CN110712555B - 输出电压可调的电动车充电桩及调节充电电压的方法 - Google Patents

输出电压可调的电动车充电桩及调节充电电压的方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了输出电压可调的电动车充电桩及调节充电电压的方法；可以根据电动车电池组的电压规格进行调整充电电压。电动车充电桩，包括机壳和设置在机壳内的充电电路板；充电电路板包括充电电路、主控MCU、电压信号采集电路、电流信号采集电路和PWM信号反馈电路；充电电路包括变压器。调节充电电压的方法，包括：电压信号采集电路采集电动车电池的电压并发送到主控MCU；主控MCU根据采集的电池组的电压信号判断采集的电压所属的范围；根据得出电池组的电压规格，主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2调整至与电池组匹配的充电电压。本公开中不仅根据电动车的电池电压调整相匹配的充电电压，还可以在交叉范围内自动识别出电池组的电压规格。

Description

输出电压可调的电动车充电桩及调节充电电压的方法
技术领域
本公开属于电动车充电技术领域，具体涉及一种输出电压可调的电动车充电桩。
背景技术
电动车充电桩是一种用于给电动车充电的设备，通过扫码、刷卡或投币等方式完成支付，然后通过充电接头插接在电动车上进行充电，当充电完毕后，将充电接头从电动车充电桩上取下。
目前电动车电池电压的规格有多种多样，根据单体蓄电池的数量不同，电动车电池组的电压规格也不同，市面上的电动车电池数一般由3～6个12V的蓄电池构成；如果在充电时，充电电压不能根据电动车电池组的电压规格进行调整，采用单一的电压来进行充电，一方面充电效果较差，另一方面，影响电池的使用寿命。
此外，目前的单体蓄电池的电压为12V蓄电池，由于12V蓄电池电压会随着电量而变化，一般在10.5～13.8V之间。由3～6个12V的蓄电池对应电压为：31.5V～41.4V、42V～55.2V、52.5V～69V、63V～82.8V。由此可得，电池数量为4、5、6个时，仅仅依靠电压无法完全识别。
发明内容
本公开提供了一种输出电压可调的电动车充电桩，可以根据电动车电池组的电压规格进行调整充电电压。
为了解决上述技术问题，本公开所采用的技术方案为：
一方面，本公开提供了一种输出电压可调的电动车充电桩，包括机壳和设置在机壳内的充电电路板；所述充电电路板包括充电电路、主控MCU、电压信号采集电路、电流信号采集电路和PWM信号反馈电路；其中，充电电路包括变压器，变压器上连接有输入端、正极输出端POWER OUT+和负极输出端POWER OUT-；其中，电压信号采集电路的采集端与充电电路的正极输出端POWER OUT+相连，且用于采集电动车电池的电压信号；电压信号采集电路的输出端与主控MCU相连；其中，电流信号采集电路的采集端与充电电路的负极输出端POWEROUT-相连，且用于采集电动车电池的电流信号；电流信号采集电路的输出端与主控MCU相连；其中，主控MCU，根据获取的电流信号采集电路和电压信号采集电路得到电动车电池的电压；并与PWM信号反馈电路的输入端相连，将包含电动车电池电压的PWM信号传递到PWM信号反馈电路中；其中，PWM信号反馈电路的输出端与充电电路的变压器相连，变压器根据电动车电池的电压，调整输出电压。
进一步改进的方案：所述主控MCU的型号为STM32429IGTX。
进一步改进的方案：所述电压信号采集电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；所述电阻R1通过CHAEGE1 IN2引脚与主控MCU相连，所述电阻R2与电阻R1串联后与充电电路的正极输出端POWER OUT+相连，所述电容C1一端接地且另一端与CHAEGE IN2引脚相连，所述电阻R3一端接地且另一端连接在R1与R2之间。
进一步改进的方案：电流信号采集电路包括电容C14、电阻R26和电阻R27；所述电容C14一端接地且另一端通过CHAEGE1 IN1引脚与主控MCU相连；所述电阻R26一端与负极输出端POWER OUT-相连且另一端通过CHAEGE1 IN1引脚与主控MCU相连；所述电阻R27的一端与负极输出端POWER OUT-相连且另一端接地。
进一步改进的方案：PWM信号反馈电路包括依次相连的电阻R23、三极管Q7、变压器T1、整流二极管D5、电阻R12和MOS管Q3；其中，电阻R23通过CHAEGE1 PWM1引脚与主控MCU相连；MOS管Q3与变压器T2相连。
进一步改进的方案：变压器的脚10上依次通过二极管D1和保险丝F1连接正极输出端POWER OUT+。
进一步改进的方案：变压器的脚8依次通过二极管D3、电阻R22和MOS管Q9连接负极输出端POWER OUT-负极输出端POWER OUT-。
另一方面，本公开提供了一种调节充电电压的方法，包括以下步骤：
A、电压信号采集电路采集电动车电池的电压并发送到主控MCU；主控MCU根据采集的电池组的电压信号判断采集的电压所属的范围；若采集的电压大小位于电池组电压的专属范围内，便直接得出电池组的电压规格，进入步骤B1；若采集的电压大小位于N个单体蓄电池构成的电池组和N+1个单体蓄电池构成的电池组的交叉范围内时则进入步骤B2。
B1、根据得出电池组的电压规格，主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2调整至与电池组匹配的充电电压。
B2、主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2将充电电路的充电电压调整为采用N+1个单体蓄电池构成的电池组所对应的充电电压对电池组进行充电；充电步骤如下：
启动阶段：MCU记录电池组的静电电压，然后进行充电；若2分钟内电压变化大于或等于1.2V*N时，则判定电池组由N个单体电池组成，从而确定电池组的电压规格，则进入步骤B1；若2分钟内电压变化小于1.2V*N时，则进入恒流恒压充电阶段。
充电恒流恒压充电阶段：恒流恒压阶段充电10分钟后进入静置阶段。
充电静置阶段：等待电池组电压不再变化，并记录当前电压，并根据当前电压再次判断电池的电压规格；若当前电压处于专属范围，则判定电池组的电压规格，进入步骤B1；若电池组电压处于交叉范围，则循环B2，直到判定出电池组的电压规格，进入到步骤B1。
进一步改进的方案：所述N为3、4、5或6。
进一步改进的方案：当电池组包括3个单体蓄电池时，电池组的专属范围为31.5V～41.4V；当电池组包括4个单体蓄电池时，电池组的专属范围为42V～52.5V；当电池组包括5个单体蓄电池时，电池组的专属范围为55.2V～63V；当电池组包括6个单体蓄电池时，电池组的专属范围为69V～82.8V。3个和4个单体蓄电池之间无交叉范围，4个和5个单体蓄电池之间交叉范围为52.5V～55.2V；5个和6个单体蓄电池之间交叉范围为63V～69V。所述专属范围不包括端点值，交叉范围包括端点值。
本公开的有益效果为：
本公开中，电动车充电桩包括充电电路、主控MCU、电压信号采集电路、电流信号采集电路和PWM信号反馈电路；充电电路包括变压器；通过电压信号采集电路和电流信号采集电路可以获得电动车电池的电压，并传递到主控MCU，主控MCU将包含电动车电池电压的PWM信号传递到PWM信号反馈电路中；PWM信号反馈电路向变压器传递接该信号，变压器接收到根据电动车电池的电压，调整输出电压；电动车充电桩可以根据电动车的电池电压调整相匹配的充电电压，保证了电池的充电效率和使用寿命。
本公开中，调节充电电压的方法，不仅根据电动车的电池电压调整相匹配的充电电压，而且还进一步，利用了电池的极化效应，还可以在交叉范围内自动识别出电池组的电压规格，解决了仅仅依靠电压数值判断，无法完全识别的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要介绍，应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关附图。
图1是本公开中电动车充电桩中不包含市电至变压器T2部分的充电电路示意图。
图2是本公开中电动车充电桩中充电电路的示意图。
图3是本公开中电动车充电桩中电压信号采集电路的示意图。
图4是本公开中电动车充电桩中电流信号采集电路的示意图。
图5是本公开中型号为STM32429IGTX的主控MCU示意图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本公开，并不用于限定本公开。基于本公开的实施例，本领域技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例的一种输出电压可调的电动车充电桩，包括机壳和设置在机壳内的充电电路板；所述充电电路板包括充电电路、主控MCU、电压信号采集电路、电流信号采集电路和PWM信号反馈电路；
主控MCU的型号可以采用现有的一些处理器，例如型号为STM32429IGTX的主控MCU，参阅图5；只要具备将接收的电压信号进行识别处理并将包含电压信息的PWM信号反馈到PWM信号反馈电路中的现有处理器均可以。
参阅图1，充电电路包括变压器T2，变压器T2上连接有输入端、正极输出端POWEROUT+和负极输出端POWER OUT-。变压器的脚10上依次通过二极管D1整流和保险丝F1连接正极输出端POWER OUT+。变压器的脚8依次通过二极管D3整流、电阻R22和MOS管Q9连接负极输出端POWER OUT-负极输出端POWER OUT-。变压器根据接收的PWM信号调整输出电压，很多现有变压器都可以实现该功能，例如型号为Tan_3482的变压器；变压器本身自带的功能属于现有技术，不是本公开的改进点。
参阅图1和图3，电压信号采集电路的采集端与充电电路的正极输出端POWER OUT+相连，且用于采集电动车电池的电压信号；电压信号采集电路的输出端与主控MCU相连。所述电压信号采集电路具体包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；所述电阻R1通过CHAEGE1IN2引脚与主控MCU相连，所述电阻R2与电阻R1串联后与充电电路的正极输出端POWER OUT+相连，所述电容C1一端接地且另一端与CHAEGE IN2引脚相连，所述电阻R3一端接地且另一端连接在R1与R2之间。
参阅1和图4，电流信号采集电路的采集端与充电电路的负极输出端POWER OUT-相连，且用于采集电动车电池的电流信号；电流信号采集电路的输出端与主控MCU相连。电流信号采集电路具体包括电容C14、电阻R26和电阻R27；所述电容C14一端接地且另一端通过CHAEGE1 IN1引脚与主控MCU相连；所述电阻R26一端与负极输出端POWER OUT-相连且另一端通过CHAEGE1 IN1引脚与主控MCU相连；所述电阻R27的一端与负极输出端POWER OUT-相连且另一端接地。
其中，参阅图1，主控MCU，根据获取的电流信号采集电路和电压信号采集电路得到电动车电池的电压；并与PWM信号反馈电路的输入端相连，将包含电动车电池电压的PWM信号传递到PWM信号反馈电路中；参阅图1，PWM信号反馈电路包括依次相连的电阻R23、三极管Q7、变压器T1、整流二极管D5、电阻R12和MOS管Q3；其中，电阻R23通过CHAEGE1 PWM1引脚与主控MCU相连；MOS管Q3与变压器T2相连。其中，PWM信号反馈电路的输出端与充电电路的变压器相连，变压器根据电动车电池的电压，调整输出电压。参阅图1，在PWM信号反馈电路中设有用于限流和限压的Q2、Q4、Q5和Q8，起到过流保护的作用。
参阅图2，变压器T2的4脚和3脚与市电之间连接有供电电路，供电电路主要由主控MCU控制的继电器RL1和将交流变为直流的整流桥BRG1 BRIGE1构成；具体详见附图2。
下面结合工作原理对本公开做进一步说明：
当电动车的电池组接通充电电路后，电压信号采集电路和电流信号采集电路采集电池组的电压信号和电流信号，然后反馈到主控MCU，主控MCU将信号处理后并通过PWM信号传递到PWM信号反馈电路，PWM信号反馈电路接收到PWM信号后将MOS管Q3导通，从而变压器T2调整至与电动车的电池组充电电压相匹配的输出电压。
实施例二：
一种调节充电电压的方法，包括以下步骤：
A、电压信号采集电路采集电动车电池的电压并发送到主控MCU；主控MCU根据采集的电池组的电压信号判断采集的电压所属的范围；若采集的电压大小位于电池组电压的专属范围内，便直接得出电池组的电压规格，进入步骤B1；若采集的电压大小位于N个单体蓄电池构成的电池组和N+1个单体蓄电池构成的电池组的交叉范围内时则进入步骤B2。
B1、根据得出电池组的电压规格，主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2调整至与电池组匹配的充电电压。
B2、主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2将充电电路的充电电压调整为采用N+1个单体蓄电池构成的电池组所对应的充电电压对电池组进行充电；充电步骤如下：
启动阶段：MCU记录电池组的静电电压，然后进行充电；若2分钟内电压变化大于或等于1.2V*N时，则判定电池组由N个单体电池组成，从而确定电池组的电压规格，则进入步骤B1；若2分钟内电压变化小于1.2V*N时，则进入恒流恒压充电阶段。
充电恒流恒压充电阶段：恒流恒压阶段充电10分钟后进入静置阶段。
充电静置阶段：等待电池组电压不再变化，并记录当前电压，并根据当前电压再次判断电池的电压规格；若当前电压处于专属范围，则判定电池组的电压规格，进入步骤B1；若电池组电压处于交叉范围，则循环B2，直到判定出电池组的电压规格，进入到步骤B1。
所述N为可以为任意正整数，本实施例中N为3、4、5或6。
当电池组包括3个单体蓄电池时，电池组的专属范围为31.5V～41.4V；当电池组包括4个单体蓄电池时，电池组的专属范围为42V～52.5V；当电池组包括5个单体蓄电池时，电池组的专属范围为55.2V～63V；当电池组包括6个单体蓄电池时，电池组的专属范围为69V～82.8V。3个和4个单体蓄电池之间无交叉范围，4个和5个单体蓄电池之间交叉范围为52.5V～55.2V；5个和6个单体蓄电池之间交叉范围为63V～69V。所述专属范围不包括端点值，交叉范围包括端点值。
本公开不局限于上述可选实施方式，任何人在本公开的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本公开权利要求界定范围内的技术方案，均落在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种输出电压可调的电动车充电桩，其特征在于：包括机壳和设置在机壳内的充电电路板；所述充电电路板包括充电电路、主控MCU、电压信号采集电路、电流信号采集电路和PWM信号反馈电路；
其中，充电电路包括变压器T2，变压器T2上连接有输入端、正极输出端POWER OUT+和负极输出端POWER OUT-；
其中，电压信号采集电路的采集端与充电电路的正极输出端POWER OUT+相连，且用于采集电动车电池的电压信号；电压信号采集电路的输出端与主控MCU相连；
其中，电流信号采集电路的采集端与充电电路的负极输出端POWER OUT-相连，且用于采集电动车电池的电流信号；电流信号采集电路的输出端与主控MCU相连；
其中，主控MCU，根据获取的电流信号采集电路和电压信号采集电路得到电动车电池的电压；并与PWM信号反馈电路的输入端相连，将包含电动车电池电压的PWM信号传递到PWM信号反馈电路中；
其中，PWM信号反馈电路的输出端与充电电路的变压器T2相连，变压器T2根据电动车电池的电压，调整输出电压；
所述输出电压可调的电动车充电桩调节充电电压的步骤包括：
A、电压信号采集电路采集电动车电池的电压并发送到主控MCU；主控MCU根据采集的电池组的电压信号判断采集的电压所属的范围；若采集的电压大小位于电池组电压的专属范围内，便直接得出电池组的电压规格，进入步骤B1；若采集的电压大小位于N个单体蓄电池构成的电池组和N+1个单体蓄电池构成的电池组的交叉范围内时则进入步骤B2；
B1、根据得出电池组的电压规格，主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2调整至与电池组匹配的充电电压；
B2、主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2将充电电路的充电电压调整为采用N+1个单体蓄电池构成的电池组所对应的充电电压对电池组进行充电；充电步骤如下：
启动阶段：MCU记录电池组的静电电压，然后进行充电；若2分钟内电压变化大于或等于1.2V*N时，则判定电池组由N个单体电池组成，从而确定电池组的电压规格，则进入步骤B1；若2分钟内电压变化小于1.2V*N时，则进入恒流恒压充电阶段；
充电恒流恒压充电阶段：恒流恒压阶段充电10分钟后进入静置阶段；
充电静置阶段：等待电池组电压不再变化，并记录当前电压，并根据当前电压再次判断电池的电压规格；若当前电压处于专属范围，则判定电池组的电压规格，进入步骤B1；若电池组电压处于交叉范围，则循环B2，直到判定出电池组的电压规格，进入到步骤B1。
2.根据权利要求1所述的一种输出电压可调的电动车充电桩，其特征在于：所述主控MCU的型号为STM32429IGTX。
3.根据权利要求2所述的一种输出电压可调的电动车充电桩，其特征在于：所述电压信号采集电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1；所述电阻R1通过CHAEGE1 IN2引脚与主控MCU相连，所述电阻R2与电阻R1串联后与充电电路的正极输出端POWER OUT+相连，所述电容C1一端接地且另一端与CHAEGE IN2引脚相连，所述电阻R3一端接地且另一端连接在R1与R2之间。
4.根据权利要求2所述的一种输出电压可调的电动车充电桩，其特征在于：电流信号采集电路包括电容C14、电阻R26和电阻R27；所述电容C14一端接地且另一端通过CHAEGE1 IN1引脚与主控MCU相连；所述电阻R26一端与负极输出端POWER OUT-相连且另一端通过CHAEGE1 IN1引脚与主控MCU相连；所述电阻R27的一端与负极输出端POWER OUT-相连且另一端接地。
5.根据权利要求2所述的一种输出电压可调的电动车充电桩，其特征在于：PWM信号反馈电路包括依次相连的电阻R23、三极管Q7、变压器T1、整流二极管D5、电阻R12和MOS管Q3；其中，电阻R23通过CHAEGE1 PWM1引脚与主控MCU相连；MOS管Q3与变压器T2相连。
6.一种权利要求1至5任一所述输出电压可调的电动车充电桩调节充电电压的方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、电压信号采集电路采集电动车电池的电压并发送到主控MCU；主控MCU根据采集的电池组的电压信号判断采集的电压所属的范围；若采集的电压大小位于电池组电压的专属范围内，便直接得出电池组的电压规格，进入步骤B1；若采集的电压大小位于N个单体蓄电池构成的电池组和N+1个单体蓄电池构成的电池组的交叉范围内时则进入步骤B2；
B1、根据得出电池组的电压规格，主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2调整至与电池组匹配的充电电压；
B2、主控MCU通过PWM信号反馈电路控制变压器T2将充电电路的充电电压调整为采用N+1个单体蓄电池构成的电池组所对应的充电电压对电池组进行充电；充电步骤如下：
启动阶段：MCU记录电池组的静电电压，然后进行充电；若2分钟内电压变化大于或等于1.2V*N时，则判定电池组由N个单体电池组成，从而确定电池组的电压规格，则进入步骤B1；若2分钟内电压变化小于1.2V*N时，则进入恒流恒压充电阶段；
充电恒流恒压充电阶段：恒流恒压阶段充电10分钟后进入静置阶段；
充电静置阶段：等待电池组电压不再变化，并记录当前电压，并根据当前电压再次判断电池的电压规格；若当前电压处于专属范围，则判定电池组的电压规格，进入步骤B1；若电池组电压处于交叉范围，则循环B2，直到判定出电池组的电压规格，进入到步骤B1。
7.根据权利要求6所述的一种调节充电电压的方法，其特征在于：所述N为3、4、5或6。
8.根据权利要求7所述的一种调节充电电压的方法，其特征在于：
当电池组包括3个单体蓄电池时，电池组的专属范围为31.5V~41.4V；当电池组包括4个单体蓄电池时，电池组的专属范围为42V~52.5V；当电池组包括5个单体蓄电池时，电池组的专属范围为55.2V~63V；当电池组包括6个单体蓄电池时，电池组的专属范围为69V~82.8V；
3个和4个单体蓄电池之间无交叉范围，4个和5个单体蓄电池之间交叉范围为52.5V~55.2V；5个和6个单体蓄电池之间交叉范围为63V~69V；
所述专属范围不包括端点值，交叉范围包括端点值。
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