CN107472058B - 一种直流充电桩智能充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流充电桩智能充电系统，包括主控芯片、读卡器、直流绝缘检测模块、人机交互模块、信号转换模块、直流充电枪、电流互感器、电涌保护器、充电模块、快速熔断器、直流接触器、直流电流分流器、铝壳电阻、微型断路器、中间继电器、开关电源一、开关电源二。本发明所涉及的一种直流充电桩智能充电系统设计合理，操作简单，在电动汽车充电开始时智能检测电源的连接状态，避免时间资源的浪费，提高用户的使用效果；通过主控芯片可在充电桩出现故障无法继续使用时及时的通知管理端，保障用户随时使用该充电桩，增加用户的使用体验。

Description

一种直流充电桩智能充电系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电桩技术领域，尤其是一种直流充电桩智能充电系统。

背景技术

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，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。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。直流充电桩可实现快速充电，但是现有的电动汽车充电桩系统构造简单，智能化程度低，一方面在电动汽车充电开始时无法智能检测电源的连接状态，使得一些用户在不知情的情况下导致时间资源的浪费；另一方面在电动汽车充电的过程中，一旦出现电源过压、欠压或者过流等故障影响电动汽车电源的使用寿命，同时在充电桩出现故障无法继续使用时，需要管理人员定时的人为检查去操控，将直接造成此段时间充电桩无法正常供电，影响用户们的使用质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流充电桩智能充电系统，可以实现对充电状态的实时监控。

为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：本发明所涉及的一种直流充电桩智能充电系统，包括主控芯片、读卡器、直流绝缘检测模块、人机交互模块、信号转换模块、直流充电枪、电流互感器、电涌保护器、充电模块、快速熔断器、直流接触器、直流电流分流器、铝壳电阻、微型断路器QF11、中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8、开关电源一、开关电源二；

所述的中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM4、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8与主控芯片相连接；

所述的主控芯片通过RS232串口与读卡器相连接，通过RS485串口与绝缘检测模块、人机交互模块和信号转换模块相连接，通过CAN通信端口与汽车电池管理系统相连接；

所述的主控芯片还与外部网络相连接；

所述的信号转换模块通过CAN通信端口与充电模块相连接；

所述的电流互感器与外围电网相连接，其上还连接有三相四线智能电能表；

所述的电流互感器与外围电网之间还连接有电涌保护器；

所述的充电模块可把外围电网的交流电转换为直流电，与电流互感器之间还设置有塑壳断路器；

所述的充电模块通过快速融断器、电流接触器与直流充电枪相连接；

所述的快速熔断器通过中间继电器KM7与铝壳电阻相连接，通过中间继电器KM6与直流绝缘检测模块相连接；

所述的直流接触器通过直流电流分流器与直流绝缘检测模块相连接，其正负极还连接有中间继电器KM2和中间继电器KM3；

所述的开关电流一、开关电流二通过微型断路器QF11与塑壳断路器相连接；

所述的开关电源一与直流绝缘检测模块、信号转换模块、中间继电器KM5、主控芯片相连接；

所述的开关电流二通过中间继电器KM8与直流充电枪相连接。

作为上述方案的进一步说明，所述的主控芯片还与急停按钮、电流指示灯、充电指示灯和故障指示灯相连接。

作为上述方案的进一步说明，所述的主控芯片为ARM芯片，但不限于ARM芯片。

作为上述方案的进一步说明，所述的信号转换模块为3G通讯板。

作为上述方案的进一步说明，所述的开关电流一的输出电压为直流24V，输出开关电流二的电压为直流12V。

作为上述方案的进一步说明，所述的塑壳断路器还通过微型断路器QF12、中间继电器KM4连接有散热风扇。

本发明的有益效果是：本发明所涉及的一种直流充电桩智能充电系统设计合理，操作简单，在电动汽车充电开始时智能检测电源的连接状态，保证用户及时有效的连通电源，避免时间资源的浪费，提高用户的使用效果；在电动汽车充电的过程中，通过直流绝缘检测模块检测实时充电电源，一旦出现电源过压、欠压或者过流等故障，控制急停开关停止充电，提高电动汽车电源的使用寿命和该系统的安全性；通过主控芯片可在充电桩出现故障无法继续使用时及时的通知管理端，保障用户随时使用该充电桩，增加用户的使用体验。

附图说明

图1本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

实施例

结合图1对本实施例作详细说明，本实施例所涉及的一种直流充电桩智能充电系统。

该智能充电系统包括主控芯片、读卡器、直流绝缘检测模块、人机交互模块、信号转换模块、直流充电枪、电流互感器、电涌保护器、充电模块、快速熔断器、直流接触器、直流电流分流器、铝壳电阻、微型断路器QF11、中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8、开关电源一、开关电源二。

主控芯片为直流充电桩的中心控制器，在本实施例所使用的为ARM芯片。ARM针对嵌入式应用，在满足性能要求的前提下，力求最低的功率消耗。ARM结构的优点是能兼顾到性能、功耗、代码密度、价格等几个方面，而且做得比较均衡。在性能/功耗比(MIPS/W)方面，AR处理器具有业界领先的性能。因此，可以选择ARM芯片作为主控芯片。其他可满足性能要求的芯片也可以，不仅仅限于ARM芯片。

主控芯片还可与外部网络相连接，可把该直流充电桩的信号传送至电脑控制端，另外手机的APP也可通过外部网络与主控芯片相连接，可实现查看该直流充电桩的状态。主控芯片还通过CAN总线与电动汽车中的电池管理系统（BMS）相通信连接，可读取电动汽车管理系统中的数据，来进行计算电动汽车所需要补充的电量，并显示在触摸屏上。

人机交互模块为触摸屏。在直流充电桩使用状态下，可显示欢迎界面、选择界面、充值界面、充电状态显示界面等预先设计好的界面，以便用户对直流充电桩进行操作，选择所需要的界面，增加用户的使用体验。

本实施例中所称的充电模块可把外围电网380V的交流电转换成直流充电桩的所需要的直流电，该直流电的电流为60A。

充电模块通过快速熔断器、直流接触器与直流充电枪相连接。快速熔断器是熔断器的一种，快速熔断器主要用于半导体整流元件或整流装置的短路保护。快速熔断器就突出“快”，也就灵敏度高，当电路电流一过载，熔丝在焊点的作用下，迅速发热，迅速断开熔丝，好的快速熔断体其效率相当高，主要用来保护可控硅和一些电子功率元器件。

信号转换模块的一端通过CAN总线与充电模块连接，另一端通过RS485串口与主控芯片相连接，信号转换模块的作用是把通过CAN总线接收的充电模块所发出的信号，转换成主控芯片可识别的信号，把信号通过RS485串口传输至主控芯片。在本实施例中所选用的信号转换模块为3G通讯板。

电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换成二次侧小电流来测量的仪器。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中。在本实施例所涉及的电流互感器与三相四线智能电能表相连接，用来测量在充电过程中用户所使用的电量。该三相四线智能电能跟通过RS485与主控芯片相连接，主控芯片可把三相四线智能电能表的数据传递至触摸屏并进行显示。

塑壳断路器能够在电流超过跳脱设定后自动切断电流。塑壳指的是用塑料绝缘体来作为装置的外壳，用来隔离导体之间以及接地金属部分。

微型断路器由操作机构、触点、保护装置(各种脱扣器)、灭弧系统等组成。其主触点是靠手动操作或电动合闸的。主触点闭合后，自由脱扣机构将主触点锁在合闸位置上。过电流脱扣器的线圈和热脱扣器的热元件与主电路串联，欠电压脱扣器的线圈和电源并联。当电路发生短路或严重过载时，过电流脱扣器的衔铁吸合，使自由脱扣机构动作，主触点断开主电路。当电路过载时，热脱扣器的热元件发热使双金属片上弯曲，推动自由脱扣机构动作。当电路欠电压时，欠电压脱扣器的衔铁释放。也使自由脱扣机构动作。本实施例的直流充电桩智能充电系统中设置有微型断路器QF11和微型断路器QF12。

中间继电器在继电保护与自动控制系统中，用以增加触点的数量及容量。 它用于在控制电路中传递中间信号。

本实施例直流充电桩智能充电系统中设置有中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM4、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8。中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM4、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8均与主控芯片相连接。

微型断路器QF12的一端与塑壳断路器相连接，另一端通过中间继电器KM4与散热电扇相连接。在开始对电动汽车开始充电时，主控芯片发送信号至中间继电器KM4，使之闭合，该电路接通，散热电扇开始工作，对整体充电桩进行散热。

塑壳断路器还通过微型断路器QF11与开关电源一和开关电源二相连接。开关电源一可把经微型断路器输送来的电源转化为24V直流电，开关电源二可把经微型断路器输送来的电源转化为12V直流电。开关电源一给直流绝缘检测模块、中间继电器KM5、3G通讯板和主控芯片提供24V电源。开关电流二给中间继叫器KM8提供12V直流电。

快速熔断器通过中间断电器KM7与铝壳电阻相连接。铝壳电阻，外壳采用铝合金(黄金铝壳)制造，表面具有散热沟槽，体积小功率大，耐高温，过载能力强具有耐气候性、高精度，标准低感应电阻，高稳定，强架构，其变通性佳多重组合选择，利于机械保护，方便安装使用。铝壳电阻在本实施例中的作用是放电。在充电完成后，整个充电系统内还会存在余电，若不能及时把余电进行放电的话，可能会对整个充电系统造成损害。在充电完成后，主控芯片发送信号至中间继电器KM7，使其闭合，铝壳电阻与充电系统相连通，对余电进行放电处理。

直流接触器是用在直流回路中的一种接触器，可频繁的接通分断直流电路，并可实现远距离控制；其中有静铁心和动铁心，当接触器线圈通电后，线圈电流产生磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动触点动作：常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原：常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器在选择过程中，主触头的额定工作电压要大于或等于负载电路的电压，主触头的额定工作电流要大于或等于负载电路的电流。直流接触器的正负极连接有中间继电器KM2和中间继电器KM3。主控芯片可发送信号至中间继电器KM2和中间继电器KM3来实现直流接触器的正极和负极的接通和闭合。

直流接触器还通过中间断电器与主控芯片相连接，主控芯片可发送信号来控制直流接触器。

直流接触器通过直流分流器与直流绝缘检测模块相连接。直流绝缘检测模块还通过中间继电器KM6与快速熔断器相连接。

直流母线绝缘监测模块是针对直流系统正负极对地绝缘电阻达到告警整定值，发出接地告警信号，并进行接地支路检测，将接地故障定位在少数供电回路，以提高接地故障处理速度，减轻劳动，缩短接地周期，使电力系统运行更加安全。直流系统是一个十分庞大的多分支供电网络，其常见的故障是一点接地。在一般情况下，一点接地并不影响直流系统的运行，但如果不能迅速找到接地故障点并予以修复，又发生另一点接地故障，就可能引起信号回路、控制回路、继电保护等装置的误动作，从而破坏电力系统的安全运行，甚至造成大范围的停电事故。尽管目前已经研制出一些直流系统接地故障的自动检测装置，有的已经得到比较广泛的应用。但这些装置经常误报警，无法准确及时地查找出直流系统中真正的接地点。

直流绝缘检测模块还通过RS485串口与主控芯片相连接，主控芯片可读取直流绝缘检测模块的信号，把该信号通过外部网络传送至电脑控制端，以便工作人员进行检修。

主控芯片上还通过RS232串口与读卡器进行通信连接，可读取所特定卡片上的信息，并把卡片上的信息显示在触摸屏上，供用户读取，使得用户知道该卡片上可用的余额等信息。

主控芯片上与急停按钮、电源指示灯、充电指示灯和故障指示灯相连接。当整个智能充电系统处于可使用即可充电状态时，电源指示灯会亮起。若用户选择了进行充电后，把直流充电枪插入电动汽车的充电槽内，进行充电时，充电指示灯会亮起。故障指示灯在智能充电系统处于故障不能充电时，该指示灯会亮起。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种直流充电桩智能充电系统，其特征在于：包括主控芯片、读卡器、直流绝缘检测模块、人机交互模块、信号转换模块、直流充电枪、电流互感器、电涌保护器、充电模块、快速熔断器、直流接触器、直流电流分流器、铝壳电阻、微型断路器QF11、中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8、开关电源一、开关电源二；所述的中间继电器KM2、中间继电器KM3、中间继电器KM5、中间继电器KM6、中间继电器KM7、中间继电器KM8与主控芯片相连接；所述的主控芯片通过RS232串口与读卡器相连接，通过RS485串口与绝缘检测模块、人机交互模块和信号转换模块相连接，通过CAN通信端口与汽车电池管理系统相连接；所述的主控芯片还与外部网络相连接；所述的信号转换模块通过CAN通信端口与充电模块相连接；所述的电流互感器与外围电网相连接，其上还连接有三相四线智能电能表；所述的电流互感器与外围电网之间还连接有电涌保护器；

所述的充电模块可把外围电网的交流电转换为直流电，与电流互感器之间还设置有塑壳断路器；所述的充电模块通过快速融断器、电流接触器与直流充电枪相连接；所述的快速熔断器通过中间继电器KM7与铝壳电阻相连接，通过中间继电器KM6与直流绝缘检测模块相连接；所述的直流接触器通过直流电流分流器与直流绝缘检测模块相连接，其正负极还连接有中间继电器KM2和中间继电器KM3；所述的开关电流一、开关电流二通过微型断路器QF11与塑壳断路器相连接；所述的开关电源一与直流绝缘检测模块、信号转换模块、中间继电器KM5、主控芯片相连接；所述的开关电流二通过中间继电器KM8与直流充电枪相连接。

2.如权利要求1所述的直流充电桩智能充电系统，其特征在于，所述的主控芯片还与急停按钮、电源指示灯、充电指示灯和故障指示灯相连接。

3.如权利要求1所述的直流充电桩智能充电系统，其特征在于，所述的主控芯片为ARM芯片，但不限于ARM芯片。

4.如权利要求1所述的直流充电桩智能充电系统，其特征在于，所述的信号转换模块为3G通讯板。

5.如权利要求1所述的直流充电桩智能充电系统，其特征在于，所述的开关电流一的输出电压为直流24V，输出开关电流二的电压为直流12V。

6.如权利要求1所述的直流充电桩智能充电系统，其特征在于，所述的塑壳断路器还通过微型断路器QF12、中间继电器KM4连接有散热风扇。