CN204243814U - 一种电动汽车充电桩控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电动汽车充电桩控制系统，包含电网端接口、工作模式控制模块、电池信息采集模块、电源回收/负载模块、数据传输模块、以及人机交互模块；人机交互模块与工作模式控制模块以及数据传输模块分别连接，工作模式控制模块能够控制电网端接口和电源回收/负载模块；电池信息采集模块能够采集电动汽车电池的信息，然后输入数据传输模块；数据传输模块能够向远程服务器进行数据传递，并能够向人机交互模块输入数据。本实用新型提供的电动汽车充电桩控制系统能够对电动汽车电池进行充放电控制，还能够对车用电池的容量进行测试，并通过远程控制对电池状态进行监控，在电池状态不佳的情况下进行警示。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于电动汽车的控制系统，具体地，涉及一种能够进行电池容量测试的电动汽车充电桩控制系统。
背景技术
随着电动汽车逐渐普及，充电桩的需求量迅速上升，目前电动汽车普遍采用锂离子电池作为能源，由于电动汽车的充电时间较长，即便是快充也普遍需要2小时左右，对于需要出行的用户而言，在家进行充电是更好的选择。
目前的充电桩一般提供两种充电模式，正常（或慢速）充电模式和快速充电模式以应对不同的用户需求，具有V2G功能的电动汽车还能够对电网进行放电以赚取电费差价。V2G 是Vehicle-to-grid的简称，它描述了这样的一个系统：当混合电动车或是纯电动车不在运行的时候，通过联接到电网的电动马达将能量输给电网，反过来，当电动车的电池需要充满时，电流可以从电网中提取出来给到电池。
然而，在循环充放电的过程中，由于电池在进入充电之前还存在一部分电量，电池的当前容量无法得到准确标定，无法从容量角度判断电池的使用状态和剩余寿命，为电池的合理使用和安全性策略提出了难题。仅仅依靠用户自觉地定时前往维护点进行维护显然是不可靠的，而且也无法使电池的使用效率最大化。
因此，在充电桩上建立电池容量的检测装置和相应的控制系统是十分必要的。一方面用户可以在时间允许的情况下自己进行电池容量的检测，通过网络和服务器得到反馈信息，使电池的使用效率得到提升并可以及时维护、更换电池；另一方面也避免了维护方对电池容量检测花费大量时间，降低维护成本。
目前在发表的文章和专利中尚未见到采用与本控制系统相同或相似的报道。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种针对电动汽车充电桩在使用过程中无法判断电池状态而开发的新型控制系统，能够采用标准容量测试的方法通过对电池充放电电流、时间的累积计算获取电池组的当前容量，与远程服务器中存储的电池组原始数据对比，获得电池当前剩余容量，判断电池状态，提示用户及时淘汰旧电池，更换新电池，从而提高电动汽车的使用效率，提高车辆安全性并减少维护成本。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种电动汽车充电桩控制系统，能够控制充电桩对电动汽车电池进行充放电，其中，该系统包含电网端接口、工作模式控制模块、电池信息采集模块、电源回收/负载模块、数据传输模块、以及人机交互模块；所述的人机交互模块与工作模式控制模块以及数据传输模块分别连接，所述人机交互模块能够接受用户输入的指令，对工作模式控制模块进行控制；所述人机交互模块也能够接收所述数据传输模块传输的数据；所述人机交互模块还包含显示装置以及报警装置；所述的工作模式控制模块能够控制电网端接口，在所述系统控制的所述充电桩与电动汽车连接后进行充电；所述的工作模式控制模块还能够控制所述的电源回收/负载模块，对电动汽车的电池进行容量检测；所述的电池信息采集模块能够采集电动汽车电池的信息，然后输入所述的数据传输模块；所述的数据传输模块能够向远程服务器进行数据传递，并能够向所述的人机交互模块输入数据。该系统能够对电动汽车电池进行充放电控制，并且在能够实现对车用电池充电的功能外，还能够对车用电池的容量进行测试，并通过远程控制对电池状态进行监控，在电池状态不佳的情况下进行警示。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的人机交互模块采用组态屏显示数据和报警，通过RS232（通讯接口）与工作模式控制模块通讯。所述的工作模式控制模块采用TI（德州仪器）的DSP（数字信号处理器，Digital Signal Processor）处理器TMS320C作为主芯片，运算密集型设计，可实现自适应滤波、多抽样率处理等功能。所述的电池信息采集模块采用凌特公司（Linear Technology）的电池测量器件LTC6803 ，通过 ADC转换通道将模拟电池电压值转换成12位数字值。采用LEM（莱姆电子）公司基于霍尔原理的电流传感器DHAB S/14，将电流信号转换成电压信号。电池电压检测及判断器由12路转换通道、一个精确的电压基准、一个高压输入多路复用器和一个串行接口、一个实时时钟源、一款PIC（Peripheral Interface Controller）单片机组成。通过采集通道来识别电池的序列号。电池信息采集模块将采集到的电池信息通过SPI接口传送给工作模式控制模块。所述的电源回收/负载模块由超级电容器/大容量储能电池、电子负载、电子断路器等器件构成，能够吸收加大功率能量回馈，也可以通过电子负载将能量消耗掉。工作模式控制模块通过数字信号驱动电子断路器来选择是通过超级电容器/大容量储能电池还是电子负载来吸收能量。所述的数据传输模块模块采用MC9S12XEP100作为主通讯芯片，通过SPI（串行外设接口，Serial Peripheral Interface）与工作模式控制模块通讯，缓存数据后上传至远程服务器。采用MFR4310作为FlexRay通讯器，采用MCP510作为CAN通讯器，采用MAX485作为RS通讯器，采用TJA1021作为LIN通讯器，采用DN1022作为DeviceNet通讯器，采用SPC3作为profibus通讯器，集成Lantronix公司的xPico Wi-Fi模块，集成TI的CC2480模块，集成ZTE通讯模块。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的工作模式控制模块在所述人机交互模块的控制下，能够分别实现对电动汽车电池进行正常制度或慢速的充电、对电动汽车电池进行快速的充电以及对电动汽车电池进行电池容量的检测的工作模式。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的对电动汽车电池进行正常制度或慢速的充电或对电动汽车电池进行快速的充电时，所述工作模式控制模块能够控制电网端接口，对电动汽车的电池进行充电。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的对电动汽车电池进行电池容量的检测的工作模式，是在工作模式控制模块控制下，电源回收/负载模块对电动汽车电池以标准充放电制式进行一次循环，同时电池信息采集模块采集电动汽车电池的信息，并输入所述的数据传输模块，所述数据传输模块与远程服务器进行数据交换，再输入所述人机交互模块，进行显示或点亮报警灯。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的标准充放电制式是指对电池按恒流、恒压、恒功率模式进行充放电以及由这三种模式任意组合而成的所有充放电模式。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的电源回收/负载模块，可以根据与电网的V2G兼容能力进行不同形式的设计。在对电池进行放电时，可以通过V2G模式将电能反馈至电网；也可以将电能释放至充电桩自带的储能工具，如超级电容器、大容量储能电池，在充电时在输入至电动汽车中；如不能进行能量回收则将电能释放至负载消耗掉。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的电池信息采集模块能够采集电动汽车电池的序列号、工作时间、电流和电压。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的数据传输模块还能够接受由人机交互模块输入的电池编号，并将其与电池信息采集模块采集的电动汽车电池的信息通过包含RS485、RS232、以太网、CAN、FlexRay、LIN、devicenet、profibus等有线的方式或包含wifi、2G、3G、4G、蓝牙、zigbee等无线的方式上传至远程服务器，并将远程服务器上计算输出的容量和剩余容量百分比η采集至本地。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的数据传输模块在采集远程服务器上计算输出的容量和剩余容量百分比η的数据后，能够将结果输入所述人机交互模块。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的人机交互模块，具有人机交互界面，能够让用户进行操作，通过工作模式控制模块对电动汽车电池实现工作模式的选择，并能够接收数据传输模块采集的剩余容量百分比η后通过显示装置显示。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的人机交互模块，在接受的η值小于设定的强制淘汰电池容量要求η0值时，还能够点亮报警装置，提示用户更换电池。
上述的电动汽车充电桩控制系统，其中，所述的系统在使用时，步骤如下所示：
1、用户将充电桩与车辆正确连接后，选择需采用的运行模式：正常（或慢速）充电，快速充电或容量检测。开始工作后人机交互界面显示剩余工作时间。
2、若选择正常（或慢速）充电或快速充电，则按照普通充电桩工作模式工作。
3、若选择容量检测模式，则要求用户输入电池编号并启用当前充电桩配置的能量回收/负载模块。使用标准充放电制式对电池进行一次充电-放电循环，充电过程由电网供电，计算电量，放电过程则根据配置的硬件将电量分别放至电网、储能单元或负载。
4、循环后使用正常（或慢速）充电模式将电池充至满电态。首先由储能单元供电，若没有达到充电截止电压则由电网继续供电。
5、将本次放电容量及电池编号通过数据传输模块上传至远程服务器，远程服务器调取该编号电池初始容量并进行计算得到本次放电容量和当前剩余容量百分比η并输出至本地。
6、控制模块采集服务器输出的η，输出至人机交互模块进行显示，若该η小于设定的电池强制淘汰标准η0，则同时点亮报警灯。
本实用新型提供的电动汽车充电桩控制系统具有以下优点：
1、本发明只需在现有充电桩上增加相应功能模块和相对简单的配套硬件，具有较高的适用性。
2、本发明能有效提高电池的使用效率，降低维护方成本，降低电池安全隐患，并且可由用户自由控制测试时间，具有较好的灵活性。
3、本发明进行一次完整的电量检测过程时间，以1C恒流充电-恒压充电-搁置-1C恒流放电-搁置过程计算，需要额外的2.5-3小时，可以在夜间完成，不影响正常使用。
4、本发明具有良好的推广性，可以应用于各种类型、体系、规格的充电桩。
附图说明
图1为本实用新型的电动汽车充电桩控制系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步地说明。
如图1所示，本实用新型提供的电动汽车充电桩控制系统，包含电网端接口103、工作模式控制模块101、电池信息采集模块108、电源回收/负载模块102、数据传输模块109、以及人机交互模块110。
人机交互模块110与工作模式控制模块101以及数据传输模块109分别连接。
人机交互模块110能够接受用户输入的指令，对工作模式控制模块101进行控制；人机交互模块110也能够接收数据传输模块109传输的数据；人机交互模块110还包含显示装置以及报警装置。
人机交互模块110采用组态屏显示数据和报警，通过RS232（通讯接口）与工作模式控制模块通讯。
工作模式控制模块101能够控制电网端接口103，在系统控制的充电桩与电动汽车107连接后进行充电；工作模式控制模块101还能够控制电源回收/负载模块102，对电动汽车107的电池进行容量检测。
工作模式控制模块101采用TI（德州仪器）的DSP（数字信号处理器，Digital Signal Processor）处理器TMS320C作为主芯片，运算密集型设计，可实现自适应滤波、多抽样率处理等功能。
电池信息采集模块108能够采集电动汽车107电池的信息，然后输入数据传输模块109。
电池信息采集模块108采用凌特公司（Linear Technology）的电池测量器件LTC6803 ，通过 ADC转换通道将模拟电池电压值转换成12位数字值。采用LEM（莱姆电子）公司基于霍尔原理的电流传感器DHAB S/14，将电流信号转换成电压信号。电池电压检测及判断器由12路转换通道、一个精确的电压基准、一个高压输入多路复用器和一个串行接口、一个实时时钟源、一款PIC（Peripheral Interface Controller）单片机组成。通过采集通道来识别电池的序列号。电池信息采集模块将采集到的电池信息通过SPI接口传送给工作模式控制模块。
数据传输模块109能够向远程服务器进行数据传递，并能够向人机交互模块110输入数据。
工作模式控制模块101在人机交互模块110的控制下，能够分别实现对电动汽车107电池进行正常制度或慢速的充电、对电动汽车107电池进行快速的充电以及对电动汽车107电池进行电池容量的检测的工作模式。
对电动汽车107电池进行正常制度或慢速的充电或对电动汽车107电池进行快速的充电时，工作模式控制模块101能够控制电网端接口103，对电动汽车107的电池进行充电。
对电动汽车107电池进行电池容量的检测的工作模式，是在工作模式控制模块101控制下，电源回收/负载模块102对电动汽车107电池以标准充放电制式进行一次循环，同时电池信息采集模块108采集电动汽车107电池的信息，并输入数据传输模块109，数据传输模块109与远程服务器进行数据交换，再输入人机交互模块110，进行显示或点亮报警灯。
标准充放电制式是指对电池按恒流、恒压、恒功率模式进行充放电以及由这三种模式任意组合而成的所有充放电模式。
电源回收/负载模块102，可以根据与电网的V2G兼容能力进行不同形式的设计。在对电池进行放电时，可以通过V2G模式将电能反馈至电网104；也可以将电能释放至充电桩自带的储能工具105，如超级电容器、大容量储能电池，在充电时在输入至电动汽车107中；如不能进行能量回收则将电能释放至负载106消耗掉。
电源回收/负载模块102由超级电容器/大容量储能电池、电子负载、电子断路器等器件构成，能够吸收加大功率能量回馈，也可以通过电子负载将能量消耗掉。工作模式控制模块通过数字信号驱动电子断路器来选择是通过超级电容器/大容量储能电池还是电子负载来吸收能量。
电池信息采集模块108能够采集电动汽车107电池的序列号、工作时间、电流和电压。
数据传输模块109还能够接受由人机交互模块110输入的电池编号，并将其与电池信息采集模块108采集的电动汽车107电池的信息通过包含RS485、RS232、以太网、CAN、FlexRay、LIN、devicenet、profibus、interbus等的有线的方式或包含wifi、2G、3G、4G、蓝牙、zigbee、RFID、NFC等的无线的方式上传至远程服务器，并将远程服务器上计算输出的容量和剩余容量百分比η采集至本地。
数据传输模块109在采集远程服务器上计算输出的容量和剩余容量百分比η的数据后，能够将结果输入人机交互模块110。
数据传输模块模块109采用MC9S12XEP100作为主通讯芯片，通过SPI（串行外设接口，Serial Peripheral Interface）与工作模式控制模块通讯，缓存数据后上传至远程服务器。采用MFR4310作为FlexRay通讯器，采用MCP510作为CAN通讯器，采用MAX485作为RS通讯器，采用TJA1021作为LIN通讯器，采用DN1022作为DeviceNet通讯器，采用SPC3作为profibus通讯器，集成Lantronix公司的xPico Wi-Fi模块，集成TI的CC2480模块，集成ZTE通讯模块。
人机交互模块110具有人机交互界面，能够让用户进行操作，通过工作模式控制模块101对电动汽车107电池实现工作模式的选择，并能够接收数据传输模块109采集的剩余容量百分比η后通过显示装置显示。人机交互模块110在接受的η值小于设定的强制淘汰电池容量要求η0值时，还能够点亮报警装置，提示用户更换电池。
以下通过实施例对本实用新型的进行更详细的说明。
实施例1
1、 用户将电动汽车107充电接口和充电桩正确连接后，在人机交互界面110处进行选择工作模式：正常（或慢速）充电，快速充电，容量检测。连接至工作模式控制模块101。
2、 选择正常（或慢速）充电以及快速充电的，直接通过电网端接口103103连接至电网104供电，直至动力电池组电压达到充电截止电压，计算该过程电网供电的总量进行收费。在该过程中，人机交互界面110显示该过程剩余工作时间。
3、 选择容量检测功能的，人机交互界面110要求用户输入电池组编号，输入完成后数据进入电池信息检测模块108，自动检测充电桩配置的能量回收/负载模块102。
4、 采用标准充电制式（如1C对电池进行充电，至充电截止电压后进行恒压充电直至电流降低至0.05C，具体制度由电池组电压-容量配置和出厂检测规定决定）由电网104对电池供电，计算该过程电网供电量C0，搁置t1时间。
5、 采用标准放电制式（如1C对电池进行放电，至放电截止电压，具体制度由电池组电压-容量配置和出厂检测规定决定）对电池进行放电。若该电动汽车107具备V2G功能，则向电网104放电，放电容量为CA1；若配置了储能装置105，如超级电容器或大容量电池组，则向储能装置放电，放电容量为CB1；若配置了放电负载106，则向负载放电。搁置t2时间。电池信息采集模块108记录放电过程中电流、电压和时间。
6、 采用正常（或慢速）充电或者快速充电模式对电池组充电，若具备V2G功能，则由电网104供电，充电容量为CA2；若配置了储能装置105，则由储能装置供电，充电容量为CB2，若未达到截止电压（一般情况下，放电容量将略小于充电容量），则由电网104供电，容量为CB3；若配置了放电负载106，则由电网104供电，容量为CC1。
7、 计算本次由电网供电部分获得需缴费的电量，三种模式下电量分别为C0-CA1+CA2/C0+CB2/C0+CC1。
8、 将电池信息采集模块108采集到电池组编号、放电过程时间、电流、电压数据通过数据传输模块109上传至远程服务器111。
9、 远程服务器111采用安时积分法计算该过程中电池组放电容量，调取该电池组编号的初始容量数据，计算当前剩余容量百分比η，输出至充电桩数据传输模块109。
10、 数据传输模块109将数据传输至人机交互模块110输出，判断当前剩余容量百分比是否达到设置的电池强制淘汰标准，如80%剩余容量，若小于该标准，点亮报警灯112，提示用户及时前往维护商家进行电池更换。
本实用新型提供的电动汽车充电桩控制系统，能够控制充电桩对电动汽车107电池进行充放电，并且在能够实现对车用电池充电的功能外，还能够对车用电池的容量进行测试，并通过远程控制对电池状态进行监控，在电池状态不佳的情况下进行警示。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种电动汽车充电桩控制系统，能够控制充电桩对电动汽车电池进行充放电，其特征在于，该系统包含电网端接口（103）、工作模式控制模块（101）、电池信息采集模块（108）、电源回收/负载模块（102）、数据传输模块（109）、以及人机交互模块（110）；
所述的人机交互模块（110）与工作模式控制模块（101）以及数据传输模块（109）分别连接，所述人机交互模块（110）能够接受用户输入的指令，对工作模式控制模块（101）进行控制；所述人机交互模块（110）也能够接收所述数据传输模块（109）传输的数据；所述人机交互模块（110）还包含显示装置以及报警装置；
所述的工作模式控制模块（101）能够控制电网端接口（103），在所述系统控制的所述充电桩与电动汽车（107）连接后进行充电；所述的工作模式控制模块（101）还能够控制所述的电源回收/负载模块（102），对电动汽车（107）的电池进行容量检测；
所述的电池信息采集模块（108）能够采集电动汽车（107）电池的信息，然后输入所述的数据传输模块（109）；
所述的数据传输模块（109）能够向远程服务器（111）进行数据传递，并能够向所述的人机交互模块（110）输入数据。
2.如权利要求1所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的工作模式控制模块（101）在所述人机交互模块（110）的控制下，能够分别实现对电动汽车（107）电池进行正常制度或慢速的充电、对电动汽车（107）电池进行快速的充电以及对电动汽车（107）电池进行电池容量的检测的工作模式。
3.如权利要求2所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的对电动汽车（107）电池进行正常制度或慢速的充电或对电动汽车（107）电池进行快速的充电时，所述工作模式控制模块（101）能够控制电网端接口（103），对电动汽车（107）的电池进行充电。
4.如权利要求2所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的对电动汽车（107）电池进行电池容量的检测的工作模式，是在工作模式控制模块（101）控制下，电源回收/负载模块（102）对电动汽车（107）电池以标准充放电制式进行一次循环，同时电池信息采集模块（108）采集电动汽车（107）电池的信息，并输入所述的数据传输模块（109），所述数据传输模块（109）与远程服务器进行数据交换，再输入所述人机交互模块（110），进行显示或点亮报警灯。
5.如权利要求4所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的标准充放电制式是指对电池按恒流、恒压、恒功率模式进行充放电以及由这三种模式任意组合而成的所有充放电模式。
6.如权利要求4所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的电池信息采集模块（108）能够采集电动汽车（107）电池的序列号、工作时间、电流和电压。
7.如权利要求4所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的数据传输模块（109）还能够接受由人机交互模块（110）输入的电池编号，并将其与电池信息采集模块（108）采集的电动汽车（107）电池的信息通过有线的方式或无线的方式上传至远程服务器，并将远程服务器上计算输出的容量和剩余容量百分比η采集至本地。
8.如权利要求7所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的数据传输模块（109）在采集远程服务器上计算输出的容量和剩余容量百分比η的数据后，能够将结果输入所述人机交互模块（110）。
9.如权利要求8所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的人机交互模块（110），具有人机交互界面，能够让用户通过操作对电动汽车（107）电池实现工作模式的选择，并能够接收数据传输模块（109）采集的剩余容量百分比η后通过显示装置显示。
10.如权利要求9所述的电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述的人机交互模块（110），在接受的η值小于设定的强制淘汰电池容量要求η0值时，还能够点亮报警装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201420670629.2U CN204243814U (zh) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 一种电动汽车充电桩控制系统 |
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