CN108237945A - 一种交流充电桩、电动车信息交互系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种交流充电桩、电动车信息交互系统，包含充电桩控制模块与电动车充电控制模块，充电桩控制模块包含充电桩通信单元以及充电桩主控制单元，电动车充电控制模块包含电动车充电通信单元及电动车主控制单元；充电桩通信单元与电动车充电通信单元均同时包含无线通信模块、CP线扩容通信模块、电力线载波模块中的其中一个或两个；CP线扩容通信模块与车辆充电线中的CP信号线连接；电力线载波模块与交流充电线连接；电动车充电控制模块还包含CAN通信单元；电动车主控制单元通过CAN通信单元及电动车的车辆CAN总线与电动车的电池管理系统连接；本发明能将电动车电池的荷电信息与充电桩的购电信息交互，提升通信时传输数据的容量及效率。

Description

一种交流充电桩、电动车信息交互系统
技术领域
本发明涉及充电技术领域，具体涉及一种交流充电桩、电动车信息交互系统。
背景技术
在现有对电动车进行交流充电的设备中，充电桩无法获取电动车的电池充电情况，而电动车也无法获取用于在充电桩处购买的充电数据，使得充电者无法了解完整的充电信息或充电状况；根据国家标准，电动车在交流充电时只有车辆充电线中的CP线和PE线用于通信；随着充电效率的提升，若增加通信信息，势必对通信效率提出新的要求，为解决这个问题，有必要进行深入研究。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其目的在于能够将电池的荷电信息发送充电桩等外部装置，同时提升通信时传输数据的容量及效率。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种交流充电桩、电动车信息交互系统，包含充电桩控制模块与电动车充电控制模块，所述充电桩控制模块包含充电桩通信单元以及充电桩主控制单元，电动车充电控制模块包含电动车充电通信单元及电动车主控制单元；所述充电桩通信单元与电动车充电通信单元均同时包含无线通信模块、CP线扩容通信模块、电力线载波模块中的其中一个或两个，且充电桩通信单元与电动车充电通信单元通信连接以传递充电信息；所述CP线扩容通信模块与车辆充电线中的CP信号线连接,用于接收并发送同时包含多个电压值的数据信号；所述电力线载波模块与交流充电线连接；所述电动车充电控制模块还包含CAN通信单元；其中，充电桩主控制单元与充电桩通信单元通信相连；电动车主控制单元与电动车充电通信单元通信相连；电动车主控制单元通过CAN通信单元及电动车的车辆CAN总线与电动车的电池管理系统连接。
进一步的，所述CP线扩容通信模块包含PWM信号收发控制单元、电压幅值调整单元、信号变换单元；所述PWM信号收发控制单元包含第一输入输出端、第二输入输出端，还包含若干控制输出端；
所述信号变换单元包含第一MOS管、第二MOS管、滞回比较器、锁存器、与逻辑电路、与非逻辑电路、接地电阻R2与接地电阻R3；
所述电压幅值调整单元包含切换开关S1、限流电阻R1、NPN三极管、基极电阻R4、集电极电阻R5、第三MOS管以及稳压参数互不相同的稳压二极管D1、稳压二极管D2；
所述NPN三极管的基极经基极电阻R4与PWM信号收发控制单元的其中一个控制输出端单独相连；NPN三极管的发射极与CP线扩容通信模块的直流参考地端相连，NPN三极管的集电极经集电极电阻R5与CP线扩容通信模块的直流供电端相连，且NPN三极管的集电极与第三MOS管的栅极相连；所述稳压二极管D1的阴极、稳压二极管D2的阴极、第三MOS管的源极、第二MOS管的漏极、第一MOS管的漏极、滞回比较器的输入端相互并接；稳压二极管D1的阳极、稳压二极管D2的阳极分别与切换开关的开关切换端对应相连，切换开关的开关公共端与第三MOS管的漏极相连，并经限流电阻R1连接至CP线扩容通信模块的直流参考地端；
第一MOS管的源极、第二MOS管的源极分别与第一输入输出端、第二输入输出端一一对应相连；第一MOS管的栅极连接至与非逻辑电路的输出端；第二MOS管的栅极连接至与逻辑电路的输出端；与非逻辑电路、与逻辑电路的其中一个输入端相互并接后连接至滞回比较器的输出端；PWM信号收发控制单元的其中两个控制输出端经锁存器后分别独立连接至与非逻辑电路、与逻辑电路的输入端；PWM信号收发控制单元的第一输入输出端、第二输入输出端分别经接地电阻R3，接地电阻R2连接至CP线扩容通信模块的直流参考地端。
本发明能够将电动车电池的荷电信息与充电桩的购电信息进行交互，同时提升通信时传输数据的容量及效率；通过CP线扩容通信模块既能发送同时包含不同电压幅值的PWM信号，也能接收并分辨同时包含不同电压幅值的PWM信号，增加了PWM信号的传输容量；选择3G通信单元等无线通信模块将信号上传到网络平台，便于利用手机通过APP客户端查看充电排队的拥堵情况。
附图说明
图1为实施例的原理逻辑框图。
图2为实施例中CP线扩容通信模块的原理图。
图3为实施例中信号发送驱动单元/信号接收调压单元的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
一种交流充电桩、电动车信息交互系统，如图1所示，包含充电桩控制模块与电动车充电控制模块，所述充电桩控制模块包含充电桩通信单元以及充电桩主控制单元，电动车充电控制模块包含电动车充电通信单元及电动车主控制单元；所述充电桩通信单元与电动车充电通信单元均同时包含无线通信模块、CP线扩容通信模块、电力线载波模块中的其中一个或两个，且充电桩通信单元与电动车充电通信单元通信连接以传递充电信息；所述CP线扩容通信模块与车辆充电线中的CP信号线连接,用于接收并发送同时包含多个电压值的数据信号；所述电力线载波模块与交流充电线连接；所述电动车充电控制模块还包含CAN通信单元；其中，充电桩主控制单元与充电桩通信单元通信相连；电动车主控制单元与电动车充电通信单元通信相连；电动车主控制单元通过CAN通信单元及电动车的车辆CAN总线与电动车的电池管理系统连接。通过电力线载波模块、CP线扩容通信模块及无线通信模块，使得电动车能够将电池管理系统中的荷电情况相关数据传递给充电桩或充电站，也使得电动车具备获取客户购买的充电数据等相关信息的硬件条件，从而可实现对充电时间或排队时间的掌握，便于大家安排或选择出行计划；其中，所述无线通信模块包含NFC通信单元、4G通信单元、3G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、315M/433M射频通信单元的其中一种；NFC通信单元、蓝牙通信单元、315M/433M射频通信单元使得电动车能够直接与现场的充电数据进行交互；WIFI通信单元、3G通信单元、4G通信单元使得电动车能够将信号上传到网络平台，便于利用手机通过APP客户端查看充电排队的拥堵情况，从而合理安排时间计划或发送信息，以调度控制。
如图2所示，CP线扩容通信模块包含PWM信号收发控制单元U1、电压幅值调整单元、信号变换单元；所述PWM信号收发控制单元U1包含第一输入输出端t1、第二输入输出端t2，还包含控制输出端t3-t5；电动车充电控制模块中的PWM信号收发控制单元与电动车主控制单元为不同的独立控制器或由一个共用控制器实现；对应的，充电桩控制模块中的PWM信号收发控制单元与充电桩主控制单元为不同的独立控制器或由一个共用控制器实现；所述独立控制器或共用控制器包含ARM嵌入式处理器、FPGA中的其中一种；一方面引脚多，便于方案扩展与实现，另一方面，对应连接的晶振频率高，有利于提升传输的数据容量；
所述信号变换单元包含第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、滞回比较器A1、锁存器La1、与逻辑电路U2、与非逻辑电路U3、接地电阻R2与接地电阻R3；
所述电压幅值调整单元包含切换开关S1、限流电阻R1、NPN三极管Q4、基极电阻R4、集电极电阻R5、第三MOS管Q3以及稳压参数互不相同的稳压二极管D1、稳压二极管D2；
所述NPN三极管Q4的基极经基极电阻R4与PWM信号收发控制单元的控制输出端t5单独相连；NPN三极管Q4的发射极与CP线扩容通信模块的直流参考地端相连，NPN三极管Q4的集电极经集电极电阻R5与CP线扩容通信模块的直流供电端相连，且NPN三极管Q4的集电极与第三MOS管Q3的栅极相连；所述稳压二极管D1的阴极、稳压二极管D2的阴极、第三MOS管Q3的源极、第二MOS管Q2的漏极、第一MOS管Q1的漏极、滞回比较器A1的输入端相互并接；稳压二极管D1的阳极、稳压二极管D2的阳极分别与切换开关S1的开关切换端对应相连，切换开关S1的开关公共端与第三MOS管Q3的漏极相连，并经限流电阻R1连接至CP线扩容通信模块的直流参考地端；所述切换开关S1包含模拟开关、继电器的其中一种，以便于控制，控制端也可与PWM信号收发控制单元的控制输出端相连。
第一MOS管Q1的源极、第二MOS管的源极Q2分别与第一输入输出端t1、第二输入输出端t2一一对应相连；第一MOS管Q1的栅极连接至与非逻辑电路U2的输出端；第二MOS管的栅极连接至与逻辑电路的输出端；与非逻辑电路U2、与逻辑电路U3的其中一个输入端相互并接后连接至滞回比较器A1的输出端；PWM信号收发控制单元的其中两个控制输出端t3、t4经锁存器La1后分别独立连接至与非逻辑电路U2、与逻辑电路U3的输入端；PWM信号收发控制单元的第一输入输出端t1、第二输入输出端t2分别经接地电阻R3，接地电阻R2连接至CP线扩容通信模块的直流参考地端。
如图3所示，上述CP线扩容通信模块还包含信号发送驱动单元、信号接收调压单元、驱动电源、第一收发控制开关，第二收发控制开关；其中，信号发送驱动单元包含放大倍数大于1的线性放大器，可采用同相放大器与射极跟随器，同相放大器的输入端作为信号发送驱动单元的输入端，且与滞回比较器的输入端相连；同相放大器的输出端与射极跟随器的输入端相连，射极跟随器的输出端作为信号发送驱动单元的输出端；同相放大器、射极跟随器的供电端经过第一收发控制开关与驱动电源相连；信号接收调压单元包含放大倍数小于1的线性放大单元，可采用反相放大器，反相放大器的输入端作为信号接收调压单元的输入端，反相放大器的输出作为信号接收调压单元的输出端；反相放大器的供电端经过第二收发控制开关与驱动电源相连；所述第一收发控制开关、第二收发控制开关包含继电器或MOS管；由此，信号发送驱动单元发出的信号与信号接收调压单元接受的信号整体上为反相逻辑关系，便于控制单元对于通信数据的识别与纠错处理；通过放大倍数的参数设计与驱动电源的大小选择，能够方便的在较宽范围内提供数据通信的电压逻辑，也增加了数据通信的驱动能力；信号发送驱动单元的供电端经第一收发控制开关与驱动电源相连，信号接收调压单元的供电端经第二收发控制开关与驱动电源相连；信号发送驱动单元的输入、信号接收调压单元的输出相互并接至滞回比较器的输入端；信号发送驱动单元的输出、信号接收调压单元的输入相互并接至车辆充电线中的CP线；第一收发控制开关、第二收发控制开关的控制端分别同与逻辑电路、与非逻辑电路连接至锁存器的输入端对应连接；通过PWM信号收发控制单元的输出，通过开关选择或结构设计，使第一收发控制开关、第二收发控制开关同时只有其中一个开关导通，从而避免PWM信号发送与PWM信号接收时对通信线路的挤占及信号干扰，且只在PWM信号收发控制单元发出一次指令时，同时对第一收发控制开关、第二收发控制开关、第一MOS管、第二MOS管同步控制，不需要占用控制单元更多接口或节拍资源，即可实现，方便快捷；另一方面，通过第一收发控制开关、第二收发控制开关的开关导通控制，使得任一时间只有信号发送驱动单元或信号接收调压单元能够正常工作，从而在保持通信的同时具备保护作用，而传统的二极管保护电路虽然具备保护作用，但无法兼容双向通信。在充电前，充电桩端与电动车端都可自定义PWM信号的收发控制初始状态，并在充电时通过开关信号或内部控制信号建立通信链路；另外，在反相放大器和/或同相放大器的输出端还接有过压保护单元，如连接稳压二极管，以确保数据通信过程中的电压安全，提高系统可靠性。
使用CP线扩容通信模块在发送PWM波形时，通过PWM信号收发控制单元发送信号，经锁存器后，确定只选择第一MOS管或第二MOS管导通，当第三MOS管导通时，稳压二极管D1、稳压二极管D2及切换开关被短路，PWM信号收发控制单元发出的信号幅值电压不变；当第三MOS管不通，切换开关S1选择连接稳压二极管D1或稳压二极管D2后则信号幅值会被相应的限制到对应的电压；通过PWM信号收发控制单元对NPN三极管的反逻辑控制，实现第三MOS管的快速动作，即可发出能够同时包含不同电压幅值PWM信号，利用这个特性，能够提升PWM信号的容量，即将两种或三种幅值的PWM信号同时发出；
CP线扩容通信模块在准备接收同时包含两种幅值的PWM信号时，PWM信号收发控制单元预先发出信号，使得锁存器输出到与逻辑电路、与非逻辑电路的输入均为1，滞回比较器的元件参数设计使其翻转电压的高侧电压大于PWM信号中幅值较小的电压，由此只在信号中最大幅值的电压来临时滞回比较器的输出翻转或变化。当PWM数据传输时最高幅值信号的电压来临时，滞回比较器输出高电平，则经过与逻辑电路、与非逻辑电路后，第二MOS管导通，第一MOS管断开，PWM信号收发控制单元的第二输入输出端接收到PWM信号的高电平；当PWM数据传输时弱幅值信号的电压来临时，由于小于滞回比较器的翻转电压，滞回比较器输出低电压，经过与逻辑电路、与非逻辑电路后，第二MOS管断开，第一MOS管导通；此时，PWM信号收发控制单元的第二输入输出端由于经电阻接地，为低电平，而第一输入输出端则能正常接收并识别弱幅值的PWM信号。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种交流充电桩、电动车信息交互系统，包含充电桩控制模块与电动车充电控制模块，所述充电桩控制模块包含充电桩通信单元以及充电桩主控制单元，电动车充电控制模块包含电动车充电通信单元及电动车主控制单元；其特征在于：所述充电桩通信单元与电动车充电通信单元均同时包含无线通信模块、CP线扩容通信模块、电力线载波模块中的其中一个或两个，且充电桩通信单元与电动车充电通信单元通信连接以传递充电信息；所述CP线扩容通信模块与车辆充电线中的CP信号线连接,用于接收并发送同时包含多个电压值的数据信号；所述电力线载波模块与交流充电线连接；所述电动车充电控制模块还包含CAN通信单元；其中，充电桩主控制单元与充电桩通信单元通信相连；电动车主控制单元与电动车充电通信单元通信相连；电动车主控制单元通过CAN通信单元及电动车的车辆CAN总线与电动车的电池管理系统连接。
2.如权利要求1所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：所述CP线扩容通信模块包含PWM信号收发控制单元、电压幅值调整单元、信号变换单元；所述PWM信号收发控制单元包含第一输入输出端、第二输入输出端，还包含若干控制输出端；
所述信号变换单元包含第一MOS管、第二MOS管、滞回比较器、锁存器、与逻辑电路、与非逻辑电路、接地电阻R2与接地电阻R3；
所述电压幅值调整单元包含切换开关S1、限流电阻R1、NPN三极管、基极电阻R4、集电极电阻R5、第三MOS管以及稳压参数互不相同的稳压二极管D1、稳压二极管D2；
所述NPN三极管的基极经基极电阻R4与PWM信号收发控制单元的其中一个控制输出端单独相连；NPN三极管的发射极与CP线扩容通信模块的直流参考地端相连，NPN三极管的集电极经集电极电阻R5与CP线扩容通信模块的直流供电端相连，且NPN三极管的集电极与第三MOS管的栅极相连；所述稳压二极管D1的阴极、稳压二极管D2的阴极、第三MOS管的源极、第二MOS管的漏极、第一MOS管的漏极、滞回比较器的输入端相互并接；稳压二极管D1的阳极、稳压二极管D2的阳极分别与切换开关的开关切换端对应相连，切换开关的开关公共端与第三MOS管的漏极相连，并经限流电阻R1连接至CP线扩容通信模块的直流参考地端；
第一MOS管的源极、第二MOS管的源极分别与第一输入输出端、第二输入输出端一一对应相连；第一MOS管的栅极连接至与非逻辑电路的输出端；第二MOS管的栅极连接至与逻辑电路的输出端；与非逻辑电路、与逻辑电路的其中一个输入端相互并接后连接至滞回比较器的输出端；PWM信号收发控制单元的其中两个控制输出端经锁存器后分别独立连接至与非逻辑电路、与逻辑电路的输入端；PWM信号收发控制单元的第一输入输出端、第二输入输出端分别经接地电阻R3，接地电阻R2连接至CP线扩容通信模块的直流参考地端。
3.如权利要求2所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：所述切换开关包含模拟开关、继电器的其中一种。
4.如权利要求2所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：电动车充电控制模块中的PWM信号收发控制单元与电动车主控制单元为不同的独立控制器或由一个共用控制器实现；对应的，充电桩控制模块中的PWM信号收发控制单元与充电桩主控制单元为不同的独立控制器或由一个共用控制器实现；所述独立控制器或共用控制器包含ARM嵌入式处理器、FPGA中的其中一种。
5.如权利要求2所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：还包含信号发送驱动单元、信号接收调压单元、驱动电源、第一收发控制开关，第二收发控制开关；其中，信号发送驱动单元包含放大倍数大于1的线性放大器，信号接收调压单元包含放大倍数小于1的线性放大单元，信号发送驱动单元的供电端经第一收发控制开关与驱动电源相连，信号接收调压单元的供电端经第二收发控制开关与驱动电源相连；信号发送驱动单元的输入、信号接收调压单元的输出相互并接至滞回比较器的输入端；信号发送驱动单元的输出、信号接收调压单元的输入相互并接至车辆充电线中的CP线；第一收发控制开关、第二收发控制开关的控制端对应连接至锁存器的输出端。
6.如权利要求5所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：所述信号接收调压单元包含反相放大器，所述信号发送驱动单元包含同相放大器与射极跟随器；其中同相放大器的输出与射极跟随器的输入相连；同相放大器的输入端为信号发送驱动单元的输入端，射极跟随器的输出端为信号发送驱动单元的输出端；反相放大器的输入端为信号接收调压单元的输入端，反相放大器的输出端为信号接收调压单元的输出端。
7.如权利要求6所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：在反相放大器和/或同相放大器的输出端还接有过压保护单元。
8.如权利要求1所述的一种交流充电桩、电动车信息交互系统，其特征在于：所述无线通信模块包含NFC通信单元、4G通信单元、3G通信单元、蓝牙通信单元、WIFI通信单元、315M/433M射频通信单元的其中一种。
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