CN105553040A - 基于开关自控的交流充电站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于开关自控的交流充电站，包括充电控制开关阵列、飞思卡尔MC9S12芯片和多个充电桩主体结构，充电控制开关阵列包括多个充电控制开关，飞思卡尔MC9S12芯片与充电控制开关阵列和多个充电桩主体结构分别连接，通过对多个充电控制开关的控制实现对多个充电桩主体结构的开启或关闭。通过本发明，能够根据实际需求，控制交流充电站的多个充电桩主体结构的开启或关闭。
Description
技术领域
本发明涉及充电站领域，尤其涉及一种基于开关自控的交流充电站。
背景技术
早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现已很少采用。应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管(如GTO、MOSFET、BTR及IGBT等)斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。
在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。
当前，交流电动汽车占据了电动汽车的一定比例的市场。对于一个交流充电站来说，需要设置一个或多个交流充电桩，以应对交流电动汽车扎推充电的情况。
这时，交流充电站的管理者将面临一个难题：如何控制每一个交流充电桩的开启状态。如果全部交流充电桩全部开启但附近需要充电的交流电动汽车不多，将导致很多交流充电桩长期处于无电动汽车可充电的空闲状态，浪费一定的电力资源，相反，如果少量交流充电桩开启但附近需要充电的交流电动汽车很多，将导致很多交流电动汽车排队充电的情况发生，降低了充电效率，给用户带来不好的使用体验。
另外，现有技术中的交流充电桩的结构不够合理，功能较为单一，工作效率低下，无法满足日益挑剔的交流电动汽车驾驶员的需求，需要对其内部硬件结构进行优化。
因此，需要一种新型交流充电站，能够改造现有技术中的交流充电桩的结构，优化现有功能，提高工作效率；能够在交流充电站内部集成汽车类型检测设备和统计设备，以基于电动汽车占据汽车总量的百分比自动控制交流充电站内部开启的交流充电桩的数量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于开关自控的交流充电站，通过引入汽车检测设备和尾气检测设备分别对附近道路上行驶的汽车总数和非电动汽车总数进行统计，进一步计算电动汽车总数，基于电动汽车总数占据汽车总数的百分比控制每一个交流充电桩的开关状态，从而使得交流充电站配置的运行中的交流充电桩数量与附近道路上行驶的电动汽车数量相适应，其中通过充电控制开关阵列实现对多个交流充电桩的同时开关控制，另外，还对每一个交流充电桩的内部结构进行整合和优化，提高了整个交流充电站的工作效率。
根据本发明的一方面，提供了一种基于开关自控的交流充电站，所述充电站包括充电控制开关阵列、飞思卡尔MC9S12芯片和多个充电桩主体结构，充电控制开关阵列包括多个充电控制开关，飞思卡尔MC9S12芯片与充电控制开关阵列和多个充电桩主体结构分别连接，通过对多个充电控制开关的控制实现对多个充电桩主体结构的开启或关闭。
更具体地，在所述基于开关自控的交流充电站中，包括：充电控制开关阵列，包括多个充电控制开关，每一个充电控制开关与一个充电桩主体结构的市电连接接口连接，用于切断或恢复对应充电桩主体结构对市电线路上的交流电的接收，以实现对对应充电桩主体结构的开启关闭操作，其中，充电控制开关阵列中充电控制开关的数量与充电桩主体结构的数量相同；定时器，用于实时提供定时信号；汽车检测设备，设置在充电站位置，包括存储设备和GPRS通信设备，存储设备用于预先存储GPS电子地图，GPRS通信设备与存储设备连接，接收交管中心发送的、GPS电子地图中充电站附近道路上行驶车辆的GPS实时数据，当GPS实时数据与尾气检测点的GPS位置相同时，发出汽车通过信号；尾气检测设备，设置在充电站附近道路上的尾气检测点，用于检测尾气检测点附近的氮氧化合物浓度，并当氮氧化合物浓度大于等于预设浓度阈值时，发出尾气浓度超标信号；多个充电桩主体结构，分别设置在多个机柜上，每一个充电桩主体结构包括市电连接接口、散热片、电源分流设备、温度检测设备、交流双向可控硅、计量设备、直流电源、收费设备、充电插座和触摸显示设备；市电连接接口与市电线路连接，用于接收并输出交流电；电源分流设备与市电连接接口连接，包括空气开关、漏电保护器和分流端子排，空气开关与市电连接接口连接，漏电保护器与空气开关连接，分流端子排与漏电保护器连接，分流端子排与直流电源连接；交流双向可控硅为一可控开关器件，设置在电源分流设备和计量设备之间，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于在飞思卡尔MC9S12芯片的控制下，控制自身输入端和输出端的连接和断开；温度检测设备设置在散热片上，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内部温度发送给飞思卡尔MC9S12芯片，以为飞思卡尔MC9S12芯片对交流双向可控硅的控制提供参考信号；充电插座与计量设备连接，用于容纳电动汽车的充电插头，为电动汽车的电池进行充电；计量设备与交流双向可控硅连接，用于检测经过充电插座为电动汽车的电池进行充电的电量数额；直流电源与市电连接接口连接，将市电连接接口输入的交流电进行转换，以分别为收费设备和触摸显示设备提供电力供应；飞思卡尔MC9S12芯片，与每一个充电桩主体结构的收费设备、触摸显示设备和计量设备分别连接，用于基于计量设备输出的电量数额确定收费金额，将收费金额发送给收费设备以为电动汽车用户提供交费接口，触摸显示设备用于为电动汽车用户提供的人机交互接口；飞思卡尔MC9S12芯片还与定时器、汽车检测设备、尾气检测设备和多个充电控制开关分别连接，当接收到有汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到有汽车通过信号且接收到尾气浓度超标信号时，油类汽车数量自加1，电动车数量为汽车数量减去油类汽车数量，汽车数量、油类汽车数量和电动车数量每天自动清零，基于电动车数量占据汽车数量的百分比关闭充电站内充电桩主体结构，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，关闭的充电站内充电桩主体结构的数量越少；手动控制设备，与充电控制开关阵列的多个充电控制开关分别连接，用于接收用户的输入，实现对多个充电控制开关的手动操作；其中，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，关闭的充电站内充电桩主体结构的数量越少。
更具体地，在所述基于开关自控的交流充电站中：替换地，采用飞思卡尔MC9S12芯片的内置定时单元替换定时器。
更具体地，在所述基于开关自控的交流充电站中，还包括：控制箱，由不锈钢材料铸造而成。
更具体地，在所述基于开关自控的交流充电站中，还包括：飞思卡尔MC9S12芯片位于控制箱内。
更具体地，在所述基于开关自控的交流充电站中：尾气检测设备通过ZIGBEE通信设备与飞思卡尔MC9S12芯片无线连接。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于开关自控的交流充电站的结构方框图。
附图标记：1充电控制开关阵列；2飞思卡尔MC9S12芯片；3充电桩主体结构
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于开关自控的交流充电站的实施方案进行详细说明。
交流充电站一般包括一个或多个交流充电桩，用于对交流电动汽车进行电力补给，避免交流电动汽车因为电力耗尽而抛锚在路上的情况发生，同时，交流充电站作为一个平台设备，还经常设置了一些能够提供充电辅助服务的功能设备。
交流充电站内交流充电桩的电源要求如下：①输入电压：单相220V；②输出功率：单相220V/5KW；③频率：50Hz±2Hz；④允许电压波动范围为：单相220V±15％。交流充电站内交流充电桩的结构要求如下：①交流充电桩(栓)壳体应坚固；②结构上须防止手轻易触及露电部分；③交流充电桩(栓)应选用厚度1.0以上钢组合结构，表面采用浸塑处理，并充分考虑散热的要求，充电桩(栓)应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能；④充电桩(栓)应有足够的支撑强度，应提供必要设施，以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备，且应提供地脚螺栓孔；⑤桩(栓)体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm；⑥桩(栓)体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质；⑦非绝缘材料外壳应可靠接地。
现有技术中的交流电动汽车充电站内的交流充电桩其结构比较粗犷，冗余度高，导致充电效率较为低下，而且提供的辅助功能偏少，给交流电动汽车的驾驶员带来的用户体验比较差。
同时，现有技术中的交流电动汽车充电站只能通过人工操作方式控制管辖的交流充电桩的开启数量，即凭借管理者的历史经验手工控制，这种控制方式并不科学，容易导致在附近道路上行驶的交流电动汽车很少时，交流充电站内所有交流充电桩全部运行，造成电力能源的浪费，或者，在附近道路上行驶的需要充电的交流电动汽车数量远远超过空闲交流充电桩的数量。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于开关自控的交流充电站，一方面，能够根据交流充电站附近道路的交流电动汽车具体数量自适应设置自己内部直流充电桩的开启数量，从而实现二者的相适应，提高充电站设备的自动化程度；另一方面，能够改造每一个交流充电桩的结构和功能，提高交流充电桩的工作性能，从而解决上述技术问题。
图1为根据本发明实施方案示出的基于开关自控的交流充电站的结构方框图，所述充电站包括充电控制开关阵列、飞思卡尔MC9S12芯片和多个充电桩主体结构，充电控制开关阵列包括多个充电控制开关，飞思卡尔MC9S12芯片与充电控制开关阵列和多个充电桩主体结构分别连接，通过对多个充电控制开关的控制实现对多个充电桩主体结构的开启或关闭。
接着，继续对本发明的基于开关自控的交流充电站的具体结构进行进一步的说明。
所述充电站包括：充电控制开关阵列，包括多个充电控制开关，每一个充电控制开关与一个充电桩主体结构的市电连接接口连接，用于切断或恢复对应充电桩主体结构对市电线路上的交流电的接收，以实现对对应充电桩主体结构的开启关闭操作，其中，充电控制开关阵列中充电控制开关的数量与充电桩主体结构的数量相同。
所述充电站包括：定时器，用于实时提供定时信号。
所述充电站包括：汽车检测设备，设置在充电站位置，包括存储设备和GPRS通信设备，存储设备用于预先存储GPS电子地图，GPRS通信设备与存储设备连接，接收交管中心发送的、GPS电子地图中充电站附近道路上行驶车辆的GPS实时数据，当GPS实时数据与尾气检测点的GPS位置相同时，发出汽车通过信号。
所述充电站包括：尾气检测设备，设置在充电站附近道路上的尾气检测点，用于检测尾气检测点附近的氮氧化合物浓度，并当氮氧化合物浓度大于等于预设浓度阈值时，发出尾气浓度超标信号。
所述充电站包括：多个充电桩主体结构，分别设置在多个机柜上，每一个充电桩主体结构包括市电连接接口、散热片、电源分流设备、温度检测设备、交流双向可控硅、计量设备、直流电源、收费设备、充电插座和触摸显示设备。
市电连接接口与市电线路连接，用于接收并输出交流电；电源分流设备与市电连接接口连接，包括空气开关、漏电保护器和分流端子排，空气开关与市电连接接口连接，漏电保护器与空气开关连接，分流端子排与漏电保护器连接，分流端子排与直流电源连接。
交流双向可控硅为一可控开关器件，设置在电源分流设备和计量设备之间，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于在飞思卡尔MC9S12芯片的控制下，控制自身输入端和输出端的连接和断开；温度检测设备设置在散热片上，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内部温度发送给飞思卡尔MC9S12芯片，以为飞思卡尔MC9S12芯片对交流双向可控硅的控制提供参考信号。
充电插座与计量设备连接，用于容纳电动汽车的充电插头，为电动汽车的电池进行充电；计量设备与交流双向可控硅连接，用于检测经过充电插座为电动汽车的电池进行充电的电量数额；直流电源与市电连接接口连接，将市电连接接口输入的交流电进行转换，以分别为收费设备和触摸显示设备提供电力供应。
所述充电站包括：飞思卡尔MC9S12芯片，与每一个充电桩主体结构的收费设备、触摸显示设备和计量设备分别连接，用于基于计量设备输出的电量数额确定收费金额，将收费金额发送给收费设备以为电动汽车用户提供交费接口，触摸显示设备用于为电动汽车用户提供的人机交互接口。
飞思卡尔MC9S12芯片还与定时器、汽车检测设备、尾气检测设备和多个充电控制开关分别连接，当接收到有汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到有汽车通过信号且接收到尾气浓度超标信号时，油类汽车数量自加1，电动车数量为汽车数量减去油类汽车数量，汽车数量、油类汽车数量和电动车数量每天自动清零，基于电动车数量占据汽车数量的百分比关闭充电站内充电桩主体结构，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，关闭的充电站内充电桩主体结构的数量越少。
所述充电站包括：手动控制设备，与充电控制开关阵列的多个充电控制开关分别连接，用于接收用户的输入，实现对多个充电控制开关的手动操作；其中，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，关闭的充电站内充电桩主体结构的数量越少。
可选地，在所述基于开关自控的交流充电站中：替换地，采用飞思卡尔MC9S12芯片的内置定时单元替换定时器；所述充电站还可以包括：控制箱，由不锈钢材料铸造而成；所述充电站还可以包括：飞思卡尔MC9S12芯片位于控制箱内；以及尾气检测设备可以通过ZIGBEE通信设备与飞思卡尔MC9S12芯片无线连接。
另外，GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球定位系统)的简称。GPS起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用。20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报搜集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座己布设完成。
利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS是由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范，他极大地提高了地球社会的信息化水平，有力地推动了数字经济的发展。
采用本发明的基于开关自控的交流充电站，针对现有技术只能依靠人工方式对充电桩进行开关管理的技术问题，首先，获取关键数据，通过对附近道路上行驶的汽车的类型进行数据采集，基于采集到的数据进行分析，基于分析结果采用开关阵列的方式对多个充电桩进行自动化开关控制，从而避免了能源的浪费，进一步地，还对每一个充电桩进行结构改造，提高了整个交流充电站的工作效率。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种基于开关自控的交流充电站，所述充电站包括充电控制开关阵列、飞思卡尔MC9S12芯片和多个充电桩主体结构，充电控制开关阵列包括多个充电控制开关，飞思卡尔MC9S12芯片与充电控制开关阵列和多个充电桩主体结构分别连接，通过对多个充电控制开关的控制实现对多个充电桩主体结构的开启或关闭。
2.如权利要求1所述的基于开关自控的交流充电站，其特征在于，所述充电站包括：
充电控制开关阵列，包括多个充电控制开关，每一个充电控制开关与一个充电桩主体结构的市电连接接口连接，用于切断或恢复对应充电桩主体结构对市电线路上的交流电的接收，以实现对对应充电桩主体结构的开启关闭操作，其中，充电控制开关阵列中充电控制开关的数量与充电桩主体结构的数量相同；
定时器，用于实时提供定时信号；
汽车检测设备，设置在充电站位置，包括存储设备和GPRS通信设备，存储设备用于预先存储GPS电子地图，GPRS通信设备与存储设备连接，接收交管中心发送的、GPS电子地图中充电站附近道路上行驶车辆的GPS实时数据，当GPS实时数据与尾气检测点的GPS位置相同时，发出汽车通过信号；
尾气检测设备，设置在充电站附近道路上的尾气检测点，用于检测尾气检测点附近的氮氧化合物浓度，并当氮氧化合物浓度大于等于预设浓度阈值时，发出尾气浓度超标信号；
多个充电桩主体结构，分别设置在多个机柜上，每一个充电桩主体结构包括市电连接接口、散热片、电源分流设备、温度检测设备、交流双向可控硅、计量设备、直流电源、收费设备、充电插座和触摸显示设备；
市电连接接口与市电线路连接，用于接收并输出交流电；
电源分流设备与市电连接接口连接，包括空气开关、漏电保护器和分流端子排，空气开关与市电连接接口连接，漏电保护器与空气开关连接，分流端子排与漏电保护器连接，分流端子排与直流电源连接；
交流双向可控硅为一可控开关器件，设置在电源分流设备和计量设备之间，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于在飞思卡尔MC9S12芯片的控制下，控制自身输入端和输出端的连接和断开；
温度检测设备设置在散热片上，与飞思卡尔MC9S12芯片连接，用于检测机柜内部温度并将机柜内部温度发送给飞思卡尔MC9S12芯片，以为飞思卡尔MC9S12芯片对交流双向可控硅的控制提供参考信号；
充电插座与计量设备连接，用于容纳电动汽车的充电插头，为电动汽车的电池进行充电；
计量设备与交流双向可控硅连接，用于检测经过充电插座为电动汽车的电池进行充电的电量数额；
直流电源与市电连接接口连接，将市电连接接口输入的交流电进行转换，以分别为收费设备和触摸显示设备提供电力供应；
飞思卡尔MC9S12芯片，与每一个充电桩主体结构的收费设备、触摸显示设备和计量设备分别连接，用于基于计量设备输出的电量数额确定收费金额，将收费金额发送给收费设备以为电动汽车用户提供交费接口，触摸显示设备用于为电动汽车用户提供的人机交互接口；
飞思卡尔MC9S12芯片还与定时器、汽车检测设备、尾气检测设备和多个充电控制开关分别连接，当接收到有汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到有汽车通过信号且接收到尾气浓度超标信号时，油类汽车数量自加1，电动车数量为汽车数量减去油类汽车数量，汽车数量、油类汽车数量和电动车数量每天自动清零，基于电动车数量占据汽车数量的百分比关闭充电站内充电桩主体结构，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，关闭的充电站内充电桩主体结构的数量越少；
手动控制设备，与充电控制开关阵列的多个充电控制开关分别连接，用于接收用户的输入，实现对多个充电控制开关的手动操作；
其中，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，关闭的充电站内充电桩主体结构的数量越少。
3.如权利要求2所述的基于开关自控的交流充电站，其特征在于：
替换地，采用飞思卡尔MC9S12芯片的内置定时单元替换定时器。
4.如权利要求2所述的基于开关自控的交流充电站，其特征在于，还包括：
控制箱，由不锈钢材料铸造而成。
5.如权利要求4所述的基于开关自控的交流充电站，其特征在于，还包括：
飞思卡尔MC9S12芯片位于控制箱内。
6.如权利要求5所述的基于开关自控的交流充电站，其特征在于：
尾气检测设备通过ZIGBEE通信设备与飞思卡尔MC9S12芯片无线连接。
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Inventor after: Chen Wenzao Inventor after: Yan Shufang Inventor after: Zhu Guofu Inventor after: Zhang Xiaodong Inventor after: Wen Gang Inventor after: Cao Xiaofeng Inventor after: Feng Zijiao Inventor before: Li Jiahua |
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Effective date of registration: 20170417 Address after: 214432 Xinhua Village, Chengjiang street, Jiangsu, Jiangyin Applicant after: Jianyin Changyi Group Address before: 510665 Guangdong city of Guangzhou province Tianhe District Software Park Building No. 59 Middle East block, Grand Building Room 501 Applicant before: Guangdong million cattle Intellectual Property Operation Co., Ltd. |
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