CN106160145A - 家用电动车的充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种家用电动车的充电装置，包括整流模块、滤波模块、充电接口、蓄电池组和串并联转换模块；电网通过整流模块、滤波模块和充电接口输出电能给电动车充电，并通过串并联转换模块与蓄电池组连接并充电；蓄电池组给电动车提供充电电源；串并联转换模块将蓄电池组中的蓄电池并联充电，或串联给电动车充电。本发明在蓄电池充电时让蓄电池并联，实现不采用升压模块对蓄电池充电，而对电动车快速充电时让蓄电池串联升压充电，实现电动车的快速充电；本发明采用了各类保护模块，保证了家用电动车的充电装置的安全稳定运行；采用定时模块，实现了充电装置的定时运行，使用更加方便；本发明能够快速对电动车充电，而且电路简单可靠，稳定性高。

Description

家用电动车的充电装置
技术领域
本发明具体涉及一种家用电动车的充电装置。
背景技术
随着我国经济技术的发展，环境问题也日益突出，人们的环保意识也已经越来越强。
电能作为现今世界最重要的二次能源，因其具有清洁、可靠和易获取的特点，已经成为了未来世界发展的首选能源之一。电动车作为纯粹使用电能的交通工具，其具有噪声小、零排放等优点，现在已经在世界各个国家广泛普及。
目前，由于居民电网供电负荷限制，电动车的家庭充电桩一般采用220V交流慢速充电方式，充电电流不大于16A，充电功率约为3.5kW。由于充电过程存在不可避免的损耗，对一部30kWh的电动车进行充电，充电时间长达10小时。因此，充电时间过长已经成为了制约电动车或纯电动技术广泛普及的瓶颈之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够快速对电动车进行充电的家用电动车的充电装置。
本发明提供的这种家用电动车的充电装置，包括整流模块、滤波模块和充电接口，还包括蓄电池组和串并联转换模块；电网电源通过整流模块和滤波模块后，输出的直流电能分为两路，一路通过串并联转换模块与蓄电池组连接和给蓄电池组充电，另一路通过充电接口给电动车充电；蓄电池组包括至少两台蓄电池，用于需要快速充电时给电动车提供充电电源；串并联转换模块在蓄电池组处于充电状态时将蓄电池组以并联状态连接以便于蓄电池充电，而在蓄电池组处于放电状态时将蓄电池组以串联状态连接以便于蓄电池给电动车充电。
所述的家用电动车的充电装置还包括隔离模块；隔离模块串接在充电接口之前，滤波模块和串并联转换模块均通过隔离模块与充电接口连接；隔离模块用于隔离电网电源部分和蓄电池组电源部分，保证电网电源和蓄电池组电源的安全；隔离模块还用于隔离电源部分和电动车，用于保证电动车充电使用的安全。
所述的隔离模块为机械开关。
所述的串并联转换模块包括串联开关、并联开关和控制器；串联开关用于将蓄电池组中的所有蓄电池连接在串接状态；并联开关用于将蓄电池组中的所有蓄电池连接在并联状态；控制器用于产生驱动信号控制串联开关和并联开关的开通和关断。
所述的串并联转换模块还包括温度传感器；温度传感器与控制器连接，用于测量蓄电池组的温度，并将测量的温度信息传入控制器。
所述的串并联转换模块还包括过充/过放保护芯片；过充/过放保护芯片与蓄电池组连接，用于检测蓄电池组的充电/放电状态，保证蓄电池组不会过充/过放。
所述的串并联转换模块还包括输入/输出电路；输入/输出电路与控制器连接，用于对外显示所述家用电动车的充电装置的状态参数，或者用于接收对所述家用电动车的充电装置进行参数设置。
所述的串联开关和并联开关与蓄电池组中蓄电池的连接，具体为串联开关有N-1个，分别连接在第i-1个蓄电池的负极与第i个蓄电池的正极之间，并联开关有2N-2个，分别连接在第i-1个蓄电池的正极与第i个蓄电池的正极之间；其中N为蓄电池组中蓄电池的个数；i的取值为2~N之间的自然数。
所述的串并联转换模块还包括串并联转换互锁保护电路；串并联转换互锁保护电路连接在控制器与串联开关、并联开关之间，串并联转换互锁保护电路用于通过逻辑互锁的方式保证串联开关和并联开关无法同时接通。
所述的串并联转换互锁保护电路包括与非门和光电耦合器；控制器发出的串联开关控制信号通过与非门反向后，通过光电耦合器直接驱动串联开关动作；通过与非门反向后的串联开关控制信号同时连接到并联开关控制信号的与非门的第一输入端，并联开关控制信号的与非门的第二输入端连接控制器发出的并联开关控制信号，并联开关控制信号与通过与非门反向后的串联开关控制信号通过与非门，再通过光电耦合器直接驱动并联开关动作。
所述的串并联转换模块还包括定时电路；定时电路与控制器连接，用于设置所述家用电动车的充电装置的自动启动和自动停止的时间，并将设置的时间传入控制器，控制器根据设置的时间控制所述充电装置自动启动或停止。
所述的定时电路为包括RTC时钟芯片DS1302和EEPROM芯片24LC64的定时电路；RTC时钟芯片DS1302用于维护系统的时间，EEPROM芯片24LC64用于保存设置的定时时间。
所述的控制器的型号为MC9S08AW32。
所述的过充/过放保护芯片的型号为S-8241。
所述的温度传感器的型号为LM35。
本发明提供的这种家用电动车的充电装置，通过串并联开关实现了蓄电池的串并联转换，在蓄电池充电时让蓄电池并联，实现不采用升压模块对蓄电池充电，而在需要对电动车快速充电时让蓄电池串联连接，实现蓄电池组升压充电，保证了电动车的快速充电；此外，本发明采用了各类保护模块，保证了家用电动车的充电装置的安全稳定运行；采用定时模块，实现了充电装置的定时运行，使用更加方便；本发明实现了快速对电动车进行充电的功能，而且电路简单可靠，稳定性高。
附图说明
图1为本发明的功能模块图。
图2为本发明的一种实施例的功能模块图。
图3为本发明的蓄电池组与串并联开关连接的连接示意图。
图4为本发明的串并联转换互锁保护电路的一种实施例的电路原理图。
图5为本发明的定时电路的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
如图1和图2所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种家用电动车的充电装置，包括整流模块、滤波模块、蓄电池组、串并联转换模块和隔离模块；电网电源通过整流模块和滤波模块后，通过隔离模块（优选采用机械开关）输出直流电能给电动车充电，同时还通过隔离模块、串并联转换模块与蓄电池组连接，给蓄电池组充电；蓄电池组包括至少两台蓄电池，用于需要快速充电时给电动车提供充电电源；串并联转换模块在蓄电池组处于充电状态时将蓄电池组以并联状态连接以便于蓄电池充电，而在蓄电池组处于放电状态时将蓄电池组以串联状态连接以便于蓄电池给电动车充电；隔离模块串接在滤波模块和串并联转换模块之间，用于隔离电网电源部分和蓄电池组电源部分，保证两个电源各自的安全。
串并联转换模块包括串联开关、并联开关、控制器、温度传感器、过充/过放保护芯片、输入/输出电路、串并联转换互锁保护电路和定时电路；串联开关用于将蓄电池组中的所有蓄电池连接在串接状态；并联开关用于将蓄电池组中的所有蓄电池连接在并联状态；控制器用于产生驱动信号控制串联开关和并联开关的开通和关断；温度传感器与控制器连接，用于测量蓄电池组的温度，并将测量的温度信息传入控制器；过充/过放保护芯片与蓄电池组连接，用于检测蓄电池组的充电/放电状态，保证蓄电池组不会过充/过放；输入/输出电路与控制器连接，用于对外显示所述家用电动车的充电装置的状态参数，或者用于接收对所述家用电动车的充电装置进行参数设置；串并联转换互锁保护电路连接在控制器与串联开关、并联开关之间，串并联转换互锁保护电路用于通过逻辑互锁的方式保证串联开关和并联开关无法同时接通；定时电路与控制器连接，用于设置所述家用电动车的充电装置的自动启动和自动停止的时间，并将设置的时间传入控制器，控制器根据设置的时间控制所述充电装置自动启动或停止。
控制器的型号为MC9S08AW32。过充/过放保护芯片的型号为S-8241。温度传感器的型号为LM35。串联开关和并联开关可以采用继电器、IGBT、三极管或MOSFET等具有开通和关断功能的开关即可。
如图3所示为本发明的蓄电池组与串并联开关连接的连接示意图：图中蓄电池组共有N台蓄电池，图中标号分为别B-1、B-2、B-3、……、B-N；图中开关K1为隔离开关；图中标号为S-2、S-4、……S-(2N-2)的开关为串联开关，图中标号为S-1、S-3、S-5、S-7、……S-(4N-7)和S-(4N-5)的开关为并联开关。如图可以看出：当并联开关全部闭合且串联开关全部断开时，图中的N台蓄电池均为并联状态，此时N台蓄电池处于充电状态，电网给蓄电池充电，由于N台蓄电池处于并联状态，因此经过整流后的电网电源不需要升压模块即可给N台蓄电池同时充电；当串联开关全部闭合且并联开关全部断开时，图中的N台蓄电池全部串接在一起，此时N台蓄电池构成的蓄电池组处于放电状态，用于给电动车充电，由于N台蓄电池处于串联状态，因此蓄电池组的端口电压较高，能够实现电动车的高压快速充电。
如图4所示为本发明的串并联转换互锁保护电路的一种实施例的电路原理图：串并联转换互锁保护电路包括与非门和光电耦合器；图中U2、U4、U6为与非门；S2_MCU为控制器发出的串联开关控制信号，S1_MCU和S3_MCU为控制器发出的并联开关控制信号；控制器发出的串联开关控制信号S2_MCU同时连接与非门U4的两个输入端，通过与非门U4反向后，通过光电耦合器（图中标示U3）直接驱动串联开关（本实施例采用的开关为继电器，图中标示RL2）动作；通过与非门反向后的串联开关控制信号同时连接到并联开关控制信号的与非门U2和U6的第一输入端，并联开关控制信号的与非门的第二输入端连接控制器发出的并联开关控制信号S1_MCU和S3_MCU，并联开关控制信号与通过与非门反向后的串联开关控制信号通过与非门，再通过光电耦合器U1和U5直接驱动并联开关动作；图中标示D1、D2、D3的二极管为续流二极管，作用是在继电器控制线圈由导通变成截止时，为控制线圈提供续流回路，防止线圈感应电动势升高，击穿回路；光耦可以选用达林顿管输出光耦4N35。
通过电路图可以得到最终的开关信号S1、S2和S3为：S2=S2_MCU，S1=S1_MCU&(-S2_MCU)，S3=S3_MCU&(-S2_MCU)；因此可以知道若S2_MCU为高电平，则无论S1_MCU和S3_MCU为高电平或低电平，最终得到的开关控制信号均为S1=S3=0，S2=1，从而实现了串并联开关管的驱动转换信号互锁。
如图5所示为发明的定时电路的一种实施例的电路原理图：定时电路为包括RTC时钟芯片DS1302和EEPROM芯片24LC64的定时电路；RTC时钟芯片DS1302用于维护系统的时间，EEPROM芯片24LC64用于保存设置的定时时间。
具体的，控制器采用型号为MC9S08AW32的控制器，芯片的22、44和54引脚连接电源；21、59、45和55引脚直接接地；芯片的57和58引脚连接由电阻R10、晶振Y2、电阻R14和滤波电容C3、C4组成的基准晶振电路；芯片的3脚为重启引脚，通过上拉电阻R15接电源，同时通过滤波电容C5接地；33、34和35引脚分别与EEPROM芯片24LC64的5、6和7脚连接，同时也通过各自的上拉电阻（R11、R12和R13）与电源连接；39脚与RTC时钟芯片DS1302的I/O引脚（6号引脚）连接，42、43引脚与RTC时钟芯片DS1302的5脚、7脚连接，同时也通过各自的上拉电阻（R7和R8）与电源连接；EEPROM芯片24LC64的1~4脚均与地连接，8脚与电源连接，同时还通过滤波电容C2与地连接；RTC时钟芯片DS1302的1脚与电源连接，也通过滤波电容C1接地，还通过电阻R9与6脚连接；8脚通过电池BT1连接；2脚和3脚之间连接晶振Y1。

Claims (15)

1.一种家用电动车的充电装置，包括整流模块、滤波模块和充电接口，其特征在于还包括蓄电池组和串并联转换模块；电网电源通过整流模块和滤波模块后，输出直流电能分为两路，一路通过串并联转换模块与蓄电池组连接和给蓄电池组充电，另一路通过充电接口给电动车充电；蓄电池组包括至少两台蓄电池，用于需要快速充电时给电动车提供充电电源；串并联转换模块在蓄电池组处于充电状态时将蓄电池组以并联状态连接以便于蓄电池充电，而在蓄电池组处于放电状态时将蓄电池组以串联状态连接以便于蓄电池给电动车充电。
2.根据权利要求1所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的家用电动车的充电装置还包括隔离模块；隔离模块串接在充电接口之前，滤波模块和串并联转换模块均通过隔离模块与充电接口连接；隔离模块用于隔离电网电源部分和蓄电池组电源部分，保证电网电源和蓄电池组电源的安全；隔离模块还用于隔离电源部分和电动车，保证电动车和使用人的安全。
3.根据权利要求2所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的隔离模块为机械开关。
4.根据权利要求1~3之一所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换模块包括串联开关、并联开关和控制器；串联开关用于将蓄电池组中的所有蓄电池连接在串接状态；并联开关用于将蓄电池组中的所有蓄电池连接在并联状态；控制器用于产生驱动信号控制串联开关和并联开关的开通和关断。
5.根据权利要求4所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换模块还包括温度传感器；温度传感器与控制器连接，用于测量蓄电池组的温度，并将测量的温度信息传入控制器。
6.根据权利要求1~3之一所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换模块还包括过充/过放保护芯片；过充/过放保护芯片与蓄电池组连接，用于检测蓄电池组的充电/放电状态，保证蓄电池组不会过充/过放。
7.根据权利要求4所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换模块还包括输入/输出电路；输入/输出电路与控制器连接，用于对外显示所述家用电动车的充电装置的状态参数，或者用于接收对所述家用电动车的充电装置进行参数设置。
8.根据权利要求4所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串联开关和并联开关与蓄电池组中蓄电池的连接，具体为串联开关有N-1个，分别连接在第i-1个蓄电池的负极与第i个蓄电池的正极之间，并联开关有2N-2个，分别连接在第i-1个蓄电池的正极极与第i个蓄电池的正极之间；其中N为蓄电池组中蓄电池的个数；i的取值为2~N之间的自然数。
9.根据权利要求4所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换模块还包括串并联转换互锁保护电路；串并联转换互锁保护电路连接在控制器与串联开关、并联开关之间，串并联转换互锁保护电路用于通过逻辑互锁的方式保证串联开关和并联开关无法同时接通。
10.根据权利要求9所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换互锁保护电路包括与非门和光电耦合器；控制器发出的串联开关控制信号通过与非门反向后，通过光电耦合器直接驱动串联开关动作；通过与非门反向后的串联开关控制信号同时连接到并联开关控制信号的与非门的第一输入端，并联开关控制信号的与非门的第二输入端连接控制器发出的并联开关控制信号，并联开关控制信号与通过与非门反向后的串联开关控制信号通过与非门，再通过光电耦合器直接驱动并联开关动作。
11.根据权利要求4所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的串并联转换模块还包括定时电路；定时电路与控制器连接，用于设置所述家用电动车的充电装置的自动启动和自动停止的时间，并将设置的时间传入控制器，控制器根据设置的时间控制所述充电装置自动启动或停止。
12.根据权利要求11所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的定时电路为包括RTC时钟芯片DS1302和EEPROM芯片24LC64的定时电路；RTC时钟芯片DS1302用于维护系统的时间，EEPROM芯片24LC64用于保存设置的定时时间。
13.根据权利要求4所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的控制器的型号为MC9S08AW32。
14.根据权利要求5所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的温度传感器的型号为LM35。
15.根据权利要求6所述的家用电动车的充电装置，其特征在于所述的过充/过放保护芯片的型号为S-8241。
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