一种实时检测充电桩系统接地故障的系统和方法与流程

本发明涉及节能环保领域，尤其涉及充电桩领域，更具体地说，涉及一种实时检测充电桩系统接地故障的系统和方法。

背景技术：

1、随着充电桩系统的发展，其电压变的越来越高，因此其对地安全性就越显得重要。充电桩系统是否有效接地从而成为其重要的安全指标。而通过对充电桩系统的绝缘阻抗的检测可以判断，可以检测充电桩系统接地故障。现有的绝缘电阻测量方法通常测量结果误差较大，无法精确快速测量充电桩系统的绝缘阻抗。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种实时检测充电桩系统接地故障的系统和方法，其能够高精度且快速地实时检测充电桩系统的正负极对地绝缘阻抗，进而检测充电桩系统接地故障。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种实时检测充电桩系统接地故障的系统，包括：

3、电源电路，用于基于第一电源电压生成第二电源电压、第三正极电源电压和第三负极电源电压；

4、信号发生电路，用于接收所述第三正极电源电压和所述第三负极电源电压并生成供给充电桩系统的pe端的pwm信号；

5、采样控制电路，所述采样控制电路包括采样网络、切换开关和控制单元，所述采样网络包括第一采样电阻、第二采样电阻和第三采样电阻；所述控制单元用于控制所述切换开关的状态从而使得所述采样网络工作在不同状态，进而在待机状态时基于所述pwm信号生成第一采样信号和第二采样信号；

6、信号处理电路，用于信号处理所述第一采样信号和所述第二采样信号以获得第一参考信号和第二参考信号；

7、叠加信号采集电路，用于获取所述第一参考信号和所述充电桩系统的直流输出电压叠加到所述第三采样电阻时的第一叠加信号，以及所述第二参考信号和所述充电桩系统的直流输出电压叠加到所述第三采样电阻时的第二叠加信号；

8、绝缘采样电阻计算模块，用于基于所述第一参考信号、所述第二参考信号、所述第一采样电阻的电阻值、所述第二采样电阻的电阻值、所述第三采样电阻的电阻值、所述直流输出电压、所述第一叠加信号和所述第二叠加信号计算所述充电桩系统的正负极对地绝缘阻抗；并基于所述正负极对地绝缘阻抗判断所述充电桩系统是否发生接地故障。

9、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述第一采样电阻的电阻值等于所述第二采样电阻的电阻值；

10、所述绝缘采样电阻计算模块用于基于以下公式计算正极对地绝缘阻抗和负极对地绝缘阻抗：

11、

12、其中，r4表示正极对地绝缘阻抗，r5表示负极对地绝缘阻抗，r1表示所述第一采样电阻的电阻值，r3表示所述第三采样电阻的电阻值，vdc表示所述直流输出电压，vc1表示所述第一叠加信号，vc2表示所述第二叠加信号，v+表示所述第三正极电源电压，v-表示所述第三负极电源电压。

13、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述切换开关包括第一切换开关、分压电阻和第二切换开关；

14、所述第一采样电阻的第一端连接所述充电桩系统的直流输出正极、第二端连接所述第一切换开关的第一端，所述第二采样电阻的第一端连接所述充电桩系统的直流输出负极、第二端同样连接所述第一切换开关的第一端；所述第一切换开关的第二端经所述第三采样电阻接地，所述第一切换开关的第二端还经所述分压电阻连接所述第二切换开关的第一端，所述第二切换开关的第二端接地；

15、所述控制单元用于控制所述第一切换开关闭合且所述第二切换开关断开，或者所述第一切换开关断开且所述第二切换开关闭合。

16、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述第一切换开关和第二切换开关包括继电器线圈和继电器开关，所述继电器开关的第一端和第二端分别为所述切换开关的第一端和第二端，所述继电器线圈的第一端连接继电器电压、第二端接收所述控制单元发出的控制信号。

17、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述信号处理电路包括滤波单元、隔离放大单元、差分放大单元、正向偏置单元和adc；

18、所述滤波单元用于滤波所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述隔离放大单元用于隔离放大所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述差分放大单元用于差分放大所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述正向偏置单元用于正向偏置所述第一采样信号和所述第二采样信号；所述adc用于接收并滤波所述第一采样信号和所述第二采样信号以生成所述第一参考信号和第二参考信号。

19、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述滤波单元包括第一运算放大器、第一滤波电阻、第二滤波电阻、第一滤波电容和第二滤波电容；所述第一运算放大器的正相输入端依次经所述第二滤波电阻和所述第一滤波电阻接收所述第一采样信号和所述第二采样信号、反相输入端连接输出端；所述第一滤波电容连接在所述第一运算放大器的正相输入端和地之间；所述第二滤波电容连接在所述第一运算放大器的反相输入端与所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻的连接点之间；

20、所述隔离放大单元的输入端接收所述第一采样信号和所述第二采样信号，输出端输出隔离放大后的所述第一采样信号和所述第二采样信号；

21、所述差分放大单元包括第一差分电阻、第二差分电阻、第三差分电阻、第四差分电阻、第二运算放大器；所述第二运算放大器的正相输入端经所述第一差分电阻连接所述隔离放大单元的输出端，且经所述第二差分电阻接地；所述第二运算放大器的反相输入端经所述第三差分电阻连接所述隔离放大单元的输出端以接收所述第一采样信号和所述第二采样信号，且经所述第四差分电阻连接所述第二运算放大器的输出端；

22、所述正向偏置单元包括上拉电阻、滤波电感和第三滤波电容；所述上拉电阻的第一端接收所述第二电源电压，第二端连接所述第三滤波电容的第一端和所述滤波电感的第一端，所述第三滤波电容的第二端接地，所述滤波电感的第二端接收所述第二运算放大器的输出端输出的所述第一采样信号和所述第二采样信号。

23、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述信号发生电路包括第三运算放大器、lc滤波单元、第一电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻；

24、所述第三运算放大器的正相输入端经第一电容接地，且经所述第一电阻连接所述第三运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的反相输入端经所述第二电阻连接所述第三运算放大器的输出端，且经所述第三电阻接地；所述第三运算放大器的正极电源端接收所述第三正极电源电压、负极电源端接收所述第三负极电源电压；

25、所述lc滤波单元的第一端连接第三运算放大器的输出端、第二端接地、第三端连接所述充电桩系统的pe端以输出所述pwm信号。

26、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的系统中，所述叠加信号采集电路包括adc，所述adc用于获取所述第一叠加信号和所述第二叠加信号；

27、所述电源电路包括：

28、dc/dc转换模块，用于将所述第一电源电压转换成高压侧直流电压；

29、boost模块，用于基于所述高压侧直流电压生成所述第三正极电源电压和所述第三负极电源电压；

30、稳压模块，用于基于所述第一电源电压生成所述第二电源电压。

31、本发明解决其技术问题采用的另一种技术方案是，构造一种实时检测充电桩系统接地故障的方法，所述方法应用于前述的实时检测充电桩系统接地故障的系统；所述方法包括以下步骤：

32、s1)获取所述第一参考信号、所述第二参考信号、所述第一采样电阻的电阻值、所述第二采样电阻的电阻值、所述第三采样电阻的电阻值、所述直流输出电压、所述第一叠加信号和所述第二叠加信号；

33、s2)基于所述第一参考信号、所述第二参考信号、所述第一采样电阻的电阻值、所述第二采样电阻的电阻值、所述第三采样电阻的电阻值、所述直流输出电压、所述第一叠加信号和所述第二叠加信号计算所述充电桩系统的正负极对地绝缘阻抗；

34、s3)基于所述正负极对地绝缘阻抗判断所述充电桩系统是否发生接地故障。

35、在本发明所述的实时检测充电桩系统接地故障的方法中，在所述步骤s3中，当所述正极对地绝缘阻抗高于第一正极阈值时，判定所述充电桩系统的正极接地正常；当所述正极对地绝缘阻抗低于所述第一正极阈值时，判定所述充电桩系统的正极接地异常；当所述正极对地绝缘阻抗低于第二正极阈值时，判定所述充电桩系统的正极接地故障；

36、当所述负极对地绝缘阻抗高于第一负极阈值时，判定所述充电桩系统的负极接地正常；当所述负极对地绝缘阻抗低于所述第一负极阈值时，判定所述充电桩系统的负极接地异常；当所述负极对地绝缘阻抗低于第二负极阈值时，判定所述充电桩系统的负极接地故障。

37、实施本发明的实时检测充电桩系统接地故障的系统和方法，实现在充电过程中实时检测直流输出正负极对地绝缘阻抗，能够高精度且快速地实时检测充电桩系统的正负极对地绝缘阻抗，进而检测充电桩系统接地故障。