过热保护电路和充电设备的制作方法

1.本实用新型涉及过热保护领域，特别涉及一种过热保护电路和包括该电路的充电设备。


背景技术：

2.随着技术的发展以及人们对电器设备的使用需求增多，目前人们经常需要对多个用电设备同时供电或充电来满足使用。例如，人们需要大功率的插座或者充电设备既用于电动车的充电，还满足于其他家用电器如洗衣机、空调的供电使用。这样的大功率充电设备有时会遇到过载、大电流、以及短路的情况，甚至发生火灾。
3.为了避免大功率的充电设备发生火灾一类的安全隐患，现有技术采用在充电设备如插座中设置空气开关或电流传感器，以检测通过充电设备的电流大小。然而，在发生了超功率负荷或短路的情况下，空气开关往往存在一定的反应时间才可进行跳闸保护。电流传感器虽然可以及时地避免发生短路或大电流的情况，但是如果遇到设备老化或者通风条件差时，尽管电流没有超出标准，充电设备中仍可能积聚大量热量，并最终导致火灾。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题和缺陷，本实用新型提供了一种过热保护电路、包括该电路的充电设备、以及适用于该电路的过热保护控制方法。该电路通过对支路线的温度检测，控制支路开关的接通或断开。
5.基于此，根据本实用新型的第一实施方式，提供了一种过热保护电路，其特征在于，所述电路将供电总线分别电耦接到至少两组支路线，以用于将所述供电总线的电压分别提供给所述支路线，所述至少两组支路线包括第一组支路线以及其余支路线，所述电路包括：空气开关，其被设置在所述供电总线与所述支路线之间并且分别与所述供电总线和所述支路线电耦接，所述空气开关被配置为当通过所述供电总线的电流过载时发生跳闸；一个或多个温度传感器，其被分别设置在所述至少两组支路线中的部分或所有支路线上，其被配置为测量其所在所述支路线的温度；一个或多个支路开关，其被分别设置在所述至少两组支路线中的部分或所有支路线上，其被配置为实现其所在所述支路线的通断；控制单元，其电耦接到所述一个或多个温度传感器以及所述一个或多个支路开关，其被配置为包括执行以下操作：当所述其余支路线中的一组支路线的温度大于第一阈值时，将所述其余支路线中的所述支路线的所述支路开关断开。
6.通过使用该实施方式的过热保护电路，可以避免充电设备内的电路发生电流过载、超功率、以及短路等以至于引起火灾的危险情形，与此同时，确保第一组支路线优先供电。
7.在一个实施例中，所述供电总线为双火线。
8.在一个实施例中，所述供电总线为火线和零线。
9.在一个实施例中，所述支路开关以成对的形式分别设置在所述部分或所有支路线
中的每组支路线上，从而分别实现所述每组支路线中的每条支路线的通断。
10.在一个实施例中，在同一组所述支路线上的一对所述支路开关被配置为同时接通或同时断开。
11.在一个实施例中，所述第一组支路线上未设置有所述温度传感器和所述支路开关，所述其余支路线中的每组支路线上均设置有所述温度传感器和所述支路开关。
12.在一个实施例中，所述第一组支路线上设置有所述温度传感器而未设置有所述支路开关，所述其余支路线中的每组支路线上均设置有所述温度传感器和所述支路开关。
13.在一个实施例中，所述至少两组支路线中的每组支路线上均设置有所述温度传感器和所述支路开关。
14.在一个实施例中，所述控制单元包括比较器，其被配置为针对所述其余支路线中的每组支路线，比较判断所述支路线的温度是否大于所述第一阈值，若是，则所述控制单元将所述其余支路线中的所述支路线的所述支路开关断开。
15.在一个实施例中，所述控制单元还包括存储器，其被配置为记录所述支路开关的通断状态。
16.在一个实施例中，所述比较器还被配置为针对所述其余支路线中已断开所述支路开关的每组支路线，比较判断所述支路线的温度是否小于所述第一阈值，若是，则对于所述其余支路线中已断开所述支路开关的所述支路线，所述控制单元闭合其上的所述支路开关。
17.在一个实施例中，所述控制单元还包括减法器，其被配置为针对所述其余支路线中的每组支路线，计算所述支路线的温度与所述第一组支路线的温度之间的差值，加法器，其被配置为计算所述至少两组支路线中的所有支路线的温度的和值，其中，所述比较器被配置为针对所述其余支路线中的每组支路线，比较判断以下中的至少一项：(a)所述支路线的温度是否大于所述第一阈值，(b)所述支路线的温度与所述第一组支路线的温度之间的差值是否大于第二阈值，(c)所述至少两组支路线中的所有支路线的温度的和值是否大于第三阈值，以及(d)所述第一组支路线的温度是否大于第一支路线阈值；若是，则所述控制单元将所述其余支路线中的所述支路线上的所述支路开关断开。
18.在一个实施例中，所述比较器还被配置为针对所述其余支路线中已断开所述支路开关的每组支路线，比较判断所有以下条件：(a)所述支路线的温度是否小于所述第一阈值，(b)所述至少两组支路线中的所有支路线的温度的和值是否小于所述第三阈值，以及(c)所述第一组支路线的温度是否小于所述第一支路线阈值，若是，则对于所述其余支路线中已断开所述支路开关的所述支路线，所述控制单元闭合其上的所述支路开关。
19.在一个实施例中，所述比较器还被配置为当所述其余支路线上的所述支路开关全部断开时，比较判断所述第一组支路线的温度是否大于所述第一支路线阈值，若是，则所述控制单元断开所述第一组支路线上的所述支路开关。
20.在一个实施例中，所述比较器还被配置为当所述至少两组支路线上的所述支路开关全部断开时，比较判断所有以下条件：(a)所述其余支路线中的每组支路线是否均小于所述第一阈值，以及(b)所述第一组支路线的温度是否小于所述第一支路线阈值，若是，则所述控制单元闭合所述第一组支路线上的所述支路开关。
21.根据本实用新型的第二实施方式，提供了一种充电设备，其特征在于，包括：如前
所述任何一种实施例的过热保护电路。
附图说明
22.本实用新型的其他特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施例方式可以更好地理解，其中：
23.图1为根据本实用新型的实施例1的应用于“一转二”充电设备的电路示意图。
24.图2为根据本实用新型的实施例1的控制步骤示意图，该控制步骤用于断开支路线。
25.图3为根据本实用新型的实施例1的控制步骤示意图，该控制步骤用于接通支路线。
26.图4为根据本实用新型的实施例2的应用于“一转二”充电设备的电路示意图。
27.图5为根据本实用新型的实施例2的控制步骤示意图，该控制步骤用于断开支路线。
28.图6为根据本实用新型的实施例2的控制步骤示意图，该控制步骤用于接通支路线。
29.图7为根据本实用新型的实施例3的应用于“一转二”充电设备的电路示意图。
30.图8为根据本实用新型的实施例3的控制步骤示意图，该控制步骤用于断开支路线。
31.图9为根据本实用新型的实施例3的控制步骤示意图，该控制步骤用于接通支路线。
具体实施方式
32.下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本实用新型的特定方式，而非限制本实用新型的范围。在描述时各个部件时所采用的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些表述也相应改变。
33.对于一组供电总线转为多组支路线(即“一转多”)的充电设备，在实际使用中，往往会在第一组支路线上接入重要的电器并对该电器供电。虽然其余支路线上也会接入其他电器并对这些电器供电，但在充电设备发生过载或超功率工作等不良情况时，用户倾向于断开其他电器的连接以保证第一组支路线上重要电器的正常使用。因此，本实用新型所实现的目的是：避免充电设备内的电路发生电流过载、超功率、以及短路等以至于引起火灾的危险情形，与此同时，确保第一组支路线优先供电。根据本实用新型的一种实施方式的过热保护电路和过热保护控制方法可以适用于任何合适的充电设备，例如充电桩、充电插座等，下文中仅以过热保护电路和过热保护控制方法应用于大功率插座为例进行描述。
34.本实用新型提供了一种过热保护电路。图1示出了根据本实用新型的实施例1的应用于“一转二”插座的电路示意图。该过热保护电路10的供电总线(x-hot，y-hot)经由空气开关101分别地电耦接到两组支路线，从而将供电总线(x-hot，y-hot)的电压分别提供给支路线。两组支路线包括第一组支路线(x1，y1)以及其余支路线(x2，y2)。其他供电总线如零线(w line)和地线(g line)可分别直接地连接到支路线w1、w2和支路线g1、g2。“一转二”的
插座具有两个插孔，其中第一个插孔内包括x1、y1、w1和g1，其向接入该插孔的重要的电器输出电压，第二插孔内包括x2、y2、w2和g2，其向接入该插孔的其他的电器输出电压。经由空气开关101电耦接到支路线的供电总线除了可以是双火线x-hot和y-hot外，在其他例子中，也可以是火线(l)和零线(n)。
35.该过热保护电路10包括空气开关101、温度传感器102、支路开关(sw1，sw2)、以及控制单元103。其中，空气开关101设置在供电总线(x-hot，y-hot)与支路线之间并且分别与供电总线(x-hot，y-hot)和支路线电耦接，该空气开关被配置为当通过供电总线(x-hot，y-hot)的电流过载时发生跳闸以保护电路。第一组支路线(x1，y1)上未设置温度传感器和支路开关。而其余支路线(x2，y2)上设置有温度传感器102和支路开关(sw1，sw2)，分别用于测量所在支路线的温度以及实现所在支路线的通断。对过热保护电路10的如此设置是出于以下的考虑：在正常使用时，该电路可以负担第一组支路线(x1，y1)上重要电器的工作功率，因此不需要对第一组支路线(x1，y1)进行过热控制。如果整个电路(包括第一组支路线)中发生诸如短路的极端异常情况时，空气开关101可以对整个电路进行保护。
36.温度传感器102安装在插座内部并且位于或靠近支路线(x2，y2)经过的金属部件或易发热部件区域，其测量的温度代表支路线(x2，y2)的温度。温度传感器102可使用热敏电阻、芯片温度传感器、温度霍尔元件以及其他容易想到的温度元件来实现。无论支路线是接通还是断开，温度传感器102持续地测量其所在支路线的温度。
37.如图1所示，支路开关(sw1，sw2)以成对的形式分别设置在支路线(x2，y2)上，从而分别实现支路线(x2，y2)中的x2线或y2线的通断。与此同时，在支路线(x2，y2)上的这一对支路开关(sw1，sw2)被配置为同时接通或同时断开。以上述的双火线为例，由于支路线中的x2线或y2线各自具有一定电压，分别在x2线或y2线上设置支路开关(sw1，sw2)，可以更安全地切断支路线(x2，y2)的供电，避免电压泄露。当然，在其他的例子中，可以在一组支路线上仅设置一个支路开关来控制该支路线的通断。可选地，支路开关(sw1，sw2)可使用继电器、保险丝、双金属片或其他容易想到的开关元件来实现。
38.控制单元103设置为电耦接到该电路10中的所有温度传感器和支路开关，即电耦接到温度传感器102和支路开关(sw1，sw2)。控制单元103还被配置为包括执行以下操作：当其余支路线中的一组支路线的温度大于第一阈值时，将其余支路线中的该支路线的支路开关断开。该操作可由硬件或软件实现，例如比较器。在本实施例中，即当其余支路线(x2，y2)的温度大于第一阈值时，将支路开关(sw1，sw2)断开。由此可见，该过热保护电路10是基于支路线的温度来控制支路的通断，其相较于电流传感器能够更直接地避免火灾，相较于单独使用的空气开关能够更迅速地切断发生不良情况的电路。
39.下面对适用于过热保护电路10的过热保护控制方法予以描述。首先，温度传感器102测量其余支路线(x2，y2)的温度t2，并将温度t2发送给控制单元103。随后，控制单元103判断t2是否大于第一阈值，若是，则向其余支路线(x2，y2)上的支路开关(sw1，sw2)发出控制指令，使得支路开关(sw1，sw2)同时断开。附加地，对于已经断开支路开关(sw1，sw2)的其余支路线(x2，y2)，控制单元103继续判断温度t2是否小于第一阈值，若是，则向支路开关(sw1，sw2)发出控制指令，以闭合支路开关(sw1，sw2)。
40.对于本领域技术人员而言，容易想到的是上述电路10经过适当改动还可成为诸如“一转三”、“一转四”、或“一转多”的过热保护电路。在介绍了电路10的基础上，本文对根据
实施例1的“一转多”的过热保护电路予以说明。“一转多”电路的供电总线分别电耦接到至少两组支路线，至少两组支路线包括第一组支路线以及其余支路线。其中，第一组支路线上未设置温度传感器和支路开关，其余支路线中的每组支路线上均设置有温度传感器和支路开关。
41.在介绍了适用于电路10的控制方法的基础上，参照图2和图3，本文对适用于实施例1的“一转多”电路的过热保护控制方法予以说明。在s1001中，测量其余支路线中的每组支路线的温度。在s1002中，针对其余支路线的每组支路线，判断该支路线的温度是否大于第一阈值。如果满足条件，在s1003中，将其余支路线中的该支路线上的支路开关断开。附加地，在s1004中，针对其余支路线中已断开支路开关的每组支路线，判断该支路线的温度是否小于第一阈值。如果满足条件，在s1005中，对于其余支路线中已断开支路开关的该支路线，闭合其上的支路开关。
42.控制单元103被配置为执行步骤s1002～s1003以及步骤s1004～s1005。并且，控制单元103可以通过软件、硬件、或软件与硬件结合的方式来实现。例如，当控制单元103通过软件或软件与硬件结合实现时，其包括存储器和处理器，存储器被配置为存储阈值数据以及指令，处理器被配置为执行上述的控制指令。当控制单元103通过硬件实现时，其包括比较器和存储器，该比较器被配置为执行步骤s1002或步骤s1004，该存储器被配置为记录支路开关的通断状态。
43.图4示出了根据本实用新型的实施例2的应用于“一转二”插座的电路示意图。该过热保护电路20的供电总线(x-hot，y-hot)经由空气开关201分别电耦接到两组支路线。与实施例1类似，两组支路线包括第一组支路线(x1，y1)和其余支路线(x2，y2)。其中，第一组支路线(x1，y1)上设置有温度传感器202并且未设置支路开关，其余支路线(x2，y2)上设置有温度传感器203和支路开关(sw1，sw2)。控制单元204电耦接到温度传感器202、温度传感器203以及支路开关(sw1，sw2)，并且控制单元204被配置为当其余支路线中的一组支路线的温度大于第一阈值时，将其余支路线中的该支路线的支路开关断开。除此以外，电路20的其他设置与电路10相同或类似。
44.在使用控制方法对电路20进行过热保护的过程中，首先温度传感器202和温度传感器203分别测量两组支路线的温度，获得第一组支路线(x1，y1)的温度t1和其余支路线(x2，y2)的温度t2，并将温度测量值发送给控制单元204。随后对于其余支路线(x2，y2)，控制单元204判断该支路线的温度t2是否大于第一阈值，判断该支路线的温度与第一组支路线(x1，y1)的温度之间的差值|t2-t1|(绝对值)是否大于第二阈值，判断所有支路线的温度的和值t1 t2是否大于第三阈值，以及判断第一组支路线(x1，y1)的温度t1是否大于第一支路线阈值。如果上述判断条件中有一项满足，则控制单元204向支路开关(sw1，sw2)发出控制指令，使其同时断开。当差值|t2-t1|大于第二阈值时，说明第一组支路线(x1，y1)或其余支路线(x2，y2)出现短路或超功率工作的情况。当t1 t2大于第三阈值时，说明整个电路内发生短路或超功率工作。
45.附加地，对于已经断开支路开关(sw1，sw2)的其余支路线(x2，y2)，控制单元204根据实时测量的温度，继续判断该支路线的温度t2是否小于第一阈值，判断所有支路线的温度的和值t1 t2是否小于第三阈值，以及判断第一组支路线(x1，y1)的温度t1是否小于第一支路线阈值。如果上述判断条件全部满足，则控制单元204发出控制指令，以闭合支路开关
(sw1，sw2)。
46.通过对过热保护电路20和对控制方法的如此设置，可以基于每组支路线(包括第一组支路线)上的温度，来控制其余支路线的接通或断开。该电路和控制方法基于对支路线温度的准确把控，在绝大多数情况下保证第一组支路线优先供电，同时避免电路温度过高。当整个电路(包括第一组支路线)中发生诸如短路、超负荷的极端异常情况时，空气开关201可以对整个电路进行跳闸保护。
47.同样地，对于本领域技术人员而言，容易想到的是上述电路20经过适当改动还可成为诸如“一转三”、“一转四”、或“一转多”的过热保护电路。在介绍了电路20的基础上，本文对根据实施例2的“一转多”的过热保护电路予以说明。“一转多”电路的供电总线分别电耦接到至少两组支路线，至少两组支路线包括第一组支路线以及其余支路线。其中，第一组支路线上设置有温度传感器而未设置有支路开关，其余支路线中的每组支路线上均设置有温度传感器和支路开关。
48.在介绍了适用于电路20的控制方法的基础上，参照图5和图6，本文对适用于实施例2的“一转多”电路的过热保护控制方法予以说明。在s2001中，测量至少两组支路线中的每组支路线的温度。在s2002中，针对其余支路线中的每组支路线，判断以下中的至少一项：(a)该支路线的温度是否大于第一阈值，(b)该支路线的温度与第一组支路线的温度之间的差值(此处的差值指的是相减后的绝对值)是否大于第二阈值，(c)至少两组支路线中的所有支路线的温度的和值是否大于第三阈值，以及(d)第一组支路线的温度是否大于第一支路线阈值。如果满足条件，在s2003中，将其余支路线中的该支路线上的支路开关断开。
49.附加地，在s2004中，针对其余支路线中已断开支路开关的每组支路线，判断所有以下条件：(a)该支路线的温度是否小于第一阈值，(b)至少两组支路线中的所有支路线的温度的和值是否小于第三阈值，以及(c)第一组支路线的温度是否小于第一支路线阈值。如果满足条件，在s2005中，对于其余支路线中已断开支路开关的该支路线，闭合其上的支路开关。
50.控制单元204被配置为执行步骤s2002～s2003以及步骤s2004～s2005。与实施例1类似，控制单元204可以通过软件、硬件、或软件与硬件结合的方式来实现。当控制单元204通过硬件实现时，其包括比较器、存储器、加法器和减法器。其中，减法器被配置为针对其余支路线中的每组支路线，计算该支路线的温度与第一组支路线的温度之间的差值。加法器被配置为计算至少两组支路线中的所有支路线的温度的和值。比较器被配置为执行步骤s2002或s2004。存储器被配置为记录支路开关的通断状态。
51.图7示出了根据本实用新型的实施例3的应用于“一转二”插座的电路示意图。该过热保护电路30的供电总线(x-hot，y-hot)经由空气开关301分别电耦接到两组支路线。两组支路线包括第一组支路线(x1，y1)和其余支路线(x2，y2)。其中，两组支路线中的每组支路线上均设置有温度传感器和支路开关。控制单元304电耦接到两个温度传感器和两对支路开关，并且被配置为当其余支路线中的一组支路线的温度大于第一阈值时，将其余支路线中的该支路线的支路开关断开。除此以外，电路30的其他设置与电路10相同或类似。
52.在使用控制方法对电路30进行过热保护的过程中，温度传感器302和温度传感器303分别测量两组支路线的温度，获得第一组支路线(x1，y1)的温度t1和其余支路线(x2，y2)的温度t2，并将温度测量值发送给控制单元304。类似于实施例2所使用的控制方法，对
于其余支路线(x2，y2)，控制单元304判断t2是否大于第一阈值，判断|t2-t1|是否大于第二阈值，t1 t2是否大于第三阈值，以及判断t1是否大于第一支路线阈值。如果上述判断条件中有一项满足，则控制单元304向支路开关(sw3，sw4)发出控制指令，使其同时断开。与实施例2的控制方法不同的是，在其余支路线上的支路开关全部断开后，控制单元304继续判断t1是否大于第一支路线阈值，如果是，则控制单元304向支路开关(sw1，sw2)发出控制指令，使第一组支路线(x1，y1)断开。
53.在电路的所有支路线全部断开后，为了保证第一组支路线(x1，y1)的正常供电，优先考虑闭合支路开关(sw1，sw2)。具体地，控制单元304根据实时测量的温度，判断t1是否小于第一支路线阈值，以及判断其余支路线的温度t2是否小于第一阈值。如果上述判断条件全部满足，则控制单元304向支路开关(sw1，sw2)发出控制指令，使其闭合。在第一组支路线(x1，y1)接通后，再继续考虑是否接通其余支路线。具体地，对于已经断开支路开关(sw3，sw4)的其余支路线(x2，y2)，控制单元继续判断t2是否小于第一阈值，判断t1 t2是否小于第三阈值，以及判断t1是否小于第一支路线阈值。如果上述判断条件全部满足，则控制单元304发出控制指令，以闭合支路开关(sw3，sw4)。
54.实施例3中的电路与实施例2中的电路相比较，其特点在于第一组支路线(x1，y1)上也设置有支路开关(sw1，sw2)。当所有其余支路线断开后，如果第一组支路线(x1，y1)的温度过高，控制单元301能够断开支路开关(sw1，sw2)，以避免烧坏第一组支路线(x1，y1)上的元件及电器。此外，实施例3中的控制方法与实施例2中的控制方法相比较，其特点在于如何对第一组支路线(x1，y1)上的支路开关(sw1，sw2)进行控制。
55.对于本领域技术人员而言，容易想到的是上述电路30经过适当改动还可成为诸如“一转三”、“一转四”、或“一转多”的过热保护电路。在介绍了电路30的基础上，本文对根据实施例3的“一转多”的过热保护电路予以说明。“一转多”电路的供电总线分别电耦接到至少两组支路线，至少两组支路线包括第一组支路线以及其余支路线。其中，至少两组支路线的每组支路线上均设置有温度传感器和支路开关。
56.在介绍了适用于电路30的控制方法的基础上，参照图8和图9，本文对实施例3的过热保护控制方法中如何控制第一组支路线(x1，y1)的通断予以说明。在s3001中，其余支路线上的支路开关已经全部断开。在s3002中，判断第一组支路线的温度是否大于第一支路线阈值。如果满足该条件，在s3003中，断开第一组支路线上的支路开关。如果不满足该条件，则保持电路的当前状态。
57.附加地，在s3004中，至少两组支路线上的支路开关已经全部断开。在s3005中，判断所有以下条件：(a)其余支路线中的每组支路线是否均小于第一阈值，以及(b)第一组支路线的温度是否小于第一支路线阈值。如果满足该条件，在s3006中，闭合第一组支路线上的支路开关。如果不满足该条件，则保持电路的当前状态。
58.控制单元304被配置为执行步骤s3002～s3003以及步骤s3005～s3006。与实施例1类似，控制单元304可以通过软件、硬件、或软件与硬件结合的方式来实现。当控制单元304通过硬件实现时，其包括比较器和存储器。比较器被配置为执行步骤s3002或s3005。存储器被配置为记录支路开关的通断状态。
59.需要说明的是，本文中所提到的第一阈值、第二阈值、第三阈值、以及第一支路线阈值仅用于说明，其具体数值由技术人员根据电路进行设置，并且这些阈值中的某些值可
以是相同的，也可以是不同的。
60.本文虽然参照特定的示例来描述了本实用新型，这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本实用新型进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本实用新型的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。