，用于将DC-接地； 继电器S13位于输出状态切换电路的S+与S-之间的电路上，用于短路S+与S-之间 电路； 继电器S14位于输出状态切换电路的S+与PE之间的电路路上，用于将S+接地； 继电器S15位于输出状态切换电路的S-与PE之间的电路路上，用于将S-接地； 继电器S16位于输出状态切换电路的CC1与CC2之间的电路上，用于短路CC1与CC2 之间电路； 继电器S17位于输出状态切换电路的CC1与PE之间的电路路上，用于将CC1接地； 继电器S18位于输出状态切换电路的CC2与PE之间的电路路上，用于将CC2接地； 继电器S19位于输出状态切换电路的A+与A-之间的电路上，用于短路A+与A-之间 电路； 继电器S20位于输出状态切换电路的A+与PE之间的电路路上，用于将A+接地； 继电器S21位于输出状态切换电路的A-与PE之间的电路路上，用于将A-接地。
[0030] R4和R5为可调电阻，1000 Ω为标称值。Ucc为上拉电压，12V为标称值。
[0031] 驱动电路中各继电器驱动均相同如图4所示，均包括一个保护二极管、+12V电源。 当需要连通电路时，外部控制经继电器控制端口输入，使继电器通电并闭合节点，同时带动 VCC电路连通，VCC提供动作电压值（20V)至继电器信号端口输出，外部设备可以采集该同 步动作信号。当需要断开电路时，外部控制经继电器控制端口输入，使继电器断电并打开节 点，同时VCC电路断开，继电器信号端口将无信号输出。继电器控制端口与I/O端口相连， 继电器信号端口与输出端口相连。
[0032] 在国家标准GB/T 20234. 3-2011中规定的直流充电接口额定电压和额定电流参 数：DC+/DC-为 750V 125A/250A;S+/S-/CC1/CC2 为 30V 2A;A+/A-为 30V 20A。这里推荐 S1、S2、S3、S4、S5选用高压接触器。各接触器驱动均相同如图5所示，这里采用继电器驱动 接触器的方式，外部控制经继电器控制端口输入，使继电器通电并闭合节点，并带动继电器 的常开或常闭触点去改变接触器运行状态，同时带动VCC电路的连通状态变化，同步动作 信号（20V)可以由外部设备采集。
[0033] I/O接口可以使用数字10卡PCI 7234,其具有32通道隔离输入输出通道，可以连 接主控机与控制装置，实现外部控制通信。
[0034] 继电器状态及对应充电机输出如图6所示。
[0035] 测试前，推荐按照图2所示将控制装置与充电机输出端相连。
[0036] (1)在对充电机进行连接状态测试时，主控机控制将继电器置于图6中序列1所示 的位置，表示充电接口未连接；启动充电机，充电机应进行连接状态检查，并显示充电接口 未连接；将继电器置于图6中序列2所示的位置后，充电机应显示充电接口完全连接。
[0037] 充电过程中，可以调整R4和R5电阻在范围970 Ω?1030 Ω调整，测量分别在最 大额定电阻和最小额定电阻时控制导引CC1的电压值。
[0038] (2)在对充电机进行输出异常测试时，充电机进行正常充电过程中，可以通过外部 通信控制将继电器置于异常状态位置，以测量充电机是否能正常响应，包括如下位置： 置于图6中序号3或序号4所示的位置，表示充电接口直流输出断路； 置于图6中序号5所示的位置，表示充电接口直流输出短路； 置于图6中序号6或序号7所示的位置，表示充电接口直流输出接地； 置于图6中序号8所示的位置，表示充电接口地线断路； 置于图6中序号9或序号10所示的位置，表示充电接口通信电路断路； 置于图6中序号11所示的位置，表示充电接口通信电路短路； 置于图6中序号12或序号13所示的位置，表示充电接口通信电路接地； 置于图6中序号14或序号15所示的位置，表示充电接口控制导引断路； 置于图6中序号16所示的位置，表示充电接口控制导引短路； 置于图6中序号17或序号18所示的位置，表示充电接口控制导引接地； 置于图6中序号19或序号20所示的位置，表示充电接口辅助电源电路断路； 置于图6中序号21所示的位置，表示充电接口辅助电源电路短路； 置于图6中序号22或序号23所示的位置，表示充电接口辅助电源电路接地。
[0039] 通过主控机控制控制装置内部继电器的位置，完成对充电机输出端不同情况的模 拟，利用连接控制装置输出的测量设备对充电机各路输出实际情况进行监测。
[0040] 本发明通过输出状态切换电路实现整个充电过程的连接、输出断路、输出短路、输 出接地等状态进行模拟。当电动汽车充电机与控制装置通过充电接口建立物理连接后，切 换电路实现各输出端连接状态控制，充电过程中控制各输出端继电器状态执行异常状态的 切换动作，通过外部测量设备对充电机各路实际输出进行实时记录。本发明能够为专业检 测机构或电动汽车生产制造商提供有效检测、评估电动汽车充电机充电输出能力和异常响 应能力的手段和工具。
[0041] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然 可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，其特征在于，包括 车辆插座：符合GB/T 20234. 3规定的标准车辆插座，用于与充电插头连接； 输出状态切换电路：用于控制车辆接口的通断状态、模拟充电机充电各路输出信号的 异常状况； 输出接口：用于将经过所述输出状态切换电路后的信号与外部仪器或设备相连接； 驱动电路：用于驱动输出状态切换电路中的继电器； I/O接口 ：提供外部通信接口，实现对输出状态的控制和切换。
2. 根据权利要求1所述的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，其特征在 于， 所述车辆插座的输入端与充电机输出的充电插头连接，所述车辆插座的输出端与所述 状态切换电路连接的输入端连接； 所述输出状态切换电路的输入端与所述车辆插座的输出端连接，所述输出状态切换电 路的输出端与所述输出接口连接； 所述输出接口的输入端与所述输出状态切换电路的输出端和所述驱动电路的信号输 出端连接，所述输出接口的输出端与外部测量设备连接； 所述驱动电路的输入端与所述I/O接口的控制输出端相连，所述驱动电路的控制输出 端与所述输出状态切换电路的控制端连接，所述驱动电路的信号输出端与所述输出接口的 输入端连接； 所述I/O接口的输入端与外部控制设备连接，所述I/O接口的输出端与所述驱动电路 的输入端连接。
3. 根据权利要求1所述的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，其特征在 于，所述控制装置由220V交流电压供电。
4. 根据权利要求1所述的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，其特征在 于，所述输出状态包括接口连接状态和充电中异常状态。
5. 根据权利要求4所述的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，其特征在 于，所述接口连接状态包括接口未连接状态和接口完全连接状态； 所述充电中异常状态包括充电中直流输出异常状态、充电中地线连接异常状态、充电 中通信电路异常状态、充电中控制导引异常状态、充电中辅助电源输出异常状态。
6. 根据权利要求5所述的模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置，其特征在 于，所述充电中直流输出异常状态包括直流输出断路、直流输出短路、直流输出接地； 所述充电中地线连接异常状态包括地线断路； 所述充电中通信电路异常状态包括通信电路断路、通信电路短路、通信电路接地； 所述充电中控制导引异常状态包括控制导引断路、控制导引短路、控制导引接地； 所述充电中辅助电源输出异常状态包括辅助电源输出断路、辅助电源输出短路、辅助 电源输出接地。
7. 模拟电动汽车充电机不同输出状态的控制装置的实现方法，其特征在于，所述控制 装置在充电机充电工作中进行连接状态测试和输出异常测试时，继电器逻辑控制如下： (1)在对充电机进行连接状态测试时，首先将所述控制装置与充电机、外部控制设备、 输出设备连接、断开所述控制装置中所有继电器，然后检查充电机应显示连接异常并不能 启动输出；再将所述控制装置中接口连接状态继电器置为闭合位置，检查充电机应显示连 接正常； (2)在对充电机进行输出异常测试时，首先将所述控制装置与充电机、外部控制设备、 输出设备连接，断开所述控制装置中所有继电器，然后将所述控制装置中接口连接状态继 电器置为闭合位置进行正常充电，根据测试要求，通过外部控制，闭合所述控制装置中相应 充电异常状态控制继电器，完成对充电机输出端不同情况的模拟，利用连接所述控制装置 输出的测量设备对充电机各路输出实际情况进行监测。
【文档编号】G05B19/04GK104102147SQ201410329493
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】张萱, 高宇亮, 叶健诚, 李志明, 桑林, 李旭玲, 马彦华, 董晨 申请人:国家电网公司, 南京南瑞集团公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院