一种车载充电机漏电检测装置及保护方法与流程

1.本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是涉及一种车载充电机漏电检测装置及保护方法。


背景技术：

2.随着人们对环境保护和可持续发展的认识逐渐增强，新能源成为全球能源领域的重要发展方向，而新能源汽车更是新能源产业的主力军。整车的安全性是一辆车的重要指标，而车载充电机直接影响了电动汽车的安全性。目前，越来越多的电动汽车带有外放电功能，与充电过程不同，外放电时车身不与大地连接，若零线或火线对充电机金属外壳绝缘失效，易引起人员触电事故。
3.以往判断绝缘是否失效，需要将车辆下电，用仪器来检测。这样不能进行实时保护，降低了车辆安全性。因此，亟需一种在车辆外放电时，能对充电机进行实时漏电保护的方法。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种车载充电机漏电检测装置及保护方法，用于解决现有技术中无法实时检测充电机是否漏电的问题，主要增加了漏电检测装置，通过判定线路通过比较器后的电压波形判断漏电情况。
5.本发明提供一种车载充电机漏电检测装置，包括：
6.逆变电路；
7.火线采样支路，所述火线采样支路包括依次串联的第一调节电路和第一比较及逻辑输出电路，所述第一调节电路的输入端从所述逆变电路的输出火线输入第一电压v1；
8.零线采样支路，所述零线采样支路包括依次串联的第二调节电路和第二比较及逻辑输出电路，所述第二调节电路的输入端从所述逆变电路的输出零线输入第二电压v2，所述火线采样支路和所述零线采样支路并联，所述火线采样支路的输出端和所述零线采样支路的输出端电性连接形成采样支路输出端以输出逻辑电压；
9.控制器，所述控制器电性连接至所述采样支路输出端，根据所述逻辑电压判断所述车载充电机是否漏电。
10.在本发明的一个实施例中，所述第一电压v1和所述第二电压v2都为交流电，且所述第一电压与所述第二电压的相位差为180
°
。
11.在本发明的一个实施例中，所述第一比较及逻辑输出电路和所述第二比较及逻辑输出电路分别包括第一比较器u1a和第二比较器u1b，所述第一比较器u1a和所述第二比较器u1b的结构相同、且同相输入端电压都为vs。
12.在本发明的一个实施例中，所述第一调节电路的输出端与所述第一比较器u1a的反相输入端连接，所述第二调节电路的输出端与所述第二比较器u1b的反相输入端连接，所述第一比较器u1a和所述第二比较器u1b都为开漏输出。
13.在本发明的一个实施例中，在未发生漏电的状态下，所述第一比较器u1a和所述第二比较器u1b分别依次输出低电平和高电平的电压信号、且始终存在一个低电平输出，使得所述逻辑电压恒为零；当所述逆变电路的所述输出火线或所述输出零线发生漏电时，将会使得对应的所述第一比较器u1a或者所述第二比较器u1b的反相输入端电压小于所述同相输入端电压vs，该对应的所述第一比较器u1a或者所述第二比较器u1b输出端持续输出高电平电压，使得所述逻辑电压变为高低电平交替输出。
14.在本发明的一个实施例中，所述第一调节电路还包括第一分压电路和第一偏置电路，所述第一分压电路和所述第一调节电路串联，所述第一偏置电路与所述第一调节电路并联；所述第二调节电路还包括第二分压电路和第二偏置电路，所述第二分压电路和所述第二调节电路串联，所述第二偏置电路与所述第二调节电路并联。
15.在本发明的一个实施例中，所述第一分压电路包括第一电阻r1和第六电阻r6，所述第一电阻r1串联于所述火线采样支路中，所述第六电阻r6一端与所述第一电阻r1的输出端连接，另一端接地；所述第二分压电路包括第二电阻r2和第五电阻r5，所述第二电阻r2串联于所述火线采样支路中，所述第五电阻r5一端与所述第二电阻r2的输出端连接，另一端接地，其中r1等于r2，r5等于r6，通过降低r1和r6的比值可以降低所述第一分压电路输出端的电压，通过降低r2和r5的比值可以降低所述第二分压电路输出端的电压。
16.在本发明的一个实施例中，所述第一偏置电路包括第四电阻r4，所述第四电阻r4的一端与所述第一电阻r1的输出端连接，另一端与配置电压v
p
连接；所述第二偏置电路包括第三电阻r3，所述第三电阻r3的一端与所述第二电阻r2的输出端连接，另一端与配置电压v
p
连接，其中r3等于r4，通过调整r3和r4的数值可以改变所述第一配置电路和所述第二配置电路输出端的电压。
17.在本发明的一个实施例中，所述火线采样电路还包括第一电容c1，所述第一电容c1一段与所述第一电阻r1的输入端连接，另一端接地；所述零线采样电路还包括第二电容c2，所述第二电容c2一段与所述第二电阻r2的输入端连接，另一端接地。
18.本发明提供一种车载充电机漏电保护方法，包括：
19.s1：检测充电机漏电情况，通过上述的漏电检测装置判断所述充电机是否漏电，比较及逻辑输出电路向车辆微控制单元输出漏电信号；
20.s2：所述车辆微控制单元接收漏电信号后，控制器程序中断，关闭正弦脉宽调制波输出，限制逆变输出。
21.本发明提供一种车载充电机漏电检测装置和保护方法，其能够实时检测漏电情况，并作出保护措施，提高了充电机的安全性能。
22.进一步地，本发明的车载充电机漏电检测装置，利用火线电路和零线电路输出的电压存在相位差，使得电路在漏电和非漏电状态下输出的电压存在差异，以此判断充电机是否漏电。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附
图。
24.图1为本发明车载充电机漏电检测装置的框架示意图；
25.图2为本发明装置在一实施例中的框架示意图；
26.图3为本发明在一实施例中电路的结构示意图；
27.图4为本发明在一实施例中非漏电情况下的逻辑电压波形图；
28.图5为本发明在一实施例中漏电情况下的逻辑电压波形图；
29.图6为本发明漏电检测保护方法的步骤流程图。
30.元件标号说明：
31.第一电阻r1，第二电阻r2，第三电阻r3，第四电阻r4，第五电阻r5，第六电阻r6，第一比较器u1a，第二比较器u1b，第一电压v1，第二电压v2，同相输入端电压vs，第一电容c1，第二电容c2，配置电压v
p
。
具体实施方式
32.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
33.需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。
34.请参阅图1至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
35.本发明提供一种车载充电机漏电检测装置及保护方法，可以实时检测充电机的漏电情况。具体的，本发明的车载充电机漏电检测装置包括逆变电路、火线采样支路、零线采样支路和控制器。火线采样支路包括依次串联的第一调节电路和第一比较及逻辑输出电路，第一调节电路的输入端从逆变电路的输出火线输入第一电压v1；零线采样支路包括依次串联的第二调节电路和第二比较及逻辑输出电路，第二调节电路的输入端从逆变电路的输出零线输入第二电压v2，火线采样支路和零线采样支路并联，火线采样支路的输出端和零线采样支路的输出端电性连接形成采样支路输出端以输出逻辑电压；控制器电性连接至采样支路输出端，根据逻辑电压判断车载充电机是否漏电。
36.如图1所示，本发明提供的漏电检测装置包括逆变电路、火线采样支路、零线采样支路和控制器。逆变电路与火线采样支路、控制器串联连接，逆变电路与零线采样支路、控制器串联连接，火线采样支路和零线采样支路并联连接。
37.如图2所示，逆变电路包括输出火线和输出零线，其中输出火线与火线采样电路连接并输出第一电压v1，零线输出与零线采样电路连接并输出第二电压v2。火线采样电路包括第一调节电路和第一比较及逻辑电路，第一调节电路用于调节火线采样电路的电压大小，第一比较及逻辑电路用于处理经过第一调节电路调节后的电压并输出逻辑电压。第一调节电路还包括第一分压电路和第一配置电路，第一分压电路串联于火线采样电路中，第一配置电路与第一分压电路并联。零线采样电路包括第二调节电路和第二比较及逻辑电路，第二调节电路用于调节零线采样电路的电压大小，第二比较及逻辑电路用于处理经过第二调节电路调节后的电压并输出逻辑电压。第二调节电路还包括第二分压电路和第二配置电路，第二分压电路串联于零线采样电路中，第二配置电路与第二分压电路并联。第一比较及逻辑电路输出端与第二比较及逻辑电路的输出端连接并输出逻辑电压，同时与控制器电性连接，控制器可以接收火线采样电路和零线采样电路输出的逻辑电压并输出相应的信号。第一电压v1和第二电压v2都为交流电，且两交流电的相位差为180
°
。
38.如图2-3所示，第一比较及逻辑输出电路和第二比较及逻辑输出电路分别包括第一比较器u1a和第二比较器u1b，第一比较器u1a和第二比较器u1b的结构相同、且同相输入端电压都为vs。第一比较器u1a和第二比较器u1b的输出端都为开漏结构，当第一比较器u1a和第二比较器u1b输出端并联时，存在低电平输出则逻辑电压输出为0v。第一比较器u1a的反相输入端与第一调节电路的输出端连接，第二比较器u1b的输入端与第二调节电路的输出端连接。第一比较器u1a的输出端和第二比较器u1b的输出端与控制器连接、并向控制器输出逻辑电压。
39.第一分压电路包括第一电阻r1和第六电阻r6，第一电阻r1串联于火线采样支路中，第六电阻re一端与第一电阻r1的输出端连接，另一端接地；第二分压电路包括第二电阻r2和第五电阻r5，第二电阻r2串联于火线采样支路中，第五电阻r5一端与第二电阻r2的输出端连接，另一端接地。在本实施例中，为了适应本实施例的操作需求，根据计算r1等于r2，r5等于r6时效果最佳。通过降低r1和r6的比值可以降低第一分压电路输出端的电压，通过降低r2和r5的比值可以降低第二分压电路输出端的电压。第一偏置电路包括第四电阻r4，第四电阻r4的一端与第一电阻r1的输出端连接，另一端与配置电压v
p
连接；第二偏置电路包括第三电阻r3，第三电阻r3的一端与第二电阻r2的输出端连接，另一端与配置电压v
p
连接，其中r3等于r4，通过调整r3和r4的数值可以改变第一配置电路和第二配置电路输出端的电压。在实际工作中，需要通过调节第一电阻r1，第二电阻r2，第三电阻r3，第四电阻r4，第五电阻r5和第六电阻r6的比值来调整第一调节电路和第二调节电路的输出电压。
40.漏电检测装置还包括第一电容c1和第二电容c2，第一电容c1一端与第一电阻r1的输入端连接，另一端接地；第二电容c2一端与第二电阻r2的输入端连接，另一端同样接地。输出火线和输出零线对地的电容容值相等，电容的存在使得输出火线与输出零线分别对地都有电压，并且错相180
°
，电压的幅值与电容输出火线和输出零线的容值比例相关，当输出火线或者输出零线对地的绝缘失效时，输出火线或者输出零线对地的电压将失去均衡。本发明提供的漏电检测装置通过检测输出火线与输出零线对地的电压从而判断输出火线和输出零线对地是否绝缘失效，从而消除人员触电隐患。
41.进一步地，在未发生漏电的状态下，通过调节第一调节电路和第二调节电路中电阻比值，使得第一调节电路和第二调节电路的输出电压周期性的高于或低于比较器的同相
输入端电压vs。又因为第一电压v1和第二电压v2的相位差为180
°
，所以当第一调节电路输出的电压大于同相输入端电压vs时，第二调节电路输出的电压小于同相输入端电压vs；同理，第二调节电路输出的电压大于同相输入端电压vs时，第一调节电路输出的电压小于同相输入端电压vs。根据比较器原理可知，当同相输出端电压大于反相输出端电压时，比较器输出高电平；当同相输出端电压小于反相输出端电压时，比较器输出低电平。所以当第一调节电路输出的电压大于同相输入端电压vs时，第一比较及逻辑电路输出低电平，同时存在第二调节电路输出的电压小于同相输入端电压vs，第二比较及逻辑电路输出高电平；同理可得，第一调节电路输出的电压小于同相输入端电压vs时，第一比较及逻辑电路输出高电平，同时存在第二调节电路输出的电压大于同相输入端电压vs，第二比较及逻辑电路输出低电平。由此可知，无论何时都存在其中一个比较器输出低电平、另一个比较器输出高电平的情况。又因为第一比较器u1a和第二比较器u1b输出端都为开漏结构，只要存在低电平输出逻辑电压则为0v。综上所述，可以得到结论，在车载充电机非漏电情况下，逻辑电压始终为0v，如图4所示。
42.在火线输出发生漏电时，第一电压v1降低，在第一调节电路不变的前提下，第一调节电路输出电压随之降低，该电压始终低于同相输出端电压vs，导致第一比较及逻辑电路持续输出高电平。同时零线输出未发生漏电，第二比较及逻辑电路仍交替产生高低电平，最终导致逻辑电压由始终为0v变为交替的高低电平。同理，在零线输出发生漏电时，第二电压v2降低在第二调节电路不变的前提下，第二调节电路输出电压随之降低，该电压始终低于同相输出端电压vs，导致第二比较及逻辑电路持续输出高电平。同时火线输出未发生漏电，第一比较及逻辑电路仍交替产生高低电平，最终导致逻辑电压由始终为0v变为交替的高低电平，如图5所示。第一比较及逻辑电路和第二比较及逻辑电路的输出端接入控制器的引脚，该引脚配置为输入捕获。当控制器检测到引脚出现上升沿时，也就是逻辑电压有0v变为交替的高低电平时，控制器程序发生中断，同时关闭正弦脉宽调制波输出，由此达到限制逆变输出的效果，解决了充电机的漏电问题。
43.如图6所示，本发明还提供了一种车载充电机漏电保护方法，包括：s1：检测充电机漏电情况，通过上述的漏电检测装置判断充电机是否漏电，比较及逻辑输出电路向车辆微控制单元输出漏电信号。s2：车辆微控制单元接收漏电信号后，控制器程序中断，关闭正弦脉宽调制波输出，限制逆变输出。
44.本发明增加了漏电检测装置，通过检测火线输出和零线输出的电压情况判定火线和零线的漏电情况。
45.进一步地，本发明将火线输出和零线输出分别通入比较器，并将输出端开漏的比较器连接，使比较器在非漏电情况下输出0v电压，而在漏电情况下输出高低电平交替的电压，由此判断是否发生漏电。
46.因此，通过本发明的一种车载充电机漏电检测及保护方法，可以解决无法实时检测充电机漏电的问题。
47.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种车载充电机漏电检测装置，其特征在于，包括：逆变电路；火线采样支路，所述火线采样支路包括依次串联的第一调节电路和第一比较及逻辑输出电路，所述第一调节电路的输入端从所述逆变电路的输出火线输入第一电压v1；零线采样支路，所述零线采样支路包括依次串联的第二调节电路和第二比较及逻辑输出电路，所述第二调节电路的输入端从所述逆变电路的输出零线输入第二电压v2，所述火线采样支路和所述零线采样支路并联，所述火线采样支路的输出端和所述零线采样支路的输出端电性连接形成采样支路输出端以输出逻辑电压；控制器，所述控制器电性连接至所述采样支路输出端，根据所述逻辑电压判断所述车载充电机是否漏电。2.根据权利要求1所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述第一电压v1和所述第二电压v2都为交流电，且所述第一电压与所述第二电压的相位差为180
°
。3.根据权利要求2所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述第一比较及逻辑输出电路和所述第二比较及逻辑输出电路分别包括第一比较器u1a和第二比较器u1b，所述第一比较器u1a和所述第二比较器u1b的结构相同、且同相输入端电压都为v
s
。4.根据权利要求3所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述第一调节电路的输出端与所述第一比较器u1a的反相输入端连接，所述第二调节电路的输出端与所述第二比较器u1b的反相输入端连接，所述第一比较器u1a和所述第二比较器u1b都为开漏输出。5.根据权利要求4所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，在未发生漏电的状态下，所述第一比较器u1a和所述第二比较器u1b分别依次输出低电平和高电平的电压信号、且始终存在一个低电平输出，使得所述逻辑电压恒为零；当所述逆变电路的所述输出火线或所述输出零线发生漏电时，将会使得对应的所述第一比较器u1a或者所述第二比较器u1b的反相输入端电压小于所述同相输入端电压v
s
，该对应的所述第一比较器u1a或者所述第二比较器u1b输出端持续输出高电平电压，使得所述逻辑电压变为高低电平交替输出。6.根据权利要求1所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述第一调节电路还包括第一分压电路和第一偏置电路，所述第一分压电路和所述第一调节电路串联，所述第一偏置电路与所述第一调节电路并联；所述第二调节电路还包括第二分压电路和第二偏置电路，所述第二分压电路和所述第二调节电路串联，所述第二偏置电路与所述第二调节电路并联。7.根据权利要求6所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述第一分压电路包括第一电阻r1和第六电阻r6，所述第一电阻r1串联于所述火线采样支路中，所述第六电阻r6一端与所述第一电阻r1的输出端连接，另一端接地；所述第二分压电路包括第二电阻r2和第五电阻r5，所述第二电阻r2串联于所述火线采样支路中，所述第五电阻r5一端与所述第二电阻r2的输出端连接，另一端接地，其中r1等于r2，r5等于r6，通过降低r1和r6的比值可以降低所述第一分压电路输出端的电压，通过降低r2和r5的比值可以降低所述第二分压电路输出端的电压。8.根据权利要求7所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述第一偏置电路包括第四电阻r4，所述第四电阻r4的一端与所述第一电阻r1的输出端连接，另一端与配置电压v
p
连接；所述第二偏置电路包括第三电阻r3，所述第三电阻r3的一端与所述第二电阻r2的输
出端连接，另一端与配置电压v
p
连接，其中r3等于r4，通过调整r3和r4的数值可以改变所述第一配置电路和所述第二配置电路输出端的电压。9.根据权利要求7所述的车载充电机漏电检测装置，其特征在于，所述火线采样电路还包括第一电容c1，所述第一电容c1一段与所述第一电阻r1的输入端连接，另一端接地；所述零线采样电路还包括第二电容c2，所述第二电容c2一段与所述第二电阻r2的输入端连接，另一端接地。10.一种车载充电机漏电保护方法，其特征在于，包括：s1：检测充电机漏电情况，通过所述权利要求1-9的漏电检测装置判断所述充电机是否漏电，比较及逻辑输出电路向车辆微控制单元输出漏电信号；s2：所述车辆微控制单元接收漏电信号后，控制器程序中断，关闭正弦脉宽调制波输出，限制逆变输出。

技术总结
本发明提供一种车载充电机漏电检测装置及保护方法。检测装置包括逆变电路、火线采样支路、零线采样支路和控制器。火线采样支路包括依次串联的第一调节电路和第一比较及逻辑输出电路，第一调节电路的输入端从逆变电路的输出火线输入第一电压V1；零线采样支路包括依次串联的第二调节电路和第二比较及逻辑输出电路，第二调节电路的输入端从逆变电路的输出零线输入第二电压V2，火线采样支路和零线采样支路并联，火线采样支路的输出端和零线采样支路的输出端电性连接形成采样支路输出端以输出逻辑电压；控制器电性连接至采样支路输出端，根据逻辑电压判断车载充电机是否漏电。本发明的车载充电机漏电检测装置可以实时检测充电机的漏电情况。充电机的漏电情况。充电机的漏电情况。


技术研发人员：周宇 刘渝 徐恺
受保护的技术使用者：深蓝汽车科技有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/9/9