CN116278911A - 一种电动车的充电模组及其充电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动车的充电模组及其充电控制方法，包括用于响应用户请求并生成充电参数的业务模块和用于根据所述充电参数调用控制充电桩通电的物联网平台以及配置在所述充电桩上控制充电的充电模块，所述充电模块包括第一电源组和MCU控制电路；电量计量电路通过电能计量芯片组获取电流采样模拟信号和电压采样模拟信号并转化为数字信号向所述MCU控制电路的微控制器传输。本发明通过采集充电回路的电流采样模拟信号和电压采样模拟信号，对充电回路进行监控和调节，具有过载保护、充满自停、短路保护等效果，同时将充电状态信息实时反馈到用户，保障了用户电池的充电安全的同时也让用户实时掌握电池的充电状态。
Description
技术领域
本发明涉及电动单车充电技术领域，特别是一种电动车的充电模组及其充电控制方法。
背景技术
随着科技的进步，新能源的发展与拓展应用成为能源发展战略上的主流；随着石油资源的紧张和电池技术的发展，以电动单车为代表的新一代节能与环保单车成为单车工业发展的必然趋势。随着电动单车的发展，对公共充电装置的需求越来越大。
中国专利CN201811615069.X公开了一种基于NBIoT物联网的充电桩系统，包括智能充电桩、物联网连接平台，充电桩用户平台及充电桩管理平台；智能充电桩用于接收来自用户手机终端、IC储值卡或投币三种途径的充电请求，并对电动车提供充电服务；智能充电桩包括主控制器、充电电源系统、读卡器、投币器、NBIoT无线通信模块等；物联网连接平台通过NBIoT无线通信模块与主控制器进行MQTT长连接实现实时双向通信；充电桩用户平台用于接收用户的充电请求，并通过物联网连接平台下发至主控制器；充电桩管理平台用于接收管理员对主控制器的运行参数配置命令，由物联网连接平台转发至主控制器。然而该系统缺少电流检测报警、功率检测报警、过充检测提醒等安全措施，存在很大的安全隐患。
现有电动单车充电桩由于缺少相关安全监控措施，用户私接插线板用于多设备大功率充电或不正确方式充电导致着火、火灾现象屡见不鲜。同时现有充电桩系统当出现断电情况下，缺少有效备用电源给充电模块或控制系统供电，导致充电状态或充电信息丢失，在短暂恢复供电的情况，无法自动继续充电需要重新启动，也容易导致充电故障的现象发生。
发明内容
针对上述缺少充电监测和保护的安全问题以及充电出现断电情况下容易导致充电故障现象发生，本发明提供一种电动车的充电模组及其充电控制方法，通过在充电回路上采集电流采样模拟信号和电压采样模拟信号对充电进行有效监控，避免过载或功率报警等安全问题，采用备用供电电路设计给充电模块进行供电，维持断电时的状态信息，在短暂恢复供电时自动续上充电。
为实现上述目的，本发明选用如下技术方案：一种电动车的充电模组，包括用于响应用户请求并生成充电参数的业务模块和用于根据所述充电参数调用控制充电桩通电的物联网平台以及配置在所述充电桩上控制充电的充电模块，其中：
所述充电模块包括第一电源组和MCU控制电路，所述第一电源组设有非隔离电源模块，其一端与220V总电源电性连接以将220VAC经原边调节器降压输出5VDC，另一端与第一供电电路电性连接以使5VDC经第一正向稳压器向电量计量电路输出3.3VDC；
所述电量计量电路通过电能计量芯片组获取电流采样模拟信号和电压采样模拟信号并转化为数字信号向所述MCU控制电路的微控制器传输，所述充电模块还设有输出及电量监控保护电路，所述输出及电量监控保护电路配置有一继电器组，所述继电器组搭接在所述电量计量电路采样信号的充电回路上，继电器组信号输入端与所述微控制器电性连接；
所述充电模块还包括第二电源组、供电切换电路、第二供电电路和锂电池组，所述第二电源组设有AC/DC电源模块，所述AC/DC电源模块与220V总电源电性连接以将220VAC转换为12VDC经过供电切换电路和第二供电电路向所述MCU控制电路供电，由所述第二供电电路的第二正向稳压器将12VDC降压至3.3VDC向所述微控制器供电；
所述锂电池组通过升压电路与所述供电切换电路电性连接，所述供电切换电路在所述AC/DC电源模块无电压输入时切换由所述锂电池组供电，所述锂电池组由所述升压电路的同步升压变换器将输出电压升压至8.5VDC，且由所述第二正向稳压器将8.5VDC降压至3.3VDC向所述微控制器供电。
作为本发明的进一步改进：所述电量计量电路包括有一电能计量芯片组U7，所述电能计量芯片组U7具有信号采集端IN2和信号采集端IP2，搭接在所述充电桩充电线路的AC-L线上以获取电流采样模拟信号；所述电能计量芯片组U7还具有信号采集端VP，搭接在充电线路的AC-N线上且通过分压电阻将交流信号衰减至信号采集端VP，获取电压采样模拟信号用于检测过零点，所述电流采样模拟信号和电压采样模拟信号经电能计量芯片组U7处理及转化为数字信号，并通过串行接口与微控制器U5的USART串行接口通信传输信号。
作为本发明的进一步改进：所述输出及电量监控保护电路的继电器组K2搭接在所述充电线路的AC-L线上以相应地控制所述电能计量芯片组U7的信号采集端所在的充电回路断开或导通，所述继电器组K2的信号输入端与微控制器U5电性连接以接收信号驱动继电器吸合或断开，当所述电能计量芯片组U7根据电流采样模拟信号监控检测到过载导致功率报警时，则向微控制器U5输出充电回路漏电报警或过流报警，驱动继电器组K2断开对应充电回路充电。
作为本发明的进一步改进：所述非隔离电源模块包括有原边调节器U14和若干输入采样电容、二极管、电感、输出电容及负载构成的降压处理回路，所述降压处理回路将220VAC整流滤波后以高压电流源输入原边调节器U14的漏极端，经降压控制及整流滤波输出5VDC；所述第一供电电路包括有第一正向低压差稳压器U15，所述第一正向低压差稳压器U15的输入侧设有输入电容电性连接所述降压处理回路以输入5VDC，经过第一正向低压差稳压器U15处理由输出侧输出3.3VDC，所述输出侧设有用于抑制自激振荡的输出滤波电容。
作为本发明的进一步改进：所述AC/DC电源模块将220VAC转换为12VDC后通过切换供电电路的场效应管Q4向所述第二供电电路输入12VDC，第二供电电路包括有第二正向低压差稳压器U19，12VDC经过所述第二正向低压差稳压器U19降压后向微控制器U5输入3.3V供电。
作为本发明的进一步改进：所述锂电池组通过升压电路电性连接所述场效应管Q4以将锂电池组输出的4.2VCDC经同步升压变换器U18升压至8.5VDC输入所述场效应管Q4的源极端，所述AD/DC电源模块电性连接所述场效应管Q4的栅极端以输入12VDC，所述场效应管Q4的漏极端与所述第二供电电路电性连接，当所述AD/DC电源模块无电压输入时，所述锂电池组、升压电路、第二供电电路导通，所述第二正向低压差稳压器U19将8.5VDC降压至3.3V向微控制器U5供电。
作为本发明的进一步改进：所述锂电池组包括有充电电路和整流降压电路，所述整流降压电路与所述AD/DC电源模块电性连接以将12VDC在同步整流降压开关变换器U20下调节向所述充电电路输出5VDC，所述充电电路包括一电池充电器芯片U21，将5VDC变换为4.2VDC为锂电池组充电。
另一方面，本发明提供如下技术方案：一种电动车的充电控制方法，由上述的一种电动车的充电模组执行，所述充电控制方法包括如下步骤：
响应用户的充电请求并生成充电参数，其中用户的充电请求为通过验证账户进入业务模块的用户界面并根据充电插座编号选择且确认充电套餐，所述业务模块根据所述充电套餐生成用于控制充电桩通电的充电参数；
根据所述充电参数向所述充电桩调用相应控制指令并接收调用反馈信息，其中物联网平台根据充电参数生成控制指令并下发到所述充电桩，所述充电桩在指定充电插座通电成功后反馈调用成功信息并由物联网平台推送通电成功信息至业务模块；
执行控制指令以使所述充电参数确认的充电插座向用户的电池供电，其中所述控制指令携带充满自动断电指令，所述充电桩的充电模块在充电过程中监控充电状态信息，并将充电状态信息反馈至用户界面；在充电状态发生改变时向物联网平台推送充电状态改变信息，所述物联网平台向业务模块同步推送充电状态改变信息。
作为本发明的进一步改进，所述充电控制方法还包括如下步骤：
在充电过程中：所述充电模块通过获取充电回路上电流采样模拟信号和电压采样模拟信号进行监控充电状态信息，其中所述充电状态信息包括以下至少之一：充电状态、充电功率、充电累计时长、充电套餐余量；所述充电桩将充电状态信息反馈至业务模块的用户界面，当充电模块检测到充电状态发生改变时，则向物联网平台推送充电状态改变信息，由所述物联网平台向所述业务模块同步推送以提醒用户充电状态的变化；
用户通过在充电插座拔出充电器结束充电时，充电模块通过检测充电回路空载后断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息；
用户通过在用户界面请求结束充电时，充电模块接收控制指令后在对应充电回路上断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息；
所述充电模块通过电流采样模拟信号监测到充电功率超过预设报警值，则主动在对应充电回路上断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息。
作为本发明的进一步改进，所述充电控制方法还包括如下步骤：
当所述充电桩发生断电时，所述AD/DC电源模块无电压输入到切换供电电路，所述切换供电电路的场效应管Q4将导通锂电池组、升压电路、第二供电电路，以锂电池组通过第二供电电路给微控制器供电，及时将断电状态记录并推送，维持每个充电回路的充电插座断电状态，在短时间内充电桩恢复供电时，充电模块在断电状态基础上续上电给用户的电池充电。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采集充电回路的电流采样模拟信号和电压采样模拟信号，对充电回路进行监控和调节，具有过载保护、充满自停、短路保护等效果，同时将充电状态信息实时反馈到用户，保障了用户电池的充电安全的同时也让用户实时掌握电池的充电状态。
本发明采用备用电源组设计为充电过程中出现断电的情况提供供电，保持每个充电插座和充电回路的充电信息和状态信息吗，在短时间内恢复供电时可以自动续上电给用户充电，避免用户不清楚断电情况或用户无法在恢复供电时重定启动而导致电池无法充电现象发生。
附图说明
为了更清楚地说明技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电路原理结构示意图。
图2为第一电源组供电的电路结构示意图。
图3为第二电源组的电路结构示意图。
图4为第二电源组和锂电池组的切换供电电路结构示意图。
图5为整流降压电路的结构示意图。
图6为锂电池组的充电电路的结构示意图。
图7为锂电池组的充电保护的电路结构示意图。
图8为电量计量电路的电流电压采样电路结构示意图
图9为MCU控制电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够清楚、完整地理解技术方案，现结合实施例和附图对本发明进一步说明，显然，所记载的实施例仅仅是本发明部分实施例，所属领域的技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
实施案例一：
一种电动车的充电模组，包括用于响应用户请求并生成充电参数的业务模块和用于根据所述充电参数调用控制充电桩通电的物联网平台以及配置在所述充电桩上控制充电的充电模块，其中：
如图1所示，所述充电模块包括第一电源组和MCU控制电路，所述第一电源组设有非隔离电源模块，其一端与220V总电源电性连接以将220VAC经原边调节器降压输出5VDC，另一端与第一供电电路电性连接以使5VDC经第一正向稳压器向电量计量电路输出3.3VDC。
如图2所示，所述非隔离电源模块包括有原边调节器U14和若干输入采样电容、二极管、电感、输出电容及负载构成的降压处理回路，所述原边调节器U14的型号优选为MP150，可以在无光耦合器的条件下提供精确的恒压(CV)调节，支持降压、升降压、升压和反激拓扑。二极管D5为二极管ES1J，其他二极管为普通整流二极管IN4007，电感L4的型号为VLU1080-102K，所述降压处理回路将220VAC整流滤波后以高压电流源输入原边调节器U14的漏极端，经降压控制及整流滤波输出5VDC；
所述第一供电电路包括有第一正向低压差稳压器U15，所述第一正向低压差稳压器U15的型号为AMS1117-3.3，输出电压为3.3V，所述第一正向低压差稳压器U15的输入侧设有输入电容C45电性连接所述降压处理回路以输入5VDC，输入电容的作用是防止断电后电压发生倒置，输入电容的容量要大于输出电容，经过第一正向低压差稳压器U15处理由输出侧输出3.3VDC，所述输出侧设有用于抑制自激振荡的输出滤波电容C49。
所述第一电源组将220VAC转为5VDC后经过第一供电电路降压至3.3V为电量计量电路进行供电。
如图1所示，所述充电模块还包括第二电源组、供电切换电路、第二供电电路和锂电池组，所述第二电源组设有AC/DC电源模块，所述AC/DC电源模块与220V总电源电性连接以将220VAC转换为12VDC。
如图3所示，所述AC/DC电源模块的芯片信号优选为LS10-13B12R3P，输入侧通过滤波电感LMD1和保险丝FUSE1与220V总电源电性连接，将220VAC经过转换后在输出侧经过整流滤波输出12VDC，末端还设置有SMBJ系列的瞬态抑制二极管TVS1和电容C38组成的保护电路，通过所述切换供电电路的场效应管Q4向所述第二供电电路输入12VDC。
如图4所示，所述锂电池组BATT通过升压电路与所述供电切换电路电性连接，所述升压电路包括有型号为MP9185的同步升压变换器U18，MP9185是一款固定频率600kHz、宽输入范围、高度集成的升压转换器，从低至2.7V的输入电压开始，通过集成低R DS(ON)功率MOSFET的1节电池支持高达30W的负载功率。锂电池组输出8.5VDC经过同步升压变换器U18将输出电压升压至8.5VDC，通过所述切换供电电路的场效应管Q4向所述第二供电电路输入8.5VDC。
所述AC/DC电源模块或所述锂电池组BATT通过所述供电切换电路和第二供电电路向所述MCU控制电路供电，由所述第二供电电路的第二正向稳压器将12VDC或8.5VDC降压至3.3VDC向所述微控制器供电。所述锂电池组通过升压电路电性连接所述场效应管Q4的源极端以输入8.5VDC，所述AD/DC电源模块电性连接所述场效应管Q4的栅极端以输入12VDC，所述场效应管Q4的漏极端与所述第二供电电路电性连接，所述AC/DC电源模块将220VAC转换为12VDC后，12VDC经过所述第二正向低压差稳压器U19降压后向微控制器U5输入3.3V供电，所述第二正向低压差稳压器的型号优选为AMS1117-3.3；当所述AD/DC电源模块无电压输入时，所述锂电池组、升压电路、第二供电电路导通，第二正向低压差稳压器U19将8.5VDC降压至3.3V向微控制器U5供电。当充电桩或设备发生断电时，会及时将断电状态记录并推送，并保持每个充电回路、充电插座的状态，在短时间内恢复供电，充电桩或设备会重新续上电给用户充电。
如图5-7所示，所述锂电池组包括有充电电路和整流降压电路，所述整流降压电路与所述AD/DC电源模块电性连接以将12VDC在同步整流降压开关变换器U20下调节向所述充电电路输出5VDC，所述同步整流降压开关变换器U20优选为MP9943，MP9943为内置功率MOSFET的高频同步整流降压开关变换器。
所述充电电路包括一电池充电器芯片U21和锂电池过充保护电路，将5VDC变换为4.2VDC为锂电池组充电，所述电池充电器芯片U21选用型号为MP26029的单节锂离子/锂聚合物电池充电器芯片，具有预充、高精度恒流充电(CC，高达1A)和恒压(CV)调节功能，以及自动再充功能，当恒流(CC)超过输入电源的额定电流时，一旦输入电压达到输入电压限，MP26029会自动降低充电电流。MP26029含有一个NTC引脚，通过负温度系数(NTC)热敏电阻来监控电池温度，一旦电池温度过冷或过热，将立即暂停充电。所述锂电池过充保护电路包括有信号为FS8205A的充放电保护芯片U17和型号为FM2113的锂电池保护芯片U16，锂电池过充保护电路具过电压充电保护、过电压放电保护、过电流放电保护功能，避免对锂电池受到损坏。
实施案例二：
一种电动车的充电模组，包括用于响应用户请求并生成充电参数的业务模块和用于根据所述充电参数调用控制充电桩通电的物联网平台以及配置在所述充电桩上控制充电的充电模块，其中：
如图1所示，所述充电模块包括电量计量电路、MCU控制电路和输出及电量监控电路，所述电量计量电路通过电能计量芯片组获取电流采样模拟信号和电压采样模拟信号并转化为数字信号向所述MCU控制电路的微控制器传输，所述充电模块还设有输出及电量监控保护电路，所述输出及电量监控保护电路配置有一继电器组，所述继电器组搭接在所述电量计量电路采样信号的充电回路上，继电器组信号输入端与所述微控制器电性连接。
如图8和9所示，所述电量计量电路包括有一电能计量芯片组U7，所述电能计量芯片组U7优选内置时钟免校准电能计量芯片BL0939，能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数，可输出快速电流有效值(用于漏电监控或过流保护)，以及温度检测、波形输出等功能，通过UART/SPI接口输出数据，能够充分满足充电插座、电动单车充电桩的需要。所述电能计量芯片组U7具有信号采集端IN2和信号采集端IP2，搭接在所述充电桩充电线路的AC-L线上以获取电流采样模拟信号；所述电能计量芯片组U7还具有信号采集端VP，搭接在充电线路的AC-N线上且通过分压电阻将交流信号衰减至信号采集端VP，获取电压采样模拟信号用于检测过零点，所述电流采样模拟信号和电压采样模拟信号经电能计量芯片组U7处理及转化为数字信号，并通过串行接口与微控制器U5的USART串行接口通信传输信号。
所述输出及电量监控保护电路的继电器组K2搭接在所述充电线路的AC-L线上以相应地控制所述电能计量芯片组U7的信号采集端所在的充电回路断开或导通，所述继电器组K2的信号输入端与微控制器U5电性连接以接收信号驱动继电器吸合或断开，当所述电能计量芯片组U7根据电流采样模拟信号监控检测到过载导致功率报警时，则向微控制器U5输出充电回路漏电报警或过流报警，驱动继电器组K2断开对应充电回路充电。
本实施案例在检测到的电池充满电时，自动结束停止充电，防止电池过充，达到保护用户电池的目的；同时在用户主动拔掉充电插座的充电器时，电能计量芯片监测到空载时关闭对应充电回路和充电插座的输出，同时用户可通过业务模块主动请求结束充电，充电模块接收结束充电信号，关闭对应充电回路和充电插座的输出。本实施案例的充电回路上均设置有保护电路，在发生短路意外时，会使内部器件熔断，提高安全性能。
本实施案例通过在充电回路上采样电流信号和电压信号，设定功率预设报警值，限制充电回路和充电插座的最大功率输出，用户在充电过程中一旦检测充电过载达到预设报警值时会立马断开对应的充电回路，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电或大功率设备进行充电等的一些不正确的充电方式的发生，避免导致出现着火等安全现象发生。
实施案例三：
一种电动车的充电控制方法，由实施案例一或实施案例二的一种电动车的充电模组执行，所述充电控制方法包括如下步骤：
响应用户的充电请求并生成充电参数，其中用户的充电请求为通过验证账户进入业务模块的用户界面，作为本实施案例的进一步说明，用户通过扫描二维码，关注公众号，注册平台账户，账户注册成功即可进入业务模块的用户界面。用户在充电插座上插上电池充电器，在用户页面上选择对应充电插座编号进入选择充电的方式，即页面显示的套餐，套餐的设定分为2、4、8小时和不限时长，用户可根据需求选择合适的充电套餐。
用户的根据充电插座编号选择且确认充电套餐，所述业务模块根据所述充电套餐生成用于控制充电桩通电的充电参数；
物联网平台根据所述充电参数向所述充电桩调用相应控制指令并接收调用反馈信息，其中物联网平台根据充电参数生成控制指令并下发到所述充电桩，所述充电桩在指定充电插座通电成功后反馈调用成功信息并由物联网平台推送通电成功信息至业务模块，用户在用户界面上可以到对应充电插座通电成功的实时信息；
充电桩执行控制指令以使所述充电参数确认的充电插座向用户的电池供电，其中所述控制指令携带充满自动断电指令，所述充电桩的充电模块在充电过程中监控充电状态信息，并将充电状态信息反馈至用户界面；在充电状态发生改变时向物联网平台推送充电状态改变信息，所述物联网平台向业务模块同步推送充电状态改变信息。
在充电过程中：所述充电模块通过获取充电回路上电流采样模拟信号和电压采样模拟信号进行监控充电状态信息，其中所述充电状态信息包括以下至少之一：充电状态、充电功率、充电累计时长、充电套餐余量；所述充电桩将充电状态信息反馈至业务模块的用户界面，用户即使不在充电桩旁边也能实时掌握电池的充电数据，通过用户界面能实时获取当前电池的充电状态信息。当充电模块检测到充电状态发生改变时，则向物联网平台推送充电状态改变信息，由所述物联网平台向所述业务模块同步推送以提醒用户充电状态的变化。
在充电过程中用户需要提前结束通电，在结束时改变的充电状态并推送信息的，此时充电状态信息中充电套餐余量将累计在用户账户中，用于下次充电：用户通过在充电插座拔出充电器结束充电时，充电模块通过检测充电回路空载后断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息；用户通过在用户界面请求结束充电时，充电模块接收控制指令后在对应充电回路上断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息。
所述充电模块通过电流采样模拟信号监测到充电功率超过预设报警值，则主动在对应充电回路上断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息。充电桩对每个充电回路和充电插座的功率输出设定有预设报警值，当用户在充电过程中一旦检测充电过载达到预设报警值时，即时断开对应的充电回路，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电或大功率设备进行充电等的一些不正确的充电方式的发生，避免引起着火等安全现象。
本实施案例所述充电桩发生断电时，所述AD/DC电源模块无电压输入到切换供电电路，所述切换供电电路的场效应管Q4将导通锂电池组、升压电路、第二供电电路，以锂电池组通过第二供电电路给微控制器供电，及时将断电状态记录并推送，维持每个充电回路的充电插座断电状态，在短时间内充电桩恢复供电时，充电模块在断电状态基础上续上电给用户的电池充电。在现有充电桩系统中，当出现断电情况下，用户无法获知电池因断电而停止充电情况，而且当恢复供电时，充电桩没有对应用户和对应电池的充电信息无法重新启动充电，导致用户无法在预想时间内充满电。本实施案例的备用供电电路设计给充电模块进行供电，维持断电时的状态信息，在短暂恢复供电时自动续上充电，避免用户不清楚用户在充电过程中断电而未能重新启动续上充电。
上述披露的仅为本发明优选实施例的一种或多种，用于帮助理解技术方案的发明构思，并非对本发明作其他形式的限制，所属领域的技术人员依据本发明所限定特征作出其他等同或惯用手段的置换方案，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种电动车的充电模组，包括用于响应用户请求并生成充电参数的业务模块和用于根据所述充电参数调用控制充电桩通电的物联网平台以及配置在所述充电桩上控制充电的充电模块，其特征在于：
所述充电模块包括第一电源组和MCU控制电路，所述第一电源组设有非隔离电源模块，其一端与220V总电源电性连接以将220VAC经原边调节器降压输出5VDC，另一端与第一供电电路电性连接以使5VDC经第一正向稳压器向电量计量电路输出3.3VDC；
所述电量计量电路通过电能计量芯片组获取电流采样模拟信号和电压采样模拟信号并转化为数字信号向所述MCU控制电路的微控制器传输，所述充电模块还设有输出及电量监控保护电路，所述输出及电量监控保护电路配置有一继电器组，所述继电器组搭接在所述电量计量电路采样信号的充电回路上，继电器组信号输入端与所述微控制器电性连接；
所述充电模块还包括第二电源组、供电切换电路、第二供电电路和锂电池组，所述第二电源组设有AC/DC电源模块，所述AC/DC电源模块与220V总电源电性连接以将220VAC转换为12VDC经过供电切换电路和第二供电电路向所述MCU控制电路供电，由所述第二供电电路的第二正向稳压器将12VDC降压至3.3VDC向所述微控制器供电；
所述锂电池组通过升压电路与所述供电切换电路电性连接，所述供电切换电路在所述AC/DC电源模块无电压输入时切换由所述锂电池组供电，所述锂电池组由所述升压电路的同步升压变换器将输出电压升压至8.5VDC，且由所述第二正向稳压器将8.5VDC降压至3.3VDC向所述微控制器供电。
2.根据权利要求1所述的一种电动车充电模组，其特征在于：所述电量计量电路包括有一电能计量芯片组U7，所述电能计量芯片组U7具有信号采集端IN2和信号采集端IP2，搭接在所述充电桩充电线路的AC-L线上以获取电流采样模拟信号；所述电能计量芯片组U7还具有信号采集端VP，搭接在充电线路的AC-N线上且通过分压电阻将交流信号衰减至信号采集端VP，获取电压采样模拟信号用于检测过零点，所述电流采样模拟信号和电压采样模拟信号经电能计量芯片组U7处理及转化为数字信号，并通过电能计量芯片组U7的串行接口与微控制器U5的USART串行接口通信传输信号。
3.根据权利要求2所述的一种电动车充电模组，其特征在于：所述输出及电量监控保护电路的继电器组K2搭接在所述充电线路的AC-L线上以相应地控制所述电能计量芯片组U7的信号采集端所在的充电回路断开或导通，所述继电器组K2的信号输入端与微控制器U5电性连接以接收信号驱动继电器吸合或断开，当所述电能计量芯片组U7根据电流采样模拟信号监控检测到过载导致功率报警时，则向微控制器U5输出充电回路漏电报警或过流报警，驱动继电器组K2断开对应充电回路的充电。
4.根据权利要求1所述的一种电动车充电模组，其特征在于：所述非隔离电源模块包括有原边调节器U14和若干输入采样电容、二极管、电感、输出电容及负载构成的降压处理回路，所述降压处理回路将220VAC整流滤波后以高压电流源输入原边调节器U14的漏极端，经降压控制及整流滤波输出5VDC；所述第一供电电路包括有第一正向低压差稳压器U15，所述第一正向低压差稳压器U15的输入侧设有输入电容电性连接所述降压处理回路以输入5VDC，经过第一正向低压差稳压器U15处理由输出侧输出3.3VDC，所述输出侧设有用于抑制自激振荡的输出滤波电容。
5.根据权利要求1所述的一种电动车充电模组，其特征在于：所述AC/DC电源模块将220VAC转换为12VDC后通过切换供电电路的场效应管Q4向所述第二供电电路输入12VDC，第二供电电路包括有第二正向低压差稳压器U19，12VDC经过所述第二正向低压差稳压器U19降压后向微控制器U5输入3.3V供电。
6.根据权利要求5所述的一种电动车充电模组，其特征在于：所述锂电池组通过升压电路电性连接所述场效应管Q4以将锂电池组输出的4.2VCDC经同步升压变换器U18升压至8.5VDC输入所述场效应管Q4的源极端，所述AD/DC电源模块电性连接所述场效应管Q4的栅极端以输入12VDC，所述场效应管Q4的漏极端与所述第二供电电路电性连接，当所述AD/DC电源模块无电压输入时，所述锂电池组、升压电路、第二供电电路导通，所述第二正向低压差稳压器U19将8.5VDC降压至3.3V向微控制器U5供电。
7.根据权利要求6所述的一种电动车充电模组，其特征在于：所述锂电池组包括有充电电路和整流降压电路，所述整流降压电路与所述AD/DC电源模块电性连接以将12VDC在同步整流降压开关变换器U20下调节向所述充电电路输出5VDC，所述充电电路包括一电池充电器芯片U21，将5VDC变换为4.2VDC为锂电池组充电。
8.一种电动车的充电控制方法，其特征在于：所述充电控制方法由如权利要求1-7任一所述的一种电动车的充电模组执行，包括如下步骤：
响应用户的充电请求并生成充电参数，其中用户的充电请求为通过验证账户进入业务模块的用户界面并根据充电插座编号选择且确认充电套餐，所述业务模块根据所述充电套餐生成用于控制充电桩通电的充电参数；
根据所述充电参数向所述充电桩调用相应控制指令并接收调用反馈信息，其中物联网平台根据充电参数生成控制指令并下发到所述充电桩，所述充电桩在指定充电插座通电成功后反馈调用成功信息并由物联网平台推送通电成功信息至业务模块；
执行控制指令以使所述充电参数确认的充电插座向用户的电池供电，其中所述控制指令携带充满自动断电指令，所述充电桩的充电模块在充电过程中监控充电状态信息，并将充电状态信息反馈至用户界面；在充电状态发生改变时向物联网平台推送充电状态改变信息，所述物联网平台向业务模块同步推送充电状态改变信息。
9.根据权利要求8所述的一种电动车的充电控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在充电过程中：所述充电模块通过获取充电回路上电流采样模拟信号和电压采样模拟信号进行监控充电状态信息，其中所述充电状态信息包括以下至少之一：充电状态、充电功率、充电累计时长、充电套餐余量；所述充电桩将充电状态信息反馈至业务模块的用户界面，当充电模块检测到充电状态发生改变时，则向物联网平台推送充电状态改变信息，由所述物联网平台向所述业务模块同步推送以提醒用户充电状态的变化；
用户通过在充电插座拔出充电器结束充电时，充电模块通过检测充电回路空载后断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息；
用户通过在用户界面请求结束充电时，充电模块接收控制指令后在对应充电回路上断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息；
所述充电模块通过电流采样模拟信号监测到充电功率超过预设报警值，则主动在对应充电回路上断开对应充电插座的输出，改变充电状态并推送信息。
10.根据权利要求8所述的一种电动车的充电控制方法，其特征在于，还包括如下步骤：当所述充电桩发生断电时，所述AD/DC电源模块无电压输入到切换供电电路，所述切换供电电路的场效应管Q4将导通锂电池组、升压电路、第二供电电路，以锂电池组通过第二供电电路给微控制器供电，及时将断电状态记录并推送，维持每个充电回路的充电插座断电状态，在短时间内充电桩恢复供电时，充电模块在断电状态基础上续上电给用户的电池充电。
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|---|---|---|---|---|
| CN117644784A (zh) * | 2023-11-30 | 2024-03-05 | 东莞市港奇电子有限公司 | 一种单相交流充电过流保护电路和应用其的充电器 |
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- 2023-03-20 CN CN202310269650.5A patent/CN116278911B/zh active Active
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