CN106921207A - 电动车直流充电桩 - Google Patents

Abstract

本发明所述的电动车直流充电桩，通过防雷模块、输入保护断路器和触电保护模块，保证了充电桩工作状态的安全性和稳定性，通过三相桥式全控整流电路和三相全桥电压型逆变电路，提供了比一般电动汽车充电桩电压更高的直流电压，缩短了电动汽车的充电时间，通过微处理器智能控制，实现了直流充电桩的智能化充电，同时通信单元中 WIFI 模块接口与微处理器单元连接，通过手机 APP 实现客户端的实时监控等功能 , 交流电能表用以对充电桩工作所用电量进行计量 , 直流电能表用以对客户实际所用充电电量进行计量 , 真实的反应电动汽车用户充电所消耗的电能等缺陷的问题。

Description

电动车直流充电桩

技术领域

本发明涉及一种充电桩，具体涉及一种电动车直流充电桩。

背景技术

电动汽车是依电力为动力源，依电动机取代燃油发动机的电力汽车，不仅能够实现零排放，低噪音，无污染，并且可以大量节省日益枯竭的石油能源。随着电动汽车专用铿铁电池技术的日益成熟与应用，电动汽车已成为世界汽车工业发展的热点与必然趋势。而要使电动汽车真正的运行发展起来，还需要大力开发建造电动汽车直流充电桩的电源控制系统，当前阻碍其推广应用的一个重要原因在于充电桩的建设。还有一个原因就是电动汽车的充电时间。目前充电桩分为两种，一种为交流充电桩，一种为直流充电桩,交流充电桩是输出220V的交流电经过车载充电机给蓄电池充电;而直流充电桩是可以输出高电压直流电压及直流大电流直接给蓄电池充电。直流充电桩充电时间要比交流充电桩充电时间短，因此，直流充电桩得到许多客户的欢迎。由于整个电动汽车充电桩行业都处于起步及技术摸索阶段，目前市面上的充电桩从外观结构、电气设计、控制机理都存大很大的改进空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中用于电动汽车的直流充电桩智能化程度不高、功能不够完备；不能做到设备互联互通，无法通过手机APP实现客户端的实时监控等功能；计量端口的数据不能真实的反应电动汽车用户充电所消耗的电能等缺陷的问题。

针对上述电动汽车所涉及的充电问题，本发明提供一种电动车直流充电桩，其特征在于，所述的电动车直流充电桩主要包括:防雷模块、输入保护断路器、触电保护模块、桥式整流滤波单元、IGBT桥单元、高频变压器、输出整流滤波单元、驱动模块、微处理器单元、扩展接口模块、人机操作单元、通信单元、USB接口、语音模块及交流电能表和直流电能表。

所述交流三相电压380VAC依次通过交流电能表、防雷模块、输入保护断路器和触电保护模块，触电保护模块输出连接有桥式整流滤波单元、IGBT桥单元输入与桥式整流滤波单元连接；输出送往高频变压器，输出整流滤波单元输入与高频变压器连接，输出送往充电枪。

所述微处理器单元接收来自交流电压传感器和温度传感器的信号,发出控制信号给驱动模块，驱动模块控制IGBT桥单元工作。

所述微处理器单元与扩展接口模块、语音模块及USB接口连接。

所述扩展接口模块外接人机操作单元和通信单元，其中人机操作单元包括触摸屏、打印机及读卡器；通信单元包括232接口、CAN接口及WIFI串口模块。

所述交流电能表接在交流电源输入端，采用232通讯方式与扩展接口模块中的通信单元232A接口连接；直流电能表接在充电枪输入端，采用232通讯方式与扩展接口模块中的通信单元232B接口连接。

所述通信单元中包括2个232总线接口、1个以上CAN总线接口及1个WIFI。

所述电能表计量包括交流电能表和直流电能表。

本发明的有益效果是:本发明所述的直流充电桩，通过防雷模块、输入保护断路器和触电保护模块，保证了充电桩工作状态的安全性和稳定性，通过三相桥式全控整流电路和三相全桥电压型逆变电路，提供了比一般电动汽车充电桩电压更高的直流电压，缩短了电动汽车的充电时间，通过微处理器智能控制，实现了直流充电桩的智能化充电，同时通信单元中WIFI模块接口与微处理器单元连接，通过手机APP实现客户端的实时监控等功能,交流电能表用以对充电桩工作所用电量进行计量,直流电能表用以对客户实际所用充电电量进行计量, 真实的反应电动汽车用户充电所消耗的电能等缺陷的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的系统框图;

图2是本发明实施例提供的输入保护断路器电路;

图3是本发明实施例提供的WIFI串口模块工作原理框图。

发明内容

下面结合附图对本发明做进一步说明:

图1是电动车直流充电桩系统框图，包括:防雷模块1、输入保护断路器2、触电保护模块3、桥式整流滤波单元4、IGBT桥单元5、高频变压器6、输出整流滤波单元7、驱动模块8、微处理器单元9、扩展接口模块10、人机操作单元11、通信单元12、USB接口13、语音模块14、交流电压传感器15、温度传感器16、充电枪17及交流电能表18和直流电能表19。

交流三相电压380VAC依次通过交流电能表18、防雷模块1、输入保护断路器2和触电保护模块3，触电保护模块3输出的交流电压送入桥式整流滤波单元4，桥式整流滤波单元4采用的是三相桥式全控整流电路，经过整流滤波后变换为直流电压输出到IGBT桥单元5，用以实现将前级整流电压转换成符合电动汽车充电要求的稳定的直流电压输出，IGBT桥单元5中由IGBT器件组成，IGBT桥单元5实际是一个DC/AC高频逆变电路，直流电经IGBT桥单元5逆变器变换为频率f=I0KHZ的交流方波，经高频变压器6藕合，通过输出整流器7整流成滤波后变为平滑直流电输出到充电枪17供充电使用。

交流电压传感器15将采集到的桥式整流滤波单元4的交流输入信号输入到微处理器9；当输入交流电压超过设定值后，微处理器9发出动作指令给输入保护断路器2，切断交流输入通道。

温度传感器16将IGBT桥单元5工作温度信号输入到微处理器9。IGBT桥单元5中的IGBT和快恢复二极管均工作在高电压、大电流条件下，它们在导通状态下，自身有一定的通态压降;截止状态下，器件有一定的漏电流;这会使器件产生通态损耗和断态损耗。器件在开通和关断过程中会产生开关损耗。所有这些损耗产生大量热能，导致器件工作温度上升，如果超过器件的额定结温，就会导致器件失效,为此设计了过热保护电路。过热保护设计是将温度传感器16安装在紧靠IGBT桥单元5中IGBT和快恢复二极管的散热器上，检测IGBT桥单元5中IGBT、快恢复二极管的壳温,当壳温超过设定的温度值时，微处理器9发出指令给驱动模块8输出改变PWM信号脉冲的占空比，减小控制充电电流。

温度传感器16本发明选用半导体温度传感器DS18B20，DS18B20 的测温范围-55℃~125℃，分辨率最大可达0.0625 ℃。DS18B20 可以直接读出被测温度值。而且采用3 线制与单片机相连，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

微处理器9与扩展接口模块10连接，充电桩的外围设备如触摸液晶屏、打印机、刷卡机、232通讯口以及CAN总线接口都需要用到串口。由于微处理器单元自身串口输出有限，因此需要对微处理器单元上的串口进行扩展，扩展接口模块10使用了一款将高速SPI转换为8路低速DART的接口转换芯片ZLG9518S。

人机操作单元11中包括触摸屏、打印机、读卡器，这些设备的通信口分别与扩展接口模块10连接后再与微处理器9进行通信。

通信单元12中包括232A口、232B口、CAN口及WIFI模块接口，这些通信口分别与扩展接口模块10连接后再与微处理器9进行通信。

微处理器9与 USB接口13、支持通过USB口或SD卡的硬件程序更新。

微处理器9与语音模块14连接，用于触摸屏语音提示及报警。

在交流电源输入端接有交流电能表18，显示交流输入电压、电流及功率，交流电能表18采用232通信口与通信单元12中的 232A口相连接，微处理器9将实时读取交流电能表18中的数据。

在充电枪17的输入端接有直流电能表19，显示充电直流输入电压、电流及功率，直流电能表19采用232通信口与通信单元12中的 232B口相连接，微处理器9将实时读取直流电能表19中的数据。

微处理器9与驱动模块8连接、驱动模块8输出PWM信号给IGBT桥单元5，通过改变脉冲的占空比调压从而达到控制充电电流的目的。

电动汽车电池管理系统采集电动汽车蓄电池相关信息，电动汽车电池管理系统通过CAN总线单元与通信单元12中CAN口连接，微处理器单元9通过CAN口与电动车电池管理系统通信；通过检测电池的端电压，充电电流等参数以提供微处理器单元9进行决策。

CAN口同时与充电站中心服务管理平台通信，充电站中心服务管理平台对管理及运营的数据进行综合分析查询，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩信息；用户充电计费管理等。

通信单元12中WIFI模块接口与微处理器单元连接，通过手机APP实现客户端的实时监控等功能。

图2是本发明实施例提供的输入保护断路器原理图，本发明采用具有分励脱扣器的断路器来实现接通、分断电路，分励脱扣器是一种远距离操纵分闸的附件，当电源电压等于额定控制电源电压的70%-110%之间的任一电压时，就能可靠分断断路器，它具有有过热、过载、短路保护等功能；性能优于一般的断路保护器或空气开关 。

交流电压传感器15将采集到的桥式整流滤波单元4的交流输入信号输入到微处理器9；当输入交流电压超过设定值后，微处理器9发出动作指令给给驱动电路，动作信号经驱动电路功率转换后将驱动电压加在分励脱扣器线圈两端，分励脱扣器线圈得电后产生电磁吸力带动分励脱扣器动作，将输入保护断路器开关触头断开，交流通道被阻断无交流电压输出；为检测分励脱扣器线圈是否工作正常，在分励脱扣器线圈上还有一个微动开关K，当分励脱扣器线圈正常动作时微动开关K闭合，将此信号作为分励脱扣器线圈的状态返回信号回传给微处理器单元，如果微处理器单元发出动作指令给驱动电路，动作信号经驱动电路功率转换后将驱动电压加在分励脱扣器线圈两端后，分励脱扣器线圈如果动作不正常，微动开关K不会闭合也就无状态返回信号回传给微处理器单元，此时微处理器单元将予以报警予以警示，图中KZ为手动合闸开关。

图3是本发明实施例提供的WIFI串口模块工作原理框图，WiFi串口模块，又称为嵌入式WiFi模块，是内嵌TCP/IP协议的WiFi模块。其硬件构成主要是由内嵌的一个单片机和WiFi模块构成，单片机要实现裸机驱动程序和TCP/IP协议，WiFi模块则必须完成数据的无线收发。嵌入式WiFi模块对外提供UART串口或者SPI接口，因而可以通过串口或者SPI接口和外接微处理器连接，让设备轻松接入Internet网络。

WiFi串口模块IC2选用TLN13U06WIFI，休积小，功耗低。本产品采用异步收发传输器（UART）接口, 内置lEEE802. 11协议栈以及ICP/IP协议栈，能够实现用户串口到无线网络之间的转换。

WiFi串口模块IC2 TLN13U06WIFI与微处理器单元IC1在硬件上连接十分简单，IC2的1脚与微处理器单元IC1的CTS脚连接，CTS为输入信号,允许发送,由TLN13U06WIFI芯片产生，通知微处理器单元可以传送数据。

WiFi串口模块IC2的2脚与微处理器IC1的RTS脚连接，RTS为输出信号，请求发送;由微处理器单元IC1产生，通知模块可以发送数据。

WiFi串口模块IC2的6脚与微处理器IC1的TX端连接，用于串口数据传送。

WiFi串口模块IC2的7脚与微处理器IC1的RX端连接，用于串口数据接收。

实际实用中首先通过手机端的配置程序，配置模块要连接的路由器的名称(SSID)和密钥;通过手机端的配置程序，配置模块要连接远程服务器的IP地址;配置模块上电连接远程服务器; 手机等控制终端连接远程服务器，下达命令;远程服务器将用户指令下发给住宅中的WiFi串口模块;WiFi串口模块通过微处理器单元及其它相关电路完成对电动汽车交流智能充电桩的控制。

本发明电动车直流充电桩软件采用模块化设计方法,C语言编写,软件功能模块较多,程序较大在此就不予以详细阐述。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术，虽然本发明己通过有关的实施案例进行了图示和描述，但是，本专业技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种电动车直流充电桩,其特征在于：包括:防雷模块、输入保护断路器、触电保护模块、桥式整流滤波单元、IGBT桥单元、高频变压器、输出整流滤波单元、驱动模块、微处理器单元、扩展接口模块、人机操作单元、通信单元、USB接口、语音模块及交流电能表和直流电能表组成, 交流三相电压380VAC依次通过交流电能表、防雷模块、输入保护断路器和触电保护模块，触电保护模块输出连接有桥式整流滤波单元、IGBT桥单元输入与桥式整流滤波单元连接；输出送往高频变压器，输出整流滤波单元输入与高频变压器连接，输出送往充电枪；所述微处理器单元接收来自交流电压传感器和温度传感器的信号,发出控制信号给驱动模块，驱动模块控制IGBT桥单元工作；所述微处理器单元与扩展接口模块、语音模块及USB接口连接；所述扩展接口模块外接人机操作单元和通信单元，其中人机操作单元包括触摸屏、打印机及读卡器；通信单元包括232接口、CAN接口及WIFI串口模块；所述交流电能表接在交流电源输入端，采用232通讯方式与扩展接口模块中的通信单元232A接口连接；直流电能表接在充电枪输入端，采用232通讯方式与扩展接口模块中的通信单元232B接口连接；所述通信单元中包括2个232总线接口、1个以上CAN总线接口及1个WIFI；所述电能表计量包括交流电能表和直流电能表。

2.根据权利要求1所述一种电动车直流充电桩, 其特征在于：温度传感器将IGBT桥单元工作温度信号输入到微处理器，温度传感器选用半导体温度传感器DS18B20。