CN108879900A - 一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法 - Google Patents

一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法 Download PDF

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Abstract

本申请中提供了一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法，其中***包括：充电模块、输入隔离单元、输出隔离单元、故障监视器和充电控制器；充电模块的输入端通过输入隔离单元连接交流电源；充电模块的输出端通过输出隔离单元连接直流母线；故障监视器连接在直流母线上，用于监测直流母线；充电控制器连接输入隔离单元、输出隔离单元和故障监视器，用于根据故障监视器监测充电机是否发送故障并通过故障监视器、输入隔离单元和输出隔离单元分别对充电模块进行检测，检测到出现故障的充电模块，对出现故障的充电模块隔离，从而保证充电机正常运行，提高充电机的可靠性，解决了模块化充电机在部分模块出现故障时导致整个***不能工作的技术问题。

Description

一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法
技术领域
本申请涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法。
背景技术
随着快速充电技术的发展，供电动汽车用的充电机需要完成更快的充电操作，因此充电机的输出功率要求越来越高。
为降低大功率充电机的设计难度，目前大功率充电机普遍采用模块化设计，采用模块叠加的方式实现不同功率等级充电机的快速开发工作。模块叠加是指通过能够实现功率输出的多个充电模块并联增加充电机的输出功率，开发出更大功率等级的充电机。
然而随着模块叠加越来越多，模块化的充电机在实际使用过程中通常会有以下现象：随着电力电子器件集成度越来越高，模块可靠性也随之降低，模块容易出现故障，一旦出现单个模块故障则模块并联的整个***会面临瘫痪风险，若充电机中出现多个模块故障，则整个***很快不能正常工作。因此模块化的充电机在部分模块出现故障时导致整个***不能工作是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法，用于解决模块化的充电机在部分模块出现故障时导致整个***不能工作的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电动汽车模块化充电故障隔离***，包括：充电模块、输入隔离单元、输出隔离单元、故障监视器和充电控制器；
所述充电模块的输入端通过所述输入隔离单元连接交流电源；
所述充电模块的输出端通过所述输出隔离单元连接直流母线；
所述故障监视器连接在所述直流母线上，用于监测所述直流母线；
所述充电控制器连接所述输入隔离单元、所述输出隔离单元和所述故障监视器，用于根据所述故障监视器监测充电机是否发送故障并通过所述故障监视器、所述输入隔离单元和所述输出隔离单元分别对所述充电模块进行检测，检测到出现故障的所述充电模块，对出现故障的所述充电模块隔离。
优选地，所述充电控制器还连接所述充电模块，用于调节所述充电模块的控制参数。
优选地，所述输入隔离单元为机械继电器或电子电力开关或机械开关和电力电子开关的组合。
优选地，所述输出隔离单元为防反二极管或机械接触器或电子电力开关。
优选地，该***还包括输入端交流接触器，所述输入端交流接触器串联于所述交流电源与所述输入隔离单元之间。
优选地，该***还包括输出接触器，所述输出接触器串联于所述直流母线和充电枪之间。
本申请第二方面提供一种电动汽车模块化充电故障隔离方法，基于如第一方面陈述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***进行故障隔离，包括：
S1：通过故障监视器检测直流母线，若检测到故障发生，则通过故障监视器、输入隔离单元和输出隔离单元分别对充电模块进行检测从而检测到出现故障的充电模块；
S2：对出现故障的充电模块进行隔离，接通所有未出现故障的充电模块。
优选地，所述步骤S1包括：
A1：通过故障监视器进行绝缘检测和短路检测，若检测值超出预设范围，则判定出现绝缘故障并执行步骤A2；
A2：通过输入隔离单元和输出隔离单元断开所有充电模块；
A3：通过输入隔离单元和输出隔离单元依次一个或多个地接通充电模块并通过故障监视器进行绝缘检测和短路检测，若检测值超出预设范围，则判定该接通的充电模块有故障，直到所有充电模块检测完毕；
A4：得出所有出现故障的充电模块。
优选地，所述步骤S1包括：
B1：通过故障监视器进行电压电流检测和纹波检测，若检测值超出预设范围，则判定出现异常故障并执行步骤B2；
B2：通过输入隔离单元和输出隔离单元依次一个或多个地断开充电模块并通过故障监视器进行电压电流检测，若检测值恢复到预设范围，则判定该断开的充电模块有故障，直到所有充电模块检测完毕；
B3：得出所有出现故障的充电模块。
优选地，所述步骤S2之后还包括：
将充电机的额定功率更改为(N-n)×PD，其中，N为充电模块总数，n为被隔离的充电模块数量，PD为每个充电模块的额定功率。
从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：
本申请中，提供了一种电动汽车模块化充电故障隔离***及方法，其中***包括：充电模块、输入隔离单元、输出隔离单元、故障监视器和充电控制器；所述充电模块的输入端通过所述输入隔离单元连接交流电源；所述充电模块的输出端通过所述输出隔离单元连接直流母线；所述故障监视器连接在所述直流母线上，用于监测所述直流母线；所述充电控制器连接所述输入隔离单元、所述输出隔离单元和所述故障监视器，用于根据所述故障监视器监测充电机是否发送故障并通过所述故障监视器、所述输入隔离单元和所述输出隔离单元分别对所述充电模块进行检测，检测到出现故障的所述充电模块，对出现故障的所述充电模块隔离，从而保证充电机正常运行，提高充电机的可靠性，解决了模块化的充电机在部分模块出现故障时导致整个***不能工作的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中一种电动汽车模块化充电故障隔离***的示意图；
图2为本申请实施例中一种电动汽车模块化充电故障隔离方法的一个实施例的示意图；
图3为本申请实施例中一种电动汽车模块化充电故障隔离方法的另一个实施例的示意图；
图4为本申请实施例中一种电动汽车模块化充电故障隔离方法的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请提供的一种电动汽车模块化充电故障隔离***的一个实施例，包括：充电模块、输入隔离单元102、输出隔离单元103、故障监视器104和充电控制器101；
充电模块的输入端通过输入隔离单元102连接交流电源；
充电模块的输出端通过输出隔离单元103连接直流母线；
故障监视器104连接在直流母线上，用于监测直流母线；
充电控制器101连接输入隔离单元102、输出隔离单元103和故障监视器104，用于根据故障监视器104监测充电机是否发送故障并通过故障监视器104、输入隔离单元102和输出隔离单元103分别对充电模块进行检测，检测到出现故障的充电模块，对出现故障的充电模块隔离。
本实施例通过充电控制器101连接控制输入隔离单元102、输出隔离单元103和故障监视器104，当模块化的充电机发生故障时，能够检测出来并通过故障监视器104、输入隔离单元102和输出隔离单元103分别对充电模块进行检测，检测到出现故障的充电模块，对出现故障的充电模块隔离，连通没有出现故障的充电模块，保证充电机正常运行，提高充电机的可靠性，解决了模块化的充电机在部分模块出现故障时导致整个***不能工作的技术问题。
以上是对本申请提供的一种电动汽车模块化充电故障隔离***的一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供的一种电动汽车模块化充电故障隔离***的另一个实施例进行详细描述。
本申请提供的一种电动汽车模块化充电故障隔离***的另一个实施例，包括：充电模块、输入隔离单元102、输出隔离单元103、故障监视器104和充电控制器101；
充电模块的输入端通过输入隔离单元102连接交流电源；
充电模块的输出端通过输出隔离单元103连接直流母线；
故障监视器104连接在直流母线上，用于监测直流母线；
充电控制器101连接输入隔离单元102、输出隔离单元103和故障监视器104，用于根据故障监视器104监测充电机是否发送故障并通过故障监视器104、输入隔离单元102和输出隔离单元103分别对充电模块进行检测，检测到出现故障的充电模块，对出现故障的充电模块隔离。
充电控制器101还连接充电模块，用于调节充电模块的控制参数。
输入隔离单元102为机械继电器或电子电力开关或机械开关和电力电子开关的组合。
输出隔离单元103为防反二极管或机械接触器或电子电力开关。
该***还包括输入端交流接触器S，输入端交流接触器串联于交流电源与输入隔离单元102之间。
该***还包括输出接触器K1K2，输出接触器串联于直流母线和充电枪之间。
如图1所示，充电机共有模块1至模块n一共N个充电模块，每个充电模块的额定功率为PD，充电机整体的的额定功率为N*PD。每个充电模块前后两端分别有输入隔离单元102和输出隔离单元103，每个输入隔离单元102与充电模块、输出隔离单元103依次串联。
输入隔离单元102包括但不限于以下几种方案：1、机械继电器，2、电力电子开关，3、机械开关和电力电子开关的组合。
输出隔离单元103包括但不限于以下几种方案：1、防反二极管，2、机械接触器，3、电力电子开关。
故障监视器104的接入位置在直流母线上，位于输出接触器前端。故障监视器104功能包括：绝缘检测、电压电流检测和纹波检测(或仅包含其中部分功能)。
充电控制器101作用为与电动汽车通信并根据电动汽车的需求控制充电模块的输出电压电流、控制输入接触器、输出接触器以及输入输出隔离单元103。模块正常情况下，充电控制器101控制输入隔离单元102和输出隔离单元103保持闭合状态，一旦模块出现短路，绝缘异常，或是输出性能下降等故障，控制器控制输入输出隔离单元103断开，隔离故障部位，然后通过控制参数调整，保证充电机恢复正常运行。
以上是对本申请提供的一种电动汽车模块化充电故障隔离***的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供的一种电动汽车模块化充电故障隔离方法的一个实施例进行详细的描述。
本申请第二方面提供一种电动汽车模块化充电故障隔离方法的一个实施例，基于如上述实施例的一种电动汽车模块化充电故障隔离***进行故障隔离，包括：
S1：通过故障监视器检测直流母线，若检测到故障发生，则通过故障监视器、输入隔离单元和输出隔离单元分别对充电模块进行检测从而检测到出现故障的充电模块；
S2：对出现故障的充电模块进行隔离，接通所有未出现故障的充电模块。
进一步地，步骤S2之后还包括：将充电机的额定功率更改为(N-n)×PD，其中，N为充电模块总数，n为被隔离的充电模块数量，PD为每个充电模块的额定功率。
充电机常见故障包括输出短路故障、内部绝缘故障、输出电性能(如电压输出精度、电流输出精度、电压纹波、电流纹波等)故障，这些故障大概率由单一的模块故障或性能下降导致，通过故障监视器提前发现故障，通过输入隔离单元和输出隔离单元对故障模块进行有效的隔离，能够使充电机恢复正常工作。
因此，根据故障的类型可以将常见的故障进行分类：
A类故障为绝缘故障，包含短路故障和内部绝缘故障。
B类故障为电性能故障，包含如电压输出误差过大、电流输出误差过大、电压纹波过大、电流纹波过大。
对于A类故障，本申请提供实施例如下：
A1：通过故障监视器进行绝缘检测和短路检测，若检测值超出预设范围，则判定出现绝缘故障并执行步骤A2；
A2：通过输入隔离单元和输出隔离单元断开所有充电模块；
A3：通过输入隔离单元和输出隔离单元依次一个或多个地接通充电模块并通过故障监视器进行绝缘检测和短路检测，若检测值超出预设范围，则判定该接通的充电模块有故障，直到所有充电模块检测完毕；
例如，首先对第一个充电模块进行检测，则通过输入隔离单元和输出隔离单元接通第一个充电模块，断开其余充电模块，此时故障监视器检测到的结果为第一个充电模块的结果，若检测值超出预设范围(一般是标准值范围)，则判定该第一个充电模块有故障。以此类推，直到所有充电模块检测完毕；
A4：得出所有出现故障的充电模块；
A5：对出现故障的充电模块进行隔离，接通所有未出现故障的充电模块；
A6：将充电机的额定功率更改为(N-n)×PD，其中，N为充电模块总数，n为被隔离的充电模块数量，PD为每个充电模块的额定功率。
该故障处理的原理解释为：
第一步：故障检测；
充电机启动前，故障监视器对输出直流充电机进行绝缘检测和短路检测，一旦发现绝缘低于设定值，则判断充电***为故障状态，则进入故障诊断程序。
第二步：故障诊断；
断开所有输入隔离单元、输出隔离单元，使所有模块处于输入输出断开状态。
按从1到N的顺序(可以分批断开或单独断开或先分批断开再单独断开)依次投入各模块的输入输出隔离单元，并通过故障监视器对单个模块投入使用时绝缘电阻进行检测。
一旦某个模块的绝缘电阻低于设定值，则判断该模块为故障状态。
第三步：故障恢复；
断开故障模块输入输出隔离单元，闭合(N-n)个正常模块输入输出隔离单元。
充电控制器自动设定充电参数，将充电机额定功率更改为(N-n)*PD。
对于B类故障，本申请提供实施例如下：
B1：通过故障监视器进行电压电流检测和纹波检测，若检测值超出预设范围，则判定出现异常故障并执行步骤B2；
B2：通过输入隔离单元和输出隔离单元依次一个或多个地断开充电模块并通过故障监视器进行电压电流检测，若检测值恢复到预设范围，则判定该断开的充电模块有故障，直到所有充电模块检测完毕；
B3：得出所有出现故障的充电模块；
B4：对出现故障的充电模块进行隔离，接通所有未出现故障的充电模块；
B5：将充电机的额定功率更改为(N-n)×PD，其中，N为充电模块总数，n为被隔离的充电模块数量，PD为每个充电模块的额定功率。
以下就该实施例的原理进行解释：
第一步：故障检测；
充电过程中，故障监视器监测充电机的输出电压电流，一旦发现输出电压误差、电流误差、纹波电压、纹波电流超过设定值，则判断***为故障状态，进入故障诊断程序。
第二步：故障诊断；
a)充电机保持正常工作，按从1到N的顺序(可以分批断开或单独断开或先分批断开再单独断开)依次断开各模块的输入输出隔离单元，在断开单个模块后通过故障监视器重新对充电机进行检测，若故障消失，则判断所切除的模块为故障模块。
第三步：故障隔离；
a)断开出现故障的充电模块对应的输入输出隔离单元，闭合其余正常模块输入输出隔离单元。
b)充电控制器自动设定充电参数，将充电机额定功率更改为(N-n)*PD。
c)下次运行时，保持同样的设置将故障模块进行隔离。
通过该方案，能有效的充电机模块单点故障，保持充电机正常运行，提高充电机可靠性。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车模块化充电故障隔离***，其特征在于，包括：充电模块、输入隔离单元、输出隔离单元、故障监视器和充电控制器；
所述充电模块的输入端通过所述输入隔离单元连接交流电源；
所述充电模块的输出端通过所述输出隔离单元连接直流母线；
所述故障监视器连接在所述直流母线上，用于监测所述直流母线；
所述充电控制器连接所述输入隔离单元、所述输出隔离单元和所述故障监视器，用于根据所述故障监视器监测充电机是否发送故障并通过所述故障监视器、所述输入隔离单元和所述输出隔离单元分别对所述充电模块进行检测，检测到出现故障的所述充电模块，对出现故障的所述充电模块隔离。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***，其特征在于，所述充电控制器还连接所述充电模块，用于调节所述充电模块的控制参数。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***，其特征在于，所述输入隔离单元为机械继电器或电子电力开关或机械开关和电力电子开关的组合。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***，其特征在于，所述输出隔离单元为防反二极管或机械接触器或电子电力开关。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***，其特征在于，还包括输入端交流接触器，所述输入端交流接触器串联于所述交流电源与所述输入隔离单元之间。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***，其特征在于，还包括输出接触器，所述输出接触器串联于所述直流母线和充电枪之间。
7.一种电动汽车模块化充电故障隔离方法，基于如权利要求1至6任意一项所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离***进行故障隔离，其特征在于，包括：
S1：通过故障监视器检测直流母线，若检测到故障发生，则通过故障监视器、输入隔离单元和输出隔离单元分别对充电模块进行检测从而检测到出现故障的充电模块；
S2：对出现故障的充电模块进行隔离，接通所有未出现故障的充电模块。
8.根据权利要求7所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
A1：通过故障监视器进行绝缘检测和短路检测，若检测值超出预设范围，则判定出现绝缘故障并执行步骤A2；
A2：通过输入隔离单元和输出隔离单元断开所有充电模块；
A3：通过输入隔离单元和输出隔离单元依次一个或多个地接通充电模块并通过故障监视器进行绝缘检测和短路检测，若检测值超出预设范围，则判定该接通的充电模块有故障，直到所有充电模块检测完毕；
A4：得出所有出现故障的充电模块。
9.根据权利要求7所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
B1：通过故障监视器进行电压电流检测和纹波检测，若检测值超出预设范围，则判定出现异常故障并执行步骤B2；
B2：通过输入隔离单元和输出隔离单元依次一个或多个地断开充电模块并通过故障监视器进行电压电流检测，若检测值恢复到预设范围，则判定该断开的充电模块有故障，直到所有充电模块检测完毕；
B3：得出所有出现故障的充电模块。
10.根据权利要求7所述的一种电动汽车模块化充电故障隔离方法，其特征在于，所述步骤S2之后还包括：
将充电机的额定功率更改为(N-n)×PD，其中，N为充电模块总数，n为被隔离的充电模块数量，PD为每个充电模块的额定功率。
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