CN109080472A - 一种停车场电动汽车分级式充电系统及充电方法 - Google Patents

一种停车场电动汽车分级式充电系统及充电方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种停车场电动汽车分级式充电系统及充电方法，该系统包括第一级和第二级充电设备，第一级充电设备包括断路器、整流器单元、换流器单元、控制单元、人机交互设备、插座，第二级充电设备包括插头、换流器单元或逆变器单元、充电枪。第一级充电设备输入10KV的高压交流电，通过整流器单元以及换流器单元，向插座输出1.5KV的中压直流电，供用户侧的第二级充电设备使用。根据电动汽车充电类型的差异，第二级充电设备包括两种类型，即直流型与交流型：直流型输入1KV的中压直流电，通过换流器单元，向充电枪输出750V的低压直流电，用于电动汽车的充电；交流型输入1KV的中压直流电，通过逆变器单元，向充电枪输出440V的低压交流电，用于电动汽车的充电。

Description

一种停车场电动汽车分级式充电系统及充电方法
技术领域
本发明涉及一种停车场电动汽车分级式充电系统及充电方法，属于电动汽车技术领域。
背景技术
随着经济的快速发展，传统机动车对石油等化石能源的消耗量不断增长，使得环境问题和可持续发展的问题日益突出，与此同时，电动汽车以车载电源为动力源，其清洁环保、零污染的特点越发受到人们的关注。当前，国内外纯电动汽车(EV)和插电式混合动力汽车(PHEV)的量产和销售也已开始。
与此同时，随着电动汽车的逐步推广，与之配套的充电站、充电桩也得到了较快的建设与发展。电动汽车存在直流充电与交流充电两种充电方式，目前市面上的纯电动车大部分都支持交流慢速充电和直流快速充电两种充电模式。两种充电方式并存的局面使得电动汽车充电站、充电桩的合理规划、建设的成本偏高，这些因素的存在，不利于电动汽车的大规模推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种停车场电动汽车分级式充电系统及充电方法，相比于传统的充电站、充电桩模式，具有更佳的建设针对性、更低的建设成本、更灵活的使用方式。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种停车场电动汽车分级式充电系统，该系统包括第一级充电设备和第二级充电设备，其中：
第一级充电设备包括断路器、整流器单元、第一换流器单元、控制单元、人机交互设备、插座，第二级充电设备包括插头、第二换流器单元或逆变器单元、充电枪；断路器、整流器单元、第一换流器单元和插座依次连接，人机交互设备、控制单元和断路器依次连接，插头、第二换流器单元或逆变器单元、充电枪依次连接。
作为本发明的进一步技术方案，第一级充电设备设置在停车场，停车场的高压交流电通过断路器输入整流器单元，经过整流器单元和第一换流器单元后，向插座输出中压直流电。
作为本发明的进一步技术方案，第二级充电设备由用户携带，分为直流型与交流型，其中，直流型的第二级充电设备包括插头、第二换流器单元、充电枪，交流型的第二级充电设备包括插头、逆变器单元、充电枪，插头与插座连接，第二换流器单元输出低压直流电至充电枪，逆变器单元输出低压交流电至充电枪。
作为本发明的进一步技术方案，插头与插座装有配对的通信接口，两者之间通过通信接口进行单工通信，由插头向插座发送第二级充电设备的类型信息，插座获取到第二级充电设备的类型信息后，将信息发送到人机交互设备。
作为本发明的进一步技术方案，人机交互设备包括键盘、LCD显示屏以及卡槽。其中，卡槽用于用户充电时插入存有用户信息的IC卡。
作为本发明的进一步技术方案，第一级充电设备的整流器单元采用以集成门极换流晶闸管IGCT为核心开关器件的三相桥式全控整流电路。
作为本发明的进一步技术方案，第一级充电设备的第一换流器单元采用以集成门极换流晶闸管IGCT为核心开关器件的降压斩波电路。
作为本发明的进一步技术方案，第二级充电设备的第二换流器单元采用以绝缘栅双极晶体管IGBT为核心开关器件的降压斩波电路。
作为本发明的进一步技术方案，第二级充电设备的逆变器单元采用以绝缘栅双极晶体管IGBT为核心开关器件的单相电压型逆变电路。
另一方面，本发明还提供一种基于上述任一停车场电动汽车分级式充电系统的充电方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，用户将第二级充电设备的插头(7)插入到第一级充电设备的插座，将第二级充电设备的充电枪插入电动汽车的充电接口，将IC卡插入人机交互设备的卡槽；
步骤2，人机交互设备读取IC卡内的用户信息，同时获取第二级充电设备的类型；
步骤3，用户在人机交互设备中输入充电时间，同时显示第二级充电设备的类型信息，由用户点击“确认”后，执行步骤4；否则执行步骤8；
步骤4，人机交互设备将IC卡内的用户信息、充电时间、第二级充电设备的类型传递到控制单元后，转步骤5；
步骤5，控制单元根据充电时间计算充电所需金额，并与卡内余额作比较，若卡内余额不足，命令人机交互设备提示“余额不足”信息后，转步骤8，否则转步骤6；
步骤6，控制单元向第一级充电设备的断路器发送指令，导通充电电路并开始计时、计价；
步骤7，若充电时间达到预定值，命令人机交互设备提示“充电结束”信息后，转步骤8；否则，在人机交互界面上实时显示剩余充电时间与卡内余额；
步骤8，充电结束，控制单元向第一级充电设备的断路器与人机交互设备发送指令，断开充电电路，并弹出IC卡。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明相比于传统的充电站、充电桩模式，具有更佳的建设针对性、更低的建设成本、更灵活的使用方式。
附图说明
图1是一种停车场电动汽车分级式充电系统的电路原理框图。
图中：1-断路器；2-整流器单元；3-换流器单元；4-插座；5-控制单元；6-人机交互设备；7-插头；8a-换流器单元；8b-逆变器单元；9a、9b-充电枪；10-IC卡。
图2是一种停车场电动汽车分级式充电方法的操作程序流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，本发明停车场电动汽车分级式充电系统，包括第一级充电设备的断路器1、整流器单元2、换流器单元3、控制单元5、人机交互设备6、插座4，第二级充电设备的插头7、换流器单元8a或逆变器单元8b、充电枪9a、9b。
对于第一级充电设备，断路器1、整流器单元2、换流器单元3、插座4依次连接，其中，整流器单元2将输入的10KV高压交流电转换成直流电，换流器单元3将整流器单元2输出的直流电转换成1.5KV的中压直流电，输出至插座4处。
人机交互设备6具体包括卡槽、键盘、LCD显示屏。人机交互设备6与控制单元5连接，断路器1的动作信号由控制单元5给出。用户在插入IC卡后，通过键盘输入充电时长、确认第二级充电设备的类型信息。人机交互设备6将上述信息发送到控制单元。
对于第二级充电设备，具体分为直流型与交流型。其中直流型适合用于快充，交流型适合于慢充。对于直流型，插头7、换流器单元8a、充电枪9a依次连接，其中，换流器单元8a将输入的1.5KV中压直流电降压成750V的低压直流电，输出至充电枪9a处；对于交流型，插头7、逆变器单元8b、充电枪9b依次连接，逆变器单元8b将输入的1.5KV中压直流电逆变成440V的低压交流电，输出至充电枪9b处。
第一级充电设备的插座4与第二级充电设备的插头7间具有通信功能，第二级充电设备根据自身类型，向第一级充电设备传递类型信息，插座4获取到第二级充电设备的类型信息后，将信息发送到人机交互设备6。
优选的，第一级充电设备的整流器单元2采用以集成门极换流晶闸管(IGCT)为核心开关器件的三相桥式全控整流电路；
优选的，第一级充电设备的换流器单元3采用以集成门极换流晶闸管(IGCT)为核心开关器件的降压斩波电路(Buck电路)；
优选的，直流型第二级充电设备的换流器单元8a采用以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为核心开关器件的降压斩波电路(Buck电路)；
优选的，交流型第二级充电设备的逆变器单元8b采用以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为核心开关器件的单相电压型逆变电路；
优选的，第一级充电设备的插座4与第二级充电设备的插头7之间采取单工模式进行通信，即第二级充电设备的插头7作为信号发送端，第一级充电设备的插座4作为信号接收端。
如图2所示，本发明还提供了一种停车场电动汽车分级式充电方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，用户将第二级充电设备的插头7插入到第一级充电设备的插座4，将第二级充电设备的充电枪9a、9b插入电动汽车的充电接口，将IC卡插入人机交互设备6的卡槽；
步骤2，人机交互设备6读取IC卡内的用户信息，同时获取第二级充电设备的类型；
步骤3，用户在人机交互设备6中输入充电时间，同时显示第二级充电设备的类型信息，由用户点击“确认”后，执行步骤4；否则执行步骤8；
步骤4，人机交互设备6将IC卡内的用户信息、充电时间、第二级充电设备的类型传递到控制单元5后，转步骤5；
步骤5，控制单元5根据充电时间计算充电所需金额，并与卡内余额作比较，若卡内余额不足，命令人机交互设备6提示“余额不足”信息后，转步骤8，否则转步骤6；
步骤6，控制单元5向第一级充电设备的断路器1发送指令，导通充电电路并开始计时、计价；
步骤7，若充电时间达到预定值，命令人机交互设备6提示“充电结束”信息后，转步骤8；否则，在人机交互界面6上实时显示剩余充电时间与卡内余额；
步骤8，充电结束，控制单元5向第一级充电设备的断路器1与人机交互设备6发送指令，断开充电电路，并弹出IC卡。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，该系统包括第一级充电设备和第二级充电设备，其中：
第一级充电设备包括断路器(1)、整流器单元(2)、第一换流器单元(3)、控制单元(5)、人机交互设备(6)、插座(4)，第二级充电设备包括插头(7)、第二换流器单元(8a)或逆变器单元(8b)、充电枪(9a、9b)；断路器(1)、整流器单元(2)、第一换流器单元(3)和插座(4)依次连接，人机交互设备(6)、控制单元(5)和断路器(1)依次连接，插头(7)、第二换流器单元(8a)或逆变器单元(8b)、充电枪(9a、9b)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，第一级充电设备设置在停车场，停车场的高压交流电通过断路器(1)输入整流器单元(2)，经过整流器单元(2)和第一换流器单元(3)后，向插座(4)输出中压直流电。
3.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，第二级充电设备由用户携带，分为直流型与交流型，其中，直流型的第二级充电设备包括插头(7)、第二换流器单元(8a)、充电枪(9a)，交流型的第二级充电设备包括插头(7)、逆变器单元(8b)、充电枪(9b)，插头(7)与插座(4)连接，第二换流器单元(8a)输出低压直流电至充电枪(9a)，逆变器单元(8b)输出低压交流电至充电枪(9b)。
4.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，插头(7)与插座(4)装有配对的通信接口，两者之间通过通信接口进行单工通信，由插头(7)向插座(4)发送第二级充电设备的类型信息，插座(4)获取到第二级充电设备的类型信息后，将信息发送到人机交互设备(6)。
5.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，人机交互设备(6)包括键盘、LCD显示屏以及卡槽。其中，卡槽用于用户充电时插入存有用户信息的IC卡。
6.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，第一级充电设备的整流器单元(2)采用以集成门极换流晶闸管IGCT为核心开关器件的三相桥式全控整流电路。
7.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，第一级充电设备的换流器单元(3)采用以集成门极换流晶闸管IGCT为核心开关器件的降压斩波电路。
8.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，第二级充电设备的换流器单元(8a)采用以绝缘栅双极晶体管IGBT为核心开关器件的降压斩波电路。
9.根据权利要求1所述的一种停车场电动汽车分级式充电系统，其特征在于，第二级充电设备的逆变器单元(8b)采用以绝缘栅双极晶体管IGBT为核心开关器件的单相电压型逆变电路。
10.基于如权利要求1至9中任一所述的停车场电动汽车分级式充电系统的充电方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，用户将第二级充电设备的插头(7)插入到第一级充电设备的插座(4)，将第二级充电设备的充电枪(9a、9b)插入电动汽车的充电接口，将IC卡插入人机交互设备(6)的卡槽；
步骤2，人机交互设备(6)读取IC卡内的用户信息，同时获取第二级充电设备的类型；
步骤3，用户在人机交互设备(6)中输入充电时间，同时显示第二级充电设备的类型信息，由用户点击“确认”后，执行步骤4；否则执行步骤8；
步骤4，人机交互设备(6)将IC卡内的用户信息、充电时间、第二级充电设备的类型传递到控制单元(5)后，转步骤5；
步骤5，控制单元(5)根据充电时间计算充电所需金额，并与卡内余额作比较，若卡内余额不足，命令人机交互设备(6)提示“余额不足”信息后，转步骤8，否则转步骤6；
步骤6，控制单元(5)向第一级充电设备的断路器(1)发送指令，导通充电电路并开始计时、计价；
步骤7，若充电时间达到预定值，命令人机交互设备(6)提示“充电结束”信息后，转步骤8；否则，在人机交互界面(6)上实时显示剩余充电时间与卡内余额；
步骤8，充电结束，控制单元(5)向第一级充电设备的断路器(1)与人机交互设备(6)发送指令，断开充电电路，并弹出IC卡。
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