用于环保车辆的充电口的积水检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及环保车辆的充电保护领域，更具体地，涉及一种用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其能够防止充电时由于充电口中存在的积水而导致的短路。


背景技术：

2.近来，由于环境污染引起的全球气候变暖以及化石燃料的枯竭，汽车工业需要进一步加快对环保车辆的研发。例如电动车辆(ev)或插电式混合动力电动车辆(phev)的环保车辆利用充电站中提供的电动车辆供电设备(evse)来对车辆电池进行充电。
3.当利用evse对车辆进行充电时，如果遇到下雨等情况，充电枪的充电头或车辆的充电口可能会存在积水。在这种情况下，如果继续对车辆进行充电，可能会造成短路。当前的车辆充电防水保护方法采用被动保护机制，如果充电时发生短路，充电桩会立即切断充电电流。但是，这种机制无法对车辆进行充分保护，当充电桩切断充电电流时，可能已对车辆造成损伤。
4.因此，需要一种能够在充电枪插入后、车辆开始充电之前主动对充电口中存在的积水进行检测以防止发生短路，从而对车辆进行保护的积水检测系统。
5.公开于本实用新型背景部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种能够在充电枪插入后、车辆开始充电之前主动对充电口中存在的积水进行检测的用于环保车辆的充电口的积水检测系统。
7.根据本实用新型的一个实施方案，提供了一种用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其包括：直流电源模块、充放电模块、电容模块、采集模块以及控制模块；所述直流电源模块配置为提供预定的直流电压；所述充放电模块与直流电源模块电连接，并配置为提供直流电源模块输出的直流电压；所述电容模块与充放电模块电连接，并配置为利用直流电源模块输出的直流电压、通过充放电模块进行充电和放电；所述采集模块与电容模块电连接，并且配置为采集电容模块的检测电压值；所述控制模块与充放电模块和采集模块电连接，并且配置为在识别出外部充电装置的充电头插入充电口时，向充放电模块发送充电控制信号，从而控制充放电模块对电容模块进行充电，接收经由采集模块所采集到的电容模块的检测电压值，基于接收到的检测电压值判断充电口是否存在积水。
8.优选地，所述电容模块包括平行板电容器，所述平行板电容器布置为使得充电口容纳于两个极板之间。
9.优选地，所述控制模块包括输入/输出端口和模拟/数字转换端口，所述输入/输出端口连接至充放电模块，所述模拟/数字转换端口连接至采集模块。
10.优选地，当充电头已插入充电口时，所述控制模块经由输入/输出端口发送充电控制信号，从而控制电容模块开始充电，其中，所述充电控制信号为高电平信号。
11.优选地，所述控制模块经由模拟/数字转换端口接收作为模拟信号的电容模块的检测电压值，并将其转换为数字信号。
12.优选地，所述充放电模块包括：第一三极管、第一电阻、第二电阻、第四电阻、第五电阻、第二三极管、第六电阻以及第七电阻；所述第一三极管的发射极连接至直流电源模块的输出端；所述第一电阻的第一端连接至第一三极管的集电极；所述第二电阻的第一端连接至第一三极管的基极；所述第四电阻的第一端连接至直流电源模块的输出端；所述第五电阻的第一端连接至输入/输出端口；所述第二三极管的集电极连接至第二电阻的第二端和第四电阻的第二端，并且发射极接地；所述第六电阻的第一端连接至第一电阻的第二端，并且第二端接地；所述第七电阻的第一端连接至第五电阻的第二端和第二三极管的基极，并且第二端接地。
13.优选地，所述平行板电容器的第一极板连接至第一电阻的第二端以及第六电阻的第一端，并且第二极板接地。
14.优选地，所述采集模块包括第三电阻，该第三电阻的第一端连接至模拟/数字转换端口，并且第二端连接至平行板电容器的第一极板。
15.优选地，所述控制模块进一步包括：存储单元、计算单元和判断单元；所述存储单元与所述模拟/数字转换端口电连接，并且配置为存储经由模拟/数字转换端口接收并转换为数字信号的电容模块的检测电压值，并预先存储所述电容模块的充电时间基准值，其中，所述充电时间基准值通过在实验室中进行试验而测得；所述计算单元与存储单元电连接，并且配置为基于存储单元中存储的检测电压值中的第一检测电压值和第二检测电压值来计算电容模块从第一检测电压值充电至第二检测电压值所需的充电时间；所述判断单元与存储单元和计算单元电连接，并且配置为将计算单元计算出的充电时间与存储单元中存储的充电时间基准值进行比较，并根据比较结果来判断充电口是否存在积水。
16.优选地，所述判断单元配置为，当所述充电时间大于充电时间基准值时，判断出充电口不存在积水，当所述充电时间小于或等于充电时间基准值时，判断出充电口存在积水。
17.优选地，当确定出存储单元中存储的检测电压值已保持恒定达一定时间时，所述控制模块配置为经由输入/输出端口向充放电模块发送放电控制信号，从而控制电容模块开始放电，其中，所述放电控制信号为低电平信号。
18.优选地，所述第一检测电压值等于电容模块完全充电时两端电压值的0.1倍，所述第二检测电压值等于电容模块完全充电时两端电压值的0.9倍。
19.优选地，所述控制模块配置为基于从车辆电池充电系统获取的信息来识别充电头是否已插入充电口。
20.本实用新型具有以下有益效果：
21.根据本实用新型示例性实施方案的上述系统能够在充电枪插入后、车辆开始充电之前主动对充电口(包括充电枪的充电头)中存在的积水进行检测以防止发生短路，从而避免车辆由于短路而造成损坏。
附图说明
22.图1示出根据本实用新型的示例性实施方案的用于环保车辆的充电口的积水检测系统的示意图；
23.图2示出根据本实用新型的示例性实施方案的控制模块的配置框图；
24.图3a示出根据本实用新型的示例性实施方案的控制模块的i/o端口的输出电压随时间变化的波形图；
25.图3b示出根据本实用新型的示例性实施方案的电容模块的检测电压值随时间变化的波形图；以及
26.图4更详细地示出根据本实用新型的示例性实施方案的电容模块的检测电压值随时间的变化。
具体实施方式
27.在本实用新型中可以做出各种改变和各种示例性实施方案，使得特定的示例性实施方案在附图中示出并且在说明书中详细描述。然而，应当理解，示例性实施方案并不旨在将本实用新型限制为特定的公开的形式，而是本实用新型包括落入本实用新型的精神和技术范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
28.在描述每个附图时，相似的附图标记用于相似的组件。术语“第一”、“第二”等可以用于说明各种组件，但是这些组件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。
29.例如，在不脱离本实用新型的范围的情况下，第一组件可以称为第二组件，并且类似地，第二组件也可以称为第一组件。术语“和/或”包括多个相关列举的项目的组合或多个相关列举的项目中的任意一个。
30.图1示出了根据本实用新型的示例性实施方案的用于环保车辆的充电口的积水检测系统的示意图。参考图1，根据本实用新型的用于环保车辆的充电口的积水检测系统包括直流电源模块10、充放电模块20、电容模块30、采集模块40以及控制模块50；所述直流电源模块10配置为提供预定的直流电压；所述充放电模块20与直流电源模块10电连接，并配置为提供直流电源模块10输出的直流电压；所述电容模块30与充放电模块20电连接，并配置为利用直流电源模块10输出的直流电压、通过充放电模块20进行充电和放电；所述采集模块40与电容模块30电连接，并且配置为采集电容模块30的检测电压值；所述控制模块50与充放电模块20和采集模块40电连接，并且配置为在识别出外部充电装置的充电头插入充电口时，向充放电模块20发送充电控制信号，从而控制充放电模块20对电容模块30进行充电，接收经由采集模块40所采集到的电容模块30的检测电压值，并基于接收到的检测电压值来判断充电口是否存在积水。在本实用新型的示例性实施方案中，直流电源模块10为恒定电压源，以提供预定的直流电压，例如提供+5v的直流电压。为此，直流电源模块10可以将车辆电源提供的大约+12v的输出电压经由降压模块变为+5v。
31.根据本实用新型的示例性实施方案，电容模块30包括平行板电容器c1，该平行板电容器c1布置为使得充电口容纳于两个极板之间。这样，无论是车辆充电口本身存在的积水还是充电枪的充电头上存在的水分，都可以通过根据本实用新型的电容模块30进行检测。
32.控制模块50包括输入/输出(i/o)端口和模拟/数字(a/d)转换端口，所述i/o端口连接至充放电模块20，所述a/d转换端口连接至采集模块40。当控制模块50基于从车辆电池充电系统(未示出)获取的信息识别出充电头已插入充电口时，控制模块50经由i/o端口向充放电模块20发送充电控制信号(即，高电平信号)，从而控制电容模块30开始充电。当电容模块30进行充电时，控制模块50经由a/d转换端口接收电容模块30(即，平行板电容器c1)的实时检测电压值(模拟信号)，并执行a/d转换，从而获得离散的数字信号。根据本实用新型的示例性实施方案，控制模块50通过调节i/o端口的输出电压的高/低电平来控制电容模块30(即，平行板电容器c1)处于充电状态或者放电状态。例如，控制模块50可以是电子控制单元(ecu)、微控制器单元(mcu)或安装在车辆中的其他子控制器。
33.根据本实用新型的示例性实施方案，参考图1，充放电模块20包括：第一三极管t1、第一电阻r1、第二电阻r2、第四电阻r4、第五电阻r5、第二三极管t2、第六电阻r6以及第七电阻r7；所述第一三极管t1的发射极连接至直流电源模块10的输出端；所述第一电阻r1的第一端连接至第一三极管t1的集电极；所述第二电阻r2的第一端连接至第一三极管t1的基极；所述第四电阻r4的第一端连接至直流电源模块10的输出端；所述第五电阻r5的第一端连接至i/o端口；所述第二三极管t2的集电极连接至第二电阻r2的第二端和第四电阻r4的第二端，并且发射极接地；所述第六电阻r6的第一端连接至第一电阻r1的第二端，并且第二端接地；所述第七电阻r7的第一端连接至第五电阻r5的第二端和第二三极管t2的基极，并且第二端接地。同时，平行板电容器c1的第一极板连接至第一电阻r1的第二端以及第六电阻r6的第一端，并且第二极板接地。此外，采集模块40包括第三电阻r3，该第三电阻r3的第一端连接至a/d转换端口，并且第二端连接至平行板电容器c1的所述第一极板。根据本实用新型的示例性实施方案，第一三极管t1为pnp型三极管，第二三极管t2为npn型三极管。
34.图2示出根据本实用新型的示例性实施方案的控制模块的配置框图。参考图2，控制模块50包括：存储单元510、计算单元520以及判断单元530；所述存储单元510与所述a/d转换端口电连接，并且配置为存储经由a/d转换端口接收并转换为数字信号的电容模块30的检测电压值，并预先存储电容模块30的充电时间基准值t
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，充电时间基准值t
ref
通过在实验室中进行试验而测得；所述计算单元520与存储单元510电连接，并且配置为基于存储单元510中存储的检测电压值中的第一检测电压值u0和第二检测电压值uc来计算电容模块30从第一检测电压值u0充电至第二检测电压值uc所需的充电时间t；所述判断单元530与存储单元510和计算单元520电连接，并且配置为将计算单元520计算出的充电时间t与存储单元510中预先存储的充电时间基准值t
ref
进行比较，并根据比较结果来判断充电口是否存在积水。具体地，第一检测电压值u0等于电容模块30完全充电时两端电压值(即，第六电阻r6正常工作时的电压值u)的0.1倍(u0＝0.1u)，第二检测电压值uc等于电容模块30完全充电时两端电压值的0.9倍(uc＝0.9u)。
35.图2示出的存储单元510、计算单元520以及判断单元530表示处理至少一种功能或操作的单元，并且可以由软件和/或硬件来实现。在硬件实现中，硬件可以通过设计为执行上述功能的专用集成电路(asic)、数字信号处理(dsp)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、微处理器、其他电子单元或其组合来实现。在软件实现中，软件可以包括软件配置组件(元件)、面向对象的软件配置组件、类配置组件和工作配置组件、过程、功能、属性、流程、子例程、程序代码段、驱动程序、固件、微代码、数据、数据库、数据结构、
表、数组和变量。软件、数据等可以存储在存储器中，并且由处理器执行。存储器或处理器可以采用本领域技术人员公知的各种装置。
36.图3a示出根据本实用新型的示例性实施方案的控制模块的i/o端口的输出电压随时间变化的波形图，图3b示出根据本实用新型的示例性实施方案的电容模块的检测电压值随时间变化的波形图，图4更详细地示出根据本实用新型的示例性实施方案的电容模块的检测电压值随时间的变化。一并参考图1，当控制模块50的i/o端口输出高电平信号时，充放电模块20中的第一三极管t1和第二三极管t2导通，使直流电源模块10提供的+5v电压可以经由充放电模块20施加至电容模块30，从而对电容模块30进行充电。参考图3a和图3b，电容模块30(即，平行板电容器c1)的充电过程较缓慢，因此控制模块50非常需要确定充电完成的时间点。参考图4，在本实用新型的示例性实施方案中，电容模块30的充电时间通过计算从第一检测电压值u0(u0＝0.1u)充电至第二检测电压值uc(uc＝0.9u)所需的时间而获得，即，充电时间t＝t
1-t0，其中，t0对应于电容模块30的检测电压值为第一检测电压值u0的时间点，t1对应于电容模块30的检测电压值为第二检测电压值uc的时间点。换言之，根据本实用新型的示例性实施方案，计算单元520计算电容模块30从0.1u充电至0.9u所需的充电时间t。
37.当平行板电容器c1中的水分的量不同时，介电常数不同，从而导致平行板电容器c1的电容值不同。根据电容模块30的检测电压值的计算公式其中，uc＝0.9u，u0＝0.1u，u为第六电阻r6正常工作时的电压值，平行板电容器c1的电容值c的不同会导致充电时间的差异。即，充电口中的积水的量与平行板电容器c1的充电时间相关联。因此，在本实用新型的示例性实施方案中，控制模块50计算电容模块30(即，平行板电容器c1)从0.1u充电至0.9u所需的充电时间t，并将计算结果与预存储的充电时间基准值t
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进行比较，从而判断充电口是否存在积水。
38.下面将详细描述根据本实用新型的示例性实施方案的用于环保车辆的充电口的积水检测系统确定充电时间基准值t
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的过程。该过程预先在实验室中进行。首先，将常见的各种主流充电头插入待测车辆的充电口后，控制模块50的i/o端口输出高电平信号，充放电模块20中的第一三极管t1和第二三极管t2导通，使直流电源模块10提供的+5v电压可以经由充放电模块20施加至电容模块30，从而对电容模块30进行充电，同时，控制模块50获取电容模块30的检测电压值，并计算电容模块30从0.1u充电至0.9u所需的充电时间的数组{t1,t2,t3,
……
tn}，其中，下标n对应于不同材料的充电头。然后，在分别插入不同材料的充电头的情况下，针对充电口中的不同量的水分，控制模块50进一步获取电容模块30的检测电压值，并计算电容模块30从0.1u充电至0.9u所需的充电时间的数组{t
’1,t
’2,t
’3,
……
t’m
}，其中，下标m对应于各个材料的充电头的不同量的水分。由于金属与水的介电常数相差较大，因此影响充电时间t不同的因素主要为不同量的水分，因此两个数组间不会产生重合的部分。基于计算出的上述两组数组，将两组数组中的最小值与最大值的平均值确定为充电时间基准值t
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。确定出的充电时间基准值t
ref
作为用于判断判断充电口是否存在积水的基准值预先存储于控制模块50的存储单元510。
39.进一步地，根据本实用新型的示例性实施方案，当电容模块30(即，平行板电容器c1)从0.1u充电至0.9u所需的充电时间t大于充电时间基准值t
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时，判断单元530判断出充
电口不存在积水，当充电时间t小于或等于充电时间基准值t
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时，判断单元530判断出充电口存在积水。当判断出充电口不存在积水时，控制模块50可以控制车辆电池充电系统开始对车辆电池进行充电。当判断出充电口中存在积水时，控制模块50可以控制车辆电池充电系统停止对车辆电池进行充电。
40.当确定出存储单元510中存储的电容模块30的检测电压值已保持恒定达一定时间(即，电容模块30完全充电)时，控制模块50配置为经由i/o端口向充放电模块20发送放电控制信号(即，低电平信号)，使得充放电模块20中的第一三极管t1和第二三极管t2断开，从而控制电容模块30开始放电。
41.上述实施方案公开的用于环保车辆的充电口的积水检测系统能够在充电枪插入后、车辆开始充电之前主动对充电口(包括充电头)中存在的积水进行检测以防止发生短路，从而避免车辆由于短路而造成损坏。
42.前面对本实用新型具体示例性实施方案所呈现的描述出于说明和描述的目的。前面的描述并非旨在穷举，或者将本实用新型限制为公开的精确形式，且显然的是，根据以上教导若干修改和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述以解释本实用新型的特定原理及其实际应用，由此使得本领域的其它技术人员能够利用并实现本实用新型的各种示例性实施方案及其各种可替选方式和修改方式。本实用新型的范围旨在通过所附权利要求及其等同形式来限定。

技术特征：
1.一种用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，包括：直流电源模块，其配置为提供预定的直流电压；充放电模块，其与直流电源模块电连接，并配置为提供直流电源模块输出的直流电压；电容模块，其与充放电模块电连接，并配置为利用直流电源模块输出的直流电压、通过充放电模块进行充电和放电；采集模块，其与电容模块电连接，并且配置为采集电容模块的检测电压值；控制模块，其与充放电模块和采集模块电连接，并且配置为：在识别出外部充电装置的充电头插入充电口时，向充放电模块发送充电控制信号，从而控制充放电模块对电容模块进行充电；接收经由采集模块所采集到的电容模块的检测电压值；基于接收到的检测电压值判断充电口是否存在积水。2.根据权利要求1所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述电容模块包括平行板电容器，所述平行板电容器布置为使得充电口容纳于两个极板之间。3.根据权利要求2所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述控制模块包括输入/输出端口和模拟/数字转换端口，所述输入/输出端口连接至充放电模块，所述模拟/数字转换端口连接至采集模块。4.根据权利要求3所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，当充电头已插入充电口时，所述控制模块经由输入/输出端口发送充电控制信号，从而控制电容模块开始充电；其中，所述充电控制信号为高电平信号。5.根据权利要求4所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述控制模块经由模拟/数字转换端口接收作为模拟信号的电容模块的检测电压值，并将其转换为数字信号。6.根据权利要求3所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述充放电模块包括：第一三极管，其发射极连接至直流电源模块的输出端；第一电阻，其第一端连接至第一三极管的集电极；第二电阻，其第一端连接至第一三极管的基极；第四电阻，其第一端连接至直流电源模块的输出端；第五电阻，其第一端连接至输入/输出端口；第二三极管，其集电极连接至第二电阻的第二端和第四电阻的第二端，并且发射极接地；第六电阻，其第一端连接至第一电阻的第二端，并且第二端接地；第七电阻，其第一端连接至第五电阻的第二端和第二三极管的基极，并且第二端接地。7.根据权利要求6所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述平行板电容器的第一极板连接至第一电阻的第二端以及第六电阻的第一端，并且第二极板接地。8.根据权利要求7所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述采集模块包括第三电阻，该第三电阻的第一端连接至模拟/数字转换端口，并且第二端连接至平行板电容器的所述第一极板。
9.根据权利要求5所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述控制模块进一步包括：存储单元，其与所述模拟/数字转换端口电连接，并且配置为存储经由模拟/数字转换端口接收并转换为数字信号的电容模块的检测电压值，并预先存储所述电容模块的充电时间基准值，其中，所述充电时间基准值通过在实验室中进行试验而测得；计算单元，其与存储单元电连接，并且配置为基于存储单元中存储的检测电压值中的第一检测电压值和第二检测电压值来计算电容模块从第一检测电压值充电至第二检测电压值所需的充电时间；判断单元，其与存储单元和计算单元电连接，并且配置为将计算单元计算出的充电时间与存储单元中存储的充电时间基准值进行比较，并根据比较结果来判断充电口是否存在积水。10.根据权利要求9所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述判断单元配置为：当所述充电时间大于充电时间基准值时，判断出充电口不存在积水；当所述充电时间小于或等于充电时间基准值时，判断出充电口存在积水。11.根据权利要求9所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，当确定出存储单元中存储的检测电压值已保持恒定达一定时间时，所述控制模块配置为经由输入/输出端口向充放电模块发送放电控制信号，从而控制电容模块开始放电；其中，所述放电控制信号为低电平信号。12.根据权利要求9所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述第一检测电压值等于电容模块完全充电时两端电压值的0.1倍，所述第二检测电压值等于电容模块完全充电时两端电压值的0.9倍。13.根据权利要求1所述的用于环保车辆的充电口的积水检测系统，其特征在于，所述控制模块配置为基于从车辆电池充电系统获取的信息来识别充电头是否已插入充电口。

技术总结
本实用新型涉及一种用于环保车辆的充电口的积水检测系统，包括：直流电源模块、充放电模块、电容模块、采集模块以及控制模块；直流电源模块提供预定的直流电压；充放电模块提供直流电源模块输出的直流电压；电容模块利用直流电源模块输出的直流电压、通过充放电模块进行充电和放电；采集模块采集电容模块的检测电压值；控制模块在识别出外部充电装置的充电头插入充电口时，向充放电模块发送充电控制信号，从而控制充放电模块对电容模块进行充电，接收经由采集模块所采集到的电容模块的检测电压值，基于接收到的检测电压值判断充电口是否存在积水。该系统能够在车辆开始充电之前主动对充电口中存在的积水进行检测以防止发生短路。充电口中存在的积水进行检测以防止发生短路。充电口中存在的积水进行检测以防止发生短路。


技术研发人员：林敏 孙锡台 董心
受保护的技术使用者：现代自动车株式会社
技术研发日：2021.04.06
技术公布日：2022/5/25