一种家用安全充电桩的制作方法

本发明属于充电桩，具体的说是一种家用安全充电桩。

背景技术：

1、目前最常用充电桩充电方式的是交流充电方式和直流充电方式，交流充电，也叫作交流慢充，交流充电桩输入端与电网连接，将三相交流电输入其中，充电桩内部不需要变换整流，之后输出交流电，电源可断开或者导通，这一种充电模式速度比较缓慢，电流和功率均偏小，直流充电，又称为作直流快速充电，充电站的输入端与电网相连，而输出端与汽车内部车载电池相连，充电桩将三相交流电输入其中，再通过功率模块将三相交流电电转化为直流电，从而实现充电桩给电动汽车充电，直流充电桩的输出电流、输入功率高，充放电周期短，主要用于快速充电和大功率充电，但由于输出电流大、发热量高，磁性元件中的变压器在一定负荷下运行时会产生铁芯损耗，在线圈中产生负载损耗，这种损失会转变成热能，也是是充电桩内部温度场的热源，当热量的集聚伴随着温度升高会造成变压器、电容等磁性元件的损坏，导致充电桩的自燃或者爆炸，极大地影响充电桩的正常运行，因此研究变压器温度升高问题对充电桩和充电安全具有重要意义。

2、如授权公告号为cn106356948b的中国专利公开了一种智能型充电桩安全防护方法，其包括如下步骤：s1、预先在后台服务器设置充电桩安全充电电流阈值、充电桩充电电流保护阈值、充电桩温度安全阈值、充电桩温度报警阈值；s2、每隔预定周期将充电桩充电电流值、充电桩内温度值发送到后台服务器；并同时跳转到步骤s3、s4进行判断；s3、后台服务器判断充电桩充电电流值是否超过充电桩安全充电电流阈值；s4、后台服务器判断充电桩内温度值是否超过充电桩温度报警阈值；s5、后台服务器记录发生故障的充电桩标识码、发生故障的类型、发生故障的时间以及三者之间的对应关系。本发明还提供一种智能型充电桩安全防护系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种家用安全充电桩，通过温度预测策略，预测充电桩变压器内部最高温度，利用温度控制策略，对充电桩中若干个变压器的分布进行调整，计算不同分布被接受的概率，并取最高温度最小的分布为最新分布，当最高温度最小的值大于安全温度阈值时，采用控制器控制调节散热风扇的输入功率，并通过温度预测策略，使温度控制在安全温度阈值内，通过温度预测策略和温度控制策略，在预测的最高温度超出阈值时，无需报警和紧急断开电源，提高了对温度控制和充电的效率，大大提高了充电桩的安全性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种家用安全充电桩，充电桩本体，包括充电桩本体，包括外壳，用于包装充电桩充电枪、充电枪、电线和人机交互模块；

4、充电枪，用于连接待充电车辆的充电接口，给电车便捷充电；

5、安全防护模块，用于过载保护、漏电保护、防雷击和应急急停，保护充电桩安全；

6、人机交互模块，用于输入充电参数，显示充电时间、充电电流、充电电压、充电电量信息和变压器温度；

7、数据传输模块，用于与充电控制器和安全防护模块间的数据传输；

8、充电控制器，用于控制充电电压和充电时间，通过电源线检测到电池的电压，来判断是否继续给电池充电，实现充满自停；

9、变压器，用于输入电压和输出电压的转换，变压器工作时会产生热量，提高了充电桩内部温度，利用温度控制模块对变压器绕组温度进行预测和控制；

10、温度控制模块，用于预测变压器内部温度和对变压器内部温度进行控制。

11、所述温度控制模块包括：温度传感器和温度控制单元；

12、所述温度传感器，用于实时测量充电桩变压器绕组的温度；

13、温度控制单元，用于对充电桩变压器绕组的温度进行预测和控制，利用温度预测策略预测变压器绕组温度状态，分析变压器绕组温度场，并通过温度控制策略对变压器绕组的温度进行控制。

14、具体的，所述温度控制单元包括温度预测策略，所述温度预测策略包括：

15、步骤s101：充电桩变压器的热平衡方程为：p120°dt＝cmdt+αatdt，其中，p120°表示在额定电流情况下运行时折算到120°时的变压器绕组损耗，t表示变压器绕组平均升高温度，c表示绕组比热容，m表示绕组质量，α表示绕组表面的散热系数，a表示绕组的散热面积；

16、步骤s102：通过向后欧拉法进行离散，令dt/dt＝[tk-tk-1]δt，δt表示离散数据的采样间隔，k＝1,2,3...，计算最终离散后的变压器绕组热点方程为：其中tkz表示当前风扇工作时在单位时间里降低的温度。

17、具体的，所述温度控制单元包括温度控制策略，所述温度控制策略包括：

18、步骤s201：设定充电桩内部有若干个变压器，以左下角变压器中心为原点，建立坐标系，以变压器中心位置为坐标位置点，则变压器初始状态表示为：{b1(0,0),b2(x2,y2),b3(x3,y3),...bn(xn,yn),}；

19、步骤s202：设定变压器初始最高温度为t，反复更换变压器的布局，通过温度预测策略预测当前变压器分布的最高温度，计算接受新变压器分布的概率，计算公式为：

20、

21、其中，s表示接受控制参数，tj表示当前变压器分布中变压器绕组的最高温度，tx表示新变压器分布中变压器绕组的最高温度，当0≤p＜1，即tj＞tx时，新的变压器分布被接收的概率为100％，代替旧的变压器分布，当p＝1，即tj≤tx时，新的变压器分布不会被接收；

22、步骤s203：重复执行步骤s202，直至不存在p＝1，并比较0≤p＜1时，变压器绕组的最高温度，取最高温度最小的布局为最新变压器分布，设定最高温度最小时为tmin；

23、步骤s204：设定充电桩变压器安全温度阈值为σ，当tmin≤σ时，采用最高温度为tmin的布局方式，当tmin＞σ，需控制风扇对充电桩变压器进行降温，对风扇的输入进行控制，k时刻的输入计算公式为：

24、

25、其中，ki＝kpt/ti，kd＝kptd/t，t表示采样周期，ti表示积分时间常数，td表示微分时间常数，kp表示比例系数，ki表示积分系数，kd表示微分系数，k-1时刻的输入公式为：

26、；

27、步骤s205：采用前后俩次采样时刻的差值作为控制器的输入，计算公式为：δu(k)＝u(k)-u(k-1)，预测k时刻变压器绕组温度值，当tmin＞σ时，控制控制器输入量，降低变压器绕组温度，使tmin≤σ。

28、所述变压器包括：变压器绕组，用于电能的传输与变压、电流的传导和功率的传输和散热与冷却。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、1.本发明对现有家用安全充电桩进行了架构、运行步骤和流程上的优化改进，系统具备流程简单，投资运行费用低廉，生产工作成本低的优点，提高了充电桩的充电效率和安全性。

31、2.本发明提出一种家用安全充电桩，通过温度预测策略，预测充电桩变压器内部最高温度，利用温度控制策略，对充电桩中若干个变压器的分布进行调整，计算不同分布被接受的概率，并取最高温度最小的分布为最新分布，当最高温度最小的值大于安全温度阈值时，采用控制器控制调节散热风扇的输入功率，并通过温度预测策略，使温度控制在安全温度阈值内，通过温度预测策略和温度控制策略，在预测的最高温度超出阈值时，无需报警和紧急断开电源，提高了对温度控制和充电的效率，大大提高了充电桩的安全性。