CN102969777A - 电动汽车蓄电池智能充电桩 - Google Patents

Abstract

电动汽车蓄电池智能充电桩，属于蓄电池智能充放电设备领域。包括壳体内设置PLC工控系统，壳体外部设置电动汽车蓄电池组，其特征在于：通过导线依次连接接线端子、整流逆变智能模块和电动汽车蓄电池组，整流逆变智能模块的控制端设置连接PLC工控系统，进线导线上设置交流接触器触点，整流逆变智能模块和蓄电池组之间导线上设置充电逆变控制开关，交流接触器和充电逆变控制开关的控制端连接PLC工控系统，PLC工控系统的数据端设置触摸屏，壳体上设置接线端子、触摸屏和蓄电池组接口。本发明适应多种蓄电池，如铅酸蓄电池、免维护蓄电池、镍镉蓄电池、磷酸铁锂蓄电池等，并且保护电动汽车蓄电池，快速充电，充电饱满，安全性能高，使用寿命长，操作简单。

Description

电动汽车蓄电池智能充电桩

技术领域

本发明提供一种电动汽车蓄电池智能充电桩，属于蓄电池智能控制充电设备领域。

背景技术

铅酸蓄电池由于其制造成本低、容量大、价格低廉，而且，由于其在替代其他能源方面的作用而得到了广泛的使用，具有广阔的发展前景。但是，若生产和使用不当，其寿命将大大缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。研究发现：电池在生产和使用过程中，充电工艺对电池寿命影响最大。也就是说，绝大多数的蓄电池在生产时已经决定了它的使用寿命。

现有的电动车充电器，充电方式简单，充电容量不足，并且严重影响电动车电池寿命。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种适应多种蓄电池，并且保护电动汽车蓄电池，充电饱满，安全性能高，使用寿命长，操作简单的电动汽车蓄电池智能充电桩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电动汽车蓄电池智能充电桩，包括壳体，接线端子连接电网电源，壳体内设置PLC工控系统，壳体外部设置电动汽车蓄电池组，其特征在于：通过导线依次连接接线端子、整流逆变智能模块和电动汽车蓄电池组，整流逆变智能模块的控制端设置连接PLC工控系统，接线端子和整流逆变智能模块之间的导线上设置交流接触器的触点，整流逆变智能模块和蓄电池组之间的导线上设置充电逆变控制开关，交流接触器和充电逆变控制开关的控制端连接PLC工控系统，PLC工控系统的数据端设置触摸屏，壳体上设置接线端子、触摸屏和蓄电池组接口。

对蓄电池组进行充电时，交流接触器接通电网电源，PLC工控系统控制整流逆变智能模块为整流模式，通过充电逆变控制开关接通蓄电池组开始充电；对蓄电池组进行放电时，蓄电池组输出电能经过充电逆变控制开关接通输出直流电，PLC工控模块控制整流逆变智能模块为逆变模式，通过交流接触器连接电网电源，上传电量。PLC工控系统根据不同蓄电池智能控制充放电过程，充电安全，触摸屏可视化操作，操作简单。

其中优选方案是：

所述的PLC工控系统包括SIEMENS-S7PLC芯片，充电逆变控制开关包括中间继电器和接触器，中间继电器的触点与接触器的线圈串联，接触器的触点连接在整流逆变智能模块和蓄电池组之间的导线上，PLC工控系统的输出端连接中间继电器的线圈。SIEMENS-S7系列PLC作为核心控制部件，该系列PLC结构紧凑，功能强大，可靠性高，而且扩充性极佳，可方便地实现单机独立控制、数据采集打印、多机联网、远程控制等功能，解决原有充电桩功能单一，操作繁琐的问题。

所述的蓄电池组与充电逆变控制开关之间的导线上设置电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器的输出端通过信号处理模块连接PLC工控系统的数据输入端。通过对蓄电池池电压、电流等数据的实时采集，经过程序控制，使蓄电池始终处于最佳充电状态。

所述的PLC工控系统设置温度传感器，温度传感器的输出端连接PLC工控系统，PLC工控系统设定温度上限值，蓄电池组温度超限后，PLC工控系统停机保护。通过对蓄电池组多种信息的采集，尤其是温度的采集，既可以监控蓄电池组充电过程，也可以监控蓄电池组放电过程，保护充放电过程中安全性，控制充放电过程，避免电池组温度过高损坏电池，避免过度放电造成安全隐患。

所述的PLC工控系统设置通讯接口连接上位机。本机可单机独立工作，也可以通过上位机统一管理，方便充放电数据的采集和蓄电池组状态的分析。

所述的PLC工控系统设置控制程序，通过触摸屏选择电池类型，然后PLC工控系统控制整流逆变智能模块进行充电，对免维护蓄电池、镉镍蓄电池充电工艺采用恒流－恒压充电法；对铅酸开口蓄电池，使用两步恒流法。通过PLC工控系统的控制，实现对12~400伏之间的各种类型的蓄电池（铅酸蓄电池、阀控免维护蓄电池、镉镍蓄电池组、）进行自动或手动的任意充放电；电压、电流适应度宽。比传统的充电时间节省20%左右，节能效果显著。

所述的PLC工控系统记录和存储充电时的运行时间、电流、电压和温度变化，并且通过触摸屏显示。采用触摸屏作为人机接口，操作都在触摸屏上实现，所有功能通过中文菜单显示，界面友好，功能齐全，能实现自动、手动、新电池初充充等多种功能，改变了传统充电机采用繁琐的按钮操作方式。而且，该机在改变充电工艺时只需变换软件，硬件无需改动。

本发明的电动汽车蓄电池智能充电桩所具有的有益效果是：通过一体化设置，整体上可以实现：1、采用了目前先进的控制系统：SIEMENS－S7系列PLC作为核心控制部件，该系列PLC结构紧凑，功能强大，可靠性高，而且扩充性极佳，可方便地实现单机独立控制、数据采集打印、多机联网、远程控制等功能；2、充放电系统采用国内最先进的一体化充放电功率模块，该模块结构小巧，性能稳定，DCB（陶瓷覆铜）工艺，充电、放电一体化，而且放电采用对系统电网放电，可自动检测电网相序，实现对电网无污染放电；3、对免维护蓄电池、镉镍蓄电池充电工艺采用最佳优化系数的“恒流-恒压”充电法；对铅酸开口蓄电池，使用两步恒流法，由于充电工艺科学先进，使充电时间大大缩短，能源节约明显；通过对蓄电池电压、电流、温度等数据的实时采集，经过程序控制，使蓄电池始终处于最佳充电状态；4、通过软件控制，采用触摸屏作为人机接口，操作都在触摸屏上实现，所有功能通过中文菜单显示，界面友好，功能齐全，能实现自动、手动、新电池初充充等多种功能，改变了传统充电机采用繁琐的按钮操作方式；而且，该机在改变充电工艺时只需变换软件，硬件无需改动。

本发明具有功能完善、外形美观、人机界面新颖，能实时全面的显示各运行状态、功率因数高、节能等特点；自动化程度高，将自动检测、恒流、恒压功能、时间设定、阶段自动转换循环等技术融于整个充放电过程；充放电方式科学合理，规格品种齐全，既可以是分台式，也可以是立式；适用于各种大、中、小容量的酸性、碱性蓄电池、胶体电池的化成、充放电等，以及用于无人值守的工作场所。

附图说明

图1为本发明的电气原理方框图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图l所示，电动汽车蓄电池智能充电桩，包括壳体，接线端子连接电网电源，壳体内设置PLC工控系统，壳体外部设置电动汽车蓄电池组，通过导线依次连接接线端子、整流逆变智能模块和电动汽车蓄电池组，整流逆变智能模块的控制端设置连接PLC工控系统，接线端子和整流逆变智能模块之间的导线上设置交流接触器的触点，整流逆变智能模块和蓄电池组之间的导线上设置充电逆变控制开关，交流接触器和充电逆变控制开关的控制端连接PLC工控系统，PLC工控系统的数据端设置触摸屏，壳体上设置接线端子、触摸屏和蓄电池组接口。

对蓄电池组进行充电时，交流接触器接通电网电源，PLC工控系统控制整流逆变智能模块为整流模式，通过充电逆变控制开关接通蓄电池组开始充电；对蓄电池组进行放电时，蓄电池组输出电能经过充电逆变控制开关接通输出直流电，PLC工控模块控制整流逆变智能模块为逆变模式，通过交流接触器连接电网电源，上传电量。PLC工控系统根据不同蓄电池智能控制充放电过程，充电安全，触摸屏可视化操作，操作简单。

PLC工控系统包括SIEMENS－S7PLC芯片，充电逆变控制开关包括中间继电器和接触器，中间继电器的触点与接触器的线圈串联，接触器的触点连接在整流逆变智能模块和蓄电池组之间的导线上，PLC工控系统的输出端连接中间继电器的线圈。SIEMENS－S7系列PLC作为核心控制部件，该系列PLC结构紧凑，功能强大，可靠性高，而且扩充性极佳，可方便地实现单机独立控制、数据采集打印、多机联网、远程控制等功能，解决原有充电桩功能单一，操作繁琐的问题。

蓄电池组与充电逆变控制开关之间的导线上设置电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器的输出端通过信号处理模块连接PLC工控系统的数据输入端。通过对蓄电池池电压、电流等数据的实时采集，经过程序控制，使蓄电池始终处于最佳充电状态。

所述的PLC工控系统设置温度传感器，温度传感器的输出端连接PLC工控系统，PLC工控系统设定温度上限值，蓄电池组温度超限后，PLC工控系统停机保护。通过对蓄电池组多种信息的采集，尤其是温度的采集，既可以监控蓄电池组充电过程，也可以监控蓄电池组放电过程，保护充放电过程中安全性，控制充放电过程，避免电池组温度过高损坏电池，避免过度放电造成安全隐患。

PLC工控系统设置通讯接口连接上位机。本机可单机独立工作，也可以通过上位机统一管理，方便充放电数据的采集和蓄电池组状态的分析。

所述的PLC工控系统设置控制程序，通过触摸屏选择电池类型，然后PLC工控系统控制整流逆变智能模块进行充电，对免维护蓄电池、镉镍蓄电池充电工艺采用恒流－恒压充电法；对铅酸开口蓄电池，使用两步恒流法。通过PLC工控系统的控制，实现对12~400伏之间的各种类型的蓄电池（铅酸蓄电池、阀控免维护蓄电池、镉镍蓄电池组、）进行自动或手动的任意充放电；电压、电流适应度宽。比传统的充电时间节省20%左右，节能效果显著。

PLC工控系统记录和存储充电时的运行时间、电流、电压和温度变化，并且通过触摸屏显示。采用触摸屏作为人机接口，操作都在触摸屏上实现，所有功能通过中文菜单显示，界面友好，功能齐全，能实现自动、手动、新电池初充充等多种功能，改变了传统充电机采用繁琐的按钮操作方式。而且，该机在改变充电工艺时只需变换软件，硬件无需改动。

工作原理

电源采用全控桥式可逆变原理而工作，三相电网（或单相）交流输入电压经交流接触器电源开关进入蓄电池充放电电源后，首先送入隔离降压变压器，经隔离降压后再进入晶闸管智能模块进行整流，得到降压后输入电压1.35倍，单相为0.9倍的直流电压，然后经平滑滤波后生成平滑的直流电压，提供给蓄电池组使用。逆变时，通过液晶显示器面板参数设置，PLC工控系统控制设备进行自动换相，蓄电池组的直流电压经充电逆变控制开关进入整流逆变智能模块，逆变成可控的交流电压，然后回馈到电网上。

输出端分别接有稳压、限流和稳流、限压反馈环路，当设置于稳压状态时，稳压和限流电路起作用，当输出电压升高或下降时，取样电压通过稳压电路内部电压跟基准电压比较，其误差信号电压加到PLC工控系统，使PLC输出脉宽作相应变化，从而稳定输出电压，如负载电流过高时，限流电路工作，使输出电流限制在限流设定值内。同样，在稳流状态下，稳流电路作用，使输出电流稳定在设定值内，而当过压时限压电路使输出电压钳压在限压值。当有异常情况（如输入过压或欠压，过流或过热等），产生保护信号加到保护控制电路时，保护电路输出一个电压加到PLC工控系统，使PLC工控系统停止输出，同时，点亮故障报警指示灯，引鸣报警器，从而达到保护设备的目的。

蓄电池充放电电源控制系统的主要功能可由触摸屏设置完成。系统运行时，只要通过外扩的触摸屏输入控制参数信息(即工艺文件设置)对蓄电池进行充放电控制。在整个系统运行过程中，PLC工控系统通过信号检测电路检测运行过程中的电流和电压参数，并将这些信息实时的显示在触摸屏上。当运行过程中遇到键盘操作、系统出现故障或者采集到的参数越限时，触摸屏将自动切换到相关信息的显示界面中去，以上数据全中文显示，创建了完好的人机环境。

以上实施例是本专利较佳实施方式，本领域技术人员在本专利的思想指引下联想到的其他变形实施方式，也在本保护范围内。

实验效果：

经过一体化设置，本发明整体上，具有和实现了：

1.1.采用多档电压输出技术，充电范围宽、功率因数高。充/放电电压、充/放电电流在额定范围内可连续无级调节。

1.2.设置采用液晶触摸屏输入方式，直观明了；并且保留手动设置控制功能。

1.3.可实现充电、放电、循环控制等多种控制方式。

1.4.具有恒压限流充电、恒流放电等多种充放电功能。

1.5.充、放电过程全自动控制，无须人工干预。充电、放电自由切换，无须改变蓄电池极性。

1.6.可以允许每台蓄电池充放电电源独立的多路控制，每路控制都有一个显示界面。

1.7.备用智能温控散热风扇，机内散热可自动控制。

1.8.具有过压、过载、短路等完善的故障保护和报警功能。

1.9.设备具备断电后程序和数据保存、记忆功能，具备暂停后再开机可继续执行程序功能。设定的程序可根据需要进行调出查看和修改。

1.10.各阶段的转换：支持优先转换，即当在一个工作阶段同时设定两种或两种以上的转化条件时，先达到的一个优先，此时可不必等所有设置都同时达到，而直接转换到下一工艺状态。

1.11.显示屏可实时监控显示工作阶段、充电电压、充电电流、电池充入容量、累计充电时间、故障发生信息等内容。

1.12.控制系统预留通讯端口，可以方便以后增加存储、打印设置的工作参数、运行状态等，以便能够远程集中控制。

技术指标

2.1、工作温度：-20～50℃；贮存温度：-40～70℃；

2.2、相对湿度：≤90%(40±2℃)；大气压力：(70～106)kPa；

2.3、输入电压：AC380V，频率：50Hz

输出电压调节范围:DC 0～400V±2V

输出电流调节范围:DC 0～240A±2A

放电电流调节范围:DC 0～240A±2A

2.4、效率：≥92%

2.5、功率因数：≥0.85

2.6、整机过热保护阈值：80～85℃

2.7、充电过压保护:铅酸蓄电池：超过标称电压1.35倍

免维护蓄电池：超过标称电压1.25倍

镉镍蓄电池：超过标称电压1.2倍

安全保护功能:a电池反接保护  b输出短路保护  c过流保护

2.8、绝缘电阻≥20MΩ

2.9、输入对机壳耐压≥AC1500V

2.10、输入对输出耐压≥AC1500V；输出对机壳耐压≥AC1500V

2.11、平均无故障时间≥30000h

2.12、冷却方式：风冷。

Claims (7)

1.一种电动汽车蓄电池智能充电桩，包括壳体，接线端子连接电网电源，壳体内设置PLC工控系统，壳体外部设置电动汽车蓄电池组，其特征在于：通过导线依次连接接线端子、整流逆变智能模块和电动汽车蓄电池组，整流逆变智能模块的控制端设置连接PLC工控系统，接线端子和整流逆变智能模块之间的导线上设置交流接触器的触点，整流逆变智能模块和蓄电池组之间的导线上设置充电逆变控制开关，交流接触器和充电逆变控制开关的控制端连接PLC工控系统，PLC工控系统的数据端设置触摸屏，壳体上设置接线端子、触摸屏和蓄电池组接口。

2.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池智能充电桩，其特征在于：所述的PLC工控系统包括SIEMENS－S7PLC芯片，充电逆变控制开关包括中间继电器和接触器，中间继电器的触点与接触器的线圈串联，接触器的触点连接在整流逆变智能模块和蓄电池组之间的导线上，PLC工控系统的输出端连接中间继电器的线圈。

3.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池智能充电桩，其特征在于：所述的蓄电池组与充电逆变控制开关之间的导线上设置电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器的输出端通过信号处理模块连接PLC工控系统的数据输入端。

4.根据权利要求1所述的电动汽车蓄电池智能充电桩，其特征在于：所述的PLC工控系统设置温度传感器，温度传感器的输出端连接PLC工控系统，PLC工控系统设定温度上限值，蓄电池组温度超限后，PLC工控系统停机保护。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的电动汽车蓄电池智能充电桩，其特征在于：所述的PLC工控系统设置通讯接口连接上位机。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的电动汽车蓄电池智能充电桩，其特征在于：所述的PLC工控系统设置控制程序，通过触摸屏选择电池类型，然后PLC工控系统控制整流逆变智能模块进行充电，对免维护蓄电池、镉镍蓄电池充电工艺采用恒流－恒压充电法；对铅酸开口蓄电池，使用两步恒流法。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的电动汽车蓄电池智能充电桩，其特征在于：所述的PLC工控系统记录和存储充电时的运行时间、电流、电压和温度变化，并且通过触摸屏显示。

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