CN102412605B - 带有投切和节能功能的充电设备及其投切和节能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有投切和节能功能的充电设备及其投切和节能的方法，通过环境光、接近传感器及负载电流检测，实现了减少大功率充电设备的待机功率。本发明克服了交直流充电设备在使用过程中，大功率充电电源的工作待机电能浪费。将充电设备的电源分成低功耗待机电源和大功率充电电源两部分，待机电源是向充电设备的检测与控制部分的弱电元器件供电的电源，其待机静态功耗只有数百毫瓦功耗；也可以由上位机直接启动充电设备的待机电源，使其重新进入待机工作状态，准备启动向负载充电的充电电源模块。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电动汽车充电设备，尤其涉及的是一种带有投切和节能功能的充电设备及其投切和节能的方法。
背景技术
一般的交(直)流充电设备能够完成基本的交(直)流充电功能，没有采用降低主电路待机功耗的节电措施，为了适应电动汽车从少到多地推广和应用过程，充电设备的使用率也必然会从低到高。即使交(直)流充电设备在实际使用过程中，也必然会遇到在不同地点和不同时间段，客户的使用率分布不均匀的现象，在没有使用时，如果整个充电设备总是处于通电工作状态，其待机空载消耗的功率一般在几十瓦到几百瓦的范围内，有的直流大功率充电设备甚至更高。在电动汽车尚未普及的时期，客户的使用率很低，空载损耗随时间的增加其积累值会很大，这一部分电能不但白白地浪费了，提高了使用成本，也降低了设备的使用寿命。
为了极大地降低使用过程中的主机待机功耗，应当使待机静态功率从几十瓦，甚至几百瓦降低到数百毫瓦，可以做到最大可能地节约待机电能。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种带有投切和节能功能的充电设备及其投切和节能的方法，通过环境光、接近传感器及负载电流检测实现了减少大功率充电电源模块的待机时间。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括接近模块、上位机模块、光敏模块、控制模块、隔离继电器、反馈模块、LED灯、充电电源模块和待机电源；其中：接近模块、上位机模块、光敏模块、LED灯、隔离继电器、待机电源和反馈模块分别与控制模块相连，充电电源模块分别与隔离继电器和反馈模块相连，待机电源分别与接近模块、上位机模块、光敏模块、控制模块、隔离继电器和LED灯相连。
所述接近模块包括接近传感器和信号处理电路；接近传感器和信号处理电路相连，信号处理电路和控制模块相连，待机电源分别与接近传感器和信号处理电路相连。
所述上位机模块包括上位计算机、通信网络和本地信号提取电路；上位计算机通过通信网络和本地信号提取电路相连，本地信号提取电路和控制模块相连，待机电源分别与通信网络和本地信号提取电路相连。
所述光敏模块包括光敏传感器、信号调理电路和比较器；光敏传感器和信号调理电路相连，信号调理电路和比较器相连，比较器和控制模块相连，待机电源分别与光敏传感器、信号调理电路和比较器相连。
所述控制模块是用可编程器件实现的，当待机电源工作时，控制模块由待机电源供电，实现多输入、多输出的逻辑控制；当待机电源不工作时，其内部提供一条从本地信号提取电路输出到待机电源输入的通道，以实现上位计算机模块对待机电源自锁和解锁工作的控制。
所述充电电源模块包括交流电源、交流接触器、负载电流传感器和功率控制与变换单元；其中：交流电源和交流接触器相连，交流接触器和负载电流传感器相连，负载电流传感器和功率控制与变换单元相连，交流接触器和隔离继电器相连，负载电流传感器和反馈模块相连。
一种带有投切和节能功能的充电设备的投切和节能的方法，包括以下步骤：
(1)初始为全断电状态，上位计算机控制待机电源上电自锁工作；
(2)当使用者接近到设定距离时，接近模块发出信号，通过控制模块启动隔离继电器吸合，交流接触器吸合上电，对负载充电；
(3)充电结束后，负载电流传感器触发定时，在定时的时间内如果没有使用，则定时结束后隔离继电器复位，交流电源断电，进入低功耗待机状态。
该方法还包括步骤(4)：当待机时间超过设定值，上位计算机发出全断电命令，充电电源模块和待机电源全部停止工作。
即当待机时间太长，超过某设定值，上位计算机可以发出切断待机电源的命令，这时，待机电源断电，由于大功率充电电源受待机电源的控制。所以整个充电设备进入全断电状态，以最大限度地节省电能。
所述步骤(3)中，充电设备进入进入低功耗待机状态时，光敏模块通过环境光的照度大小来控制LED灯的开关，以适合晚间照明使用。
本发明的工作原理是：在待机电源工作时，用接近传感器感知有客户来到充电设备面前一定距离时，能够自动感应并迅速通过隔离继电器驱动充电电源模块的交流接触器，使充电设备的充电电源模块进入上电的工作状态；充电电源模块充电结束后，通过反馈模块，在设定的时间到时，由隔离继电器自动切断交(直)流充电设备充电电源模块中的交流接触器，使充电设备进入待机状态；用环境光照度的强弱控制充电设备的晚间LED灯的自动熄灭或照明；用上位机通过通信网络发布人为的投切命令，作为强制控制方式。
有益效果：本发明相比现有技术具有以下优点：本发明克服了交直流充电设备在使用过程中，大功率充电电源的工作待机电能浪费。将充电设备的电源分成低功耗待机电源和大功率充电电源两部分，待机电源是向充电设备的检测与控制部分的弱电元器件供电的电源，其待机静态功耗只有数百毫瓦功耗，比起充电设备中充电电源模块的几百伏和数安培功耗要小很多；大功率充电电源是向负载提供充电的大功率模块，只有在待机电源工作的前提下，它才有可能投入工作，其待机功率可达数十瓦到几百瓦，有的甚至更高。在有客户需要充电并正确操作后，大功率充电电源模块可以自动投入工作，完成几十KW到几百KW的大功率充电；如果在设定的时间内，没有客户继续充电时，就自动切断大功率充电电源模块的供电。如果太长时间没有客户充电时，还可以用上位机发布命令的方式，使低功耗待机电源和被待机电源控制的大功率充电电源模块都停止工作。以达到最大限度地节省待机电能。在必要时，也可以由上位机直接启动充电设备的待机电源，使其重新进入待机工作状态，准备启动向负载充电的充电电源模块。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括接近模块1、上位机模块2、光敏模块3、控制模块4、隔离继电器5、反馈模块6、LED灯7、充电电源模块8和待机电源9；其中：接近模块1、上位机模块2、光敏模块3、LED灯7、隔离继电器5、反馈模块6和待机电源9分别与控制模块4相连，充电电源模块8分别与隔离继电器5和反馈模块6相连，待机电源9分别向接近模块1、光敏模块3、上位机模块2、隔离继电器5、控制模块4和LED灯7供电。
接近模块1包括接近传感器10和信号处理电路11；接近传感器10和信号处理电路11相连，信号处理电路11和控制模块4相连，待机电源9分别与接近传感器10和信号处理电路11相连。信号处理电路11将接近传感器10送来的小信号进行放大、滤波、比较后，转换成数字信号再送到控制模块4。
上位机模块2包括上位计算机12、通信网络13和本地信号提取电路14；上位计算机12通过通信网络13和本地信号提取电路14相连，本地信号提取电路14和控制模块4相连，待机电源9分别与通信网络13和本地信号提取电路14相连。本地信号提取电路14，将本充电设备的代码提取出来，并转换成数字信号，数字信号的输出和控制模块4相连。
光敏模块3包括光敏传感器15、信号调理电路16和比较器17；光敏传感器15和信号调理电路16相连，信号调理电路16和比较器17相连，比较器17和控制模块4相连。信号调理电路16将光敏传感器15上体现光线强弱的连续模拟信号经放大和A/DC转换后，送给数字比较器17，比较器17再按照设计要求的照度电平，用可编程的方式转换成逻辑信号，送达控制模块4。
控制模块4是用可编程器件实现的，是事先根据多个输入和多个输出逻辑变量的设计要求，编好程序后，固化在里面的。
充电电源模块8包括交流电源18、交流接触器19、负载电流传感器20和功率控制与变换单元21；其中：交流电源18和交流接触器19相连，交流接触器19和负载电流传感器20相连，负载电流传感器20和功率控制与变换单元21相连，功率控制与变换单元21的输出接到被充电设备；交流接触器19和隔离继电器5相连，负载电流传感器20和反馈模块6相连。
功率控制与变换单元21是随着充电类型的不同而不同，一般可分为直流充电和交流充电这两类不同的单元，它们的结构和原理是不同的，直流的功率控制与变换单元又随着输出电压和电流的不同，其工作原理和拓扑结构也不同，但是，对于本专利来说，是既可以适用于直流充电设备的功率控制与变换单元，也可以适用于交流充电设备的功率控制单元，只不过交流充电不用对交流电源进行电压变换，直接将交流电源经控制开关向负载供电。因此，虽然直流和交流充电设备本身的工作原理不同，但是，控制它们的投切和电流的检测原理基本是相同的。根据交直流充电的功率大小不同，其交流供电方式可以是单相或三相，所以这里的交流电源18和交流接触器19也相应地可以采用单相或三相电源和单相或三相交流接触器。
反馈模块6有隔离、放大、比较和定时的功能，它们分别用电流互感器、运算放大器、施密特比较器和单稳态定时电路来实现。
控制模块4接收信号处理电路11、本地信号提取电路14、比较器17和反馈模块6的输入信号，对隔离继电器5、LED灯7和待机电源9分别发出不同的输出控制信号。
隔离继电器5是采用双闭锁双线圈微型继电器，分别只要用两个一定宽度的脉冲控制其置位和复位就行了，可以节省该继电器的长时间通电电流。
充电设备的投切和节能的方法，包括以下步骤：
(1)初始为全断电状态，上位计算机12通过通信网络13、本地信号提取电路14和控制模块4的失电通路控制待机电源9中的无触点开关，使待机电源9上电自锁，进入待机工作状态；
(2)当使用者接近时，接近模块1发出信号，通过充电操作者的正确操作后，控制模块4按照设定的程序，启动隔离继电器5吸合，充电电源模块8的交流接触器19吸合上电，可以执行对负载充电；
(3)充电结束后，由负载电流传感器20的信号触发单稳定时，设备处于充电间隙状态，以准备为下一位客户服务，如果在该定时的时间内，没有客户来充电，定时时间到时，控制隔离继电器5复位，切断交流电源18的供电，充电电源模块8断电，进入低功耗待机状态。本实施例中定时时间可以设定为10分钟，其他实施例中可以按需要设定。
(4)当待机时间太长超过设定值时，上位计算机12发出全断电命令，待机电源9的自锁电路释放，充电设备处于全断电状态。
当管理人员操作的上位计算机12认为有必要时，可以通过通信网络13，本实施例选用CAN总线，发出带有充电设备地址命令的信号，并利用提供的电能，控制待机电源9中的无触点开关置位或者复位，从而决定充电设备是进入待机状态还是全断电状态；
所述步骤(3)中，充电设备进入低功耗待机状态时，光敏传感器15通过环境光的照度大小来控制LED灯7的开关。
在待机电源9供电情况下，当接近传感器10感知有人来到时，该信号经过信号处理电路11和控制模块4，控制隔离继电器5吸合，充电电源模块8上电，在客户按照规定付费和设定充电方式，并连接好充电插头后，即可以开始向负载充电；
当客户充电结束后，充电电源模块8的负载电流传感器20感知的信号经过安全隔离、放大、比较转换成开关量，并经过可调定时单稳及逻辑判断，以控制隔离继电器5是否复位释放，从而确定是否切断充电电源模块8；
在待机状态，光敏传感器15感知环境光的照度大小，经过放大和滞回比较器17等处理成逻辑开关量，经过控制模块4来控制充电设备的晚间LED照明灯，照度低时LED灯7亮；照度高时LED灯7灭，具体的照度上下阈值用可编程程序事先设定；
如果充电设备超过定时器设定的时间仍然长时间没有客户使用，比如在夜晚，上位计算机12可以有针对性地通过通信网络13发送切断待机电源的命令，将充电设备的待机电源9和被其控制的充电电源模块8都停止工作；
在充电设备的充电电源模块8和待机电源9的单相电源全部切断的情况下，也可以由上位计算机12通过通信网络13针对不同充电设备使用输出不同识别信号的方式选中某台设备，并触发驱动启动待机电源9中的无触点开关，使单相交流电源恢复待机供电，从而再根据工作条件自动控制充电电源模块8的投切。
待机电源9的输入供电是220V单相交流电22，其输出是低压直流电分别向接近模块1、光敏模块3、上位机模块2、隔离继电器5、控制模块4和LED灯7等全部直流弱电元器件供电。LED灯的功耗也不大，隔离继电器5的动作功耗为一百多毫瓦，在上述供电负载中是最大的，其余全部静态待机电路的工作一共只有数百毫瓦的功耗，因此，平时的非动作静态功耗很低，只是大功率充电电源模块待机工作功耗的若干分之一，具有十分明显的节电功能，尤其在充电设备使用率偏低时，其作用更加显著。
Claims (8)
1.一种带有投切和节能功能的充电设备，其特征在于，包括接近模块（1）、上位机模块（2）、光敏模块（3）、控制模块（4）、隔离继电器（5）、反馈模块（6）、LED灯（7）、充电电源模块（8）和待机电源（9）；其中：接近模块（1）、上位机模块（2）、光敏模块（3）、LED灯（7）、隔离继电器（5）、待机电源（9）和反馈模块（6）分别与控制模块（4）相连，充电电源模块（8）分别与隔离继电器（5）和反馈模块（6）相连，待机电源（9）分别与接近模块（1）、上位机模块（2）、光敏模块（3）、控制模块（4）、隔离继电器（5）和LED灯（7）相连。
2.根据权利要求1所述的带有投切和节能功能的充电设备，其特征在于：所述接近模块（1）包括接近传感器（10）和信号处理电路（11）；接近传感器（10）和信号处理电路（11）相连，信号处理电路（11）和控制模块（4）相连，待机电源（9）分别与接近传感器（10）和信号处理电路（11）相连。
3.根据权利要求1所述的带有投切和节能功能的充电设备，其特征在于：所述上位机模块（2）包括上位计算机（12）、通信网络（13）和本地信号提取电路（14）；上位计算机（12）通过通信网络（13）和本地信号提取电路（14）相连，本地信号提取电路（14）和控制模块（4）相连，待机电源（9）分别与通信网络（13）和本地信号提取电路（11）相连。
4.根据权利要求1所述的带有投切和节能功能的充电设备，其特征在于：所述光敏模块（3）包括光敏传感器（15）、信号调理电路（16）和比较器（17）；光敏传感器（15）和信号调理电路（16）相连，信号调理电路（16）和比较器（17）相连，比较器（17）和控制模块（4）相连，待机电源（9）分别与光敏传感器（15）、信号调理电路（16）和比较器（17）相连。
5.根据权利要求1所述的带有投切和节能功能的充电设备，其特征在于：所述充电电源模块（8）包括交流电源（18）、交流接触器（19）、负载电流传感器（20）和功率控制与变换单元（21）；其中：交流电源（18）和交流接触器（19）相连，交流接触器（19）和负载电流传感器（20）相连，负载电流传感器（20）和功率控制与变换单元（21）相连，交流接触器（19）和隔离继电器（5）相连，负载电流传感器（20）和反馈模块（6）相连。
6.根据权利要求1所述的一种带有投切和节能功能的充电设备的投切和节能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）初始为全断电状态，上位机模块的上位计算机（12）控制待机电源（9）上电自锁工作；
（2）当使用者接近到设定距离时，接近模块（1）发出信号，通过控制模块（4）启动隔离继电器（5）吸合，充电电源模块的交流接触器（19）吸合上电，对负载充电；
（3）充电结束后，充电电源模块的负载电流传感器（20）触发定时，在定时的时间内如果没有使用，则定时结束后隔离继电器复位，充电电源模块的交流电源（18）断电，进入低功耗待机状态。
7.根据权利要求6所述的一种带有投切和节能功能的充电设备的投切和节能的方法，其特征在于，还包括步骤（4）：当待机时间超过设定值，上位机模块的上位计算机（12）发出全断电命令，充电电源模块（8）和待机电源（9）全部停止工作。
8.根据权利要求6所述的一种带有投切和节能功能的充电设备的投切和节能的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，充电设备进入进入低功耗待机状态时，光敏模块（3）通过环境光的照度大小来控制LED灯（7）的开关。
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20160714 Granted publication date: 20140101 Pledgee: Ma'anshan Pubang financing Limited by Share Ltd Pledgor: Anhui QX Technology Development Co.,Ltd. Registration number: 2015990000373 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PM01 | Change of the registration of the contract for pledge of patent right |
Change date: 20160714 Registration number: 2015990000373 Pledgee after: Ma'anshan Pubang financing Limited by Share Ltd Pledgee before: Ma'anshan Pubang financing Company Limited by Guarantee |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Charging equipment with switching and energy-saving functions and switching and energy-saving method of charging equipment Effective date of registration: 20160913 Granted publication date: 20140101 Pledgee: Ma'anshan Pubang financing Limited by Share Ltd Pledgor: Anhui QX Technology Development Co.,Ltd. Registration number: 2016340000052 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20180424 Granted publication date: 20140101 Pledgee: Ma'anshan Pubang financing Limited by Share Ltd Pledgor: Anhui QX Technology Development Co.,Ltd. Registration number: 2016340000052 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140101 Termination date: 20201111 |