低温环境下直流充电控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种充电桩控制系统，尤其涉及一种低温环境下直流充电控制系统。


背景技术：

2.随着化石能源的枯竭以及温室效应的加剧，电动汽车的使用以及普及不可避免。电动汽车的核心部件之一的动力蓄电池需要在电动汽车的使用过程中进行充电，而动力蓄电池的最佳工作温度在15
‑
35
°
之间，而当蓄电池在低温环境下进行充电时，如果蓄电池所处环境温度过低，而且此时蓄电池也是出于低温状态，那么此时对蓄电池进行充电，则会严重影响蓄电池的荷电容量，比如：假如蓄电池的荷电容量n，那么在低温条件下时荷电容量则变为(1
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r％)n，其中，r％为衰减系数，也就是说：当蓄电池显示电量充满时，这时的电量远远没有达到正常的荷电状态，严重影响蓄电池的续航能力，随着温度越低，其衰减系数越大；而且，低温状态对蓄电池进行充电会对蓄电池造成损伤甚至损坏，严重影响蓄电池的寿命。
3.因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种低温环境下直流充电控制系统，在低温条件下对电动汽车蓄电池进行充电时会首先侦测蓄电池的温度状态，并在温度低于设定值时进行电池预热，从而确保蓄电池在理想的状态下进行充电，从而有效确保蓄电池的荷电状态，保证其低温条件下充电的续航能力，而且能够有效避免低温充电对蓄电池造成损伤或者损坏，确保蓄电池的使用寿命。
5.本发明提供的一种低温环境下直流充电控制系统，包括充电桩控制器、充电枪接入检测控制单元、蓄电池预热单元、蓄电池温度检测控制单元、车载控制器、车载低压供电单元以及充电桩低压供电单元；
6.所述充电枪接入检测控制单元用于检测充电枪与车载充电接口是否接入并控制充电枪供电回路导通；
7.所述蓄电池温度检测控制单元的第一电源输入端和第二电源输入端连接于充电枪接入检测控制单元的电源输出端，蓄电池温度检测控制单元的第一电源输出端连接于蓄电池预热单元的输入端，蓄电池温度检测控制单元的第二电源输入端连接于蓄电池充电接口，所述蓄电池温度检测控制单元的检测输出端与车载控制器的输入端连接，所述车载控制器与充电桩控制器通信连接；所述车载低压供电单元的输入端连接于充电枪接入检测控制单元的电源输出端；车载低压供电单元输出24v直流电和12v直流电并提供给蓄电池温度检测控制单元的电源端，车载低压供电单元输入端连接于输入检测控制电路的电源输出端，车载低压供电单元输出24v直流电和12v直流电并提供给充电枪接入检测控制单元。
8.进一步，所述充电枪接入检测控制单元包括第一直流接触器模块以及充电枪接入检测控制电路；
9.所述第一直流接触器模块的控制端连接于充电枪接入检测控制电路的控制输出端rea，第一直流接触器的电源端连接24v直流电；
10.充电枪接入检测控制电路检测充电枪接入到车载充电接口后输出控制信号，控制第一直流接触器模块动作。
11.进一步，所述充电枪接入检测控制电路包括自复位常开开关s1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c1、稳压管zd1、稳压管zd2、nmos管q1、三极管q2以及三极管q3；其中，三极管q2为p型三极管；
12.自复位常开开关s1设置于充电枪前端端部，自复位常开开关s1的一端连接于12v直流电，自复位常开开关s1的另一端通过电阻r3连接于nmos管q1的漏极，nmos管q1的源极与稳压管zd2的负极连接，稳压管zd2的正极连接，nmos管q1的源极作为充电枪接入检测控制电路的控制输出端，
13.自复位常开开关s1与电阻r3的公共连接点通过电阻r1和电阻r5串联后接地，电阻r1和电阻r5的公共连接点通过电容c1接地，电阻r1和电阻r5之间的公共连接点通过电阻r6连接于三极管q3的基极，三极管q3的发射极接地，三极管q3的基极与稳压管zd1的负极连接，稳压管zd1的正极接地，三极管q2的发射极通过电阻r2连接于电阻r3和自复位常开开关s1的公共连接点，三极管q2的集电极连接于nmos管q1的栅极，三极管q2的基极通过电阻r4连接于电阻r3和自复位常开开关s1的公共连接点，三极管q3的集电极连接于三极管q2的基极，nmos管q1的栅极通过电阻r7接地。
14.进一步，蓄电池温度检测控制单元包括温度检测控制模块、第二直流接触器模块以及第三直流接触器模块；
15.温度检测控制模块检测蓄电池包的温度并输出控制信号，温度检测控制模块的控制输出端reb连接于第二直流接触器模块的控制输入端，温度检测控制模块的控制输出端rec连接于第三直流接触器模块的控制输入端，第二直流接触器的电源端连接12v直流电，第二直流接触器模块电源输入端连接于第一直流接触器模块的电源输出端，第三直流接触器模块的电源输入端连接于第一直流接触器模块的电源输出端，第二直流接触器模块的电源输出端连接于蓄电池充电接口，第三直流接触器模块的电源输出端连接于蓄电池预热单元的电源输入端，温度检测控制模块的检测输出端作为蓄电池温度检测控制单元的检测输出端con1连接于车载控制器。
16.进一步，所述温度检测控制模块包括电阻r10、热敏电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电容c2、电容c3、比较器u2、可控精密稳压源u1、三极管q9、稳压管zd3、稳压管zd4、稳压管zd5以及三极管q8；其中，三极管q8为p型三极管；
17.电阻r14的一端通过电阻r10和热敏电阻r11串联后接地，电阻r14和电阻r10之间的公共连接点作为温度检测模块的电源端接24v电源；
18.电阻r14的另一端通过电阻r15和电阻r20串联后连接于三极管q8的发射极，三极管q8的集电极通过电阻r18接地，三极管q8的集电极作为控制输出端rec；
19.电阻r10和热敏电阻r11之间的公共连接点通过电阻r12连接于比较器u2的同相端，电阻r10和热敏电阻r11之间的公共连接点的与稳压管zd3的负极连接，稳压管zd3的正极接地，电阻r13的一端连接于电阻r14和电阻r10之间的公共连接点，电阻r13的另一端通
过电阻r16接地，可控精密稳压源u1的参考极连接于电阻r13和电阻r16的公共连接点，可控精密稳压源u1的正极接地，可控精密稳压源u1的负极连接于电阻r14和电阻r15之间的公共连接点，可控精密稳压源u1的负极连接于比较器u2的反相端，比较器u2的输出端通过电容c3接地，比较器u2的输出端通过电阻r17连接于三极管q9的基极，三极管q9的基极与稳压管zd4的负极连接，稳压管zd4的正极接地，三极管q9的发射极接地，三极管q9的集电极通过电阻r19连接于电阻r15和电阻r20之间的公共连接点，三极管q9的集电极与三极管q8的基极连接，三极管q9的集电极作为控制输出端reb，电阻r21的一端连接于三极管q9的基极，电阻r21的另一端作为检测输出端con1；电阻r15和电阻r20的之间的公共连接点通过电容c2接地，电容c2的容值大于电容c3的容值。
20.进一步，所述第一直流接触器模块、第二直流接触器模块和第三直流接触器模块的电路结构相同。
21.进一步，所述第一直流接触器模块包括三极管q4、三极管q5、nmos管q6、电阻r9、电阻r8、三极管q7以及第一直流接触器；其中，三极管q5和三极管q7为p型三极管；
22.所述三极管q4的集电极连接于24v直流电，三极管q4的发射极连接于三极管q5的发射极，三极管q5的集电极接地，三极管q4和三极管q5的基极作为第一直流接触器模块的控制输入端，三极管q4的发射极通过电阻r8连接于nmos管q6的栅极，nmos管q6的漏极连接于24v直流电，nmos管q6的源极通过电阻r9连接于第一直流接触器的励磁线圈的一端，第一直流接触器的励磁线圈的另一端接地，三极管q7的发射极连接于电阻r9和第一直流接触器的励磁线圈之间的公共连接点，三极管q7的集电极接地，三极管q7的基极连接于nmos管q6的源极。
23.本发明的有益效果：通过本发明，在低温条件下对电动汽车蓄电池进行充电时会首先侦测蓄电池的温度状态，并在温度低于设定值时进行电池预热，从而确保蓄电池在理想的状态下进行充电，从而有效确保蓄电池的荷电状态，保证其低温条件下充电的续航能力，而且能够有效避免低温充电对蓄电池造成损伤或者损坏，确保蓄电池的使用寿命。
附图说明
24.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
25.图1为本发明的结构框图。
26.图2为本发明的充电枪接入检测控制电路的电路原理图。
27.图3为本发明的温度检测控制模块的电路原理图。
28.图4为本发明的第一直流接触器模块电路原理图。
29.图5为本发明的第二直流接触器模块电路原理图。
30.图6为本发明的第三直流接触器模块电路原理图。
具体实施方式
31.以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：
32.本发明提供的一种低温环境下直流充电控制系统，包括充电桩控制器、充电枪接入检测控制单元、蓄电池预热单元、蓄电池温度检测控制单元、车载控制器、车载低压供电单元以及充电桩低压供电单元；
33.所述充电枪接入检测控制单元用于检测充电枪与车载充电接口是否接入并控制充电枪供电回路导通；
34.所述蓄电池温度检测控制单元的第一电源输入端和第二电源输入端连接于充电枪接入检测控制单元的电源输出端，蓄电池温度检测控制单元的第一电源输出端连接于蓄电池预热单元的输入端，蓄电池温度检测控制单元的第二电源输入端连接于蓄电池充电接口，所述蓄电池温度检测控制单元的检测输出端与车载控制器的输入端连接，所述车载控制器与充电桩控制器通信连接；所述车载低压供电单元的输入端连接于充电枪接入检测控制单元的电源输出端；车载低压供电单元输出24v直流电和12v直流电并提供给蓄电池温度检测控制单元的电源端，车载低压供电单元输入端连接于输入检测控制电路的电源输出端，即第一直流接触器的输出端，车载低压供电单元输出24v直流电和12v直流电并提供给充电枪接入检测控制单元，当然，充电枪内设置有充电桩供电电路，该电路用于向蓄电池提供直流电，直流电的电压根据蓄电池的额定电压进行调整，比如220v、110v等等，该充电桩供电电路属于现有技术，车载低压供电单元以及充电桩低压供电单元均采用现有的供电电路，一方面采用dc
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dc转换电路将充电桩供电电路输出的直流转为24v直流电，另一方面采用更为低压的dc
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dc转换电路将24v转为12v直流电，具体电路为现有技术，在此不进行赘述；而对于蓄电池来说，也具有充电控制电路，即将充电桩供电电路输出的直流电进行相应的处理然后提供给蓄电池，也属于现有技术，在此不加以赘述，而蓄电池预热单元，则采用现有技术，比如在电池包内设置加热丝；通过上述结构，在低温条件下对电动汽车蓄电池进行充电时会首先侦测蓄电池的温度状态，并在温度低于设定值时进行电池预热，从而确保蓄电池在理想的状态下进行充电，从而有效确保蓄电池的荷电状态，保证其低温条件下充电的续航能力，而且能够有效避免低温充电对蓄电池造成损伤或者损坏，确保蓄电池的使用寿命。
35.本实施例中，所述充电枪接入检测控制单元包括第一直流接触器模块以及充电枪接入检测控制电路；
36.所述第一直流接触器模块的控制端连接于充电枪接入检测控制电路的控制输出端rea，第一直流接触器的电源端连接24v直流电；
37.充电枪接入检测控制电路检测充电枪接入到车载充电接口后输出控制信号，控制第一直流接触器模块动作，通过上述结构，能够对充电枪是否接入到车载充电接口进行检测，并在未接入时，充电枪的供电开关是否打开均不会进行供电，从而有效确保使用的安全性。具体地：
38.所述充电枪接入检测控制电路包括自复位常开开关s1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电容c1、稳压管zd1、稳压管zd2、nmos管q1、三极管q2以及三极管q3；其中，三极管q2为p型三极管；
39.自复位常开开关s1设置于充电枪前端端部，自复位常开开关s1的一端连接于12v直流电，自复位常开开关s1的另一端通过电阻r3连接于nmos管q1的漏极，nmos管q1的源极与稳压管zd2的负极连接，稳压管zd2的正极连接，nmos管q1的源极作为充电枪接入检测控制电路的控制输出端，
40.自复位常开开关s1与电阻r3的公共连接点通过电阻r1和电阻r5串联后接地，电阻r1和电阻r5的公共连接点通过电容c1接地，电阻r1和电阻r5之间的公共连接点通过电阻r6
连接于三极管q3的基极，三极管q3的发射极接地，三极管q3的基极与稳压管zd1的负极连接，稳压管zd1的正极接地，三极管q2的发射极通过电阻r2连接于电阻r3和自复位常开开关s1的公共连接点，三极管q2的集电极连接于nmos管q1的栅极，三极管q2的基极通过电阻r4连接于电阻r3和自复位常开开关s1的公共连接点，三极管q3的集电极连接于三极管q2的基极，nmos管q1的栅极通过电阻r7接地，其中，自复位常开开关s1采用现有的开关，即在外部没有施加压力的条件下，其开关始终保持断开，当充电枪的端口与车载充电接口接入后，车载充电接口将会向该开关提供一个压力，使得开关s1闭合，此时，通过限流电阻r1向电容c1进行充电，当电容c1的电压达到三极管q3的导通电压时，三极管q3导通，从而使得三极管q2导通，继而nmos管q1导通，从而输出电能值第一直流接触器模块，控制第一直流接触器闭合再向外供电，通过上述结构，能够有效防止误操作(比如无意将充电枪的整个开关打开并且挤压到开关s1)而引起触电事故，从而有效确保用电安全。
41.本实施例中，蓄电池温度检测控制单元包括温度检测控制模块、第二直流接触器模块以及第三直流接触器模块；
42.温度检测控制模块检测蓄电池包的温度并输出控制信号，温度检测控制模块的控制输出端reb连接于第二直流接触器模块的控制输入端，温度检测控制模块的控制输出端rec连接于第三直流接触器模块的控制输入端，第二直流接触器的电源端连接12v直流电，第二直流接触器模块电源输入端连接于第一直流接触器模块的电源输出端，第三直流接触器模块的电源输入端连接于第一直流接触器模块的电源输出端，第二直流接触器模块的电源输出端连接于蓄电池充电接口，第三直流接触器模块的电源输出端连接于蓄电池预热单元的电源输入端，温度检测控制模块的检测输出端作为蓄电池温度检测控制单元的检测输出端con1连接于车载控制器，具体地：
43.所述温度检测控制模块包括电阻r10、热敏电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电容c2、电容c3、比较器u2、可控精密稳压源u1、三极管q9、稳压管zd3、稳压管zd4、稳压管zd5以及三极管q8；其中，三极管q8为p型三极管；
44.电阻r14的一端通过电阻r10和热敏电阻r11串联后接地，电阻r14和电阻r10之间的公共连接点作为温度检测模块的电源端接24v电源；
45.电阻r14的另一端通过电阻r15和电阻r20串联后连接于三极管q8的发射极，三极管q8的集电极通过电阻r18接地，三极管q8的集电极作为控制输出端rec；
46.电阻r10和热敏电阻r11之间的公共连接点通过电阻r12连接于比较器u2的同相端，电阻r10和热敏电阻r11之间的公共连接点的与稳压管zd3的负极连接，稳压管zd3的正极接地，电阻r13的一端连接于电阻r14和电阻r10之间的公共连接点，电阻r13的另一端通过电阻r16接地，可控精密稳压源u1的参考极连接于电阻r13和电阻r16的公共连接点，可控精密稳压源u1的正极接地，可控精密稳压源u1的负极连接于电阻r14和电阻r15之间的公共连接点，可控精密稳压源u1的负极连接于比较器u2的反相端，比较器u2的输出端通过电容c3接地，比较器u2的输出端通过电阻r17连接于三极管q9的基极，三极管q9的基极与稳压管zd4的负极连接，稳压管zd4的正极接地，三极管q9的发射极接地，三极管q9的集电极通过电阻r19连接于电阻r15和电阻r20之间的公共连接点，三极管q9的集电极与三极管q8的基极连接，三极管q9的集电极作为控制输出端reb，电阻r21的一端连接于三极管q9的基极，电阻
r21的另一端作为检测输出端con1；电阻r15和电阻r20的之间的公共连接点通过电容c2接地，电容c2的容值大于电容c3的容值；其中：
47.电容c2用于延时，即第一直流接触器模块导通后，车载低压供电单元进入到工作状态，输出24v直流电以及12v直流电，此时，温度检测模块控制模块也得电，通过电阻r14和电阻r15向电容c2充电，在电容c2充电延时的过程中，一方面：车载控制器与充电桩控制器之间通信，告知充电桩控制器当前蓄电池的规格信息，比如额定电压，额定电流等，由充电桩控制器控制充电桩供电电路调整输出相应的直流电，一般来说，充电电压均是220v，而充电电流则不同的蓄电池具有不同的规定。另一方面，在设置时电容c2的容值大于电容c3的容值，从而使得电容c2的延迟时间大于电容c3的延迟时间；在电容c2充电时间内等待蓄电池的温度检测结果，具体如下：
48.热敏电阻采用负温度系数热敏电阻，即温度越低，阻值越大，可控精密稳压源u1提供基准电压值比较器u2的反相端，比较器u2的同相端检测蓄电池的温度状态，当比较器u2的同相端电压大于反相端电压，表明此时蓄电池的温度过低，需要进行预热，此时比较器u2输出高电平，电容c3充电，延迟设定时间后即电容c3的电压达到三极管q9导通电压时，三极管q9导通，电容c3用于确保检测准确性，防止误动作，此时三极管q9输出低电平，如果此时电容c2的电压达到三极管q8的导通电压，三极管q8导通，此时第三直流接触器模块动作，蓄电池预热单元进入到工作状态，对蓄电池进行预热；当蓄电池的温度达到设定值后，此时比较器u2的同相端电压小于反相端电压，比较器u2输出低电平，三极管q9截止，三极管q8截止，三极管q9的集电极输出高电平，第二直流接触器导通，从而向蓄电池进行充电。
49.本实施例中，所述第一直流接触器模块、第二直流接触器模块和第三直流接触器模块的电路结构相同，由于三个直流接触器模块的电路结构相同，指示输出对象不同，那么，在此以第一直流接触器模块为例进行说明：
50.所述第一直流接触器模块包括三极管q4、三极管q5、nmos管q6、电阻r9、电阻r8、三极管q7以及第一直流接触器；其中，三极管q5和三极管q7为p型三极管；
51.所述三极管q4的集电极连接于24v直流电，三极管q4的发射极连接于三极管q5的发射极，三极管q5的集电极接地，三极管q4和三极管q5的基极作为第一直流接触器模块的控制输入端，三极管q4的发射极通过电阻r8连接于nmos管q6的栅极，nmos管q6的漏极连接于24v直流电，nmos管q6的源极通过电阻r9连接于第一直流接触器的励磁线圈的一端，第一直流接触器的励磁线圈的另一端接地，三极管q7的发射极连接于电阻r9和第一直流接触器的励磁线圈之间的公共连接点，三极管q7的集电极接地，三极管q7的基极连接于nmos管q6的源极；通过上述结构，能够确保稳定第驱动直流接触器动作，其中,rel为直流接触器的励磁线圈，三极管q7用于对直流接触器线圈以及电路中的驱动部分进行保护，因为直流接触器断电时，由于线圈为感性元件，会产生高压来阻碍断电带来电流减小的结果，因此，在励磁线圈rel的右端产生高压，而nmos管一般设置有续流二极管，因此，该高压通过电阻r9、序电流二极管反向冲击，从而对前端电路造成严重影响，而通过三极管q7的设置，当供电是，三极管q7的基极电压大于发射极电压，正向偏置，三极管q7截止，当断电时，励磁线圈rel的右端产生高压，也就是三极管q7的发射极为高压状态，三极管q7的基极电压消失，三极管q7迅速导通，从而对励磁线圈进行放电，确保前端电路以及线圈自身的安全。
52.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较
佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。