一种汽车充电口锁定系统及其控制方法与流程

本发明涉及汽车充电技术领域，具体涉及一种汽车充电口锁定系统及其控制方法。

背景技术：

充电口锁是电动汽车或插电式混合动力汽车的充电枪与充电口之间的锁定装置。现有的充电枪与充电口的锁定装置一般在充电枪上设计锁钩，在充电口上设计锁槽，通过充电枪锁钩与充电口锁槽的配合，防止充电枪被意外拔出。也就是说，现有的充电枪与充电口的锁定装置仅有防止特定情况下充电枪与充电口分离的功能。

现有的充电枪进行充电时具有以下缺点：

(1)当插入充电枪存在安全隐患时，比如在车辆未挂入p档(驻车档)，或者电池容量已经充满，或者车辆存在高压绝缘失效等工况下，允许插入充电枪充电可能造成财产损失和人身伤亡，现有的充电枪与充电口的锁定装置无法实现危险工况下禁止充电枪插入的功能；

(2)在充电枪未完全插入到位的情况下，由于接触电阻过大，直接充电容易造成充电口过热引发起火事故，现有的充电枪与充电口的锁定装置并未对充电枪是否到位进行检测；

(3)在使用公共充电桩的情况下，即使车辆已经完成充电，在驾驶员未及时返回解锁车辆时，现有的充电枪与充电口的锁定装置依然保持锁定状态，导致其他车辆无法使用该充电桩，造成公共资源的浪费。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种汽车充电口锁定系统。本发明的技术方案如下：

提供一种汽车充电口锁定系统，其特征在于，包括充电枪状态监测电路、充电口盖位置传感器、充电口锁舌装置、充电口锁定控制模块；

所述充电枪状态监测电路通过监测电压判断充电枪是否插入到位以及充电枪按钮是否被按下的状态信息，并将其发送给充电口锁定控制模块；

所述充电口盖位置传感器用于监测充电口盖打开或关闭的状态信息，并将其发送给充电口锁定控制模块；

所述充电口锁舌装置由充电口锁定控制模块控制锁定与解锁，在锁定状态下禁止充电枪的插入或拔出，在解锁状态下允许充电枪的插入或拔出。

所述充电口锁定控制模块监测充电枪状态以及充电口盖状态，并通过汽车的整车控制器与档位传感器、电池管理系统、车载诊断模块、防盗模块通信，进而控制充电口锁舌装置的锁定与解锁。

进一步地，所述充电枪状态监测电路包括充电枪连接状态信号cc接口(45)，设备地pe接口(46)，充电枪按钮(47)，电压监测口(48)；所述充电枪按钮(47)为自动复位开关，默认状态为常开；所述充电枪按钮(47)并联连接第三电阻r3后，与第二电阻r2的第一端串联；

在插入充电枪的状态下，所述充电枪连接状态信号cc接口(45)，以及设备地pe接口(46)为接合状态；所述第二电阻r2的第二端与充电枪连接状态信号cc接口(45)的第一端相连，充电枪连接状态信号cc接口(45)的第二端与电压监测口(48)相连，电压监测口(48)与充电口锁定控制模块连接；同时，所述电压监测口(48)通过第一电阻r1与车辆内部电源连接。在未插入充电枪的状态下，所述充电枪连接状态信号cc接口(45)，以及设备地pe接口(46)为断开状态。

进一步地，所述充电口锁舌装置包括充电口锁舌(25)和充电枪锁孔(33)，所述充电口锁舌(25)设置在充电口(21)内侧边缘，可单独弹出或收回；所述充电枪锁孔(33)设置于充电枪头部，与充电枪锁舌(25)相适配。

本方案中，在插入充电枪的状态下，当充电口锁舌(25)弹出，即锁定时，与充电枪锁孔(33)配合，禁止拔出充电枪；当充电口锁舌(25)收回，即解锁时，与充电枪锁孔(33)分离，允许拔出充电枪。在未插入充电枪的状态下，当充电口锁舌(25)弹出，即锁定时，禁止插入充电枪；当充电口锁舌(25)收回，即解锁时，允许插入充电枪。

本发明的另一目的在于提供一种应用了上述汽车充电口锁定系统的控制方法，包括步骤：

在开始充电前，判断车辆状态以及充电枪状态；

获取车辆状态，包括车辆是否处于p档、电池容量是否已经充满、高压绝缘是否良好，检测车辆状态是否符合充电枪插入要求；

通过充电枪状态监测电路判断充电枪是否插入到位；根据所述车辆状态以及充电枪插入状态控制汽车充电口的锁定与解锁；

进一步地，通过充电枪状态检测电路判断充电枪的插入状态具体包括步骤：

若电压监测口(48)监测的电压为+5v电源电压，判断充电枪为未插入状态；

若电压监测口(48)监测的电压为u1，所述判断为充电枪插入到位，但是未按下充电枪按钮(47)的状态；

若电压监测口(48)监测的电压为u2，所述判断为充电枪插入到位，且按下充电按钮(47)的状态；

若充电枪状态监测电路中的电压监测口(48)监测到的电压数值大于等于u3，但是小于电源电压，判断充电枪为已经插入，但是未完全插入到位的状态。所述u3为的最小临界值；

其中，r1为第一电阻，r2为第二电阻，r3为第三电阻，rcc为充电枪连接状态信号cc接口(45)的接触电阻，rpe为设备地pe接口(46)的接触电阻。

本方案中，充电枪状态监测电路用于监测充电枪是否插入到位，以及充电枪按钮是否按下。工作原理如下：

(1)在未插入充电枪的状态下，电压监测口(48)监测的电压为电源电压5v。

(2)在充电枪插入到位，但是未按下充电枪按钮的状态下，电压监测口(48)监测的电压为u1，即：

(3)在充电枪插入到位，并且按下充电枪按钮的状态下，电压监测口(48)监测的电压为u2，即：

(4)在插入充电枪进行充电，但是充电枪不到位的状态下，此时充电枪按钮未被按下，电压监测口(48)监测的电压为：

设此状态下电压的最小临界值为u3。如果电压监测口监测的电压大于等于u3，但是小于5v，则说明充电枪已经插入，但是未插到位的状态。

进一步地，当车辆状态不符合充电枪插入要求时，充电口锁舌(25)保持锁定，禁止插入充电枪；当车辆状态符合充电枪插入要求时，充电口锁舌(25)解锁，允许插入充电枪，随后充电枪状态监测电路开始监测充电枪是否插入到位。

如果充电枪状态监测电路中的电压监测口(48)监测到的电压数值为5v，说明充电枪未插入，则重复进行判断；

如果充电枪状态监测电路中的电压监测口(48)监测到的电压数值大于等于u3，但是小于5v，说明充电枪已经插入，但是未完全插入到位，则重复进行判断；

如果充电枪状态监测电路中的电压监测口(48)监测到的电压数值为u1，说明充电枪已插入到位，此刻由充电口锁定控制模块控制充电口锁舌(25)弹出，与充电枪锁孔(33)配合锁定，并通知整车控制器控制车载充电机开始充电。

进一步地，开始充电后，充电口锁定控制模块通过整车控制器与电池管理系统实时通信，判断电池容量是否已经充满，或者达到了驾驶员设定的充电度数或者金额限值；若未充满电或者未达到驾驶员设定的限值，则重复进行判断；若已经充满电或者达到驾驶员设定的限值，无论车辆是否处于解锁状态，均通知车载充电机停止充电，并控制充电口锁舌(25)收回，与充电枪锁孔(33)分离，允许拔出充电枪。

本方案中，允许在整车未解锁，但是动力电池已经充满电，或者达到设定充电度数或充电金额时，拔出充电枪，有效提高了充电桩的利用率。

进一步地，开始充电后，当充电枪状态监测电路中的电压监测口(48)监测到的电压数值为u2时，说明充电枪按钮(47)已经被按下。此时若整车未解锁，则继续保持充电口锁舌(25)锁定状态；若整车已经解锁，则通知车载充电机停止充电，并控制充电口锁舌(25)解锁，允许充电枪被拔出。

进一步地，检测车辆状态是否符合充电枪插入要求包括步骤：

若车辆档位不处于p档，充电口锁定控制模块继续控制充电口锁舌(25)保持锁定状态，禁止充电枪插入；若车辆处于p档，则进行下一步判断；

若电池容量是已经充满的状态，充电口锁定控制模块继续控制充电口锁舌(25)保持锁定状态，禁止充电枪插入；若电池容量是未充满状态，则进行下一步判断；

若车辆存在高压绝缘失效，充电口锁定控制模块继续控制充电口锁舌(25)保持锁定状态，禁止充电枪插入；若车辆高压绝缘良好，则控制充电口锁舌(25)解锁，允许充电枪的插入。

本方案中，禁止在车辆未挂入p档(驻车档)，或者电池容量已经充满，或者车辆高压绝缘失效等存在安全隐患的情况下，插入充电枪进行充电。

进一步地，在获取车辆状态前，检测充电口盖状态。

相对于现有技术，本发明的有益技术效果主要在于：

1.通过充电口锁舌的单独弹出(锁定)或收回(解锁)，实现了自动禁止或允许充电枪插入的功能；通过充电枪锁孔与充电口锁舌配合，实现了自动禁止或允许充电枪拔出的功能。

2.提供了一种有效监测充电枪状态的方法，通过充电枪状态监测电路监测充电枪是否插入到位，以及充电枪按钮是否按下。

3.在检测车辆状态和充电枪插入状态的基础上，提供了控制充电口锁定系统的新方法，提高了充电安全性和充电桩利用效率。

具体地，禁止在车辆存在安全隐患的情况下插入充电枪进行充电，提高了充电安全性；

允许在整车未解锁，但是动力电池已经充满电或者达到充电限值时拔出充电枪，提高了公用充电桩的利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为汽车充电口锁定系统整体布局示意图。

图2为实施例1充电口及充电口盖的结构示意图。

图3为实施例1充电枪结构示意图。

图4为实施例1充电枪状态监测电路图。

图5为实施例2汽车充电口锁定控制方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

本实施例提供了一种汽车充电口锁定系统。

图1为充电口锁定系统整体布局。

汽车充电口锁定系统包括充电口锁定控制模块、充电枪状态监测电路、充电口盖位置传感器、充电口锁舌装置。

充电口锁定控制模块通过充电口盖位置传感器监测充电口盖打开或关闭的状态信息，通过充电枪状态监测电路判断充电枪是否已经插入到位以及充电枪按钮是否被按下。

此外，充电口锁定控制模块还通过整车控制器与档位传感器、电池管理系统、车载诊断模块、防盗模块通信，获得车辆档位、动力电池容量及能量、车辆是否存在安全隐患、整车是否解锁等信息。

最终，充电口锁定控制模块根据以上信息控制充电口锁舌收回以实现解锁或者弹出以实现锁定，并在特定情况下通过整车控制器通知车载充电机开始或者停止充电。

图2为充电口及充电口盖。

图2包括充电口21，充电口盖22，薄片磁钢23，充电口盖位置传感器24，充电口锁舌25，充电枪连接状态信号cc针脚26，设备地pe针脚27。

其中，充电口盖位置传感器24为霍尔型传感器，充电口盖22上固定有薄片磁钢23，当充电口盖22打开或者关闭时，充电口盖位置传感器24检测到磁场变化信号并将其转化为电压信号，传递给充电口锁定控制模块用于判断充电口盖22的开关状态。

此外，充电口锁舌25为充电口锁定系统的执行装置。

在未插入充电枪的状态下，充电口锁舌25弹出，即锁定时，禁止插入充电枪；充电口锁舌25收回，即解锁时，允许插入充电枪；

在充电枪插入到位的状态下，充电口锁舌25弹出，即锁定时，与图3中的充电枪锁孔33配合，禁止拔出充电枪；充电口锁舌25收回，即解锁时，与图3中的充电枪锁孔33分离，允许拔出充电枪。

图3为充电枪。

图3包括充电枪连接状态信号cc插口31，设备地pe插口32，充电枪锁孔33，充电枪按钮34。

在充电枪插入充电口的状态下，图2中的充电枪连接状态信号cc针脚26与图3中的充电枪连接状态信号cc插口31接合，图2中设备地pe针脚27与图3中的设备地pe插口32接合，图2中充电口锁舌25与图3中充电枪锁孔33位置相对应。

图4为充电枪状态监测电路。

充电枪状态监测电路用于监测充电枪是否插入到位，以及充电枪按钮是否按下。

充电枪状态监测电路分布于充电桩41、充电枪42、车辆充电口43、车辆44中，电路中包括充电枪连接状态信号cc接口45，设备地pe接口46，充电枪按钮47，电压监测口48。

图4中的充电枪连接状态信号cc接口45对应图2中的充电枪连接状态信号cc针脚26与图3中的充电枪连接状态信号cc插口31的连接；图4中的设备地pe接口46对应图2中设备地pe针脚27与图3中的设备地pe插口32的连接。

图4中的充电枪按钮47对应图3中的充电枪按钮34，该按钮为自动复位开关，默认状态为常开。

图4中电压监测口48监测的电压信号提供给充电口锁定控制模块，作为充电枪状态的判断依据。电压监测口48监测的电压有以下四种数值：

(1)在未插入充电枪的状态下，充电枪连接状态信号cc接口45与设备地pe接口46均未接通，电压监测口48监测的电压为电源电压，即+5v电压。

(2)在充电枪插入到位，但是未按下充电枪按钮47的状态下，充电枪连接状态信号cc接口45与设备地pe接口46均已接通，同时r3串联于电路中。设此状态下电压监测口48监测的电压为u1，则：

(3)在充电枪插入到位，并且按下充电枪按钮47的状态下，充电枪连接状态信号cc接口45与设备地pe接口46均已接通，同时r3被充电枪按钮47短路。设此状态下电压监测口48监测的电压为u2，则：

(4)在插入充电枪进行充电，但是充电枪插入不到位的状态下，此时充电枪按钮47未被按下，并且充电枪连接状态信号cc接口45的接触电阻rcc，以及设备地pe接口46的接触电阻rpe显著增加，因此电压监测口48监测的电压为：

设此状态下电压的最小临界值为u3。显然，u1、u2、u3数值大小的关系为5v>u3>u1>u2。因此如果电压监测口48监测的电压大于等于u3，但是小于5v，则说明充电枪已经插入，但是未插到位的状态。

本实施例的充电口锁定系统，其充电口锁定控制模块通过充电口盖位置传感器、充电枪状态监测电路，实时获取充电口盖打开或关闭的状态信息，以及充电枪是否已经插入到位以及充电枪按钮是否被按下，并与整车控制器通信以监测车辆档位、电池容量、车辆高压绝缘是否良好、整车是否解锁等信息，进而控制充电口锁舌的弹出(锁定)和收回(解锁)，实现禁止在车辆存在安全隐患的情况下插入充电枪，禁止在充电枪未插到位状态下开始充电，禁止在电池未充满电并且整车未解锁的情况下拔出充电枪，允许在整车未解锁但电池已经充满电或达到充电限值时拔出充电枪。

实施例2

本实施例提供了一种应用了实施例1汽车充电口锁定系统的控制方法。

充电口锁定控制方法流程如图5所示。

手动打开充电口盖22。充电口盖位置传感器24监测到充电口盖22打开的信号并传递给充电口锁定控制模块。

充电口锁定控制模块开始与整车控制器通信进行下一步判断。

在车辆未挂入p档的情况下，插入充电枪时可能发生车辆行驶或者溜车造成充电桩被拖拽的情况，因此由整车控制器通过与档位传感器通信判断车辆档位是否处于p档，并将信号传递给充电口锁定控制模块。如果车辆档位不处于p档，充电口锁定控制模块继续保持充电口锁舌25弹出状态，禁止充电枪插入；如果车辆处于p档，则进行下一步判断。

在动力电池容量已经充满的情况下，插入充电枪可能导致电池过度充电，因此由整车控制器通过与电池管理系统通信判断电池容量是否是已经充满，并将信号传递给充电口锁定控制模块。如果电池容量是已经充满的状态，充电口锁定控制模块继续保持充电口锁舌25弹出状态，禁止充电枪插入；如果电池容量是未充满状态，则进行下一步判断。

在车辆高压绝缘失效的情况下，插入充电枪可能造成严重的人身伤亡与财产损失，因此由整车控制器通过与车载诊断模块通信判断车辆高压绝缘是否良好，并将信号传递给充电口锁定控制模块。如果车辆存在高压绝缘失效，充电口锁定控制模块继续保持充电口锁舌25弹出状态，禁止充电枪插入；如果车辆不存在安全隐患，则控制充电口锁舌25收回，允许充电枪的插入。

下一步由充电口锁定控制模块监测充电枪是否插入到位。

如果充电枪状态监测电路中的电压监测口48监测到的电压数值为5v，说明充电枪未插入。此时，充电口锁定控制模块控制充电口锁舌25保持收回状态，允许充电枪插入，并重复进行判断。

如果充电枪状态监测电路中的电压监测口48监测到的电压数值大于等于u3，但是小于5v，说明充电枪已经插入，但是未完全插入到位。在此种状态下，充电口锁舌25与充电枪锁孔33未对准，无法锁定充电枪。同时，充电枪连接状态信号cc接口45的接触电阻，以及设备地pe接口46的接触电阻过大，如果开始充电存在发热量过大的隐患。因此，由充电口锁定控制模块控制充电口锁舌(25)保持收回状态，允许充电枪拔出并重新插入，并重复进行判断。

如果电压监测口48监测到的电压数值为u1，说明充电枪已插入到位，此刻由充电口锁定控制模块控制充电口锁舌25弹出，与充电枪锁孔33配合锁定，并通知整车控制器控制车载充电机开始充电。

电池管理系统具有电池容量、能量监测的功能。在充电过程中，充电口锁定控制模块通过整车控制器与电池管理系统实时通信，判断电池容量是否已经充满，或者达到了驾驶员设定的充电度数(能量)或者金额限值(金额＝能量×电单价)。如果未充满电或者未达到驾驶员设定的限值，则重复进行判断；如果已经充满电或者达到驾驶员设定的限值，则通知车载充电机停止充电，并控制充电口锁舌25收回(解锁)，允许充电枪在整车未解锁的情况下被拔出，提高公共充电桩的利用率。

在充电过程中，充电口锁定控制模块实时监测电压监测口48的电压数值，如果监测电压是u1，说明充电枪按钮未被按下，则重复进行判断；

如果监测电压为u2，说明充电枪按钮已经被按下，下一步通过整车控制器与防盗模块的通信，判断整车是否已经解锁。如果整车未解锁，则继续保持充电口锁舌25弹出锁定状态；如果整车已经解锁，则通知车载充电机停止充电，并控制充电口锁舌25收回，允许充电枪被拔出。

随后，充电口锁定控制模块实时监测电压监测口48的电压数值，如果电压值不是+5v，说明充电枪未被拔出，则重复进行判断；如果电压值为+5v，说明充电枪已经被拔出，则由充电口锁定控制模块控制充电口锁舌25弹出锁定充电口。

手动关闭充电口盖22。

本实施例可自动判断充电枪是否插入到位、充电枪按钮是否按下，实现了禁止在危险工况下插入充电枪，禁止在充电枪未插到位的状态下充电，允许在电池已经充满电或达到充电限值但整车未解锁的状态下拔出充电枪，并通过完整的充电口锁定系统控制方法提高了充电安全性和充电桩利用效率。

在本申请所提供的实施例中，仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

以上所述实施例仅用于理解本发明的技术方案，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出的改变都属于本发明的保护范围。