CN113829918A - 一种可识别充电器和电池健康的充电桩及其识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可识别充电器和电池健康的充电桩及其识别方法，充电桩识别充电器是否正常，记录用户每次充电曲线，如状态异常，则断开充电电路，并在充电桩直接报警，同时给用户发送报警信息，无需平台预警，节省了预警时间，保障电动车充电安全预防火灾发生；用户每次充电曲线上传到云平台上，平台记录用户历史充电曲线，从而判断电池健康状况，如有异常则向用户发送预警信息；本发明各模块电路结构合理，通信稳定，不易受干扰；本发明报警时，充电桩上的报警器与用户手机双重报警，能很好的引起用户重视，必要时还会直接断开充电线路，保障电动车充电安全，有效预防火灾，消除电池爆炸等隐患。

Description

一种可识别充电器和电池健康的充电桩及其识别方法

技术领域

本发明涉及电动车充电桩领域，具体涉及一种可识别充电器和电池健康的充电桩及其识别方法。

背景技术

电动车广泛运用于日常生活中，从安全考虑，防止在家或楼道中充电有危险，充电桩应运而生，现有的电动车充电桩往往只有充电功能，而电动车电池充放电寿命有限，并且电动车并无完善的电池管理，这样会加速电池老化，增加电池故障概率，导致电动车性能下降、甚至可能在充电时造成火灾和爆炸。出售后的电动车电池基本依靠用户在使用时自行感觉是否需要更换，很少有厂家会跟踪电池状况，且不正规充电器或损坏的充电器也会对电池健康造成影响。

现有的一些充电桩会在云平台上追踪用户充电时的电池信息，并发出预警传送到用户手机，这样并不能很好的给用户起到警示效果，如果用户不够上心，其电动车充电时依然容易发生危险。电动车充电的危险不仅仅来源于电池状况，也与充电器息息相关，遇到充电器问题和电池问题，现有的充电桩只会发出预警，并不会在桩体上对此进行报警并做相应断电处理，预警过程繁杂耗费时间，还不易引起重视。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种可识别充电器和电池健康的充电桩及其识别方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种可识别充电器和电池健康的充电桩，包括充电桩桩体，所述充电桩桩体上设有交互模块、报警器和充电口，所述充电桩桩体内部设有控制器，所述控制器包括主控模块，所述主控模块分别与交互模块和报警器连接，所述控制器还包括与主控模块分别连接的电源模块、通信模块、充电控制模块、采样计量模块和外部存储模块，所述电源模块与市电连接，所述充电控制模块分别与市电和充电口连接，以控制充电电路的通断，所述采样计量模块与充电控制模块连接，采集电流和电压信息并计算功率，将数据传输给主控模块，所述通信模块与云平台连接，所述云平台连接有移动终端，所述主控模块检测到采样计量模块传输的数据异常并判定充电器异常时则控制报警器报警，并控制充电控制模块断开充电电路，同时通过通信模块经过云平台给移动终端发送报警信息。

进一步的，所述交互模块包括触摸屏、按键和刷卡器，用户通过交互模块可实现与充电桩的互动。

进一步的，所述通信模块包括RS-485收发器以及与RS-485收发器连接的隔离电路和防雷保护电路，隔离电路另一端连接主控模块，防雷保护电路的另一端连接带有RS485口的通信设备，所述通信设备与云平台之间可远程传输数据。

进一步的，所述充电控制模块包括与主控模块连接的继电器，继电器的触点K1一端连接市电，另一端连接充电口，以此控制充电口电源电路的通断。

进一步的，所述采样计量模块包括功率计量芯片以及与功率计量芯片连接的采样电路，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路。

进一步的，所述主控模块包括单片机，单片机型号包括STM32F103C8T6。

进一步的，所述电源模块包括AC/DC转换器、线性稳压器以及隔离电源电路，电源模块将交流电转化为直流电，为主控模块、外部存储模块、通信模块、充电控制模块、采样计量模块、交互模块和报警器供电。

进一步的，所述外部存储模块包括与主控模块连接的存储器，存储器型号包括P25Q21H。

一种可识别充电器和电池健康的充电桩的识别方法，所述方法包括以下步骤：

S1.记录充电信息并判断充电器是否正常：

主控模块将采样计量电路采集到的电流电压功率等信息并按照时间节点绘制曲线，判断功率曲线是否满足三段式曲线，即恒流充电阶段-恒压充电阶段-浮充充电阶段，不满足三段式曲线，或者充电器充电时间超过预定值且功率没有降低到预定值之下时，执行步骤S5，满足三段式曲线则执行步骤S2；

S2.将充电信息上传云平台，判断是否为历史用户：

主控模块将当前用户充电信息上传云平台，云平台读取信息区分是否为历史用户，不是历史用户则执行步骤S6，如果是历史用户则进入步骤S3；

S3.将历史用户当前充电信息存入对应数据库，并执行S4；

S4.判断电池是否健康：

通过分布式计算或大数据分析对当前用户的当次充电数据信息与若干次充电的历史数据做综合研判，比对若干次充电的历史数据曲线，判断该电池是否有容量衰减，三段式各个阶段的充电电流是否有异常，如数值突变等情况，如有突变则判定电池健康异常，执行步骤S7，如没有异常则执行步骤S8；

S5.充电桩断电处理，报警并发送报警信息：

主控模块控制充电控制模块断开充电电路，并控制报警器报警，同时通过平台发送报警信息到移动终端，即用户手机，报警信息包括充电器异常信息、已做断电处理信息，然后执行步骤S8；

S6.为新用户建立专属数据库并存入数据信息：

为新用户建立专属数据库，存入充电信息，计算当次电池最大容量，并储存数据信息，然后执行步骤S8；

S7.向用户发送预警信息：

预警信息包括预警原因、用户电池容量不符合正常衰变曲线的突然变化、用户电池充电数据异常的问题点及研判推断结论和推荐做法，如更换电池，然后执行步骤S8；

S8.结束本次服务：

结束本次服务，并向用户收费。

有益效果：本发明在充电桩识别充电器是否正常，记录用户每次充电曲线，如状态异常，则断开充电电路，并在充电桩直接报警，同时给用户发送报警信息，无需平台预警，节省了预警时间，及时断电处理保障电动车充电安全预防火灾发生；用户每次充电曲线上传到云平台上，平台记录用户历史充电曲线，从而判断电池健康状况，如有异常则向用户发送预警信息；本发明各模块电路结构合理，通信稳定，不易受干扰；本发明报警时，充电桩上的报警器与用户手机双重报警，能很好的引起用户重视，必要时还会直接断开充电线路，保障电动车充电安全，有效预防火灾，消除电池爆炸等隐患。

附图说明

图1是本发明实施例的电动车充电桩的原理结构框图；

图2是本发明实施例的主控模块的局部电路图；

图3是本发明实施例的外部存储模块的电路图；

图4是本发明实施例的充电控制模块的电路图；

图5是本发明实施例的采样计量模块的电路图；

图6是本发明实施例的通信模块的局部电路图；

图7是本发明实施例的电源模块的电路图；

图8是本发明实施例的一种识别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1至8所示，本发明实施例提供了一种可识别充电器和电池健康状况的电动车充电桩，包括充电桩桩体，充电桩桩体上设有交互模块1、报警器10和充电口11，交互模块1包括触摸屏、按键和刷卡器，用户通过交互模块1可实现与充电桩的互动，从而使充电桩给电动车充电，用户充电除了使用交互模块1，还可扫码充电，此为充电桩常用的一些交互手段不多做赘述，报警器10可以是声光报警器10。充电桩桩体内部设有控制器，控制器包括主控模块3，主控模块3分别与交互模块1和报警器10连接，控制器还包括与主控模块3分别连接的电源模块2、通信模块4、充电控制模块7、采样计量模块8和外部存储模块9，电源模块2与市电连接，充电控制模块7分别与市电和充电口11连接，以控制充电电路的通断，采样计量模块8与充电控制模块7连接，采集电流和电压信息并计算功率，将数据传输给主控模块3，通信模块4与云平台5连接，云平台5连接有移动终端6，移动终端6即用户手机，主控模块3检测到采样计量模块8传输的数据异常判定充电器异常时则控制报警器10报警，并控制充电控制模块7断开充电电路，同时通过通信模块4经过云平台5给移动终端6发送报警信息。

主控模块3包括单片机，单片机型号优选STM32F103C8T6，为了使主控模块3更好的工作，在其电源电路上连接电源滤波电路，为其提供干净的电源，主控模块3接收交互模块1、采样计量模块8以及通过通信模块4传输的数据信息，对各种数据信息做出处理，并控制着通信模块4、充电控制模块7、外部存储模块9和报警器10，采样计量模块8将每次用户充电信息传给主控模块3，主控模块3处理后，将充电信息上传到云平台5，云平台5再对充电信息进行进一步处理。

外部存储模块9包括与主控模块3连接的存储器,用于存储数据信息，存储器型号优选P25Q21H。具体的，存储器的CSN脚连接主控模块3的PA4脚(F_CSN)，存储器的SO脚连接主控模块3的PA6脚(F_MISO),存储器的WPN脚分别连接电阻R42和主控模块3的PA1脚(F_WPN)，电阻R42的另一端接地,存储器的SCLK脚连接主控模块3的PA5脚(F_SCLK),存储器的SI脚连接主控模块3的PA7脚(F_MOSI)。

充电控制模块7包括与主控模块3连接的继电器，继电器的触点K1一端连接市电，另一端连接充电口11，以此控制充电口11电源电路的通断。具体的，继电器触点K1一端连着市电的火线(ACL_IN)，作为交流电的输入端，另一端连接着充电口11(ACL_OUT1)，作为交流电的输出端,触点K1与充电口11之间还连接有熔断器F1，做安全保护，主控模块3的PB5脚(EN_AC1)连接电阻R26，电阻R26分别连接电阻R25、电容C12和三极管Q2的基极，电阻R25和电容C12的另一端均接地，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极分别连接继电器的输入端(3脚)、二极管D4的正极和电容C13，电容C13另一端连接电阻R24，电阻R24的另一端分别与二极管D4的负极和继电器的输出端(4脚)连接。当需要给充电口11通电的时候，主控模块3控制继电器线圈通电，此时触点K1闭合，电路导通，充电口11通电。

采样计量模块8包括功率计量芯片U4以及与功率计量芯片U4连接的采样电路，功率计量芯片U4型号优选HLW8032，功率计量芯片U4输出端连接主控模块3，采样电路采集电流和电压信息输入功率计量芯片U4，功率计量芯片U4计算功率，并将电流、电压和功率信息传输给主控模块3。具体的，采样电路包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路一端分别连接充电控制模块7的交流电零线的输出端(ACN_OUT1)和输入端(ACN_IN)，另一端分别连接功率计量芯片U4的电流差分信号正输入端(IP脚)和电流差分信号负输入端(IN脚)，电压采样电路一端连接充电控制模块7的交流电火线的输出端(ACL_OUT1)，另一端连接功率计量芯片U4的电压信号正输入端(VP脚)，功率计量芯片U4的脉冲输出端(PF脚)连接电阻R54，电阻R54另一端分别连接主控模块3的PA12脚(PF1)和电阻R56，电阻R56的另一端接地，功率计量芯片U4的数字输出端(TX脚)连接主控模块3的PB11脚(USART3_RX)。

通信模块4包括RS-485收发器U13以及与RS-485收发器U13连接的隔离电路和防雷保护电路，RS-485收发器U13的型号优选BL3085N，隔离电路另一端连接主控模块3，防雷保护电路的另一端连接带有RS485口的通信设备(图中未示出)，通信设备与云平台5之间可远程传输数据，隔离电路能减少电路干扰，防雷保护电路保护电路安全，在雷雨天气等恶劣环境下，外界打雷不会冲击到主控模块3。具体的，隔离电路包括两个光电耦合器，型号优选PC817，主控模块3的PA3脚(USART2_RX)分别连接电阻R22和二极管D11的负极，电阻R22的另一端接地，二极管D11的正极分别连接电阻R43和光电耦合器U12的集电极，电阻R43另一端接电源模块2，供电通过电阻R45与光电耦合器U12的阳极连接，光电耦合器U12的阴极连接RS-485收发器U13的输出端，主控模块3的PA2脚(USART2_TX)连接电阻R49，电阻R49的另一端连接光电耦合器U14的阳极，光电耦合器U14的阴极和发射极接地，光电耦合器U14的集电极分别连接电阻R48和二极管D12的正极，电阻R48的另一端接供电，二极管D12的负极分别与电阻R23和RS-485收发器U13的接收器输出使能端和驱动器输出使能端连接，电阻R23的另一端接地，RS-485收发器U13的驱动器输入端和接地端均接地，电源端连接电源和旁路电容C38，以提供干净的电源供稳定工作，RS-485收发器U13的A端通过电阻R46连接电源，B端通过电阻R47接地，防雷保护电路包括双向瞬态抑制二极管D7和陶瓷放电管D6，两者并联在A端和B端之间，连接双向瞬态抑制二极管D7和陶瓷放电管D6两端之间的电路上还分别连接有电阻R44和电阻R50。充电桩位于室外，不可避免的会经历雷雨天气，且RS485接口带电或抖动都容易引起芯片损坏，雷击更是会损坏芯片，所以通信中隔离和防雷保护电路必不可少。

电源模块2包括AC/DC转换器U5、线性稳压器U7以及隔离电源电路，电源模块2将交流电转化为直流电，为主控模块3、外部存储模块9、通信模块4、充电控制模块7、采样计量模块8、交互模块1和报警器10供电，AC/DC转换器型号优选MP174，线性稳压器型号优选LP5907MFX-3.3。AC/DC转换器及与其连接的处理电路将输入的交流电转化为5V的直流电，线性稳压器将5V的直流电转为3.3V，以便为不同电源需求的模块提供不同的电压，隔离电源电路主要为通信电路供电。

一种可识别充电器和电池健康的充电桩的识别方法，该方法包括以下步骤：

S1.记录充电信息并判断充电器是否正常：

主控模块将采样计量电路采集到的电流电压功率等信息并按照时间节点绘制曲线，判断功率曲线是否满足三段式曲线，即恒流充电阶段-恒压充电阶段-浮充充电阶段，这是正常充电器在充电过程中应有的曲线，不满足三段式曲线或者充电器充电时间超过预定值且功率没有降低到预定值之下时，例如充电时间超过10小时且当时功率依然超过开始充电时功率的一半，则判定充电器异常，执行步骤S5，满足三段式曲线则执行步骤S2；

S2.将充电信息上传云平台，判断是否为历史用户：

主控模块将当前用户充电信息上传云平台，云平台读取信息区分是否为历史用户，不是历史用户则执行步骤S6，如果是历史用户则进入步骤S3；

S3.将历史用户当前充电信息存入对应数据库，并执行S4；

S4.判断电池是否健康：

通过分布式计算和大数据分析对当前用户的当次充电数据信息与若干次充电的历史数据做综合研判，比对若干次充电的历史数据曲线，判断该电池是否有容量衰减，三段式各个阶段的充电电流是否有异常，如数值突变等情况，如果当次曲线中数值突变可能是电池发生击穿、鼓胀破裂的情况，而对比历史数据，电池的容量发生突降，尤其突降数值不满足正常衰变曲线，则是异常衰减或者异常老化，两种数值突变都判定电池健康异常，执行步骤S7，如没有异常则执行步骤S8；

S5.充电桩断电处理，报警并发送报警信息：

主控模块控制充电控制模块断开充电电路，并控制报警器报警，同时通过平台发送报警信息到移动终端，即用户手机，报警信息包括充电器异常信息、已做断电处理信息，然后执行步骤S8；

S6.为新用户建立专属数据库并存入数据信息：

为新用户建立专属数据库，存入充电信息，计算当次电池最大容量，并储存数据信息，然后执行步骤S8；

S7.向用户发送预警信息：

预警信息包括预警原因、用户电池容量不符合正常衰变曲线的突然变化、用户电池充电数据异常的问题点及研判推断结论和推荐做法，如更换电池，然后执行步骤S8；

S8.结束本次服务：

结束本次服务，并向用户收费。

如何利用分布式算法和大数据对充电数据曲线进行计算分析为现有技术不多做赘述。

本发明在充电桩端识别充电器是否正常，记录用户每次充电曲线，如曲线异常，不满足三段式充电曲线，或者充电器充电时间超过预定值且功率没有降低到预定值之下时，则在充电桩直接断电处理并报警，同时给用户发送报警信息，无需平台预警，节省了预警时间，及时断电有效又快速的预防火灾等隐患；用户每次充电曲线上传到云平台上，平台记录用户历史充电曲线，并对比从而判断电池健康状况，如有异常，则向用户发送预警信息提醒用户。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，其它未具体描述的部分，属于现有技术或公知常识。在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，包括充电桩桩体，所述充电桩桩体上设有交互模块、报警器和充电口，所述充电桩桩体内部设有控制器，所述控制器包括主控模块，所述主控模块分别与交互模块和报警器连接，所述控制器还包括与主控模块分别连接的电源模块、通信模块、充电控制模块、采样计量模块和外部存储模块，所述电源模块与市电连接，所述充电控制模块分别与市电和充电口连接，以控制充电电路的通断，所述采样计量模块与充电控制模块连接，采集电流和电压信息并计算功率，将数据传输给主控模块，所述通信模块与云平台连接，所述云平台连接有移动终端，所述主控模块检测到采样计量模块传输的数据异常并判定充电器异常时则控制报警器报警，并控制充电控制模块断开充电电路，同时通过通信模块经过云平台给移动终端发送报警信息。

2.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述交互模块包括触摸屏、按键和刷卡器，用户通过交互模块可实现与充电桩的互动。

3.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述通信模块包括RS-485收发器以及与RS-485收发器连接的隔离电路和防雷保护电路，隔离电路另一端连接主控模块，防雷保护电路的另一端连接带有RS485口的通信设备，所述通信设备与云平台之间可远程传输数据。

4.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述充电控制模块包括与主控模块连接的继电器，继电器的触点K1一端连接市电，另一端连接充电口，以此控制充电口电源电路的通断。

5.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述采样计量模块包括功率计量芯片以及与功率计量芯片连接的采样电路，所述采样电路包括电流采样电路和电压采样电路。

6.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述主控模块包括单片机，单片机型号包括STM32F103C8T6。

7.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述电源模块包括AC/DC转换器、线性稳压器以及隔离电源电路，电源模块将交流电转化为直流电，为主控模块、外部存储模块、通信模块、充电控制模块、采样计量模块、交互模块和报警器供电。

8.根据权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩，其特征在于，所述外部存储模块包括与主控模块连接的存储器，存储器型号包括P25Q21H。

9.一种如权利要求1所述的可识别充电器和电池健康的充电桩的识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1.记录充电信息并判断充电器是否正常：

主控模块将采样计量电路采集到的电流电压功率等信息并按照时间节点绘制曲线，判断功率曲线是否满足三段式曲线，即恒流充电阶段-恒压充电阶段-浮充充电阶段，不满足三段式曲线，或者充电器充电时间超过预定值且功率没有降低到预定值之下时，则判定充电器异常，执行步骤S5，满足三段式曲线则执行步骤S2；

S2.将充电信息上传云平台，判断是否为历史用户：

主控模块将当前用户充电信息上传云平台，云平台读取信息区分是否为历史用户，不是历史用户则执行步骤S6，如果是历史用户则进入步骤S3；

S3.将历史用户当前充电信息存入对应数据库，并执行S4；

S4.判断电池是否健康：

通过分布式计算或大数据分析对当前用户的当次充电数据信息与若干次充电的历史数据做综合研判，比对若干次充电的历史数据曲线，判断该电池是否有容量衰减，三段式各个阶段的充电电流是否有异常，如数值突变等情况，如有突变则判定电池健康异常，执行步骤S7，如没有异常则执行步骤S8；

S5.充电桩断电处理，报警并发送报警信息：

主控模块控制充电控制模块断开充电电路，并控制报警器报警，同时通过平台发送报警信息到移动终端，即用户手机，报警信息包括充电器异常信息、已做断电处理信息，然后执行步骤S8；

S6.为新用户建立专属数据库并存入数据信息：

为新用户建立专属数据库，存入充电信息，计算当次电池最大容量，并储存数据信息，然后执行步骤S8；

S7.向用户发送预警信息：

预警信息包括预警原因、用户电池容量不符合正常衰变曲线的突然变化、用户电池充电数据异常的问题点及研判推断结论和推荐做法，如更换电池，然后执行步骤S8；

S8.结束本次服务：

结束本次服务，并向用户收费。

Images