一种充电桩接地电阻检测电路的制作方法

1.本发明涉及电动汽车交流充电桩技术领域，尤其指一种充电桩接地电阻检测电路，ipc分类属于g01r31/02。


背景技术：

2.接地是否良好，通常用接地电阻表征，接地电阻的测量通常采用接地电阻表。测量接地电阻的时候，往往在接地面选取三个点，这三个点之间一般要求相隔20m，然后按照接地电阻表的操作方法操作，测出接地电阻。在交流桩应用中，目前的测量方式是在建筑物周围选择两个合适的接地点，并把接地电阻表的探针插入至少40cm的深度，然后测量出接地电阻。但工程人员在实际应用中发现，大多数情况下，这种测量方式受到许多客观因素的制约，导致该测量方法实施十分困难甚至无法实施。
3.有关术语和公知常识，可参见机械工业出版社1983年或1997年版的《机械工程手册》、《电机工程手册》。


技术实现要素：

4.为解决现有接地电阻测量方法实施不便的技术问题，本发明对充电桩内部电路进行改进，提供一种简易可行，有广泛应用价值的充电桩接地电阻检测电路，所述充电桩接入交流电网，其特征在于，所述充电桩接地电阻检测电路包括：
5.第一电压获取模块，串联连接于所述交流电网的相线与所述充电桩的相线进线端之间，用以获取所述充电桩的相线进线端电压信号；
6.第二电压获取模块，串联连接于所述交流电网的零线与所述充电桩的零线进线端之间，用以获取所述充电桩的零线进线端电压信号；
7.判断模块，所述判断模块与第一电压获取模块、第二电压获取模块分别相连，用以根据相线进线端电压和零线进线端电压计算出所述充电桩的接地电阻，并判断所述接地状况是否异常。
8.具体地，所述第一电压获取模块包括第一分压电阻、第二分压电阻和第一电压跟随器，所述第一分压电阻串联连接于所述交流电网的相线与所述第一电压跟随器的同相输入端之间；所述第二分压电阻一端接往所述第一电压跟随器的同相输入端，另一端接参考地；所述第一电压跟随器的反相输入端直接与其输出端相连，所述输出端接往所述充电桩的相线进线端；所述第一电压获取模块通过获取所述充电桩的相线进线端电压信号以获得第二分压电阻的电压。
9.具体地，所述第二电压获取模块包括第三分压电阻、第四分压电阻和第二电压跟随器，所述第三分压电阻串联连接于所述交流电网的零线与所述第二电压跟随器的同相输入端之间；所述第四分压电阻一端接往所述第二电压跟随器的同相输入端，另一端接参考地；所述第二电压跟随器的反相输入端直接与其输出端相连，所述输出端接往所述充电桩的零线进线端；所述第二电压获取模块通过获取所述充电桩的零线进线端电压信号以获得
第四分压电阻的电压。
10.具体地，所述第一电压获取模块和第二电压获取模块镜像设置。
11.具体地，所述判断模块在根据所述相线进线端电压和零线进线端电压计算出所述充电桩的接地电阻时，
12.按公式计算出接地电阻r
pe
，
13.其中，u1为所述相线进线端电压信号电压值，u2为所述零线进线端电压信号电压值，r1为所述第一分压电阻，r2为所述第二分压电阻。
14.具体地，所述判断模块在判断所述接地状况是否异常时，
15.若所述接地电阻r
pe
小于等于第一预设阈值，则判定所述接地状况没有异常；
16.若所述接地电阻r
pe
大于等于第二预设阈值，则判定所述接地状况存在异常；
17.优选地，所述第二预设阈值至少是所述第一预设阈值的100倍。
18.本发明具有如下有益效果：
19.(1)充电桩接地电阻检测电路设置于充电桩内部，不需要复杂的现场施工处置，能够更广泛地适应我国的电网实际应用场景。
20.(2)充电桩接地电阻检测电路通过检测所得的充电桩相线进线端电压和零线进线端电压，以及预设的电路元件参数，即可在充电桩常态运行的过程中持续计算获得接地电阻，使得充电桩接地电阻的测量方法变得简易可行。
附图说明
21.图1是本发明的电路原理图；
22.图2是本发明的电路在理想状况下的简化电路原理图；
23.图3是本发明的电路在实际状况下的简化电路原理图；
24.图4是本发明的电路在实际状况下的等效电路原理图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
26.如图1所示，充电桩接入交流电网，本实施例提供的充电桩接地电阻检测电路包括第一电压获取模块，第二电压获取模块和判断模块。其中，第一电压获取模块串联连接于所述交流电网的相线l与所述充电桩的相线进线端d1之间，用以获取所述充电桩的相线进线端电压信号；第二电压获取模块串联连接于所述交流电网的零线n与所述充电桩的零线进线端d2之间，用以获取所述充电桩的零线进线端电压信号；判断模块与第一电压获取模块、第二电压获取模块分别相连，用以根据所述相线进线端电压信号电压值u1和零线进线端电压信号电压值u2计算出所述充电桩的接地电阻r
pe
，并判断所述接地状况是否异常。
27.具体而言，所述第一电压获取模块包括第一分压电阻r1、第二分压电阻r2和第一电压跟随器a1，所述第一分压电阻r1串联连接于所述交流电网的相线l与所述第一电压跟随器a1的同相输入端之间；所述第二分压电阻r2一端接往所述第一电压跟随器a1的同相输入端，另一端接参考地gnd；所述第一电压跟随器a1的反相输入端直接与其输出端相连，所述
输出端接往所述充电桩的相线进线端d1。所述第二电压获取模块包括第三分压电阻r3、第四分压电阻r4和第二电压跟随器a2，所述第三分压电阻r3串联连接于所述交流电网的零线n与所述第二电压跟随器a2的同相输入端之间；所述第四分压电阻r4一端接往所述第二电压跟随器a2的同相输入端，另一端接参考地gnd；所述第二电压跟随器a2的反相输入端直接与其输出端相连，所述输出端接往所述充电桩的零线进线端d2。
28.所述第一电压获取模块和第二电压获取模块镜像设置，因此所述第一分压电阻r1和第三分压电阻r3的阻值同为9.6mω，所述第二分压电阻r2和第四分压电阻r4的阻值同为18kω，所述第一电压跟随器和第二电压跟随器同为型号tl082idt的运放。
29.由于电压跟随器的输入端电压和输出端电压相等，因此所述第一电压获取模块所获取的相线进线端电压u1，等于第二分压电阻r2上的电压u
r2
；同理，所述第二电压获取模块所获取的零线进线端电压u2，等于第四分压电阻r4上的电压u
r4
。
30.所述判断模块获取到所检测的相线进线端信号电压值u1，零线进线端信号电压值u2以及预设的第一分压电阻r1、第二分压电阻r2、第三分压电阻r3和第四分压电阻r4的阻值后，按以下算法进行充电桩内部对保护地pe的电阻，即接地电阻r
pe
的数值计算。
31.令交流电网的相线l相对于保护地pe的电压为u
l
，交流电网的零线n相对于保护地pe的电压为un。如图2所示，在理想状况下，交流电网的零线n和保护地pe、参考地gnd的电位相等且同为零，因此u
l
和un与所述相线进线端信号电压值u1和零线进线端信号电压值u2有以下关系：
32.u1＝u
r2
＝u
l
·
r2/(r1+r2)
…………①
33.u2＝u
r4
＝un·
r4/(r3+r4)＝un·
r2/(r1+r2)
…………②
34.因此相线l和零线n之间的电压差δu为：
35.δu＝u
l-un＝(u
1-u2)
·
(r1+r2)/r236.又因为un＝u
pe
＝u
gnd
＝0，所以δu＝u
l
。
37.但在实际状况下，如图3所示，参考地gnd的电位通常不为零，这相当于在参考地gnd和保护地pe之间串联有接地电阻r
pe
。
38.又令参考地gnd对保护地pe的等效电阻为r
l
，则有
[0039][0040]
此时上述式
①
变为
[0041][0042]
式
②
变为
[0043][0044]
又因为零线n和保护地pe的电位相等，所以有等效电路如图4所示，相线l和零线n之间的电压差δu’为：
[0045]
[0046]
联立式
③
，式
④
和式
⑥
，得
[0047][0048]
所述判断模块在计算得到接地电阻r
pe
后，根据接地电阻r
pe
所处的预设数值范围判断接地状况是否存在异常，
[0049]
若所述接地电阻r
pe
小于等于第一预设阈值，则判定所述接地状况没有异常，所述第一预设阈值选取为1kω。
[0050]
若所述接地电阻r
pe
大于等于第二预设阈值，则判定所述接地状况存在异常，所述第二预设阈值选取为100kω。
[0051]
若所述第一预设阈值和第二预设阈值的设定过于接近，由于接地电阻r
pe
的计算结果在电磁干扰或其他现实因素影响下波动，判断模块对充电桩接地状况的判定会在异常和不异常之间漂移，因此所述第二预设阈值至少为所述第一预设阈值的100倍，使得两个数值范围的区别足够明显，降低判断模块误判的可能性。
[0052]
本发明的充电桩利用内部电路检测接地电阻，快速且准确地判断出充电桩接地状况是否存在异常，使得充电桩接地电阻的测量变得简易可行，而且不需要复杂的现场施工处置，能够更广泛地适应我国的电网实际应用场景。
[0053]
尽管上文已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种充电桩接地电阻检测电路，所述充电桩接入交流电网，其特征在于，所述充电桩接地电阻检测电路包括：第一电压获取模块，串联连接于所述交流电网的相线与所述充电桩的相线进线端之间，用以获取所述充电桩的相线进线端电压信号；第二电压获取模块，串联连接于所述交流电网的零线与所述充电桩的零线进线端之间，用以获取所述充电桩的零线进线端电压信号；判断模块，所述判断模块与第一电压获取模块、第二电压获取模块分别相连，用以根据相线进线端电压和零线进线端电压计算出所述充电桩的接地电阻，并判断所述接地状况是否异常；所述第一电压获取模块和第二电压获取模块镜像设置：所述第一电压获取模块包括第一分压电阻、第二分压电阻和第一电压跟随器，所述第一分压电阻串联连接于所述交流电网的相线与所述第一电压跟随器的同相输入端之间；所述第二分压电阻一端接往所述第一电压跟随器的同相输入端，另一端接参考地；所述第一电压跟随器的反相输入端直接与其输出端相连，所述输出端接往所述充电桩的相线进线端；所述第一电压获取模块通过获取所述充电桩的相线进线端电压信号以获得第二分压电阻的电压；所述第二电压获取模块包括第三分压电阻、第四分压电阻和第二电压跟随器，所述第三分压电阻串联连接于所述交流电网的零线与所述第二电压跟随器的同相输入端之间；所述第四分压电阻一端接往所述第二电压跟随器的同相输入端，另一端接参考地；所述第二电压跟随器的反相输入端直接与其输出端相连，所述输出端接往所述充电桩的零线进线端；所述第二电压获取模块通过获取所述充电桩的零线进线端电压信号以获得第四分压电阻的电压；所述判断模块在根据所述相线进线端电压和零线进线端电压计算出所述充电桩的接地电阻时，按公式计算出接地电阻r
pe
，其中，u1为所述相线进线端电压信号电压值，u2为所述零线进线端电压信号电压值，r1为所述第一分压电阻，r2为所述第二分压电阻。2.根据权利要求1所述的充电桩接地电阻检测电路，其特征在于，所述判断模块在判断所述接地状况是否异常时，若所述接地电阻小于等于第一预设阈值，则判定所述接地状况没有异常；若所述接地电阻大于等于第二预设阈值，则判定所述接地状况存在异常。3.根据权利要求2所述的充电桩接地电阻检测电路，其特征在于，所述第二预设阈值至少是所述第一预设阈值的100倍。

技术总结
一种充电桩接地电阻检测电路，所述充电桩接入交流电网，所述充电桩接地电阻检测电路包括：第一电压获取模块，串联连接于所述交流电网的相线与所述充电桩的相线进线端之间，用以获取所述充电桩的相线进线端电压；第二电压获取模块，串联连接于所述交流电网的零线与所述充电桩的零线进线端之间，用以获取所述充电桩的零线进线端电压；判断模块，与第一电压获取模块、第二电压获取模块分别相连，用以根据所述相线进线端电压和零线进线端电压计算出所述充电桩的接地电阻，并判断所述接地状况是否异常。本发明对充电桩内部电路进行改进，提供了一种简易可行，有广泛应用价值的接地电阻测量方法，解决了现有接地电阻测量方法实施不便的技术问题。的技术问题。的技术问题。


技术研发人员：冯君浩
受保护的技术使用者：汉宇集团股份有限公司
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2022/5/25