一种具有充电保护功能的直流充电桩的制作方法

本实用新型涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种具有充电保护功能的直流充电桩。

背景技术：

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

充电桩一般分为直流充电桩和交流充电桩，其中，使用交流充电桩时必须携带有车载充电机，而由于电动汽车车载充电机的功率一般都比较小，所以交流充电桩无法实现快速充电。具体的，交流充电桩有以下特点：固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置。只提供电力输出，没有充电功能，起一个控制电源的作用。而直流充电桩可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的要求。具体的，直流充电桩有以下特点：主要安装在大型充电站内，以三相四线制的方式连接电网，能够提供充足的电力，输出的电压和电流调整范围大。

由上可知，直流充电桩的优势更明显，输出功率更大，充电过程更为快速。但由于直流充电桩的输出功率大，特别是在汽车电池充电起始阶段，充电电流较高。而在现有技术中，对在车辆充电过程的用电保护所起的作用有限，导致当用电故障时，很难对电池包和充电桩起到保护作用。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型的目的是提供一种具有充电保护功能的直流充电桩，在连接充电桩的充电枪头上设置有跳枪机构，当过流或过压发生时，可以通过跳枪机构来分离电池包和充电桩，起到了有效的保护作用，提升了充电桩的用电保障功能。本实用新型解决了充电桩用电安全保障不足的技术问题。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其他优点，提供了一种具有充电保护功能的直流充电桩，包括：

充电桩本体，其输入端与三相电源连接；

充电枪头，其与所述充电桩本体输出端连接，所述充电枪头上凸出设置一柱形的插接端，所述插接端的柱体中心轴向贯穿开设一通孔，所述通孔外周分布有若干第一槽道，所述第一槽道的长度方向与所述插接端的轴向一致；

其中，左右两侧的所述通孔侧壁上分别至少凸出设置一导向块，所述导向块位于相邻两个所述第一槽道之间的通孔侧壁上；所述通孔中活动设置有一对半截面体，所述半截面体的外周侧壁与所述通孔左内侧壁或右内侧壁匹配，所述半截面体的外周侧壁上开设一与所述导向块对应的导向孔，所述导向块插接在所述导向孔中，使得所述半截面体径向伸缩设置在所述通孔中；

所述半截面体的外周分布有若干与所述第一槽道对应的第二槽道，当所述半截面体外周侧壁与所述通孔左右侧壁贴合时，所述第一槽道与第二槽道对接形成用于插接汽车充电插针接口的导电插接孔；

至少其中一个所述第一槽道的内侧端设置一弹性件，所述弹性件距离通孔外侧端的距离小于充电接口中插针的长度。

优选的，所述充电枪头内部设置有容置空腔，所述通孔与所述容置空腔连通，所述第一槽道外周设置有导电层，所述插接端与半截面体为绝缘体，所述第一槽道的内侧端延伸至所述容置空腔中，所述第一槽道的延伸端上外接导电连接线，该导电连接线沿经所述充电枪头与所述充电桩本体的输出端连接。

优选的，所述通孔内侧壁呈弧面结构，所述充电枪头上的导电插接孔沿着所述通孔外周侧壁分布，所述半截面体外周侧壁设置呈与所述通孔左右内侧壁匹配的弧面结构，所述半截面体外周侧壁与所述通孔内侧壁选择性贴合；所述第一槽道与第二槽道呈半圆形结构，且所述第一槽道与第二槽道一一对应。

优选的，所述半截面体的横截面方向与所述插接端的轴向平行，左右两侧所述半截面体的横截面之间设置有预留间隙，所述预留间隙的最大距离不超过所述第一槽道的直径。

优选的，所述导向块的长度和导向孔的深度不小于所述第一槽道的半径，所述半截面体通过所述导向孔套设在所述导向块上，使得所述半截面体在左右方向上径向可伸缩。

优选的，所述导向块一侧的所述通孔侧壁上凸出设置一第一弹簧，所述第一弹簧被夹设在所述通孔侧壁和半截面体外周侧壁之间。

优选的，所述第一槽道内侧端设置一限位块，所述限位块外侧的所述第一槽道中设置一第二弹簧，所述第二弹簧的长度不超过所述第一槽道长度的三分之一。

优选的，所述半截面体的横截面上沿轴向开设一半锥形凹腔，所述半锥形凹腔的内径朝向内侧端逐渐增大，且所述半锥形凹腔内侧端与所述容置空腔贯通。

优选的，左右两侧的所述半锥形凹腔中伸缩设置一锥形柱体，所述锥形柱体的直径朝向内侧端逐渐增大，所述锥形柱体外表面与所述半锥形凹腔选择性贴合。

优选的，所述容置空腔内设置一伸缩机构，所述伸缩机构的伸缩端与所述锥形柱体的内侧端中心连接，所述伸缩机构的伸缩方向与所述插接端的中心轴一致。

与现有技术相比，本实用新型包含的有益效果在于：

1、本实用新型在充电枪头上设置有用电保护机构，具体在连接充电桩的充电枪头上设置有跳枪机构，当过流或过压发生时，可以通过跳枪机构来分离电池包和充电桩，起到了有效的保护作用，提升了充电桩的用电保障功能；

2、提升了充电桩防过流、过压以及防雷的性能，避免充电桩内部电子元器件和车载电池包的损坏；

3、车载电池包充电完成后，也可以通过跳枪机构使得电池与充电桩分离，避免电池包长时间处于浮充状态，延长了电池包的使用寿命。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是充电枪头的前视图；

图3是通孔内部的结构示意图；

图4是锥形柱体在通孔内的安装结构示意图；

图5是通孔剖视图；

图6是半截面体的安装位置结构示意图；

图7是导电通孔松开时插接头的结构示意图；

图8是导电通孔松开时锥形柱体的位置示意图；

图9是导电通孔并拢时插接头的结构示意图；

图10是导电通孔并拢后锥形柱体的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1-10所示，本实用新型提供了一种具有充电保护功能的直流充电桩，包括：充电桩本体100和充电枪头200。充电桩本体100的输入端与三相电源连接，充电枪头200与所述充电桩本体100输出端连接，所述充电枪头200上凸出设置一柱形的插接端210，插接端210插接在汽车充电插针接口上，为电池包充电。

所述插接端210呈柱体状结构，在插接端210柱体中心轴向贯穿开设一通孔220，通孔220呈圆形或椭圆形，在所述充电枪头200内部设置有容置空腔，所述通孔220与所述容置空腔连通。

在所述通孔220外周分布有若干第一槽道221，所述第一槽道221的长度方向与所述插接端210的轴向一致。本实施例中，在左右两侧的通孔220外周各对称开设有三条第一槽道221，各个第一槽道221的大小可以根据汽车充电接口上插针的大小来调整。

其中，左右两侧的所述通孔220侧壁上分别至少凸出设置一导向块222，具体的，所述导向块222位于相邻两个所述第一槽道221之间的通孔220侧壁上。

同时在所述通孔220中活动设置有一对半截面体230、240，半截面体呈圆弧状的小半柱体结构，比如三分之一柱体，半截面体230、240对称分布在通孔220内的左右两侧。所述半截面体230的外周侧壁与所述通孔220左内侧壁匹配，半截面体240的外周侧壁与所述通孔220右内侧壁匹配。

所述半截面体的外周分布有若干与所述第一槽道221对应的第二槽道231，当两侧的所述半截面体外周侧壁与所述通孔220左右侧壁贴合时，所述第一槽道221与第二槽道231一一对应，且所述第一槽道221与第二槽道231对接形成用于插接汽车充电插针接口的导电插接孔260。充电枪头200插设在汽车充电接口中后，充电接口上的插针对应插入至第一槽道221与第二槽道231拼接形成的导电插接孔260中，实现充电枪头与充电接口的导电连接，为电池包充电。

所述半截面体的外周侧壁上开设一与所述导向块222对应的导向孔，所述导向块222活动插接在所述导向孔中，从而使得所述半截面体径向伸缩设置在所述通孔220中，以控制第一槽道221与第二槽道231对接或分离，也就是控制导电插接孔260的直径，当第一槽道221与第二槽道231对接时，导电插接孔260并拢，使得导电插接孔260与导电插针保持紧固导电状态；而当第一槽道221与第二槽道231分离时，导电插接孔260扩张，导电插针即可从导电插接孔260中松开，方便导电插针从导电插接孔260中抽离，使得充电枪头200跳枪，与充电接口快速分离，保护充电桩本体100和车载电池包的安全。

而由于导向块222与导向孔的导向作用，使得两侧的半截面体230、240只能在径向上伸缩，轴向位置固定，避免在充电枪头与充电接口对接时，半截面体230、240发生轴向位移而导致导电插针的连接松动。

本实施例中，所述第一槽道221外周设置有导电层，第二槽道231外周也可以设置有导电层，便于与导电插针与导电插接孔260导电接触，而所述插接端210与半截面体均为绝缘体，以加强绝缘性能。

所述第一槽道221的内侧端延伸至所述容置空腔中，所述第一槽道221的延伸端上外接导电连接线，该导电连接线沿经所述充电枪头200与所述充电桩本体100的输出端连接，各个导电插接孔260通过对应的导电连接线连接至充电桩本体100的对应接触端上，以实现充电枪头200与充电桩本体100的导电连接。

所述通孔220内侧壁呈弧面结构，所述充电枪头200上的导电插接孔260沿着所述通孔220外周侧壁分布，对应的，所述半截面体外周侧壁设置呈与所述通孔220左右内侧壁匹配的弧面结构，通过半截面体的径向移动，使得所述半截面体外周侧壁与所述通孔220内侧壁选择性贴合。

具体的，所述第一槽道221与第二槽道231呈半圆形结构，每个导电插接孔260的一半，也就是第一槽道221，设置在通孔220侧壁上，另一半，也就是第二槽道231，设置在半截面体外周侧壁上，当半截面体外周侧壁与通孔220外周侧壁贴合时，第一槽道221与第二槽道231一一对应，使得第一槽道221与第二槽道231拼接形成若干个完整的导电通孔260，并且使得导电通孔260的内径具有伸缩功能。

所述半截面体的横截面方向与所述插接端210的轴向平行，左右两侧所述半截面体的横截面之间设置有预留间隙，以便于半截面体在径向上伸缩。且所述预留间隙的最大距离不超过所述第一槽道221的直径，也就是导电通孔260的内径，以限制半截面体的移动距离。

对应的，所述半截面体通过所述导向孔套设在所述导向块222上，使得所述半截面体只能在左右方向上径向可伸缩。并且所述导向块222的长度和导向孔的深度不小于所述第一槽道221的半径，由于左右两侧所述半截面体的横截面之间的预留间隙不超过所述第一槽道221的直径，并且左右两侧所述半截面体是同步径向移动的，所以单个半截面体的最大移动距离也不会超过第一槽道221的半径，因此保证了半截面体在径向移动过程中，导向块222始终被限制在导向孔中，为半截面体的径向移动提供导向。

本实施例中，在所述导向块222一侧的所述通孔220侧壁上凸出设置一第一弹簧223，所述第一弹簧223被夹设在所述通孔220侧壁和半截面体外周侧壁之间。具体的，可在所述通孔220侧壁和半截面体外周侧壁对应位置上分别开设一定位腔，第一弹簧223被限制收缩在两侧的定位腔中，第一弹簧223的长度不小于两侧定位腔的深度，使得第一弹簧223能够推动半截面体向内侧径向移动，同时当半截面体与通孔220侧壁贴合时，第一弹簧223又能容置在两侧的定位腔内，避免阻碍半截面体与通孔220侧壁的贴合。

从而在正常状态下，通过第一弹簧223的作用，驱动左右两侧的半截面体230和240同步向内侧移动，如图7和8所示，左右两侧的半截面体230和240外周侧壁与通孔220左右侧壁分离，也就是导电通孔260被打开，导电插针与导电通孔260松开。而需要将半截面体230和240外周侧壁与通孔220左右侧壁贴合时，需要推动两侧的半截面体230和240同步向外侧径向移动压缩第一弹簧223，直到使得第一槽道221与第二槽道231对接完成。

在故障发生时，为了能够使得充电枪头200实现自动跳枪，将充电枪头200与充电接口快速分离，实现快速断电，以保护充电桩本体100、车载电池包以及外围电子设备，本实用新型在所述第一槽道221内侧端设置一限位块2211，所述限位块2211外侧的所述第一槽道221中设置一第二弹簧2212，所述第二弹簧2212的长度不超过所述第一槽道221长度的三分之一，避免影响导电插针的插入深度。

当充电枪头200插接在充电接口上为车载电池包充电时，导电插针伸入至导电通孔260中与其导电接触，随着插入深度的增大，导电插针压缩第二弹簧2212。由于此时导电插针与导电通孔260处于紧配合状态，因此第二弹簧2212也不足以将导电插针从导电通孔260中弹出；为了保证导电插针保持在导电通孔260中，也可以在充电枪头200与充电接口的连接处设置有自动锁扣，当导电插针与导电通孔260连接到位后，通过自动锁扣将充电枪头200与充电接口连接锁定，当跳枪时再控制自动锁扣脱扣。

当故障发生或电池包长时间处于浮充状态时，控制左右两侧的半截面体230和240同步从通孔220左右侧壁上松开，也就是在第一弹簧223的推动下，两侧的半截面体230和240同步向内侧移动，左右两侧的半截面体230和240外周侧壁与通孔220左右侧壁分离，也就是导电通孔260被打开，导电插针与导电通孔260松开。在第二弹簧2212的推动下，导电插针被弹出，也就是充电枪头200被弹出，实现跳枪，切断电源，避免损坏设备。跳枪后，控制半截面体230和240复位，保持与通孔220左右侧壁贴合，保证导电通孔260的完整性，第一弹簧223重新被压缩。

为了实现左右两侧的半截面体230和240的径向移动，本实用新型进行一下改进：

首先，在所述半截面体的横截面上沿轴向开设一半锥形凹腔232，所述半锥形凹腔232的内径朝向内侧端逐渐增大，且所述半锥形凹腔232内侧端与所述容置空腔贯通，两侧的半锥形凹腔232即可对应形成一锥形腔体。

在左右两侧的所述半锥形凹腔232中伸缩设置一锥形柱体250，也就是说，锥形柱体250伸缩设置在两侧的所述半锥形凹腔232之间形成的锥形腔体中，所述锥形柱体250的直径朝向内侧端逐渐增大，所述锥形柱体250外表面与所述半锥形凹腔232选择性贴合。

具体的，在所述容置空腔内设置一伸缩机构270，所述伸缩机构270的伸缩端与所述锥形柱体250的内侧端中心连接，并且所述伸缩机构270的伸缩方向与所述插接端210的中心轴一致。通过伸缩机构270即可控制锥形柱体250的轴向位置，以控制半截面体230和240的径向位置。

工作过程如下：

当正常状态时，控制伸缩机构270的伸缩方向保持在前侧位置，驱动锥形柱体250轴向移动到靠前侧位置，锥形柱体250外侧面与左右两侧的半锥形凹腔232内侧壁接触，并随着锥形柱体250的轴向向前侧移动，推动左右两侧的半截面体230和240沿着径向向外侧移动，压缩第一弹簧223，直至左右两侧的半截面体230和240外周侧壁与通孔220左右侧壁贴合，形成完整的导电通孔260。对车载电池包进行充电时，将充电枪头200插接在车载充电接上，导电插针伸入至导电通孔260中与其导电接触，随着插入深度的增大，导电插针压缩第二弹簧2212。由于此时导电插针与导电通孔260处于紧配合状态，实现电池包与直流充电桩的连接，随后即可对电池包进行充电，直到充电完成。

当故障发生时，具体的，实时监测充电桩上的电信号，通过故障发生时的过电流或过电压，触发伸缩机构270动作。当电池包长时间处于浮充状态，则计算电池包充电完成后的时间，当该时间超过设定时间时，则触发伸缩机构270动作。

控制触发伸缩机构270的伸缩端向后侧移动，此时，锥形柱体250外侧面与左右两侧的半锥形凹腔232内侧壁快速分离，在第一弹簧223的推动下，两侧的半截面体230和240同步向内侧移动，左右两侧的半截面体230和240外周侧壁与通孔220左右侧壁分离，最终使得左右两侧的半截面体230和240同步从通孔220左右侧壁上松开，也就是导电通孔260被打开，导电插针与导电通孔260松开。此时，在第二弹簧2212的推动下，导电插针被弹出，也就是充电枪头200被弹出，实现跳枪，切断电源，避免损坏设备。跳枪后，控制半截面体230和240复位，保持与通孔220左右侧壁贴合，保证导电通孔260的完整性，第一弹簧223重新被压缩。

由上所述，本实用新型在充电枪头上设置有用电保护机构，具体在连接充电桩的充电枪头上设置有跳枪机构，当过流或过压发生时，可以通过跳枪机构来分离电池包和充电桩，起到了有效的保护作用，提升了充电桩的用电保障功能；同时，提升了充电桩防过流、过压以及防雷的性能，避免充电桩内部电子元器件和车载电池包的损坏；进一步的，在车载电池包充电完成后，也可以通过跳枪机构使得电池与充电桩分离，避免电池包长时间处于浮充状态，延长了电池包的使用寿命。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。