一種交流充電控制裝置的接地檢測系統及方法
【專利摘要】本發明公開一種交流充電控制裝置的接地檢測系統及方法，系統包括：所述充放電單元包括充放電器件，用于將所述充放電器件與所述交流充電控制裝置內部充放電電路的負載的等效電阻、交流充電控制裝置的地線和所述交流充電控制裝置的內部恒流源的充電電路并聯形成RC充放電電路，以所述充放電器件的端電壓作為檢測電壓；所述比較單元，用于將所述檢測電壓與預設基準電壓進行比較，當所述輸出電壓高于預設基準電壓時，向所述檢測單元輸出啟動信號：所述檢測單元，根據放電時間判斷所述交流充電控制裝置的接地是否正常。本發明結構簡單，無需改變交流充電控制裝置的內部電路，即能對交流充電控制裝置的接地電阻進行精確判斷。
【專利說明】
一種交流充電控制裝置的接地檢測系統及方法
技術領域
[0001] 本發明涉及交流充電相關技術領域，特別是一種交流充電控制裝置的接地檢測系 統及方法。
【背景技術】
[0002] 充電控制裝置主要應用于具備慢充功能的純電動汽車和插電式混合動力汽車。該 充電控制裝置是將電網電能安全、可靠、有效地傳遞給車輛的裝置。由于純電動、插電式混 合動力汽車的便攜式充電器絕大部分利用民用電對車進行充電，充電電流大且時間長，對 人體和車輛安全存在很大隱患。因此充電控制裝置需要具備漏電檢測、繼電器診斷、地線檢 測、信號處理及狀態指示功能，其中地線檢測是充電控制裝置的重要功能之一。
[0003] 地線作為整個充電控制裝置極其重要的一個保護環節，不僅保證了充電裝置發生 故障時產生的漏電流能夠及時流入大地，同時也加強了充電過程中的安全性、可靠性。
[0004] 現有的接地檢測技術主要是利用模數(AD)轉換模塊對模擬量電壓信號進行檢測 分析，AD轉換模塊在進行模數轉換過程中耗時多，占用處理器資源，導致響應速度慢。在大 電流車輛充電過程中會存在很大的安全隱患。
【發明內容】
[0005] 基于此，有必要針對現有技術的缺陷，提供一種交流充電控制裝置的接地檢測系 統及方法。
[0006] -種交流充電控制裝置的接地檢測系統，包括:依次電連接的充放電單元、比較單 元及檢測單元；
[0007] 所述充放電單元包括充放電器件，用于將所述充放電器件與所述交流充電控制裝 置內部充放電電路的負載的等效電阻、交流充電控制裝置的地線和所述交流充電控制裝置 的內部恒流源的充電電路并聯形成RC充放電電路，以所述充放電器件的端電壓作為檢測電 壓；
[0008] 所述比較單元，用于將所述檢測電壓與預設基準電壓進行比較，當所述輸出電壓 高于預設基準電壓時，向所述檢測單元輸出啟動信號：
[0009] 所述檢測單元，用于當接收到所述比較單元的啟動信號后，關閉所述電源，計時并 將關閉所述電壓直到所述檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，根據所述放 電時間判斷所述交流充電控制裝置的接地是否正常。
[0010] -種交流充電控制裝置的接地檢測方法，包括：
[0011] 啟動所述交流充電控制裝置的內部恒流源，獲取與所述充放電電路的負載的等效 電阻、交流充電控制裝置的接地電阻和所述內部恒流源的充電電路并聯形成RC充放電電路 的充放電器件的端電壓，作為檢測電壓；
[0012] 將所述檢測電壓與預設基準電壓進行比較；
[0013] 當所述輸出電壓高于預設基準電壓時，關閉所述電源，計時并將關閉所述電源直 到所述檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，根據所述放電時間判斷所述交 流充電控制裝置的接地是否正常。
[0014] 本發明通過將交流充電控制裝置內部充放電電路的等效電阻、交流充電控制裝置 的接地電阻和所述交流充電控制裝置的內部恒流源與充放電器件的充電電路并聯形成RC 充放電電路，并對該充放電電路進行充電及放電，通過放電時間確定交流充電控制裝置的 接地是否正常。本發明結構簡單，無需改變交流充電控制裝置的內部電路，即能對交流充電 控制裝置的接地電阻進行精確判斷。同時，在電路上用RC電路代替現有技術的AD轉換模塊， 并利用檢測單元來識別充放電時間，大大提高了系統的響應速度，同時也降低了系統的成 本。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明一種交流充電控制裝置的接地檢測系統的系統原理圖；
[0016] 圖2為本發明一種交流充電控制裝置的接地檢測系統的電路原理圖；
[0017] 圖3為圖2的RC充放電電路的等效電路；
[0018] 圖4為本發明一種交流充電控制裝置的接地檢測方法的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細的說明。
[0020] 如圖1所示為本發明一種交流充電控制裝置的接地檢測系統的系統原理圖，包括： 依次電連接的充放電單元1、比較單元2及檢測單元3;
[0021] 充放電單元1包括充放電器件11，用于將充放電器件11與交流充電控制裝置內部 充放電電路的負載12的等效電阻、交流充電控制裝置的地線和交流充電控制裝置的內部恒 流源13的充電電路10并聯形成RC充放電電路，以充放電器件的端電壓作為檢測電壓；
[0022] 比較單元2,用于將檢測電壓與預設基準電壓進行比較，當輸出電壓高于預設基準 電壓時，向檢測單元輸出啟動信號：
[0023] 檢測單元3,用于當接收到比較單元2的啟動信號后，關閉電源，計時并將關閉電壓 直到檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，根據放電時間判斷交流充電控制 裝置的接地是否正常。
[0024] 交流充電控制裝置內部充放電電路包括與火線和零線連接的各種負載，所有負載 可以等效為一個等效電阻R，交流充電控制裝置的地線上的電阻可以等效為一個地線電阻 R'，當地線正常接地時，地線電阻為零或一個非常小的值，此時RC充放電電路的充放電響應 時間完全取決于負載所等效的等效電阻和充放電器件。因此，通過仿真驗證及實際搭建電 路試驗數據積累，可以確定在地線正常時RC充放電電路的放電時間。
[0025] 因此，當檢測時，先開啟內部恒流源，使得充放電器件進行充電，然后由比較單元2 將檢測電壓與基準電壓進行比較，當檢測電壓到達基準電壓時向檢測單元3輸出啟動信號， 檢測單元3在接收到啟動信號后關閉電源，電源關閉后，充放電器件開始放電，將關閉電壓 直到檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間。由于在地線正常時的放電時間可 以通過實驗確定，因此通過檢測放電時間則可以判斷接地電阻是否為零或一個非常小的 值，從而判斷接地是否正常。
[0026] 本發明通過將交流充電控制裝置內部充放電電路的等效電阻、交流充電控制裝置 的接地電阻和交流充電控制裝置的內部恒流源與充放電器件的充電電路1 〇并聯形成RC充 放電電路，并對該充放電電路進行充電及放電，通過放電時間確定交流充電控制裝置的接 地是否正常。本發明結構簡單，無需改變交流充電控制裝置的內部電路，即能對交流充電控 制裝置的接地電阻進行精確判斷。同時，在電路上用RC電路代替現有技術的AD轉換模塊，并 利用檢測單元來識別充放電時間，大大提高了系統的響應速度，同時也降低了系統的成本。
[0027] 在其中一個實施例中，檢測單元具體用于，當接收到比較單元的啟動信號后，關閉 電源，計時并將關閉電壓直到檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，如果放 電時間小于或等于預設計時時間，則判斷交流充電控制裝置接地正常，否則判斷交流充電 控制裝置接地異常。
[0028]接地正常時，接地電阻為零或者一個非常小的值，而當接地不正常時，接地電阻變 大至不可忽略，此時RC充放電電路的放電時間會延長，因此本實施例用放電時間的長短判 斷接地是否正常，簡單可靠。
[0029] 在其中一個實施例中，如圖2所示，充放電器件為檢測電容C1。
[0030] 本實施例采用檢測電容作為充放電器件結構簡單實用。
[0031 ]如圖3所示為充放電器件與交流充電控制裝置內部充放電電路的負載的等效電 阻、交流充電控制裝置的地線和交流充電控制裝置的內部恒流源的充電電路并聯形成的RC 充放電電路的等效電路圖。
[0032] 由于電壓源和電流源的外特性是相同的，所以電源的兩種電路模型可以等效替 換，恒壓源和電阻串聯等效于恒流源和電阻并聯，即圖2與圖3兩種電路為等效電路，其中圖 2的負載Rl、R2串聯，負載R3、R4串聯，兩個串聯結果再進彳丁并聯等效為圖3的負載電阻的等 效電阻R，為了分析方便采用恒壓源Vs與電阻串聯的方式進行分析，恒壓源Vs與恒流源Is的 關系為Vs = Is(R+R'）。二者在實現電路功能上是等效的，即圖2的恒流源部分電路與圖3為 等效電路。其中恒壓源Vs、負載的等效電阻R、接地電阻R'和檢測電容C1依次串聯，等效電阻 R為圖2中的交流充電控制裝置內部充放電電路的負載1?1、1?2、1?、1?4的等效電阻。
[0033] 本發明的比較單元2可以通過單片機實現，即將檢測電壓通過A/D轉換后輸入單片 機，由單片機比較檢測單元與基準電壓的差值并輸出啟動信號。
[0034] 如圖2所示，在其中一個實施例中，比較單元2包括滯回第一電阻R8、滯回第二電阻 R9、滯回第三電阻R10、滯回第四電阻R11、滯回第五電阻R12和滯回比較器A2,滯回第一電阻 R8的一端與充放電單元1電連接，另一端與滯回比較器A2的第一輸入端電連接，所述滯回第 二電阻R9的一端與基準電壓Vcc2電連接，另一端與所述滯回比較器A2的第二輸入端電連 接，所述滯回比較器A2的第二輸入端還通過滯回第三電阻R10接地，所述滯回比較器A2的第 二輸入端還通過滯回第四電阻R11與所述滯回比較器的輸出端電連接，所述滯回比較器的 輸出端還通過所述滯回第五電阻R12與所述檢測單元3電連接。
[0035] 本實施例中，滯回第一電阻R8、滯回第二電阻R9、滯回第三電阻R10、滯回第四電阻 R11、滯回第五電阻R12和滯回比較器A2構成滯回比較器電路，對檢測電壓和基準電壓Vcc2 進行比較，直到檢測電壓大于基準電壓Vcc2時，滯回比較器A2通過滯回第五電阻R12從輸出 端MCU2輸入啟動信號到檢測單元3中。通過本實施例的滯回電路，使得輸出端MCU2的啟動信 號為從高電平變為低電平，從而使得檢測單元3能夠準確的捕捉到檢測電壓到達基準電壓 的時刻，使得檢測更為準確。
[0036] 在其中一個實施例中，還包括分壓電壓Vccl、分壓電阻R7和接地電容C4,分壓電壓 Vcc 1、分壓電阻R7和接地電容C4依次串聯后接地，分壓電阻R7與接地電容C4的連接點與檢 測單元3電連接。
[0037] 本實施例通過分壓電阻R7分壓后，分壓電阻R7與接地電容C4的連接點輸出檢測電 壓到檢測單元3,由檢測單元3對放電時間進行計算，通過分壓電阻保證了對比較單元2的安 全。
[0038] 在其中一個實施例中，充放電單元通過低通濾波電路與比較單元電連接。
[0039] 本實施例的低通濾波電路將引入檢測電路時伴隨地線的低頻信號過濾。
[0040] 優選地，低通濾波電路為巴特沃斯低通濾波電路。
[0041 ]作為本發明最佳實施例，采用電阻R5、R6和電容C2、C3以及比較器A1構成巴特沃斯 低通濾波電路。
[0042]同時，引入鉗壓二極管D1對比較器A1進行鉗壓。在RC電路進行充電時，比較器A1輸 出端電壓逐漸增大，利用鉗壓二極管D1的鉗壓作用，保證比較器A1輸出電壓值不超過(Vccl +0.7V)。如圖2所示，Vccl設計為5V，考慮到鉗壓二極管D1的導通壓降為0.7V，可以將比較器 A1輸出電壓鉗制在5.7V以下，保證電路的安全。
[0043] RC充放電電路在引入地線的同時也將民用電交流信號引入，故在RC充放電電路之 后利用巴特沃斯低通濾波電路(1?5，1?6,02,03 41構成)將民用電低頻交流信號過濾掉，從而 得到充放電信號較理想的電壓值。
[0044] 在其中一個實施例中，還包括報警單元；
[0045] 檢測單元，還用于當判斷交流充電控制裝置的接地電阻異常時，生成報警控制指 令；
[0046] 報警單元，用于接收檢測單元輸出的報警控制指令，并根據報警控制指令，執行相 應的報警響應。
[0047] 報警單元根據檢測單元輸出的報警控制指令執行相應的報警響應，包括但不限 于:聲光報警、打印報警信息等。
[0048] 本實施例通過報警單元使得用戶能更加直觀地獲得報警信息。
[0049] 如圖4所示為本發明一種交流充電控制裝置的接地檢測方法的工作流程圖，包括：
[0050] 步驟S401，啟動交流充電控制裝置的內部恒流源，獲取與充放電電路的負載的等 效電阻、交流充電控制裝置的接地電阻和內部恒流源串聯形成RC充放電電路的充放電器件 的端電壓，作為檢測電壓；
[0051] 步驟S402,將檢測電壓與預設基準電壓進行比較；
[0052]步驟S403,當檢測電壓高于預設基準電壓時，關閉電源，計時并將關閉電源直到檢 測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，根據放電時間判斷交流充電控制裝置的 接地是否正常。
[0053]本發明的方法，首先步驟S401啟動內部恒流源，對充放電器件進行充電，然后，當 步驟S402檢測到檢測電壓高于基準電壓時，由步驟S403關閉電源并計算放電時間，由放電 時間判斷接地是否正常。
[0054]在其中一個實施例中，根據放電時間判斷交流充電控制裝置的接地是否正常，具 體包括：
[0055] 如果所述放電時間小于或等于預設計時時間，則判斷所述交流充電控制裝置接地 正常，否則判斷所述交流充電控制裝置接地異常。
[0056] 作為本發明最佳實施例，采用如圖2所示的電路，檢測單元為單片機，單片機從圖2 所示的MCU2中獲取啟動信號，從MCU1獲取檢測電壓。
[0057] 以下分別對接地良好的情況和接地異常的情況進行分析，高電平采用H表示，低電 平米用L表不。
[0058]對于接地良好的情況：
[0059]當接地狀況良好時，即地線電阻為R' =0時，此時一階RC充放電電路充放電響應時 間完全取決于等效固定電阻R，電容C1(如圖3所示），而在進行電路設計時，通過仿真驗證及 實際搭建電路試驗數據積累，保證所選的等效固定電阻R和電容C1合理，且將該參數下的放 電時間作為預設計時時間T固化到單片機中。1?8，1?9，1?10，1?11及42構成滯回比較器電路(如 上述圖2所示），閾值設置為5V。
[0060] 1.當未開啟接地檢測功能時，C1未充電，A1輸出為0，MCU1也為低電平，由滯回比較 器功能可知，MCU2為高電平；
[0061] 2.開啟接地檢測功能時，C1開始充電，A1輸出電壓逐漸升高，當A1輸出電壓超過閾 值5V時，MCU1變為高電平，MCU2變為低電平；
[0062] 3.當MCU2從高電平變為低電平時，關閉恒流源，單片機開始計時，此時電容C1處于 放電狀態，當C1放電到0.8V以下，根據TTL電平的特性，MCU1會由高電平變成低電平，此時單 片機記錄該段電容放電時間T'與設定時間T進行比較，若T'ST，則驗證了接地狀況良好。 [0063]對于接地異常的情況：
[0064] 1.當未開啟接地檢測功能時，C1未充電，A1輸出為0，MCU1也為低電平，由滯回比較 器功能可知，MCU2為高電平；
[0065] 2.開啟接地檢測功能時，C1開始充電，A1輸出電壓逐漸升高，當A1輸出電壓超過閾 值5V時，MCU1變為高電平，MCU2變為低電平；（這兩步與第一種情況相同）
[0066] 3.當MCU2從高電平變為低電平時，關閉恒流源，單片機開始計時，此時電容C1開始 放電，但由于接地異常，R '超出安全認定值時，此時導致一階RC充放電電路中的電阻值變 大，C1放電緩慢，在設定的時間T內，MCU1的電平仍為高電平，則證明了接地異常。
[0067] 對以上兩種情況進行總結如下：
[0069] 正常充電時，接地應為良好狀態，接地電阻值接近零，當系統無接地線或者地線電 阻超出規定值時，系統報出故障，中斷充電，降低故障隱患，保護人身和車輛安全。
[0070] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，包括:依次電連接的充放電單 元、比較單元及檢測單元； 所述充放電單元包括充放電器件，用于將所述充放電器件與所述交流充電控制裝置內 部充放電電路的負載的等效電阻、交流充電控制裝置的地線和所述交流充電控制裝置的內 部恒流源的充電電路并聯形成RC充放電電路，以所述充放電器件的端電壓作為檢測電壓； 所述比較單元，用于將所述檢測電壓與預設基準電壓進行比較，當所述輸出電壓高于 預設基準電壓時，向所述檢測單元輸出啟動信號： 所述檢測單元，用于當接收到所述比較單元的啟動信號后，關閉所述電源，計時并將關 閉所述電壓直到所述檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，根據所述放電時 間判斷所述交流充電控制裝置的接地是否正常。2. 根據權利要求1所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，所述檢測單 元具體用于，當接收到所述比較單元的啟動信號后，關閉所述電源，計時并將關閉所述電壓 直到所述檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，如果所述放電時間小于或等 于預設計時時間，則判斷所述交流充電控制裝置接地正常，否則判斷所述交流充電控制裝 置接地異常。3. 根據權利要求1所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，所述充放電 器件為檢測電容。4. 根據權利要求1所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，所述比較單 元包括滯回第一電阻、滯回第二電阻、滯回第三電阻、滯回第四電阻、滯回第五電阻和滯回 比較器，所述滯回第一電阻的一端與所述充放電單元電連接，另一端與所述滯回比較器的 第一輸入端電連接，所述滯回第二電阻的一端與基準電壓電連接，另一端與所述滯回比較 器的第二輸入端電連接，所述滯回比較器的第二輸入端還通過滯回第三電阻接地，所述滯 回比較器的第二輸入端還通過滯回第四電阻與所述滯回比較器的輸出端電連接，所述滯回 比較器的輸出端還通過所述滯回第五電阻與所述檢測單元電連接。5. 根據權利要求4所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，還包括分壓 電壓、分壓電阻和接地電容，所述分壓電壓、所述分壓電阻和所述接地電容依次串聯后接 地，所述分壓電阻與所述接地電容的連接點與所述檢測單元電連接。6. 根據權利要求1所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，所述充放電 單元通過低通濾波電路與所述比較單元電連接。7. 根據權利要求6所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，所述低通濾 波電路為巴特沃斯低通濾波電路。8. 根據權利要求1所述的交流充電控制裝置的接地檢測系統，其特征在于，還包括報警 單元； 所述檢測單元，還用于當判斷所述交流充電控制裝置的接地電阻異常時，生成報警控 制指令； 所述報警單元，用于接收所述檢測單元輸出的所述報警控制指令，并根據所述報警控 制指令，執行相應的報警響應。9. 一種交流充電控制裝置的接地檢測方法，其特征在于，包括： 啟動所述交流充電控制裝置的內部恒流源，獲取與所述充放電電路的負載的等效電 阻、交流充電控制裝置的接地電阻和所述內部恒流源的充電電路并聯形成RC充放電電路的 充放電器件的端電壓，作為檢測電壓； 將所述檢測電壓與預設基準電壓進行比較； 當所述輸出電壓高于預設基準電壓時，關閉所述電源，計時并將關閉所述電源直到所 述檢測電壓下降至預設放電閾值的時間作為放電時間，根據所述放電時間判斷所述交流充 電控制裝置的接地是否正常。10.根據權利要求9所述的交流充電控制裝置的接地檢測方法，其特征在于，所述根據 所述放電時間判斷所述交流充電控制裝置的接地是否正常，具體包括： 如果所述放電時間小于或等于預設計時時間，則判斷所述交流充電控制裝置接地正 常，否則判斷所述交流充電控制裝置接地異常。
【文檔編號】G01R31/02GK105911411SQ201610236329
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】孫新函, 王曉明, 董大為, 吳國良, 鐘毅, 李震
【申請人】上汽通用汽車有限公司, 泛亞汽車技術中心有限公司