CN201682282U - 一种交流充电桩 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种交流充电桩，包括漏电保护开关、继电器、交流接触器和智能电表，其特征在于：所述充电桩还包括智能控制单元，所述智能控制单元与漏电保护开关输出侧母线相连接，所述智能控制单元通过485通信总线与智能电表相连接，所述智能控制单元通过继电器与交流接触器相连接，所述漏电保护开关与交流接触器的输入端连接，所述智能电表与交流接触器的输出端相连接。该交流充电桩可对电动汽车进行可靠、灵活的充电，环境适应范围较广，具有智能化、体积小，成本低等特点，该交流充电桩不仅可以用于充电站内，还可用于营业厅、停车场等其他各种场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种低压配电技术领域，具体涉及一种为电动汽车进行充电的交流充电桩。
背景技术
虽然电动汽车替代燃油汽车是当今世界节能环保的大势所趋，但由于为燃油汽车加油的加油站随处可见，而为电动汽车充电的设施却屈指可数，使得电动汽车的销售并不乐观。为了促进电动汽车的广泛使用，应致力于电动汽车充电设施的开发应用，目前的电动车充电设施主要有充电站和充电桩两种，由于充电站占地面积广、投资高，所以现阶段发展并不乐观，而且充电站的使用对象更适合公交车等大型公用车型，如果未来全国的私人电动汽车都依靠充电站的话，那么用地面积将会非常惊人。由于充电桩具有体积小、成本低、使用方便等特点，对私人电动车用户来说，更方便的是充电桩。因此，充电桩的建设会更适于满足人们现阶段的需求。
然而，现有国内的交流充电桩通常有两种：(一)只具有配电转换功能，无智能判断设备，不具有计量、计费等智能功能；(二)具有智能判断功能，但对运行工况要求严格，体积较大、成本较高。而现有国外交流充电桩通常只具有配电转换功能，无计量、计费等智能功能。综上所述，现有的交流充电桩智能化程度不够，体积较大，价格较高，适应范围较窄，所以无法实现灵活控制，因此迫切地需要开发出一种小巧方便且可以满足当前智能电网需求的交流充电桩。
实用新型内容
为解决现有技术中交流充电桩智能化程度不够、体积较大、环境适应范围较窄的缺陷，本实用新型提供一种能够为电动汽车进行充电的交流充电桩，其利用智能电表和智能控制单元等智能设备为电动汽车提供交流电源，并实现对电动汽车的灵活充电。具体方案如下：
一种交流充电桩，包括漏电保护开关、继电器、交流接触器和智能电表，其中所述充电桩还包括智能控制单元，所述智能控制单元与漏电保护开关输出侧母线相连接，所述智能控制单元通过485通信总线与智能电表相连接，所述智能控制单元通过继电器与交流接触器相连接，所述漏电保护开关与交流接触器的输入端连接，所述智能电表与交流接触器的输出端相连接。
其中，所述智能控制单元包括控制模块，分别与控制模块相连接的电源模块、射频模块、隔离模块、监控模块、人机交互模块、实时时钟模块和存储模块，所述隔离模块与通信模块相连接。
其中，所述射频模块包括读写模块和与读写模块相连接的天线。
其中，所述电源模块包括两个三端稳压块。
其中，所述通信模块包括485控制芯片和安装在其上的485串行接口。
其中，所述实时时钟模块包括时钟芯片和可充电锂电池。
其中，所述人机交互模块包括显示模块和键盘。
其中，所述显示模块采用数码管，数码管连接有驱动芯片进行驱动。
其中，所述显示模块采用LCD显示器。
其中，所述隔离模块包括DC-DC隔离电源和与其相连接的光耦。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型所述的交流充电桩可对电动汽车进行可靠、灵活的充电，环境适应范围较广，具有智能化、体积小，成本低等特点，该交流充电桩不仅可以用于充电站内，还可用于营业厅、停车场等其他各种场合。
附图说明
图1是本实用新型所述交流充电桩的结构示意图；
图2是智能控制单元的结构示意图；
图3是本实用新型所述交流充电桩的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型所述交流充电桩的结构和原理作进一步详细的描述。
如图1所示，本例所述交流充电桩包括由漏电保护开关、交流接触器、智能电表构成的主回路和由智能控制单元、智能电表构成的控制回路，控制回路控制主回路电路的连通，所述智能控制单元与漏电保护开关输出侧母线相连接，所述智能控制单元通过485通信总线与智能电表相连接，所述智能控制单元通过继电器与交流接触器相连接，所述漏电保护开关与交流接触器的输入端侧连接，所述智能电表与交流接触器的输出端相连接。
如图2所示，所述智能控制单元包括控制模块、与控制模块分别连接有电源模块、射频模块、实时时钟模块、人机交互模块、隔离模块、监控模块和存储模块，隔离模块还连接有一通信模块。智能电表与智能控制单元的通信模块连接、继电器与智能控制单元的隔离模块连接，漏电保护开关与智能控制单元的电源模块连接，此外交流充电桩还可以通过智能控制单元中的通信模块与远程监控平台连接，实现远程监控平台可以实时的监控充电状态。
下面分别介绍充电桩各部件的组成及功能：
漏电保护开关：购买于ABB公司生产的型号为GS262-C40的漏电保护开关，其功能为：当火线L或零线N有一根线对地有接地电阻或短路时，则火线和零线上的电流出现电压差，当达到一定差值，漏电保护开关便断开以达到保护整个充电桩的作用。
交流接触器：购买于ABB公司生产的型号为A40-30-10/3P的交流接触器，其广泛用作电力的开断和控制电路，其可以通过与继电器配合，实现为交流接触器的控制线圈通1A电流，就可以使其主线圈达到32A电流的目的，所述继电器采用现有技术中常用的继电器。
智能电表：采用单相本地费控智能电能表，其功能为：可在智能电能表内进行交流充电计量及电费的实时计算。由于智能电表采用现有的单相本地费控智能电能表，为了安装前预先校验电能表是否精准，可通过在交流充电桩的主回路中预留两个端口来实现电能表的精确校验。
在智能控制单元的开发中，本实用新型遵循模块化的设计思想，将整个应用程序分解为若干个子模块，下面进一步详述智能控制单元中各模块的组成和功能：
控制模块：控制模块采用型号为STC89C58RD+系列的单片机作为微处理器，是监控终端的核心，具有丰富的接口资源，以实现对整个充电桩的控制和调度。
射频模块：射频模块包括读写模块和与读写模块相连接的天线，天线可以连接于读写模块外，也可以内嵌于读写模块中。读写模块采用型号为WM-17TC的读写模块，其可以用于读写M1卡(即Mifare One卡)或者读写模块采用用于读写IC卡的IC卡读卡器，其可，有主动上传和被动上传两种操作模式，读写模块与微处理器通过软件模拟的RS232接口连接。通过在射频模块处刷M1卡或IC卡可实现智能电表的充电计费，且M1卡或IC卡中记载有用户电费余额和帐户信息，M1卡由ASIC和线圈所构成，该线圈只有几组绕线，很适于封装到IS0卡片中。ASIC由一个高速(106KB波特率)的RF接口，一个控制单元和一个8K位EEPROM组成，IC卡和IC卡读卡器采用本领域技术人员所公知的。
电源模块：电源模块包括两块型号为LM340TS7805P+的三端稳压块，分别为承载各功能模块的第1块PCB板和第2块PCB板供电。为了更好的保护稳压块，可为每个稳压块反并联一个二极管；如果想更好的保护整个电路，可先在主回路上串联一个可恢复保险丝，然后再反并联一个稳压二极管。
通信模块：采用RS485通信模块，RS485通信模块包括两个485控制芯片，每个芯片上均设有两个485串行接口，一个用于使微处理器与电表通信，一路用于使微处理器与监控系统通信。485控制芯片采用MAX1487，微处理器通过隔离模块中的两块光耦分别与两个485控制芯片相连接。为了阻抗匹配，可在485控制芯片的两个串行接口处接阻值为120欧姆的电阻，为了保护485控制芯片，可通过两个TVS管分别将485控制芯片的两个串行接口接地。
实时时钟模块：实时时钟模块采用型号为HT1380的时钟芯片，HT1380是一种低功耗串行实时时钟芯片，具有时钟(时、分、秒)和日历(年、月、日、星期)功能。能自动调整闰年和每月的天数，具有12小时制和24小时制两种计时模式。HT1380外接有一块32K的晶振，用于向HT1380提供外部时钟信号。通过一组二极管将一块可充电锂电池连入时钟芯片的电路中，用于在主电源断电时为实时时钟模块供电。
人机交互模块：人机交互模块包括显示模块和键盘，显示模块采用数码管或LCD显示器，数码管和LCD显示器分别做在两块电路板上，可以根据需要选择其中一种。当选择LCD显示器时，只需将承载有LCD显示器的电路板插到第2块PCB板上即可；当选择数码管时，除了需将承载有数码管的电路板插到第二块PCB板上，为了驱动数码管工作，数码管还需连接一型号为CH451的驱动芯片，CH451驱动芯片内置有RC振荡电路，可以动态驱动8位数码管或者64位LED，具有BCD译码、闪烁、移位等功能；CH451驱动芯片通过可以级联的串行接口与微处理器进行数据交换，本实用新型使用两块CH451驱动芯片并联驱动16个8位数码管，数码管或显示器可以显示充电电量和计费信息。4x4的键盘直接与微处理器相连接，键盘用于充电时间和充电电量的设置。
监控模块：监控模块采用型号为MAX813L的多功能监控器，是一组CMOS监控电路，用于监控电源电压和嵌入式控制器的工作状态，监控电路在上电、掉电或者电源电压出现异常的情况下向控制器提供复位信号，监控电路还提供人工复位等功能。
隔离模块：隔离模块包括1个型号为B0505S-1W的DC-DC隔离电源和2块型号为TLP521-4的4路光耦。隔离电源的隔离电压≥1000VDC，为通信模块供电，光耦将外部通信信号与微处理器进行光电隔离，起到对微处理器的保护作用。
存储模块：为外扩EEPROM存储模块，采用型号为AT24C08的存储芯片。AT24C08存储芯片有8K的存储空间，通过模拟的IIC总线与微处理器相连接。存储模块用于存储用户信息。
图3中各标号的含义为：A代表火线，N代表零线，地代表地线，KM代表继电器，TQ代表交流接触器控制线圈，HD1代表电源指示灯，HD2代表充电指示灯，HD3代表故障指示灯。该交流充电桩电气回路的连接关系为：所述AC22V供电线路的一对火线L和零线N上依次连接有漏电保护开关、交流接触器和智能电表作为主回路。在漏电保护开关和交流接触器的输入端之间的火线L和零线N之间设有并联的电源指示灯HD1和智能控制单元，所述智能控制单元前面串联有一整流电源，将供电线路的220V交流电整流成12V直流电提供给智能控制单元的电源模块，智能控制单元后面连接一继电器的控制线圈，智能控制单元的通信模块通过两条RS485总线(RS485-1和RS485-2)分别与智能电表和远程监控平台相连接。在交流接触器的输出端和智能电表之间的火线L和零线N之间设有并联的充电指示灯HD2和故障指示灯HD3，灯HD3后面依次连接有急停按钮、继电器的主线圈和交流接触器的控制线圈。
如图3所示，该交流充电桩的工作原理为：该交流充电桩提供AC220V、32A的交流供电能力。当漏电保护开关闭合后，灯HD1亮，表示交流充电桩已引入交流电源，可进行正常工作。智能控制单元控制继电器闭合，使得交流接触器控制线圈TQ闭合，使处于主回路中的交流接触器闭合，智能控制单元实时读取当前智能电表的电压、电流和功率数值，以便控制交流接触器吸合，实现整个交流充电桩的起停控制；然后通过通信模块将数据传送至远程监控平台，实现远程监控。当发生紧急情况时，需快速按下急停按钮，此时交流接触器控制线圈失电，使得交流接触器断开，即可使整个交流充电桩停止工作。
该交流充电桩的操作方法：将交流充电桩的三相充电插头与电源连接后，用户首次刷卡读取M1卡(或IC卡)中用户及余额信息，如果用户信息合法并且余额充足，启动充电桩开始充电；在充电过程中根据智能电表提供的计量数据计算充电电费，在充满电或M1卡(或IC卡)中余额用尽时，智能控制单元自动控制交流充电桩停止充电；用户再次刷卡时，如果充电仍在进行中，智能控制单元控制停止充电并计算充电电量和电费，从M1卡(或IC卡)上扣除相应金额，如果因充满或余额不足已经停止充电，则直接计算充电电量和电费，并从M1卡(或IC卡)上扣除相应金额。充电插头脱离后，本次充电完成，自动完成计费结算，准备进行下次充电过程。
交流充电桩通过在M1卡(或IC卡)和智能控制单元配合可实现下述充电控制及计费功能，包括：
1)M1卡(或IC卡)：记载用户电费余额和账户信息；
2)智能控制单元：安装于交流充电桩内部，能够与交流充电桩内置的智能电表进行通信，配合M1卡(或IC卡)进行充电控制及充电计费。
3)为防止在充电过程中人为或意外发生充电插头脱离，在充电插座安装处外置可控制闭锁门，并与刷卡动作联动，在第一次刷卡时，闭锁门自动打开，用户开始充电后可将闭锁门关闭，防止充电插头意外脱离，在第二次刷卡时闭锁门第二次自动打开，用户可自行拔下充电插头完成充电过程。
另外，智能电表采用现有的可在交流充电桩的主回路中预留两个端口，用于对智能电表进行精确校验。
本实用新型的交流充电桩既可应用于充电站内，又可单独应用于营业厅、停车场等公共场合，可对电动汽车进行灵活、可靠的充电，具有智能化、体积小、成本低等特点，所以该充电桩还可将其智能控制功能与电力电子技术紧密结合应用在其他领域中。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种交流充电桩，包括漏电保护开关、继电器、交流接触器和智能电表，其特征在于：所述充电桩还包括智能控制单元，所述智能控制单元与漏电保护开关输出侧母线相连接，所述智能控制单元通过485通信总线与智能电表相连接，所述智能控制单元通过继电器与交流接触器相连接，所述漏电保护开关与交流接触器的输入端连接，所述智能电表与交流接触器输出端相连接。
2.如权利要求1所述的交流充电桩，其特征在于：所述智能控制单元包括控制模块，分别与控制模块相连接的电源模块、射频模块、隔离模块、监控模块、人机交互模块、实时时钟模块和存储模块，所述隔离模块与通信模块相连接。
3.如权利要求2所述的交流充电桩，其特征在于：所述射频模块包括读写模块和与读写模块相连接的天线。
4.如权利要求2所述的交流充电桩，其特征在于：所述电源模块包括两个三端稳压块。
5.如权利要求2所述的交流充电桩，其特征在于：所述通信模块包括485控制芯片和安装在其上的485串行接口。
6.如权利要求2所述的交流充电桩，其特征在于：所述实时时钟模块包括时钟芯片和可充电锂电池。
7.如权利要求2所述的交流充电桩，其特征在于：所述人机交互模块包括显示模块和键盘。
8.如权利要求7所述的交流充电桩，其特征在于：所述显示模块采用数码管，数码管连接有驱动芯片进行驱动。
9.如权利要求7所述的交流充电桩，其特征在于：所述显示模块采用LCD显示器。
10.如权利要求2所述的交流充电桩，其特征在于：所述隔离模块包括DC-DC隔离电源和与其相连接的光耦。
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Cited By (3)
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| CN102521919A (zh) * | 2011-12-12 | 2012-06-27 | 中国电力科学研究院 | 一种有序充电电动汽车充电桩控制器 |
| CN103066644A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-24 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种立式交流充电桩 |
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