CN108649668A - 电动汽车充电装置的温控***及其温控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源电动汽车充电技术领域，涉及电动汽车充电装置，尤其是一种电动汽车充电装置的温控***及其温度控制方法。一种电动汽车充电装置的温控***，包括充电控制单元和温度采集模块，充电控制单元内设有温度控制电路；温度采集模块安装在供电三眼插头内，用于测量插头的实时温度；控制电路与温度采集模块相连，温度采集模块将实时测得的温度信号传送给温度控制电路中，将采集到的信号转化为电压信号，并进行分压跟随处理，并由控制电路完成充电过程的控制处理。本发明***设计合理，方法精准实用，适应了现在高效快速和安全充电的需要，克服了现在阶段无温度控制充电的不足。
Description
技术领域
本发明属于新能源电动汽车充电技术领域，涉及电动汽车充电装置，尤其是一种电动汽车充电装置的温控***及其温度控制方法。
背景技术
电动汽车充电方式包括交流充电及直流充电。交流充电中又以家用供电插座供电居多。充电过程中要求供电的电源一般为220V/16A或220V/10A，而电动汽车电池容量均为3.3KVA及以上，所以采用家用供电插座充电时，具有充电时间长（一般8-10小时）且充电电流高的特点。
家用供电插座的执行标准为GB 2099.1。该标准范围内的三眼充电插座采用簧片结构，多次插合易导致簧片变形，继而导致与插头插合位置的接触电阻变大、温升过快，引发烧蚀风险。这是此类连接器固有的缺陷，且暂时无法规避。
利用家用供电连接器给电动汽车进行充电，是近几年来市场的爆发式需求，面对充电电流大且充电时间长的实际特点，在三眼供电连接器的标准状态暂时无法改变的前提下，为了使它满足严格的安全充电标准，必须在电路上采取措施使充电设备能够在各种环境下安全充电。我们提出在充电过程中对插合位置的温度进行的监控，并作出必要的策略控制。以确保充电过程的安全。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种电动汽车充电装置的温控***及其温控方法，能通过温度传感器测量充电插头的温度，从而控制充电过程的电流，实现实时温度检测及控制，保证快速、安全充电。
本发明是采取以下技术方案实现的：
一种电动汽车充电装置的温控***，包括充电控制单元和温度采集模块，充电控制单元内设有温度控制电路；温度采集模块安装在供电三眼插头内，用于测量插头的实时温度；控制电路与温度采集模块相连，温度采集模块将实时测得的温度信号传送给温度控制电路中，将采集到的信号转化为电压信号，并进行分压跟随处理，并由控制电路完成充电过程的控制处理。
本发明电动汽车充电装置的温控***的控制方法包括：
（1）、控制电路中的温度控制模块将温度采集模块传递进来的温度信号进行放大、转换，并采用电流交变等额或电流变额的方式进行充电;
电流交变等额的充电步骤如下：
（2）、温度采集模块实时测量三眼插头内部温度，并将测量值传送给控制电路中的温度控制模块；
（2-1）、充电装置通过控制电路输出导引脉冲信号至整车交流充电***，整车充电***反馈通讯成功，充电装置接通供电回路，并以额定电流进行充电；
（2-2）、当三眼插头实时温度大于等于充电装置设定的上限温度阈值时，充电装置内部的控制电路进行供电回路的切断，停止充电；并进行2-3-1或2-3-2的步骤；
（2-3-1）、当三眼插头实时温度降低到充电装置设定的下限阈值以下时，充电装置内部的控制电路控制接通供电回路，继续以额定电流充电；
（2-3-2）、停止充电以后，当冷却时间超过充电装置设定的时间后，充电装置内部的控制电路控制接通供电回路，继续以额定电流充电；
（2-4）、在出现上述2-2、2-3-1或2-2、2-3-2充电过程的反复循环时，且超过设定的循环启动与断开充电次数以后，控制电路控制充电装置永久停止充电，除非插拔三眼插头重新供电；
电流变额的充电步骤如下：
（2）、温度采集模块实时测量三眼插头内部温度，并将测量值传送给控制电路中的温度控制模块；
（2-1）、充电装置通过控制电路输出标准规定的最小导引脉冲信号至整车交流充电***，整车充电***反馈通讯成功，则充电装置接通供电回路，并以标准规定的最小电流进行充电；
（2-2）、当三眼插头实时温度大于等于充电装置设定的上限温度阈值时，充电装置维持最小电流充电；当温度依旧上升且超过充电装置设定的极限温度阈值时，充电装置内部的控制电路进行供电回路的切断，停止充电；
（2-3）、当三眼插头实时温度在规定的时间内，没有超过设定的上限温度阈值时，充电装置内部的控制电路增加导引脉冲信号的占空比并传递到整车交流充电***，整车充电***接收到增加占空比的导引脉冲信号后，同步提升充电电流；
（2-4）、当2-3完成后，且三眼插头实时温度在规定时间内，依然没有超过设定的上限温度阈值时，重复2-3的动作，逐步增加导引脉冲信号的占空比，直至上升到规定的额定电流；
（2-5）、当2-4完成后，且三眼插头实时温度在规定时间内，超过设定的上限温度阈值时，则充电装置维持输出对应的脉冲信号，整车充电***按照对应的电流进行充电；
（2-6）、当进行2-5步骤后，三眼插头温度持续上升至充电装置设定的极限温度值，控制电路控制充电装置永久停止充电，除非插拔三眼插头重新供电；
（3）、当充电量满时，控制电路控制充电装置停止充电。
交变等额充电是指充电过程中，电流随温度的高低交替输出，其幅值不变。
变额充电是指充电过程初期按照最小电流充电，并随着温度的变化且在允许的温度范围内逐步提升，直至达到额定值为止。
所述的额定电流为5-15A，优选为8A-13A，再优选为8A或13A。
本发明***设计合理，方法精准实用，适应了现在高效快速和安全充电的需要，克服了现在阶段无温度控制充电的不足。避免了长时间大电流充电过程因供电连接位置插合不良造成的温升过高甚至发生的烧毁的事件。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明温控***的控制电路图；
图2是本发明温控***的原理框图；
图3是本发明温控***的控制方法流程图（充电方式为电流交变等额）；
图4是本发明温控***的控制方法流程图（充电方式为电流变额）。
图5是本发明温控***的控制方法在充电时，充电温度与电流之间的特性图（充电方式为电流交变等额）;
图6是本发明温控***的控制方法在正常状态充电时，充电温度与电流之间的特性图（充电方式为电流变额）;
图7是本发明温控***的控制方法在充电温度处于上限与极限之间，充电温度与电流之间的特性图（充电方式为电流变额）;
图8是本发明温控***的控制方法在充电温度在超过极限时，充电温度与电流之间的特性图（充电方式为电流变额）。
具体实施方式
下面将通过附图1-8、实施例1和实施例2来说明本发明***和方法。
参照附图1、图2所示，本发明电动汽车充电装置的温控***，包括充电控制单元和温度采集模块，充电控制单元内设有控制电路；温度采集模块安装在供电三眼插头内，用于测量插头的实时温度；控制电路与温度采集模块相连，温度采集模块将实时测得的温度信号传送给控制电路中的温度控制模块中，将采集到的信号转化为电压信号，并进行跟随处理，并由控制电路完成充电过程的控制处理。
温度采集模块采用铂电阻（PT电阻）或NTC/PTC温度传感器。
所述的铂电阻（PT电阻）和NTC/PTC温度传感器为市售。
铂电阻优选为PT100电阻。
NTC温度传感器是负温度传感器，其温度越高，电阻越低。
PTC温度传感器是正温度传感器，其温度越高，电阻越高。
图1是本实施例中采用的温控***的控制电路图，控制电路由EMI抗扰电路和分压跟随电路相连而成；EMI抗扰电路的一端与温度采集模块进行信号连接，分压跟随电路的另一端与单片机进行信号连接，在使用时，温度采集模块将采集到的温度信号依次通过EMI抗扰电路和分压跟随电路进行处理后，将温度信号发送给单片机进行综合处理。
其中EMI抗扰电路即EMI（电磁干扰）保护电路，该电路能减少EMI对车载模块的性能影响；分压与跟随电路能够起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
EMI抗扰电路通过并联的电感ML1、电感ML2和电感ML3组成，在电感ML1和电感ML3前端的线路之间连接有电容MC13，在电感ML2和电感ML3之间连接有电容MC15，电感ML1、电感ML2和电感ML3的输入端分别与温度采集模块上的TIN1端、TIN2端以及GNDT端相连；通过设置EMI抗扰电路，能够有效地消除电路中的电磁干扰。
分压跟随电路包括电压跟随器MU3A和电压跟随器MU3B；电感ML1、电感ML2分别对应连接电压跟随器MU3A和电压跟随器MU3B的正极；在电感ML2和电压跟随器MU3B之间设置有线路与电感ML3连接，该线路上设置有电容MC17；在电感ML1和电压跟随器MU3A之间设置有线路与电感ML3连接，该线路上设置有电容MC16；电容MC16与电容MC17并联；在分压跟随电路上还并联设置有电阻MR13和电阻MR14，电阻MR13的一端连接在电感ML1和电压跟随器MU3A之间，电阻MR14的一端连接在电感ML2和电压跟随器MU3B之间；在电阻MR13和电阻MR14并联后设置有线路，线路的尾端设置有电容MC12，MC12的前端和后端分别设置有接地端GNDC;在电感ML3的后端设置有接地端GNDC，在电阻MR13的后端也设置有接地端VCCA；在电压跟随器MU3A的后端串联有电阻MR11和接口TP22，在电阻MR11和接口TP22之间设置有线路连接电容MC14，电容MC14的尾端设置有接地端GNDC；同理，在电压跟随器MU3B的后端串联有电阻MR15和接口TP24，在电阻MR15和接口TP24之间设置有线路连接电容MC18，电容MC18的尾端设置有接地端GNDC；接口TP22和接口TP24用于和单片机进行数据连接。通过设置分压跟随电路能够有效地对采集的温度信号进行隔离和缓冲，保证信号的不失真。
所述的单片机为STM32、NXP（Freescale）或Microchip系列单片机中的任意一种。
所述的电感ML1、电感ML2、电感ML3、电容MC13、电容MC15、电容MC17、电容MC12、电容MC14、电容MC18、电阻MR13、电阻MR14、电阻MR11、电阻MR15、电压跟随器MU3A和电压跟随器MU3B均为市售电子元器件。
本发明电动汽车充电装置的温控***的控制方法如下：
实施例1（参照附图1-3、5）
（1）、控制电路中的温度控制模块将温度采集模块传递进来的温度信号进行放大、转换，并采用电流交变等额的方式进行充电；
（2）、温度采集模块实时测量三眼插头内部温度，并将测量值传送给控制电路中的温度控制模块；
（2-1）、充电装置接通电源后，通过控制电路输出导引脉冲信号至整车交流充电***，整车充电***反馈通讯成功，充电装置接通供电回路，并以额定电流进行充电；
（2-2）、当三眼插头实时温度大于等于充电装置设定的上限温度阈值时，充电装置内部的控制电路进行供电回路的切断，停止充电；并进行2-3-1或2-3-2的步骤；
（2-3-1）、当三眼插头实时温度降低到充电装置设定的下限阈值以下时，充电装置内部的控制电路控制接通供电回路，继续以额定电流充电；
（2-3-2）、停止充电以后，当冷却时间超过充电装置设定的时间后，充电装置内部的控制电路控制接通供电回路，继续以额定电流充电；
（2-4）、在出现上述2-2、2-3-1或2-2、2-3-2充电过程的反复循环时，且超过设定的循环启动与断开充电次数以后，控制电路控制充电装置永久停止充电，除非插拔三眼插头重新供电；
（3）.当充电量满时，控制电路控制充电装置停止充电。
实施例1所述的额定电流为8A或13A。
实施例1所述的上限温度为90℃。
实施例2（参照附图1、2、4、6-8）
（1）1、控制电路中的温度采集模块将温度采集模块传递进来的温度信号进行放大、转换，并采用电流变额的方式进行充电;
（2）2、温度采集模块实时测量三眼插头内部温度，并将测量值传送给控制电路中的温度控制模块；
（2-1）、充电装置通过控制电路输出标准规定的最小导引脉冲信号至整车交流充电***，整车充电***反馈通讯成功，则充电装置接通供电回路，并以标准规定的最小电流进行充电；
（2-2）、当三眼插头实时温度大于等于充电装置设定的上限温度阈值时，充电装置维持最小电流充电；当温度依旧上升且超过充电装置设定的极限温度阈值时，充电装置内部的控制电路进行供电回路的切断，停止充电；
（2-3）、当三眼插头实时温度在规定的时间内，没有超过设定的上限温度阈值时，充电装置内部的控制电路增加导引脉冲信号的占空比并传递到整车交流充电***，整车充电***接收到增加占空比的导引脉冲信号后，同步提升充电电流；
（2-4）、当2-3完成后，且三眼插头实时温度在规定时间内，依然没有超过设定的上限温度阈值时，重复2-3的动作，逐步增加导引脉冲信号的占空比，直至上升到规定的额定电流；
（2-5）、当2-4完成后，且三眼插头实时温度在规定时间内，超过设定的上限温度阈值时，则充电装置维持输出对应的脉冲信号，整车充电***按照对应的电流进行充电；
（2-6）、当进行2-5步骤后，三眼插头温度持续上升至充电装置设定的极限温度值，控制电路控制充电装置永久停止充电，除非插拔三眼插头重新供电；
（3）、当充电量满时，控制电路控制充电装置停止充电。
实施例2所述的额定电流为8A或13A。
实施例2所述的极限温度为90℃。
Claims (6)
1.一种电动汽车充电装置的温控***，其特征在于：包括充电控制单元和温度采集模块，充电控制单元内设有控制电路；温度采集模块安装在供电三眼插头内，用于测量插头的实时温度；控制电路与温度采集模块相连，温度采集模块将实时测得的温度信号传送给控制电路中的温度采集模块中，将采集到的信号转化为电压信号，并进行跟随处理，并由控制电路完成充电过程的控制处理。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充电装置的温控***，其特征在于：控制电路由EMI抗扰电路和分压跟随电路相连而成；EMI抗扰电路的一端与温度采集模块进行信号连接，分压跟随电路的另一端与单片机进行信号连接，在使用时，温度采集模块将采集到的温度信号依次通过EMI抗扰电路和分压跟随电路进行处理后，将温度信号发送给单片机进行综合处理;
其中EMI抗扰电路即EMI保护电路，该电路能减少EMI对车载模块的性能影响；分压与跟随电路所起的作用;
EMI抗扰电路通过并联的电感ML1、电感ML2和电感ML3组成，在电感ML1和电感ML3前端的线路之间连接有电容MC13，在电感ML2和电感ML3之间连接有电容MC15，电感ML1、电感ML2和电感ML3的输入端分别与温度采集模块连接的TIN1端、TIN2端以及GNDT端相连；通过设置EMI抗扰电路，能够有效地消除电路中的电磁干扰;
分压跟随电路包括电压跟随器MU3A和电压跟随器MU3B；电感ML1、电感ML2分别对应连接电压跟随器MU3A和电压跟随器MU3B的正极；在电感ML2和电压跟随器MU3B之间设置有线路与电感ML3连接，该线路上设置有电容MC17；在电感ML1和电压跟随器MU3A之间设置有线路与电感ML3连接，该线路上设置有电容MC16；电容MC16与电容MC17并联；在分压跟随电路上还并联设置有电阻MR13和电阻MR14，电阻MR13的一端连接在电感ML1和电压跟随器MU3A之间，电阻MR14的一端连接在电感ML2和电压跟随器MU3B之间；在电阻MR13和电阻MR14并联后设置有线路，线路的尾端设置有电容MC12，MC12的前端和后端分别设置有接地端GNDC;在电感ML3的后端设置有接地端GNDC，在电阻MR13的后端也设置有接地端VCCA；在电压跟随器MU3A的后端串联有电阻MR11和接口TP22，在电阻MR11和接口TP22之间设置有线路连接电容MC14，电容MC14的尾端设置有接地端GNDC；同理，在电压跟随器MU3B的后端串联有电阻MR15和接口TP24，在电阻MR15和接口TP24之间设置有线路连接电容MC18，电容MC18的尾端设置有接地端GNDC；接口TP22和接口TP24用于和单片机进行数据连接;
通过设置分压跟随电路能够有效地对采集的温度信号进行隔离和缓冲，保证信号的不失真。
3.根据权利要求2所述的电动汽车充电装置的温控***，其特征在于：所述的单片机为STM32、NXP（Freescale）或Microchip系列单片机中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充电装置的温控***，其特征在于：温度采集模块采用铂电阻或NTC/PTC温度传感器。
5.权利要求1所述的电动汽车充电装置的温控***的温控方法，其特征在于：
（1）.控制电路中的温度采集模块将温度采集模块传递进来的温度信号进行放大、转换，并采用电流交变等额的方式进行充电;
（2-1）.充电装置通过控制电路输出导引脉冲信号至整车交流充电***，整车充电***反馈通讯成功，充电装置接通供电回路，并以额定电流进行充电；
（2-2）.当三眼插头实时温度大于等于充电装置设定的上限温度阈值时，充电装置内部的控制电路进行供电回路的切断，停止充电；并进行2-3-1或2-3-2的步骤；
（2-3-1）.当三眼插头实时温度降低到充电装置设定的下限阈值以下时，充电装置内部的控制电路控制接通供电回路，继续以额定电流充电；
（2-3-2）.停止充电以后，当冷却时间超过充电装置设定的时间后，充电装置内部的控制电路控制接通供电回路，继续以额定电流充电；
（2-4）.在出现上述2-2、2-3-1或2-2、2-3-2充电过程的反复循环时，且超过设定的循环启动与断开充电次数以后，控制电路控制充电装置永久停止充电，除非插拔三眼插头重新供电；
（3）.当充电量满时，控制电路控制充电装置停止充电。
6.权利要求1所述的电动汽车充电装置的温控***的温控方法，其特征在于：
（1）.控制电路中的温度采集模块将温度采集模块传递进来的温度信号进行放大、转换，并采用电流变额的方式进行充电;
（2）.温度采集模块实时测量三眼插头内部温度，并将测量值传送给控制电路中的温度控制模块；
（2-1）.充电装置通过控制电路输出标准规定的最小导引脉冲信号至整车交流充电***，整车充电***反馈通讯成功，则充电装置接通供电回路，并以标准规定的最小电流进行充电；
（2-2）.当三眼插头实时温度大于等于充电装置设定的上限温度阈值时，充电装置维持最小电流充电；当温度依旧上升且超过充电装置设定的极限温度阈值时，充电装置内部的控制电路进行供电回路的切断，停止充电；
（2-3）.当三眼插头实时温度在规定的时间内，没有超过设定的上限温度阈值时，充电装置内部的控制电路增加导引脉冲信号的占空比并传递到整车交流充电***，整车充电***接收到增加占空比的导引脉冲信号后，同步提升充电电流；
（2-4）.当2-3完成后，且三眼插头实时温度在规定时间内，依然没有超过设定的上限温度阈值时，重复2-3的动作，逐步增加导引脉冲信号的占空比，直至上升到规定的额定电流；
（2-5）.当2-4完成后，且三眼插头实时温度在规定时间内，超过设定的上限温度阈值时，则充电装置维持输出对应的脉冲信号，整车充电***按照对应的电流进行充电；
（2-6）.当进行2-5步骤后，三眼插头温度持续上升至充电装置设定的极限温度值，控制电路控制充电装置永久停止充电，除非插拔三眼插头重新供电；
（3）.当充电量满时，控制电路控制充电装置停止充电。
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