CN107800169A - 电动汽车用基于自适应控制的直流充电站 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车用基于自适应控制的直流充电站，包括DSP处理芯片和多个直流充电桩主体，DSP处理芯片与多个直流充电桩主体分别连接，用于基于附近道路的汽车类型信息，确定多个直流充电桩主体中需要关闭的直流充电桩主体的数量。通过本发明，能够使得直流充电站内的直流充电桩的开启数量与附近电动车的需求相适应。
Description
技术领域
本发明涉及直流充电站领域，尤其涉及一种电动汽车用基于自适应控制的直流充电站。
背景技术
直流式充电桩的常规技术参数如下：a)充电桩(栓)电源输入电压：三相四线380VAC±15％，频率50Hz±5％；b)充电桩(栓)应满足充电对象；c)充电桩(栓)输出为直流电，输出电压满足充电对象的电池制式要求；d)最大输出电流满足充电对象的电池制式1C的充电要求，并向下兼容；e)充电方式分为常规和快速2种方式，常规为5小时充电方式，快速为1小时充电方式(针对不同电池类型选择)；f)实现智能IC管理；g)每个充电桩(栓)自带操作器，以供用户进行充电方式选择和操作指导，并显示电动车电池状态和用户IC卡资费信息，实现无人管理；h)充电桩(栓)接口应符合直流充电接口的相关规定；i)充电桩(栓)通讯接口采用CAN通讯接口，通信协议按照电动汽车电池管理系统与非车载充电机之间的通信协议的规定执行(充电对象为锂电池电动车)；j)充电桩(栓)对充电过程中的非正常状态应具备相应的报警和保护功能；k)充电桩(栓)对电池的状态要监控，根据电池的温度，电压对充电曲线，充电电流，充电压自动调整；l)充电桩(栓)采用强制风冷；m)充电桩(栓)防护等级符合要求
每一个直流电动汽车充电站可以由一个或多个直流充电桩组成，直流充电桩作为直流电动汽车的充电终端，除了为直流电动汽车提供电力之外，还可以具有定时、充满报警、电脑快充、密码控制、自识别电压、多重保护等功能，这样，一个直流充电站能够同时为多个直流电动汽车充电，提高充电的效率。
然而，由于直流充电桩发展历史较短，积累的经验较少，现有技术中的直流电动汽车充电站内的直流充电桩其结构比较粗犷，冗余度高，导致充电效率较为低下，而且提供的辅助功能偏少，给直流电动汽车的驾驶员带来的用户体验比较差。
同时，现有技术中的直流电动汽车充电站只能通过人工操作方式控制管辖的直流充电桩的开启数量，即凭借管理者的历史经验手工控制，这种控制方式并不科学，容易导致在附近道路上行驶的直流电动汽车很少时，直流充电站内所有直流充电桩全部运行，造成电力能源的浪费，或者，在附近道路上行驶的需要充电的直流电动汽车数量远远超过空闲直流充电桩的数量。
因此，需要一种新的直流充电站，首先，能够根据直流充电站附近道路的电动汽车具体数量自适应设置自己内部直流充电桩的开启数量，从而实现二者的相适应，其次，能够改造每一个直流充电桩的结构和功能，提高直流充电桩的充电效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于自适应控制的直流充电站，通过优化直流充电桩的内部结构，迎合电动汽车驾驶员的各种需求，尤其重要的是，通过引入一氧化碳检测仪、一氧化氮检测仪、红外线传感阵列获取附近道路上行驶的电动汽车占据整个行驶汽车的数量百分比，从而为直流充电站内的直流充电桩的开启提供控制依据。
根据本发明的一方面，提供了一种基于自适应控制的直流充电站，所述充电站包括DSP处理芯片和多个直流充电桩主体，DSP处理芯片与多个直流充电桩主体分别连接，用于基于附近道路的汽车类型信息，确定多个直流充电桩主体中需要关闭的直流充电桩主体的数量。
更具体地，在所述基于自适应控制的直流充电站中，包括：一氧化氮检测仪，设置在红外线传感阵列附近，用于检测红外线传感阵列附近的一氧化氮浓度，并当一氧化氮浓度大于等于第一浓度阈值时，发出一氧化氮超标信号；一氧化碳检测仪，设置在红外线传感阵列附近，用于检测红外线传感阵列附近的一氧化碳浓度，并当一氧化碳浓度大于等于第二浓度阈值时，发出一氧化碳超标信号；红外线传感阵列，水平设置在直流充电站附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定充电站附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；计时器，用于实时发送计时信号；多个直流充电桩主体，每一个直流充电桩主体包括充电控制设备、输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路和CAN总线通讯接口；第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；IGBT桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与IGBT桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动车的电池组进行充电；驱动电路与DSP处理芯片连接，用于接收DSP处理芯片发出的IGBT桥控制信号，并基于IGBT桥控制信号确定驱动控制信号；采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和DSP处理芯片分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；均流控制电路与DSP处理芯片连接，用于基于DSP处理芯片发送的均流控制信号对电动车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与DSP处理芯片连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给DSP处理芯片；输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给DSP处理芯片；充电控制设备与第一整流滤波电路连接，用于切断或恢复第一整流滤波电路对380伏三相交流电的接收，以实现对相应直流充电桩主体的开启关闭操作；DSP处理芯片，与计时器、红外线传感阵列、一氧化氮检测仪、一氧化碳检测仪以及每一个直流充电桩主体分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到一氧化氮超标信号和一氧化碳超标信号时，油类汽车数量自加1，电动车数量为汽车数量减去油类汽车数量，汽车数量、油类汽车数量和电动车数量每天自动清零，基于电动车数量占据汽车数量的百分比确定充电站内直流充电桩主体的开启数量，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，充电站内直流充电桩主体的开启数量越多。
更具体地，在所述基于自适应控制的直流充电站中：DSP处理芯片基于直流采样数据确定均流控制信号。
更具体地，在所述基于自适应控制的直流充电站中：DSP处理芯片还与过温保护电路连接，用于为电动车的电池组提供过温保护操作。
更具体地，在所述基于自适应控制的直流充电站中：DSP处理芯片还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作。
更具体地，在所述基于自适应控制的直流充电站中：DSP处理芯片还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于自适应控制的直流充电站的结构方框图。
附图标记：1DSP处理芯片；2直流充电桩主体。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于自适应控制的直流充电站的实施方案进行详细说明。
从电动机的工作原理上划分，可以将电动汽车分为直流电动汽车和交流电动汽车两个类型，每一种电动汽车的工作原理不同，相应地，充电桩的充电方式也不相同。
目前，直流电动汽车占据了电动汽车的一定比例的市场。对于一个直流充电站来说，需要设置一个或多个直流充电桩，以应对直流电动汽车扎推充电的情况，这时，直流充电站的管理者将面临一个难题：如何控制每一个直流充电桩的开启状态。如果全部直流充电桩全部开启但附近需要充电的直流电动汽车不多，将导致很多直流充电桩长期处于无电动汽车可充电的空闲状态，浪费一定的电力资源，相反，如果少量直流充电桩开启但附近需要充电的直流电动汽车很多，将导致很多直流电动汽车排队充电的情况发生，降低了充电效率，给用户带来不好的使用体验。
另外，现有技术中的直流充电桩的结构不够合理，功能较为单一，工作效率低下，无法满足日益挑剔的直流电动汽车驾驶员的需求，需要对其内部硬件结构进行整合。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于自适应控制的直流充电站，首先，改造现有技术中的直流充电桩的结构，优化现有功能，提高工作效率；其次，在直流充电站内部集成多个汽车类型检测设备和统计设备，以基于电动汽车占据汽车总量的百分比自动控制直流充电站内部开启的直流充电桩的数量，从而最大程度地利用了现有的电力资源。
图1为根据本发明实施方案示出的基于自适应控制的直流充电站的结构方框图，所述充电站包括DSP处理芯片和多个直流充电桩主体，DSP处理芯片与多个直流充电桩主体分别连接，用于基于附近道路的汽车类型信息，确定多个直流充电桩主体中需要关闭的直流充电桩主体的数量。
接着，继续对本发明的基于自适应控制的直流充电站的具体结构进行进一步的说明。
所述充电站包括：一氧化氮检测仪，设置在红外线传感阵列附近，用于检测红外线传感阵列附近的一氧化氮浓度，并当一氧化氮浓度大于等于第一浓度阈值时，发出一氧化氮超标信号。
所述充电站包括：一氧化碳检测仪，设置在红外线传感阵列附近，用于检测红外线传感阵列附近的一氧化碳浓度，并当一氧化碳浓度大于等于第二浓度阈值时，发出一氧化碳超标信号。
所述充电站包括：红外线传感阵列，水平设置在直流充电站附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定充电站附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；计时器，用于实时发送计时信号。
所述充电站包括：多个直流充电桩主体，每一个直流充电桩主体包括充电控制设备、输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路和CAN总线通讯接口。
第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；IGBT桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与IGBT桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动车的电池组进行充电。
驱动电路与DSP处理芯片连接，用于接收DSP处理芯片发出的IGBT桥控制信号，并基于IGBT桥控制信号确定驱动控制信号；采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和DSP处理芯片分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；均流控制电路与DSP处理芯片连接，用于基于DSP处理芯片发送的均流控制信号对电动车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与DSP处理芯片连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给DSP处理芯片。
输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给DSP处理芯片；充电控制设备与第一整流滤波电路连接，用于切断或恢复第一整流滤波电路对380伏三相交流电的接收，以实现对相应直流充电桩主体的开启关闭操作。
所述充电站包括：DSP处理芯片，与计时器、红外线传感阵列、一氧化氮检测仪、一氧化碳检测仪以及每一个直流充电桩主体分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到一氧化氮超标信号和一氧化碳超标信号时，油类汽车数量自加1，电动车数量为汽车数量减去油类汽车数量，汽车数量、油类汽车数量和电动车数量每天自动清零，基于电动车数量占据汽车数量的百分比确定充电站内直流充电桩主体的开启数量，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，充电站内直流充电桩主体的开启数量越多。
可选地，在所述基于自适应控制的直流充电站中：DSP处理芯片基于直流采样数据确定均流控制信号；DSP处理芯片还与过温保护电路连接，用于为电动车的电池组提供过温保护操作；DSP处理芯片还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作；以及DSP处理芯片还可以与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。
另外，DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；(5)快速的中断处理和硬件I/O支持；(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；(7)可以并行执行多个操作；(8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
采用本发明的基于自适应控制的直流充电站，针对现有技术无法对直流充电站内部直流充电桩数量进行自动开启控制的技术问题，通过引入多个汽车类型检测设备和统计计算设备，确定附近道路上电动汽车占据汽车总量的百分比，以上述百分比作为充电站自动控制开启充电桩数量的依据，从而避免电力资源的没必要的浪费，同时，通过对直流充电站内每一个直流充电桩的结构进行优化，提高其充电效率，从而解决了上述技术问题。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种基于自适应控制的直流充电站的，所述充电站包括DSP处理芯片和多个直流充电桩主体，DSP处理芯片与多个直流充电桩主体分别连接，用于基于附近道路的汽车类型信息，确定多个直流充电桩主体中需要关闭的直流充电桩主体的数量。
2.如权利要求1所述的基于自适应控制的直流充电站，其特征在于，所述充电站包括：
一氧化氮检测仪，设置在红外线传感阵列附近，用于检测红外线传感阵列附近的一氧化氮浓度，并当一氧化氮浓度大于等于第一浓度阈值时，发出一氧化氮超标信号；
一氧化碳检测仪，设置在红外线传感阵列附近，用于检测红外线传感阵列附近的一氧化碳浓度，并当一氧化碳浓度大于等于第二浓度阈值时，发出一氧化碳超标信号；
红外线传感阵列，水平设置在直流充电站附近道路位置，由多个红外线传感单元组成，根据同时被触发的红外线传感单元的数量确定充电站附近道路是否存在汽车行驶通过，当确定存在汽车行驶通过时发出汽车通过信号，其中，红外线传感阵列的水平宽度大于等于最长汽车的长度，多个红外线传感单元为等间隔均匀分布；
计时器，用于实时发送计时信号；
多个直流充电桩主体，每一个直流充电桩主体包括充电控制设备、输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管IGBT桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路和CAN总线通讯接口；
第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；
IGBT桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；
高频变压器与IGBT桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；
第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动车的电池组进行充电；
驱动电路与DSP处理芯片连接，用于接收DSP处理芯片发出的IGBT桥控制信号，并基于IGBT桥控制信号确定驱动控制信号；
采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和DSP处理芯片分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；
均流控制电路与DSP处理芯片连接，用于基于DSP处理芯片发送的均流控制信号对电动车的电池组的充电电流进行均流控制；
输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与DSP处理芯片连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给DSP处理芯片；
输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给DSP处理芯片；
充电控制设备与第一整流滤波电路连接，用于切断或恢复第一整流滤波电路对380伏三相交流电的接收，以实现对相应直流充电桩主体的开启关闭操作；
DSP处理芯片，与计时器、红外线传感阵列、一氧化氮检测仪、一氧化碳检测仪以及每一个直流充电桩主体分别连接，当接收到汽车通过信号时，汽车数量自加1，当接收到汽车通过信号且接收到一氧化氮超标信号和一氧化碳超标信号时，油类汽车数量自加1，电动车数量为汽车数量减去油类汽车数量，汽车数量、油类汽车数量和电动车数量每天自动清零，基于电动车数量占据汽车数量的百分比确定充电站内直流充电桩主体的开启数量，电动车数量占据汽车数量的百分比越大，充电站内直流充电桩主体的开启数量越多。
3.如权利要求2所述的基于自适应控制的直流充电站，其特征在于：
DSP处理芯片基于直流采样数据确定均流控制信号。
4.如权利要求2所述的基于自适应控制的直流充电站，其特征在于：
DSP处理芯片还与过温保护电路连接，用于为电动车的电池组提供过温保护操作。
5.如权利要求2所述的基于自适应控制的直流充电站，其特征在于：
DSP处理芯片还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作。
6.如权利要求2所述的基于自适应控制的直流充电站，其特征在于：
DSP处理芯片还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。
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