CN106938616B - 壁挂式交流充电桩及充电方法 - Google Patents

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CN106938616B CN201710186699.9A CN201710186699A CN106938616B CN 106938616 B CN106938616 B CN 106938616B CN 201710186699 A CN201710186699 A CN 201710186699A CN 106938616 B CN106938616 B CN 106938616B
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Abstract

本发明涉及一种壁挂式交流充电桩及充电方法，包括：主回路和二次回路；所述主回路包括输入保护断路器、交流智能电能表、防雷器和充电接口连接器；二次回路包括控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯；还包括充电桩智能控制装置和人机交互装置。本发明壁挂式交流充电桩，质量轻，占用空间小，结构合理，便于二次开发，使用寿命长。具有防雷、防电、拔枪断电等功能，适用于无人管理的停车场，用户可自行充电并结算，因为本发明具有GPRS通讯模块，可以实时监测，并上传充电桩数据，交流输出配置交流智能电能表，进行交流充电计量，具备完善的通信功能，可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。

Description

壁挂式交流充电桩及充电方法
技术领域
本发明涉及一种汽车充电装置，具体的说，是涉及一种壁挂式交流充电桩。
背景技术
充电桩和加油站的加油机的功能相似，可以固定在墙壁或地面，安装于公共建筑，（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电桩站内可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。与充电桩的输入端相连的是交流电网，输出端是带有充电插头为电动汽车充电。人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式，充电桩显示屏能显示充电量，费用。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种占用空间小，结构合理，便于二次开发，使用寿命长的壁挂式交流充电桩。
本发明所采取的技术方案是：
一种壁挂式交流充电桩，
包括：主回路和二次回路；
所述主回路包括输入保护断路器、交流智能电能表、防雷器和充电接口连接器；
二次回路包括控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯；
还包括充电桩智能控制装置和人机交互装置；
所述充电桩智能控制装置包括：主芯片U10；
主芯片U10通过读卡器模块U5与IC卡通讯，读取IC卡上信息，充电结束后结算充电金额，并将结算后余额写到IC卡上；
主芯片U10通过人机交互单元U11与显示屏通讯，实现人机交互，并显示充电信息以及IC卡上的信息；
主芯片U10通过收发器U12与电表通讯，用于在屏上显示电压电流以及充电用量；
急停按钮J3，用于紧急情况下停止为电动汽车充电；
主芯片U10通过控制继电器U1、继电器U2、继电器U3、继电器U4来实现是否为电动汽车充电；
U10与电动车通讯单元U8通讯，将充电记录储存在电动车通讯单元U8中；
SPI实时时钟芯片U7和一个32.768KHz晶振为主芯片提供实时时钟；
主芯片U10通过PCB端子J8与电动汽车相连，用来检测充电枪是否与车连接可靠；
主芯片U10通过控制比较器U6和继电器S3来实现输出PWM方波；
端子J8与车连接，用来检测充电枪是否与车连接正确，只有连接正确后才会开始为车充电。
包括比较器输出+-12V电路和AD采样电路；
比较器输出+-12V电路如下：
主芯片U10的37引脚与比较器U6的输入端10、12引脚连接继电器S3的3引脚与比较器U6的8、14引脚连接；
主芯片U10的21引脚TIM3-CHI通过电阻R27和电阻R24与比较器U6的引脚10、12连接；
TIM3-CHI端通过电阻R27与比较器U6的引脚10连接；
TIM3-CHI端与电阻R34的一端相连接；
电阻R34的另一端与接地端相连接；
电阻R34的另一端与电阻R33的一端和电容C13的一端相连接；
电阻R33的另一端和电容C13的另一端相连接；
电阻R33的另一端与比较器U6的引脚13连接；
电阻R33的另一端通过电阻R29与+3.3V电源相连接；
AD采样电路如下：
继电器S3的引脚3输入+-12V电源；
继电器S3的引脚4与二极管D12的阴极相连接；
二极管D12的阳极与二极管D8的阳极相连接；
二极管D8的阴极与二极管D7的阴极相连接；
二极管D7的阳极与二极管D11的阳极相连接；
二极管D11的阴极与二极管D13的阳极相连接；
二极管D13的阳极与电阻R42一端相连接；
电阻R42另一端与电阻R43一端相连接；
电阻R43另一端与继电器S3的引脚4相连接；
二极管D13的阴极通过电阻R39与采样端AD相连接；
二极管D13的阴极与电容C29一端相连接；
电容C29另一端分别与电阻R38一端、电容C25的一端和二极管D10的阳极相连接；
电容C29另一端与接地端相连接；
电阻R38另一端、电容C25另一端和二极管D10的阴极相连接后与采样端AD相连接；
继电器S3的引脚1与+5V电源相连接；
继电器S3的引脚1与二极管D9的阴极相连接；
二极管D9的阳极与继电器S3的引脚12相连接；
继电器S3的引脚12与三极管QN4的集电极相连接；
三极管QN4的发射极与接地端相连接；
三极管QN4的基极通过电阻R46和电阻R54与接地端相连接；
三极管QN4的基极通过电阻R46与主芯片U10的21引脚PA5相连接。
判断充电枪与车连接正确，车内部电路图图5为车内部电路图 。
CP端与二极管D1的阳极相连接；
二极管D1的阴极通过电阻R3与接地端相连接；
二极管D1的阴极通过电阻R3、电阻R2和电动汽车充电开关S2与接地端相连接；
CP端与接地端相连接；
车辆控制装置通过电阻RL、开关S3为车辆插头的内部常闭开关与接地端相连接。
车辆控制装置通过电阻RL、电阻R4与接地端相连接。
包括：无线路由器GPRS通讯模块,将充电数据发送到后台，实现远程实时监控。
读卡器模块U5上设置有电压保护电路；
读卡器模块U5引脚7与双瞬态二极管D26的阴极连接；
双瞬态二极管D26的阳极接地；
读卡器模块U5引脚8与双瞬态二极管D28的阴极相连接；
双瞬态二极管D28的阴极接地；
读卡器模块U5引脚7与双瞬态二极管D27的阴极连接；
双瞬态二极管D27的阳极与读卡器模块U5引脚8相连接。
一种壁挂式交流充电桩充电方法，
包括：系统上电；系统初始化；
在读卡器上进行刷卡；读卡器读取IC卡信息；
判断IC卡是否有效；IC卡无效，提示客户刷卡无效，请更换IC卡；
判断IC卡内余额是否充足；余额不足提示客户充值后再刷卡；
选择充电方式；
在读卡器上再次进行刷卡；读卡器再次读取IC卡信息；
检测充电枪与汽车充电接口连接是否可靠，超过设定时间内充电枪与汽车充电接口未进行连接，返回充电选择；
充电枪通过充电接口对汽车进行充电；
达到充电条件，发出提示信息；
在读卡器上进行刷卡；读卡器向IC卡内写入信息；
充电结束。
所述读卡器向IC卡内写入信息后，解除充电枪与充电接口锁定状态。
所述充电选项包括：按照金额进行充电、按照时间进行充电、按照电量进行充电和自动充满。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明壁挂式交流充电桩，质量轻，占用空间小，结构合理，便于二次开发，使用寿命长。具有防雷、防电、拔枪断电等功能，具备软启动和急停按钮功能该充电装置采用自助操作方式，亦适用于无人管理的停车场，用户可自行充电并结算，因为本发明具有GPRS通讯模块，可以实时监测，并上传充电桩数据，交流输出配置交流智能电能表，进行交流充电计量，具备完善的通信功能，可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。
附图说明
图1是本发明壁挂式交流充电桩充电流程示意图；
图2是本发明壁挂式交流充电桩系统结构示意图；
图3是是本发明壁挂式交流充电桩的比较器输出+-12V电路示意图；
图4是是本发明壁挂式交流充电桩的AD采样电路示意图；
图5是是本发明壁挂式交流充电桩的车辆内部电路示意图；
图6是是本发明壁挂式交流充电桩的保护电路结构示意图。
实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
附图1-6可知，一种壁挂式交流充电桩，
包括：主回路和二次回路；
所述主回路包括输入保护断路器、交流智能电能表、防雷器和充电接口连接器；
二次回路包括控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯；
其特征在于，还包括充电桩智能控制装置和人机交互装置。
所述充电桩智能控制装置包括：主芯片U10；
主芯片U10通过读卡器模块U5与IC卡通讯，读取IC卡上信息，充电结束后结算充电金额，并将结算后余额写到IC卡上；
主芯片U10通过人机交互单元U11与显示屏通讯，实现人机交互，并显示充电信息以及IC卡上的信息；
主芯片U10通过收发器U12与电表通讯，用于在屏上显示电压电流以及充电用量；
主芯片U10引脚15与通过与电阻R39、二极管D13、电阻R42最后与PCB端子J8连接进行AD采样；
急停按钮J3，用于紧急情况下停止为电动汽车充电；
主芯片U10通过控制继电器U1、继电器U2、继电器U3、继电器U4来实现是否为电动汽车充电；
U10与电动车通讯单元U8通讯，将充电记录储存在电动车通讯单元U8中；
SPI实时时钟芯片U7和一个32.768KHz晶振为主芯片提供实时时钟；
主芯片U10通过PCB端子J8与电动汽车相连，用来检测充电枪是否与车连接可靠；
主芯片U10通过控制比较器U6和继电器S3来实现输出PWM方波；
端子J8与车连接，用来检测充电枪是否与车连接正确，只有连接正确后才会开始为车充电。
包括比较器输出+-12V电路和AD采样电路；
比较器输出+-12V电路如下：
主芯片U10的37引脚与比较器U6的输入端10、12引脚连接继电器S3的3引脚与比较器U6的8、14引脚连接；
主芯片U10的21引脚TIM3-CHI通过电阻R27和电阻R24与比较器U6的引脚10、12连接；
TIM3-CHI端通过电阻R27与比较器U6的引脚10连接；
TIM3-CHI端与电阻R34的一端相连接；
电阻R34的另一端与接地端相连接；
电阻R34的另一端与电阻R33的一端和电容C13的一端相连接；
电阻R33的另一端和电容C13的另一端相连接；
电阻R33的另一端与比较器U6的引脚13连接；
电阻R33的另一端通过电阻R29与+3.3V电源相连接；
AD采样电路：
继电器S3的引脚3输入+-12V电源；
继电器S3的引脚4与二极管D12的阴极相连接；
二极管D12的阳极与二极管D8的阳极相连接；
二极管D8的阴极与二极管D7的阴极相连接；
二极管D7的阳极与二极管D11的阳极相连接；
二极管D11的阴极与二极管D13的阳极相连接；
二极管D13的阳极与电阻R42一端相连接；
电阻R42另一端与电阻R43一端相连接；
电阻R43另一端与继电器S3的引脚4相连接；
二极管D13的阴极通过电阻R39与采样端AD相连接；
二极管D13的阴极与电容C29一端相连接；
电容C29另一端分别与电阻R38一端、电容C25的一端和二极管D10的阳极相连接；
电容C29另一端与接地端相连接；
电阻R38另一端、电容C25另一端和二极管D10的阴极相连接后与采样端AD相连接；
继电器S3的引脚1与+5V电源相连接；
继电器S3的引脚1与二极管D9的阴极相连接；
二极管D9的阳极与继电器S3的引脚12相连接；
继电器S3的引脚12与三极管QN4的集电极相连接；
三极管QN4的发射极与接地端相连接；
三极管QN4的基极通过电阻R46和电阻R54与接地端相连接；
三极管QN4的基极通过电阻R46与主芯片U10的21引脚PA5相连接。
判断充电枪与车连接正确，车内部电路图图5为车内部电路图。
CP端与二极管D1的阳极相连接；
二极管D1的阴极通过电阻R3与接地端相连接；
二极管D1的阴极通过电阻R3、电阻R2和电动汽车充电开关S2与接地端相连接；
CP端与接地端相连接；
车辆控制装置通过电阻RL、开关S3与接地端相连接；
车辆控制装置通过电阻RL、电阻R4与接地端相连接。
主芯片通过控制U6来输出+-12V，继电器S3的3引脚输入的+-12V,起初继电器S3的4引脚输出的是+12V，当切换到充电检测页面的时候，主芯片给继电器S3发一个信号，这时继电器输出PWM方波，通过J8与充电枪连接，进而与电动汽车连接，当枪与车连接到位的时候，+-12V变成+-9V,打开电动汽车充电开关S2（带有锁定充电枪）时，PWM方波从+-9V变成+—6V时，主控板上的主芯片U10通过引脚15进行AD采样，通过采样到的电压值来判断车辆是否准备就绪。当采样的电压值为+-6V时，主控板通过闭合继电器FKT1和FKT2使交流供电回路导通。
AD周期性采样PWM方波，确认供电接口和车辆接口的连接状态，检测周期不大于50ms，当监测到方波不是+-6V时，充电桩不在为电动汽车充电，同时显示屏上会显示出充电枪与电动汽车连接出现故障，进入结算界面。
在充电过程中，当达到操作人员设置的结束条件、操作人员对供电装置实施了停止充电的指令时，这时主控板上的继电器 S3引脚4输出是+12V，当检测到S2开关断开时在100ms内通过断开继电器FKT1和FKT2切断交流供电回路。
在车载充电机自检完成，且没有故障的情况下，并且电池组处于可充电状态时，车辆控制装置闭合开关S2（如果车辆设置有“充电请求”或“充电控制”功能时，则同时应满足车辆处于“充电请求”或“可充电”状态）。
包括：无线路由器GPRS通讯模块,将充电数据发送到后台，实现远程实时监控。
读卡器模块U5上设置有电压保护电路；
起到保护电路作用的是：双瞬态二极管型号是SMBJ12CA表贴。
读卡器模块U5引脚7与双瞬态二极管D26的阴极连接；
双瞬态二极管D26的阳极接地；
读卡器模块U5引脚8与双瞬态二极管D28的阴极相连接；
双瞬态二极管D28的阴极接地；
读卡器模块U5引脚7与双瞬态二极管D27的阴极连接；
双瞬态二极管D27的阳极与读卡器模块U5引脚8相连接。
当过高的电压出现时，电压通过双瞬态二极管直接通向大地，防止过高电压进入芯片超过芯片的额定电压，损害芯片，影响芯片使用寿命。
一种壁挂式交流充电桩充电方法，
包括：系统上电；系统初始化；
在读卡器上进行刷卡；读卡器读取IC卡信息；
判断IC卡是否有效；IC卡无效，提示客户刷卡无效，请更换IC卡；
判断IC卡内余额是否充足；余额不足提示客户充值后再刷卡；
选择充电方式；
在读卡器上再次进行刷卡；读卡器再次读取IC卡信息；
检测充电枪与汽车充电接口连接是否可靠，超过设定时间内充电枪与汽车充电接口未进行连接，返回充电选择；
充电枪通过充电接口对汽车进行充电；
达到充电条件，发出提示信息；
在读卡器上进行刷卡；读卡器向IC卡内写入信息；
充电结束。
所述读卡器向IC卡内写入信息后，解除充电枪与充电接口锁定状态。
所述充电选项包括：按照金额进行充电、按照时间进行充电、按照电量进行充电和自动充满。
通过电源模块P8，将220v转换成+-12V和5V。
5V电源将给继电器S3、IC卡J4、指示灯J2供电使用。
12V为比较器U6、 继电器 U2、继电器U3、 GPRS模块 J5、显示屏J7供电。
电源模块P8的-Vo1和COM接地，+Vo1输出5V电源，+Vo2输出+12V电源，-Vo2输出-12V电源，5V电源通过一个RL1熔断器连到芯片AMS1117上。
将5V电源变成3.3V电源给通讯芯片U5、时钟芯片U7、存储芯片U8、通讯芯片U9、主芯片U10、通讯芯片U11、通讯芯片U12、通讯芯片U13，在给芯片供电的时候，每一个引脚上都放一个电容（0.1uF贴片电容），达到滤波的作用。
将12V电源连接到一个2K电阻和LED灯来显示电路板上是否有12V电源，将3.3V电源连接到一个2K电阻和LED灯来显示电路板上是否有3.3V电源产生。
读卡器模块U5上的9、10引脚与U10芯片上52、51串口相连接进行通讯，传递IC上的信息。
P7为一个8M晶振与主芯片U10的5、6引脚连接来为芯片提供时钟信号。
SW4为一个复位开关，与主芯片7引脚连接，实现低电平复位。
J1的2、3引脚与主芯片49、46连接，作为下载通道将程序下载到主芯片里。
J2端子排的1、2、3与主芯片的41、40、39连接从而控制显示灯，通过主芯片输出高电平来控制显示灯的亮灭。
急停按钮，通过按下急停使充电桩不再为汽车充电，J3端子排与急停按钮连接，按下急停按钮将使12V电源不在为继电器U2、U3供电。
U7芯片上的1、2引脚与一个32.768kMZ晶振连接，U7芯片上的6、8、9、10与主芯片25、22、23、21连接为主芯片提供一个准确的时钟信息。
U8芯片1、2、5、6与主芯片的20、22、23、21连接，主要是为主芯片存储数据的。
U6为比较器与主芯片37引脚连接，通过输出高电平，从而控制U6芯片输出+-12V电源，输出的+-12V电源连接到继电器S3的3引脚上。
常用的一些贴片电阻电容二极管，电源模块，MAX232（U5，U11）通信芯片，MAX487(U12)通信芯片，AMS117，端子排，时钟芯片PCF2123(U7),存储芯片25Q16(U8)，比较器TL0841(U10),8M和32.768KHz晶振，继电器G6S2(S3)，继电器FTK3AB012W-PV(U1.U2.U3.U4),主芯片STM32103RCT6(U10)。
本发明壁挂式交流充电桩，质量轻，占用空间小，结构合理，便于二次开发，使用寿命长。具有防雷、防电、拔枪断电等功能，具备软启动和急停按钮功能该充电装置采用自助操作方式，亦适用于无人管理的停车场，用户可自行充电并结算，因为本发明具有GPRS通讯模块，可以实时监测，并上传充电桩数据，交流输出配置交流智能电能表，进行交流充电计量，具备完善的通信功能，可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。

Claims (7)

1.一种壁挂式交流充电桩，
包括：主回路和二次回路；
所述主回路包括输入保护断路器、交流智能电能表、防雷器和充电接口连接器；
二次回路包括控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯；
其特征在于，还包括充电桩智能控制装置和人机交互装置；
以及比较器输出+-12V电路和AD采样电路；
比较器输出+-12V电路如下：
主芯片U10的37引脚与比较器U6的输入端10、12引脚连接，继电器S3的3引脚与比较器U6的8、14引脚连接；
主芯片U10的21引脚TIM3-CHI通过电阻R27和电阻R24与比较器U6的引脚10、12连接；
TIM3-CHI端通过电阻R27与比较器U6的引脚10连接；
TIM3-CHI端与电阻R34的一端相连接；
电阻R34的另一端与接地端相连接；
电阻R34的另一端与电阻R33的一端和电容C13的一端相连接；
电阻R33的另一端和电容C13的另一端相连接；
电阻R33的另一端与比较器U6的引脚13连接；
电阻R33的另一端通过电阻R29与+3.3V电源相连接；
AD采样电路如下：
继电器S3的引脚3输入+-12V电源；
继电器S3的引脚4与二极管D12的阴极相连接；
二极管D12的阳极与二极管D8的阳极相连接；
二极管D8的阴极与二极管D7的阴极相连接；
二极管D7的阳极与二极管D11的阳极相连接；
二极管D11的阴极与二极管D13的阳极相连接；
二极管D13的阳极与电阻R42一端相连接；
电阻R42另一端与电阻R43一端相连接；
电阻R43另一端与继电器S3的引脚4相连接；
二极管D13的阴极通过电阻R39与采样端AD相连接；
二极管D13的阴极与电容C29一端相连接；
电容C29另一端分别与电阻R38一端、电容C25的一端和二极管D10的阳极相连接；
电容C29另一端与接地端相连接；
电阻R38另一端、电容C25另一端和二极管D10的阴极相连接后与采样端AD相连接；
继电器S3的引脚1与+5V电源相连接；
继电器S3的引脚1与二极管D9的阴极相连接；
二极管D9的阳极与继电器S3的引脚12相连接；
继电器S3的引脚12与三极管QN4的集电极相连接；
三极管QN4的发射极与接地端相连接；
三极管QN4的基极通过电阻R46和电阻R54与接地端相连接；
三极管QN4的基极通过电阻R46与主芯片U10的21引脚PA5相连接。
2.根据权利要求1所述壁挂式交流充电桩，其特征在于：
所述充电桩智能控制装置包括：主芯片U10；
主芯片U10通过读卡器模块U5与IC卡通讯，读取IC卡上信息，充电结束后结算充电金额，并将结算后余额写到IC卡上；
主芯片U10通过人机交互单元U11与显示屏通讯，实现人机交互，并显示充电信息以及IC卡上的信息；
主芯片U10通过收发器U12与电表通讯，用于在屏上显示电压电流以及充电用量；
急停按钮J3，用于紧急情况下停止为电动汽车充电；
主芯片U10通过控制继电器U1、继电器U2、继电器U3、继电器U4来实现是否为电动汽车充电；
主芯片U10与电动车通讯单元U8通讯，将充电记录储存在电动车通讯单元U8中；
SPI实时时钟芯片U7和一个32.768KHz晶振为主芯片提供实时时钟；
主芯片U10通过PCB端子J8与电动汽车相连，用来检测充电枪是否与车连接可靠；
主芯片U10通过控制比较器U6和继电器S3来实现输出PWM方波；
端子J8与车连接，用来检测充电枪是否与车连接正确，只有连接正确后才会开始为车充电。
3.根据权利要求1所述壁挂式交流充电桩，其特征在于：
包括：无线路由器GPRS通讯模块,将充电数据发送到后台，实现远程实时监控。
4.根据权利要求1所述壁挂式交流充电桩，其特征在于：
读卡器模块U5上设置有电压保护电路；
读卡器模块U5引脚7与双瞬态二极管D26的阴极连接；
双瞬态二极管D26的阳极接地；
读卡器模块U5引脚8与双瞬态二极管D28的阴极相连接；
双瞬态二极管D28的阴极接地；
读卡器模块U5引脚7与双瞬态二极管D27的阴极连接；
双瞬态二极管D27的阳极与读卡器模块U5引脚8相连接。
5.一种权利要求1至4任意一项所述壁挂式交流充电桩的充电方法，其特征在于，
包括：系统上电；系统初始化；
在读卡器上进行刷卡；读卡器读取IC卡信息；
判断IC卡是否有效；IC卡无效，提示客户刷卡无效，请更换IC卡；
判断IC卡内余额是否充足；余额不足提示客户充值后再刷卡；
选择充电方式；
在读卡器上再次进行刷卡；读卡器再次读取IC卡信息；
检测充电枪与汽车充电接口连接是否可靠，超过设定时间内充电枪与汽车充电接口未进行连接，返回充电选择；
充电枪通过充电接口对汽车进行充电；
达到充电条件，发出提示信息；
在读卡器上进行刷卡；读卡器向IC卡内写入信息；
充电结束。
6.根据权利要求5所述壁挂式交流充电桩的充电方法，其特征在于：
所述读卡器向IC卡内写入信息后，解除充电枪与充电接口锁定状态。
7.根据权利要求5所述壁挂式交流充电桩的充电方法，其特征在于：
所述充电方式包括：按照金额进行充电、按照时间进行充电、按照电量进行充电和自动充满。
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