CN107650734B - 一种直流充电机控制器及直流充电机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流充电机控制器及直流充电机，包括相互独立设置且电气隔离的主控板、模块板和检测板；主控板，用于接收充电信息，发送检测信息至检测板，接收检测板发送的检测结果，发送充电信号或停止充电信号至模块板；接收待充电目标的电池管理系统反馈的电量信号，发送电源功率信号至模块板；检测板，用于接收检测信息，发送检测结果至主控板；模块板，用于接收充电信号或停止充电信号，控制交流接触器开断，输出与电源功率信号相应的电源功率；本申请主控板、检测板和模块板均相互独立设置且电气隔离，将强弱电隔离开，当需进行扩展或复用时，可对各模块进行相应的程序调试或仅需对变动的模块的硬件电路单独调整即可，提高了兼容性。

Description

一种直流充电机控制器及直流充电机

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种直流充电机控制器及直流充电机。

背景技术

随着环境的污染、化石能源的枯竭，清洁能源被大力推广，大量的电动交通工具逐渐出人们的生活中，为了满足越来越多的电动车辆，充电桩的普及和研发成为了重点，其中直流充电机的控制器尤为重要。

现有技术中，直流充电机控制器功能比较固定单一的将绝缘检测、直流电压电流检测集成在一起，容易造成直流强电、弱电混合在一起，另外使用多片模拟信号线性隔离放大器件，成本较高，同时由于受充电桩控制器的CAN总线数量的限制，增加了CAN-CAN转换盒，给布线布局带来问题，且现有控制器不能很好检测直流母线有电压无电流的异常情况，由于在布线方面带来问题，还导致在功能扩展上受限，

因此，如何研发一种扩展性强、布线合理、强弱电隔离的直流充电机控制器，是当前技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流充电机控制器及直流充电机，实现扩展性强、布线合理和强弱电隔离。其具体方案如下：

一种直流充电机控制器，包括：相互独立设置且电气隔离的主控板、模块板和检测板；其中，所述模块板和所述检测板均分别与所述主控板相连；

所述主控板，用于接收充电信息，利用所述充电信息，检测是否与待充电目标的电池管理系统兼容，如果是，则生成检测信息发送至所述检测板，利用所述检测板返回的检测结果判断是否充电，如果是，则生成充电信号并发送至所述模块板，利用所述充电信号控制充电母线上电，如果否，则生成停止充电信号发送至所述模块板，利用所述停止充电信号控制所述充电母线断电；接收所述电池管理系统反馈的电量信号，利用所述电量信号生成电源功率信号，并发送所述电源功率信号至所述模块板；

所述检测板，用于利用所述主控板发送的所述检测信息，对所述充电母线的状态进行检测，并生成所述检测结果发送至所述主控板；

所述模块板，用于利用所述主控板发送的所述充电信号闭合交流接触器，利用所述主控板发送的所述电源功率信号，输出相应的电源功率对所述待充电目标进行充电，接收所述停止充电信号断开所述交流接触器。

可选的，所述主控板，还包括：

充电枪主触点温度检测单元，用于检测充电枪主触点温度；

充电机环境温度检测单元，用于检测充电机环境温度；

可选的，所述主控板，包括：

充电母线开断控制单元，用于控制充电母线继电器开断；

充电母线继电器检测单元，用于检测所述充电母线继电器的触点是否粘连。

可选的，所述检测板，包括：

充电母线电压电流检测单元，用于检测所述充电母线的电压电流值；

充电母线绝缘检测单元，用于检测所述充电母线的绝缘状态。

可选的，所述模块板与所述主控板通过CAN总线连接，所述检测板与所述主控板通过RS485总线连接。

可选的，所述主控板，还包括：

充电状态判断单元，用于判断是否处于充电状态；

待机指令发送单元，用于当所述充电状态判断单元判定不处于充电状态，则进入低功耗状态并发送待机指令至所述检测板和所述模块板，以使所述检测板和所述模块板均进入低功耗状态。

可选的，所述模块板，包括：

充电单元，用于将交流电源的交流电转换为直流电输出给所述充电母线，接收所述电源功率信号并控制所述充电母线输出相应的电源功率；

开出回路，用于开断所述交流接触器；

开入回路，用于检测所述开出回路的工作状态。

可选的，所述开出回路，包括：

接触器控制单元，用于控制所述交流接触器开断；

散热单元，用于启动散热功能。

可选的，所述开入回路，包括：

急停信号接收单元，用于接收用户输入的急停信号；

防雷器检测单元，用于检测防雷器的工作状态；

断路器检测单元，用于检测断路器的工作状态；

接触器接通确认单元，用于判断接触器是否接通。

本发明还公开了一种直流充电机，包括TCU费控模块和前述公开的直流充电机控制器；其中，所述TCU费控模块与所述直流充电机控制器的主控板相连。

本发明中，直流充电机控制器，包括：相互独立设置且电气隔离的主控板、模块板和检测板；其中，模块板和检测板均分别与主控板相连；主控板，用于接收充电信息，利用充电信息，检测是否与待充电目标的电池管理系统兼容，如果是，则生成检测信息发送至检测板，利用检测板返回的检测结果判断是否充电，如果是，则生成充电信号并发送至模块板，利用充电信号控制充电母线上电，如果否，则生成停止充电信号发送至模块板，利用停止充电信号控制充电母线断电；接收电池管理系统反馈的电量信号，利用电量信号生成电源功率信号，并发送电源功率信号至模块板；检测板，用于利用主控板发送的检测信息，对充电母线状态进行检测，并生成检测结果发送至主控板；模块板，用于利用主控板发送的充电信号闭合交流接触器，利用主控板发送的电源功率信号，输出相应的电源功率对待充电目标进行充电，接收停止充电信号断开交流接触器；本发明中，直流充电机控制器包括主控板、模块板和检测板共3种分离开的功能模块，主控板通过接收各种反馈信号，控制其他各模块的工作做状态，调控整个充电过程，检测板单独检测充电母线的状态与主控板分离实现强弱电分离，模块板单独负责电压输出，将充电功能与主控板隔离开，由于主控板、检测板和模块板均相互独立设置且电气隔离，所以当对任一模块进行扩展或复用，仅需对各模块进行相应的软件程序进行调试或对改变的模块的硬件电路进行调整即可，无需对所有模块均进行硬件改动，能够适应各种应用情况，且当待充电目标与模块板存在兼容性问题，只需单独调整模块板即可，而不需要改动主控板和检测板，提高了兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种直流充电机控制器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种直流充电机控制器结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种直流充电机结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种直流充电机控制器，参见图1所示，该控制器包括：相互独立设置且电气隔离的主控板11、模块板13和检测板12；其中，模块板13和检测板12均分别与主控板11相连。

具体的，主控板11，用于接收充电信息，利用充电信息，检测是否与待充电目标的电池管理系统兼容，发送兼容判断信息，判断主控板11是否与待充电目标的电池管理系统成功连接，接收待充电目标的电池管理系统反馈的兼容信息判断是否兼容，其中，兼容信息中可以包括待充电目标的电压和电流信息，如果否，则不充电，如果是，则生成检测信息发送至检测板12，以使检测板12检测充电母线的状态，利用检测板12返回的检测结果，判断充电母线状态是否正常，如果正常，说明充电母线可以充电，则生成充电信号并发送至模块板13，以使模块板13闭合交流接触器，且主控板11利用充电信号控制充电母线继电器闭合，使充电母线上电，如果充电母线出现损坏，处于异常状态，则生成停止充电信号发送至模块板13，且主控板11利用停止充电信号控制充电母线继电器断开，使充电母线断电；主控板11在充电过程中接收待充电目标的电池管理系统反馈的电量信号，利用电量信号生成相应的电源功率信号，并发送电源功率信号至模块板13，以使模块板13调节输出电源功率。

当然，主控板11也接收用户输入的停止充电信息，利用停止充电信息，生成停止充电信号发送至模块板13，以使模块板13停止对待充电目标充电。

具体的，检测板12，用于利用主控板11发送的检测信息，对充电母线状态进行检测，并生成检测结果发送至主控板11，以使主控板11依据检测结果判断是否可以充电。

需要说明的是，检测板12单独检测充电母线状态，与主控板11和模块板13分离，便于布线，使强电线路与弱电线路分开布局，实现强弱电隔离，提高了充电过程的安全性。

具体的，模块板13，用于接收主控板11发送的充电信号，闭合交流接触器进行交直流转换为充电母线上电，利用主控板11发送的电源功率信号，调整充电母线输出的电源功率，对待充电目标进行充电，以适应待充电目标的电量变化，可以理解的是，在未接收到充电信号时，交流接触器处于断开状态，模块板13不进行交直流转换，从而降低电磁损耗，节约能源，提高充电效率，保护电池，且模块板13可以接收主控板11发送的停止充电信号，断开交流接触器，断开交流电源与充电母线的连接，停止对待充电目标充电。

需要说明的是，模块板13仅负责建立充电回路，实现交直流转换，控制输出电源功率，因此，在面对不同要求的电源输出功率情况下，可以仅对模块板13进行调整，以满足实际应用需求，而不用改变主控板11和检测板12，从而增强了扩展性。

可以理解的是，主控板11、检测板12和模块板13均利用软件系统独立编程，因此当需要进行扩展或复用时，只需对发生变动的模块单独进行软件调试或对改变的模块的硬件电路进行调整即可。

可见，本发明实施例中，直流充电机控制器包括主控板11、模块板13和检测板12共3种分离开的电路板，主控板11通过接收各种反馈信号，控制其他各模块的工作做状态，调控整个充电过程，检测板12单独检测充电母线的状态与主控板11分离实现强弱电分离，模块板13单独负责电压输出，将调整输出功率功能与主控板11隔离开，由于主控板11、检测板12和模块板13均相互独立设置且电气隔离，所以当对任一模块进行扩展或复用，仅需对各模块进行相应的软件程序进行调试或对改变的模块的硬件电路进行调整即可，无需对所有模块均进行硬件改动，能够适应各种应用情况，且当待充电目标与模块板13存在兼容性问题，只需单独调整模块板13即可，而不需要改动主控板11和检测板12，提高了兼容性。

本发明实施例公开了一种具体的直流充电机控制器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。参见图2所示，具体的：

上一实施例中，主控板11还可以具体包括充电枪主触点温度检测单元111、充电机环境温度检测单元112、充电母线开断控制单元113和充电母线继电器检测单元114，其中，为了提高充电机充电的安全性，主控板11安装有检测充电枪工作温度的充电枪主触点温度检测单元111、检测充电机工作温度的充电机环境温度检测单元112和检测充电母线继电器的触点是否粘连的充电母线继电器检测单元114，当充电枪主触点温度检测单元111和/或充电机环境温度检测单元112检测到温度异常，则生成温度异常数据，主控板11则利用温度异常数据生成停止充电信号，以控制模块板13停止充电，防止出现过热导致充电机运行故障的情况，及时检测出过热这种异常状态，当充电母线继电器检测单元114检测到充电母线继电器的触点粘连，则主控板11可以报警，并发送停止充电信号至模块板，停止充电；充电母线开断控制单元113，则是在主控板11生成充电信号后，闭合充电母线的继电器，使充电母线与待充电目标连通。

进一步的，为了能够节约能源减少损耗，主控板11还可以包括充电状态检测单元115和待机指令发送单元116；充电状态检测单元115，用于检测是否处于充电状态；待机指令发送单元116，用于当充电状态判断单元判定不处于充电状态，则发送待机指令至检测板12和模块板13并进入低功耗状态，以使检测板12和模块板13均进入低功耗状态，主控板11检测各模块工作状态，判断当前是否处于充电状态，如果是，则不进行动作，继续对待充电目标进行充电，如果否，则生成并发送待机指令至检测板12和模块板13并进入低功耗状态，检测板12和模块板13接收待机指令，进入低功耗状态，停止部分检测功能的运行，保留通信功能正常运行，从而降低非充电状态的功率损耗，使整个充电机进入低功耗状态，当主控板11接收到充电信号后，则控制各模块执行相应的充电功能，其中，模块板13低功耗状态主要体现为开出回路133断开交流接触器，使充电单元停止工作，并关闭散热单元，减少功耗。

上一实施例中，模块板13可以具体包括：充电单元131，用于将交流电转换为直流电输出给充电母线，接收电源功率信号并控制充电母线输出与电源功率信号相应的电源功率；开出回路133，用于开断交流接触器；开入回路132，用于检测开出回路133的工作状态。

其中，开出回路133可以具体包括接触器控制单元和散热单元，开出回路133在接收到充电信息后通过控制接触器控制单元控制交流接触器闭合，为充电母线上电，同时，散热单元启动散热功能进行散热，保证充电机运行温度正常，例如，可以启动排热风机进行散热。

其中，开入回路132可以具体包括：急停信号接收单元、防雷器检测单元、断路器检测单元和接触器接通确认单元，急停信号接收单元用于接收用户输入的急停信号，接收急停信号后，急停信号接收单元将急停信号发送给主控板11，主控板11依据急停信号控制模块板断开交流接触器，停止充电，防雷器检测单元，则检测防雷器是否正常，如果不正常则可以向主控板11告警，由主控板11控制模块板13断开接触器，停止充电，断路器检测单元用于检测断路器当前工作状态，当断路器检测单元检测到断路器断开，则发送相应的断路器断开信息至主控板11，使主控板11生成并发送停止充电信号，接触器接通确认单元用于检测接触器连通状态，并将接触器检测结果反馈给主控板11，主控板11根据接触器检测结果判断是否继续充电。

上一实施例中，检测板12可以具体包括：充电母线电压电流检测单元121和充电母线电压电流检测单元122；充电母线电压电流检测单元121利用专用计量芯片，检测充电母线的电压和电流是否正常，充电母线电压电流检测单元122，则负责检测充电母线的绝缘状态。

本发明实施例中，模块板13与主控板11通过CAN总线连接，检测板12与主控板11通过RS485总线连接。

本发明实施例中，上述主控板11可以采用至少256K的Flash，96K的SRAM，80个IO口，最大运行速度为120MHz的芯片，电源接口的工作电压范围为直流18～32V，具有4路CAN通道，物理层电路可以参考SAE J1939中A.3.1，且具有保护电路，其中3路CAN通道必须物理层完全独立，还具有物理层完全独立的2路RS485通道，支持最大波特率19200bps，共有8路继电器输出，触点容量5A，250AC，5A，30DC，以用于控制直流接触器以及电池锁紧机构等，11路独立的数字信号量检测接口，检测无源节点的数字输入，分辨率10ms，脉宽占空比50％，还具有3个LED指示灯驱动接口，用于驱动外接的待机指示灯、充电指示灯和充电结束指示灯，2个CC电平检测接口，用于检测CC电平，5个温度检测接口，用于检测充电枪内动力回路正和负的温度。

具体的，上述检测板12工作电压范围可以在直流电压18～32V之间，且具有保护电路，物理层完全独立的1路RS485通道，支持最大波特率19200bps，绝缘阻值测量范围满足0Ω～1.5MΩ，测量精度≤5％FS，电压测量范围满足150V～750VDC,测量精度≤0.5％FS，支持负压，电流测量精度≤0.5％FS。

具体的，上述模块板13工作电压范围直流电压18～32V之间，具有物理层完全独立的2路CAN通道，物理层电路可以参考SAE J1939中A.3.1，8路继电器输出，触点容量5A，250AC，5A，30DC，用于控制直流接触器以及电池锁紧机构等，11路独立的数字信号量检测接口，检测无源节点的数字输入，分辨率10ms，脉宽占空比50％。

另外，本发明实施例还公开了一种直流充电机，参见图3所示，该充电机包括TCU费控模块21和前述公开的直流充电机控制器22；其中，直流充电机控制器22包括主控板221、检测板222和模块板223，TCU费控模块21与直流充电机控制器22的主控板221相连，直流充电机可以为一机一枪一体充电机，也可以为一机双枪分时充电一体充电机，即前述实施例公开的直流充电机控制器22可以适应性的扩展到各种充电机。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上对本发明所提供的一种直流充电机控制器及直流充电机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种直流充电机控制器，其特征在于，包括：相互独立设置且电气隔离的主控板、模块板和检测板；其中，所述模块板和所述检测板均分别与所述主控板相连；

所述主控板，用于接收充电信息，利用所述充电信息，检测是否与待充电目标的电池管理系统兼容，如果是，则生成检测信息发送至所述检测板，利用所述检测板返回的检测结果判断是否充电，如果是，则生成充电信号并发送至所述模块板，利用所述充电信号控制充电母线上电，如果否，则生成停止充电信号发送至所述模块板，利用所述停止充电信号控制所述充电母线断电；接收所述电池管理系统反馈的电量信号，利用所述电量信号生成电源功率信号，并发送所述电源功率信号至所述模块板；

所述主控板还设置有256K的Flash、96K的SRAM、80个IO口、最大运行速度为120MHz的芯片，其中，所述主控板的电源接口的工作电压范围为直流18～32V；

所述检测板，用于利用所述主控板发送的所述检测信息，对所述充电母线的状态进行检测，并生成所述检测结果发送至所述主控板；

所述模块板，用于利用所述主控板发送的所述充电信号闭合交流接触器，利用所述主控板发送的所述电源功率信号，输出相应的电源功率对所述待充电目标进行充电，接收所述停止充电信号断开所述交流接触器；

所述检测板的工作电压范围为直流18～32V，且所述检测板中还设置有保护电路；所述模块板与所述主控板通过CAN总线连接，所述检测板与所述主控板通过RS485总线连接；

所述主控板中还至少设置有4路CAN通道，其中3路所述CAN通道物理层完全独立，其中2路RS485通道物理层完全独立，所述RS485通道的最大波特率为19200bps，共有8路继电器输出，触点容量5A，250AC，5A，30DC，以用于控制直流接触器以及电池锁紧机构；所述RS485通道中的11路独立的数字信号量检测接口，用于检测无源节点的数字输入，所述数字信号量检测接口的分辨率为10ms，脉宽占空比为50％；且所述RS485通道中的绝缘阻值测量范围为0Ω～1.5MΩ，所述绝缘阻值的测量精度小于或等于5％FS，电压测量范围为150V～750VDC，所述电压测量精度小于或等于0.5％FS，电流测量精度小于或等于0.5％FS。

2.根据权利要求1所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述主控板，还包括：

充电枪主触点温度检测单元，用于检测充电枪主触点温度；

充电机环境温度检测单元，用于检测充电机环境温度。

3.根据权利要求1所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述主控板，包括：

充电母线开断控制单元，用于控制充电母线继电器开断；

充电母线继电器检测单元，用于检测所述充电母线继电器的触点是否粘连。

4.根据权利要求1所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述检测板，包括：

充电母线电压电流检测单元，用于检测所述充电母线的电压电流值；

充电母线绝缘检测单元，用于检测所述充电母线的绝缘状态。

5.根据权利要求1至4任一项所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述主控板，还包括：

充电状态判断单元，用于判断是否处于充电状态；

待机指令发送单元，用于当所述充电状态判断单元判定不处于充电状态，则进入低功耗状态并发送待机指令至所述检测板和所述模块板，以使所述检测板和所述模块板均进入低功耗状态。

6.根据权利要求1至4任一项所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述模块板，包括：

充电单元，用于将交流电源的交流电转换为直流电输出至所述充电母线，接收所述电源功率信号并控制所述充电母线输出相应的电源功率；

开出回路，用于开断所述交流接触器；

开入回路，用于检测所述开出回路的工作状态。

7.根据权利要求6所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述开出回路，包括：

接触器控制单元，用于控制所述交流接触器开断；

散热单元，用于启动散热功能。

8.根据权利要求6所述的直流充电机控制器，其特征在于，所述开入回路，包括：

急停信号接收单元，用于接收用户输入的急停信号；

防雷器检测单元，用于检测防雷器的工作状态；

断路器检测单元，用于检测断路器的工作状态；

接触器接通确认单元，用于判断所述交流接触器是否接通。

9.一种直流充电机，其特征在于，包括TCU费控模块和如权利要求1至8任一项所述的直流充电机控制器；其中，所述TCU费控模块与所述直流充电机控制器的主控板相连。