CN207353862U - 基于变压器台区负荷余量的交流充电桩及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩及其控制电路，其控制电路包括控制单元、载波通信模块、电源单元、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路，控制单元经载波通信模块与电力线连接，用于上传各种信息给台区中央控制器并接收台区中央控制器下发的指令信号和显示命令；电动汽车电池电量采集电路用于采集电动汽车电池电量并传递给控制单元；指令输入单元、显示单元与控制单元连接；控制单元用于接收台区中央控制器下发的指令信号，输出控制信号给电动汽车充电控制电路，控制电动汽车的充电状态。其利用各小区台区变压器容量的余量为电动汽车充电。

Description

基于变压器台区负荷余量的交流充电桩及其控制电路

技术领域

本实用新型涉及电动汽车充电领域，特别涉及一种交流充电桩及其控制电路。

背景技术

随着汽车工业飞速发展，我国石油消耗对外依存度持续升高，2013年已达58.1%，石油短缺局面日益加剧。电动汽车发展对我国具有重大意义，一方面可以提高电能替代，有效减少单位GDP能耗，另一方面可以有效破解环境约束，解决雾霾等大气污染问题。

然而电动汽车的普及，需要相应的基础设施，特别是充电站，充电桩的大力建设为基础才能实现。

充电桩分直流充电桩，交流充电桩。其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

利用直流充电桩的优点是：充电快；不足是：对电力系统的冲击大，建设成本高，大电流快充电会对电池造成损伤等问题。根据国家对于电动汽车充电桩的建设规划：2017年全国将建90万个充电桩，其中的80万个个人桩均为交流桩，到2020年充电桩数量将达480万个，其中约90%为交流充电桩。

目前建设的交流充电站主要是集中式提供充电服务的模式，有专门配套的变压器为交流充电站中充电桩提供电能。而电动汽车的逐渐普及，电动汽车的保有量不断增加，电动汽车的充电需求也会逐渐庞大。那么在建设这类型交流充电站时，绝非仅仅一个交流充电站中树立几个或者十几个充电桩能够满足需求的。一个设计几十个充电桩的交流充电站才更符合科学的建设规划，也是未来此类型交流充电站建设规模的发展趋势。而充电桩数量过多，使得交流充电站配套的变压器容量设计越来越大，导致变压器的体积随之不断提升，一个交流充电站所占用的土地面积也会更大。随着电动汽车保有量不断攀升，交流充电站建设数量也必须不断跟进，将会安装更多更大的变压器，占用更多的土地资源，这其中的成本开销是巨大的。不断设计制造容量更大，体积庞大的变压器，占用更多的土地资源，这是我们所不能接受的。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩及其控制电路，其利用各小区台区变压器容量的余量，来为电动汽车进行充电服务，使得本发明可以在不增加原变压器容量的基础上，为电动汽车提供充电服务，不需另购大容量变压器，使得土地资源占用减小，购置变压器和土地资源的成本大大节省了，减少交流充电站的建设成本开支。

一般情况下，居民用电不会发生所有家庭满负荷同时用电的情景，而台区变压器的容量设计是根据该区域居民用电最大总量在考虑需用系数与同时系数后进行设计的，那么通常台区变压器的容量就存在一定的余量。充电桩可以利用各小区台区变压器容量的余量，来为电动汽车进行充电服务。

本实用新型的目的是采用下述方案实现的：

一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩的控制电路，包括控制单元、通信模块、电源单元、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路，所述电源单元用于给控制单元、通信模块、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路供电；所述控制单元分别与通信模块、电动汽车电池电量采集电路、电动汽车充电控制电路、指令输入单元和显示单元电连接；所述电动汽车电池电量采集电路用于采集电动汽车电池电量并传递给控制单元；所述指令输入单元用于采集客户需求信息并传递给控制单元；所述控制单元用于经通信模块上传电动汽车电池电量信息以及客户需求信息给台区中央控制器，并接收台区中央控制器下发的指令信号和显示命令；所述控制单元用于接收台区中央控制器根据当前台区变压器容量余量下发的指令信号，输出控制信号给电动汽车充电控制电路，控制电动汽车的充电状态，所述控制单元用于接收台区中央控制器下发的显示命令，控制显示单元显示相应信息。

所述客户操作信息有客户选择的充电模式信息以及主动停止充电指令信息。所述控制单元用于接收台区中央控制器下发的显示命令，控制显示单元显示相应信息，如当前可进行充电工作的充电桩总数和剩余数量以及充电价格等。充电桩是否进行充电，由充电桩智能控制器收到的台区中央控制器的下达的控制命令决定。

当电动汽车电池电量充满或者客户选择主动停止充电时，充电桩控制其充电接头断电，并将客户操作的主动停止充电指令信息上传给台区中央控制器。

通信模块可以采用有线通信模块或无线通信模块，优选地，所述通信模块采用电力线载波通讯芯片。

所述通信模块包括型号为LM1893的电力线载波通讯芯片U1和变压器T1，所述变压器T1的初级线圈经第一电容C1与电力线连接，变压器T1的次级线圈的一端分别与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端以及电压VCC连接，所述第三电容C3的另一端接地，第二电容C2的另一端分别与变压器T1的次级线圈的另一端以及第一电阻R1连接，第一电阻R1的另一端分别与稳压管VD的负极、第一三极管Q1的集电极以及电力线载波通讯芯片U1的第10脚连接，第一三极管Q1的发射极分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端以及电力线载波通讯芯片U1的第8脚连接，第三电阻R3的另一端接地，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的基极以及电力线载波通讯芯片U1的第9脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第1脚经第四电容C4 与电力线载波通讯芯片U1的第2脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第3脚经串联的第六电容C6和第八电阻R8与电力线载波通讯芯片U1的第4脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第5脚接地，电力线载波通讯芯片U1的第6脚经第七电容C7接地，电力线载波通讯芯片U1的第7脚经第四电阻R4接地，电力线载波通讯芯片U1的第11脚分别与第六电阻R6的一端、第二三极管Q2的基极连接，第六电阻R6的另一端与电压VCC连接，第二三极管Q2的集电极与电压VCC连接，第二三极管Q2的发射极经第七电阻R7与电力线载波通讯芯片U1的第12脚连接，所述电力线载波通讯芯片U1的第12、17脚分别与控制单元连接，电力线载波通讯芯片U1的第13脚经第八电阻R8接地，电力线载波通讯芯片U1的第14脚接地，电力线载波通讯芯片U1的第15脚与电压VCC连接，电力线载波通讯芯片U1的第16脚经第五电容C5接地，电力线载波通讯芯片U1的第18脚经串联的第5电阻R5和电位器RP接地。

所述通信模块包括载波芯片、载波耦合电路，所述载波芯片与控制单元电连接，所述载波耦合电路与电力线电连接，所述载波耦合电路与载波芯片之间设有信号发送电路和信号接收电路，所述信号发送电路的输入端与载波芯片连接，所述信号发送电路的输出端与载波耦合电路连接，所述信号接收电路的输入端与载波耦合电路连接，所述信号接收电路的输出端与载波芯片连接。

所述信号发送电路包括信号功率放大电路和输出功率控制电路，所述信号功率放大电路包括由第四电容C4和第一电感L1组成的选频电路以及第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，所述选频电路的输入端与载波耦合电路连接，所述选频电路的输出端经第三电阻R3与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的源极与参考地VSS连接，所述选频电路的输出端经第二电阻R2与第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极与第四电阻R4的一端、第一二极管D1的负极以及输出功率控制电路连接，第四电阻R4的另一端、第一二极管D1的正极与第二场效应管Q2的栅极以及第五电容C5的一端连接，第五电容C5的另一端分别与第一场效应管Q1的栅极、第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与载波芯片连接，所述输出功率控制电路包括三极管Q3，所述三极管Q3的发射极与电源电压连接，三极管Q3的集电极分别与第七电容C7的正极、第六电容C6的一端、第六电阻R6的一端以及信号功率放大电路连接，第七电容C7的负极、第六电容C6的另一端、第六电阻R6的另一端与参考地VSS连接，三极管Q3的基极分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电源电压连接，第七电阻R7的另一端与参考地VSS连接。

所述信号接收电路包括信号滤波电路和解调电路，所述信号滤波电路包括由第二电感L2和第八电容C8以及第三电感L3和第九电容C9构成的带通无源滤波器以及第九电阻R9、第二二极管D2、第三二极管D3，第九电阻R9的一端与载波耦合电路连接，第九电阻R9的另一端与第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端分别与第三电感L3的一端、第九电容C9的一端、第二二极管D2的正极、第三二极管D3的负极以及解调电路连接，第三电感L3的另一端、第九电容C9的另一端、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极接地，所述解调电路包括型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端，型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端的第16脚经第十六电容C16与信号滤波电路连接，型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端的第1脚与第十七电容C17的一端连接，第十七电容C17的另一端分别与第四电感L4的一端、第十八电容的一端、第十五电阻的一端连接，第四电感L4的另一端、第十八电容的另一端接地，第十五电阻的另一端与载波芯片连接。

所述指令输入单元、显示单元采用触摸屏。

电源单元包括第一电源转换电路、第二电源转换电路、第三电源转换电路，第一电源转换电路用于将220V交流电源转换成24V直流电源，所述第二电源转换电路用于将24V直流电源转换成5V直流电源，第三电源转换电路用于将5V直流电源转换成3.3V直流电源。

所述电动汽车充电控制电路包括接触器和继电器，所述充电接头经接触器与交流电连接，接触器的触点的一端与充电接头连接，接触器的触点的另一端与电力线连接，所述接触器的线圈的通电或断电由继电器控制，继电器通过控制单元控制。控制单元为单片机。单片机通过ULN2803LW驱动继电器。

所述电动汽车电池电量采集电路可以采用现有充电桩自带的电量采集装置。所述电量采集装置的输入端与充电接头电连接，用于采集电动汽车电池电量信息，电量采集装置的输出端与R485通信电路连接，通过R485通信电路与控制单元进行通讯，将采集的电动汽车电池电量信息传递给控制单元。

一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩，包括充电桩本体，所述充电桩本体设有用于与电动汽车电连接的充电接头，所述充电桩本体设有上述控制电路，所述充电接头经电动汽车充电控制电路与交流电连接。

台区中央控制器包括控制单元和电源单元，所述电源单元用于给整个控制器供电，所述控制单元经第二通信模块下发指令信号和显示命令给充电桩以及接收充电桩上传的电动汽车电池电量信息以及客户操作信息，所述控制单元通过第三通信模块与用电信息采集系统或台区电能计量表的485口连接，用于采集台区实时用电信息，所述控制单元用于对采集的台区实时用电信息进行分析，得出当前区域台区变压器容量余量，所述控制单元用于根据当前台区变压器容量余量计算当前允许同时进行充电工作的充电桩数量，所述控制单元用于接收各充电桩上传的待充电电动汽车电池电量信息和客户操作信息，与计算得出的当前允许同时进行充电工作的充电桩数量进行综合分析，在不超出台区变压器容量余量的前提下，按照设定的充电规则发出相应的指令信号给充电桩，控制与其充电接头连接的电动汽车的通电或断电，所述控制单元用于发出相关显示命令给充电桩，控制充电桩显示相应信息，如当前可进行充电工作的充电桩总数和剩余数量以及充电价格等。在不超出台区变压器容量余量的前提指的是台区中央控制器最多只能发出N个充电指令，N为当前允许同时进行充电工作的充电桩数量，即台区中央控制器只能控制最多有N个电动汽车同时充电，至于具体是选择哪几个电动汽车进行充电，则根据客户选择的充电模式、主动停止充电指令配合设定的充电规则决定。优选地，台区中央控制器的控制单元为单片机。第二通信模块可以采用有线通信模块或无线通信模块，优选地，所述第二通信模块为载波通信模块，所述载波通信模块与电力线连接。所述第三通信模块可以采用485通讯模块，当然也可以采用载波通信模块等。用电信息采集系统采集的信息可以通过485通讯或者载波通讯上传到台区中央控制器。

所述台区中央控制器还设有指令输入单元和显示单元，可以供设置各种模式充电费用价格等等。所述指令输入单元、显示单元与台区中央控制器的控制单元电连接。优选地，所述指令输入单元、显示单元采用触摸屏。

台区中央控制器内设定的充电规则为：允许客户选择急充模式和智能充模式，设定急充模式的充电电价高于智能充模式的充电电价，台区中央控制器在给请求急充模式的电动汽车分配完电力资源后，才将剩余电力资源分配给请求智能充模式的电动汽车；若客户选择的是急充模式，则在不超出台区变压器容量余量的前提下，允许足够数量的充电桩为请求急充模式的电动汽车连续充电，直到请求急充模式的电动汽车电池电量充满或者客户主动停止充电；若客户选择的是智能充模式，在不超出台区变压器容量余量的前提下，允许足够数量的充电桩按待充电动汽车电池电量由低到高的顺序为请求智能充模式的电动汽车断续充电，直到电动汽车电池电量充满或者客户主动停止充电。

台区中央控制器通过充电桩采集所有待充电动汽车的电池电量信息，台区中央控制器从获取的请求智能充模式的电动汽车的电池电量信息中，按电池电量由低到高的顺序，选取当前允许缓充的数量的电动汽车进行充电，当碰到某一电池电量位置对应若干电动汽车，若当前剩余允许进行充电的电动汽车数量大于或等于该电池电量位置对应的电动汽车的数量，则选取该电池电量位置对应的全部电动汽车进行充电，若当前剩余允许进行充电的电动汽车数量小于该电池电量位置对应的电动汽车的数量，则从该电池电量位置对应的电动汽车中随机选取所需数量的电动汽车进行充电。

当充电桩接收到台区中央控制器下发的充电指令时，其充电接头通电，并开始计价，当充电桩接收到台区中央控制器下发的停止充电指令时，其充电接头断电，并停止计价，所述充电桩用于上传费用结算信号到台区中央控制器，所述台区中央控制器接收到费用结算信号后进行费用结算处理。

充电桩充电价格采用浮动价格，在此基础上又设计两档充电价格，分别为急充模式充电价格和智能充模式充电价格，急充模式充电价格高于智能充模式充电价格。

供电网络对应尖峰平谷期，不同时段的用电价格也有高有低。所以，在设计充电桩充电价格时，也参照供电网尖峰平谷期的电价为基础进行设计，充电桩急充模式和智能充模式的充电价格也是在不停变化的。其目的在于利用价格因素移峰填谷，减少电网负担，保持供电平稳。急充模式充电价格在浮动价格基础上增加，对应智能充模式充电价格要高。这是为了满足特别需要对电动汽车进行充电的客户需求，但同时因为优先占用了充电电力资源，所以价格会有所提升。这也是满足客户急需需求外，鼓励人们使用智能充模式，尽量平均分配充电电力资源。

智能充模式充电价格在浮动价格基础上增加，对应急充模式充电价格要低。智能充模式能够较为平均的分配充电电力资源，也因为在充电电力资源上不具备优先权，电动汽车充电时间相对急充模式长的原因，所以充电价格比急充模式充电价格低。同时也是通过价格因素，鼓励没有急充需求的客户尽量使用智能充模式充电。

本实用新型具有的优点是：由于本交流充电桩的控制电路，包括控制单元、通信模块、电源单元、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路，所述电动汽车电池电量采集电路用于采集电动汽车电池电量并传递给控制单元；所述指令输入单元用于采集客户需求信息并传递给控制单元。所述客户操作信息有客户选择的充电模式信息以及主动停止充电指令信息。所述控制单元经通信模块上传电动汽车电池电量信息以及客户需求信息给台区中央控制器，并接收台区中央控制器下发的指令信号和显示命令；所述控制单元用于接收台区中央控制器根据综合分析当前台区变压器容量余量以及各充电桩上传的电动汽车电池电量信息和客户需求信息后下发的指令信号，输出控制信号给电动汽车充电控制电路，控制电动汽车的充电状态，所述控制单元用于接收台区中央控制器下发的显示命令，控制显示单元显示相应信息。台区中央控制器采集用电信息采集系统中的台区实时用电信息，并对采集的台区实时用电信息进行分析，得出当前区域台区变压器容量余量，所述台区中央控制器用于根据当前台区变压器容量余量计算当前允许同时进行充电工作的充电桩数量，所述台区中央控制器接收各充电桩上传的待充电电动汽车电池电量信息和客户选择的充电模式信息，与计算得出的当前允许同时进行充电工作的充电桩数量进行综合分析，在不超出台区变压器容量余量的前提下，按照设定的充电规则发出相应的指令信号给充电桩，所述充电桩用于接收台区中央控制器下发的指令信号，控制其充电接头的通电或断电，控制与其充电接头连接的电动汽车的通电或断电。本实用新型实现了在不超出台区变压器容量余量的前提下，利用台区变压器容量余量给电动汽车充电，使得本实用新型可以取消交流充电站专用配套的变压器，使得土地资源占用减小，购置变压器和土地资源的成本大大节省了，减少交流充电站的建设成本开支。

且本实用新型还具有急充模式与智能充模式两种充电模式功能，两种功能分别对应两种充电价格，分别为急充模式充电价格与智能充模式充电价格。急充模式充电价格比智能充模式充电价格要高，这是为了满足特别需要对电动汽车进行充电的客户需求，但同时因为优先占用了充电电力资源，所以价格会有所提升。这也是满足客户急需需求外，鼓励人们使用智能充模式，尽量平均分配充电电力资源。台区中央控制器在给急充模式的充电桩分配完电力资源后，才将剩余电力资源分配给智能充模式的充电桩。智能充模式能够较为平均的分配充电电力资源，也因为在充电电力资源上不具备优先权，电动汽车充电时间相对急充模式长的原因，所以充电价格比急充模式充电价格低。同时也是通过价格因素，鼓励没有急充需求的客户尽量使用智能充模式充电。

又由于供电网络对应尖峰平谷期，不同时段的用电价格也有高有低。所以，本实用新型在设计充电桩充电价格时，也参照供电网尖峰平谷期的电价为基础进行设计，充电桩急充模式和智能充模式的充电价格也是在不停变化的。其目的在于利用价格因素移峰填谷，减少电网负担，保持供电平稳。

本实用新型通过分析台区用电信息得到的电网负荷状态与电动汽车电池状态信息的采集，结合用户充电方式选择需求进行综合分析，来控制电动汽车电池的充电状态。在用电低谷时，鼓励电动汽车依据电池电量依次排队逐步接入充电；而在用电高峰时，除非用户要求快速充电完成，建议不进行充电，尽量不为电网增添负担。从而实现了台区变压器不增容情况下，也能为电动汽车提供一定容量的充电负荷，解决了电动汽车的推广应用中最为迫切与急需解决的两大主要问题：

1、电动车充电不便，居民自有充电桩建设困难；

2、电动汽车充电负荷无序接入加重电网的峰谷差危及电网安全。

附图说明

图1为本实用新型的充电桩的原理框图；

图2为本实用新型的充电桩的控制电路的单片机部分的电路图；

图3为本实用新型的充电桩的通信模块部分的电路图的第一实施例；

图4为本实用新型的充电桩的通信模块部分的电路图的第二实施例；

图5为本实用新型的台区中央控制器的电源部分的电路图；

图6为本实用新型的台区中央控制器的显示部分的电路图；

图7为本实用新型的充电桩的电动汽车充电控制电路的主线路图；

图8为本实用新型的充电桩的电动汽车充电控制电路的一次控制线路图；

图9为本实用新型的充电桩的电动汽车充电控制电路的二次控制线路图；

图10为本实用新型的台区中央控制器的原理框图；

图11为本实用新型的电动汽车充电控制系统的总体框架图；

图12为本实用新型的电动汽车充电控制方法的流程图。

具体实施方式

参见图1至图12，本实用新型公开了一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩的控制电路，包括控制单元、通信模块、电源单元、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路，电源单元用于给控制单元、通信模块、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路、指令输入单元、显示单元供电；所述控制单元分别与通信模块、电动汽车电池电量采集电路、电动汽车充电控制电路、指令输入单元和显示单元电连接；所述电动汽车电池电量采集电路用于采集电动汽车电池电量并传递给控制单元；所述指令输入单元用于采集客户需求信息并传递给控制单元。所述客户操作信息有客户选择的充电模式信息以及主动停止充电指令信息。所述控制单元经通信模块上传电动汽车电池电量信息以及客户需求信息给台区中央控制器，并接收台区中央控制器下发的指令信号和显示命令；所述控制单元用于接收台区中央控制器根据综合分析当前台区变压器容量余量以及各充电桩上传的电动汽车电池电量信息和客户需求信息后下发的指令信号，输出控制信号给电动汽车充电控制电路，控制充电接头的通电或断电，控制与其充电接头连接的电动汽车的通电或断电，从而控制电动汽车的充电状态。所述控制单元用于接收台区中央控制器下发的显示命令，控制显示单元显示相应信息。

当电动汽车电池电量充满或者客户选择主动停止充电时，充电桩控制其充电接头断电，并将客户操作的主动停止充电指令信息上传给台区中央控制器。

电源单元包括第一电源转换电路、第二电源转换电路、第三电源转换电路，第一电源转换电路用于将220V交流电源转换成24V直流电源，所述第二电源转换电路用于将24V直流电源转换成5V直流电源，第三电源转换电路用于将5V直流电源转换成3.3V直流电源。通信模块可以采用有线通信模块或无线通信模块，

优选地，所述通信模块采用电力线载波通讯芯片。所述通信模块包括型号为LM1893的电力线载波通讯芯片U1和变压器T1，所述变压器T1的初级线圈经第一电容C1与电力线连接，变压器T1的次级线圈的一端分别与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端以及电压VCC连接，所述第三电容C3的另一端接地，第二电容C2的另一端分别与变压器T1的次级线圈的另一端以及第一电阻R1连接，第一电阻R1的另一端分别与稳压管VD的负极、第一三极管Q1的集电极以及电力线载波通讯芯片U1的第10脚连接，第一三极管Q1的发射极分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端以及电力线载波通讯芯片U1的第8脚连接，第三电阻R3的另一端接地，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的基极以及电力线载波通讯芯片U1的第9脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第1脚经第四电容C4 与电力线载波通讯芯片U1的第2脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第3脚经串联的第六电容C6和第八电阻R8与电力线载波通讯芯片U1的第4脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第5脚接地，电力线载波通讯芯片U1的第6脚经第七电容C7接地，电力线载波通讯芯片U1的第7脚经第四电阻R4接地，电力线载波通讯芯片U1的第11脚分别与第六电阻R6的一端、第二三极管Q2的基极连接，第六电阻R6的另一端与电压VCC连接，第二三极管Q2的集电极与电压VCC连接，第二三极管Q2的发射极经第七电阻R7与电力线载波通讯芯片U1的第12脚连接，所述电力线载波通讯芯片U1的第12、17脚分别与控制单元连接，电力线载波通讯芯片U1的第13脚经第八电阻R8接地，电力线载波通讯芯片U1的第14脚接地，电力线载波通讯芯片U1的第15脚与电压VCC连接，电力线载波通讯芯片U1的第16脚经第五电容C5接地，电力线载波通讯芯片U1的第18脚经串联的第5电阻R5和电位器RP接地。

当然，所述通信模块的结构还可以采用如下结构：所述通信模块包括载波芯片、载波耦合电路，所述载波芯片与控制单元电连接，所述载波耦合电路与电力线电连接，所述载波耦合电路与载波芯片之间设有信号发送电路和信号接收电路，所述信号发送电路的输入端与载波芯片连接，所述信号发送电路的输出端与载波耦合电路连接，所述信号接收电路的输入端与载波耦合电路连接，所述信号接收电路的输出端与载波芯片连接。

所述信号发送电路包括信号功率放大电路和输出功率控制电路，所述信号功率放大电路包括由第四电容C4和第一电感L1组成的选频电路以及第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，所述选频电路的输入端与载波耦合电路连接，所述选频电路的输出端经第三电阻R3与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的源极与参考地VSS连接，所述选频电路的输出端经第二电阻R2与第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极与第四电阻R4的一端、第一二极管D1的负极以及输出功率控制电路连接，第四电阻R4的另一端、第一二极管D1的正极与第二场效应管Q2的栅极以及第五电容C5的一端连接，第五电容C5的另一端分别与第一场效应管Q1的栅极、第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与载波芯片连接，所述输出功率控制电路包括三极管Q3，所述三极管Q3的发射极与电源电压连接，三极管Q3的集电极分别与第七电容C7的正极、第六电容C6的一端、第六电阻R6的一端以及信号功率放大电路连接，第七电容C7的负极、第六电容C6的另一端、第六电阻R6的另一端与参考地VSS连接，三极管Q3的基极分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电源电压连接，第七电阻R7的另一端与参考地VSS连接。

所述信号接收电路包括信号滤波电路和解调电路，所述信号滤波电路包括由第二电感L2和第八电容C8以及第三电感L3和第九电容C9构成的带通无源滤波器以及第九电阻R9、第二二极管D2、第三二极管D3，第九电阻R9的一端与载波耦合电路连接，第九电阻R9的另一端与第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端分别与第三电感L3的一端、第九电容C9的一端、第二二极管D2的正极、第三二极管D3的负极以及解调电路连接，第三电感L3的另一端、第九电容C9的另一端、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极接地，所述解调电路包括型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端，型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端的第16脚经第十六电容C16与信号滤波电路连接，型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端的第1脚与第十七电容C17的一端连接，第十七电容C17的另一端分别与第四电感L4的一端、第十八电容的一端、第十五电阻的一端连接，第四电感L4的另一端、第十八电容的另一端接地，第十五电阻的另一端与载波芯片连接。

所述指令输入单元、显示单元采用触摸屏。

所述电动汽车充电控制电路包括接触器和继电器，所述充电接头经接触器与交流电连接，接触器的触点的一端与充电接头连接，接触器的触点的另一端与电力线连接，所述接触器的线圈的通电或断电由继电器控制，继电器通过控制单元控制。控制单元为单片机。单片机通过ULN2803LW驱动继电器。

所述电动汽车电池电量采集电路可以采用现有充电桩自带的电量采集装置。

本实用新型公开了一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩，包括充电桩本体，所述充电桩本体设有用于与电动汽车电连接的充电接头，所述充电桩本体设有控制电路，所述充电接头经电动汽车充电控制电路与交流电连接。每个充电桩可以设置一个充电接头或多个充电接头。本实施例的每个充电桩设置两个充电接头。所述充电桩还设有充电指示电路，该充电指示电路采用发光二级管对各充电接头通电与否进行指示。当然，本实用新型的充电桩还可具有供刷卡消费的功能以及还可以提供打印凭条等功能，总之，本实用新型的充电桩除了具有本实用新型的功能外还具有现有充电桩的各种功能。

所述台区中央控制器设有控制单元和电源单元，所述电源单元用于给整个控制器供电，所述控制单元经载波通信模块与电力线连接，用于下发指令信号和显示命令给充电桩以及接收充电桩上传的各种信息，所述控制单元通过载波通信模块或485通信电路与用电信息采集系统或台区电能计量表的485口连接，用于采集用电信息采集系统中的台区实时用电信息，所述控制单元用于对采集的台区实时用电信息进行分析，得出当前区域台区变压器容量余量，所述控制单元用于根据当前台区变压器容量余量计算当前允许同时进行充电工作的充电桩数量，所述控制单元用于接收各充电桩上传的待充电电动汽车电池电量信息和客户选择的充电模式信息，与计算得出的当前允许同时进行充电工作的充电桩数量进行综合分析，在不超出台区变压器容量余量的前提下，按照设定的充电规则发出相应的指令信号给充电桩，控制与其充电接头连接的电动汽车的通电或断电，所述控制单元用于发出相关显示命令给充电桩，控制充电桩显示相应信息，如当前可进行充电工作的充电桩总数和剩余数量以及充电价格等。在不超出台区变压器容量余量的前提指的是台区中央控制器最多只能发出N个充电指令，N为当前允许同时进行充电工作的充电桩数量，即台区中央控制器只能控制最多有N个电动汽车同时充电，至于具体是选择哪几个电动汽车进行充电，则根据客户选择的充电模式、主动停止充电指令配合设定的充电规则决定。所述台区中央控制器依据设计的价格决策，决定当前的急充模式充电价格和智能充模式充电价格，发出相关显示信息命令充电桩，控制充电桩中显示器显示充电价格，并按照此价格进行计价。优选地，控制单元为单片机。本实施例的载波通信模块采用型号为LM1893 的芯片。所述台区中央控制器还设有指令输入单元和显示单元，所述指令输入单元、显示单元与控制单元电连接。优选地，所述指令输入单元、显示单元采用LCD触摸屏。

台区中央控制器内设定的充电规则为：允许客户选择急充模式和智能充模式，设定急充模式的充电电价高于智能充模式的充电电价，台区中央控制器在给请求急充模式的电动汽车分配完电力资源后，才将剩余电力资源分配给请求智能充模式的电动汽车；若客户选择的是急充模式，则在不超出台区变压器容量余量的前提下，允许足够数量的充电桩收到急充命令的先后顺序为请求急充模式的电动汽车连续充电，直到请求急充模式的电动汽车电池电量充满或者客户主动停止充电；若客户选择的是智能充模式，在不超出台区变压器容量余量的前提下，允许足够数量的充电桩按待充电动汽车电池电量由低到高的顺序为请求智能充模式的电动汽车断续充电，缓充过程中存在随机选择，直到电动汽车电池电量充满或者客户主动停止充电。急充模式用于满足急需为电动汽车充电的客户。

台区中央控制器从获取的请求智能充模式的电动汽车的电池电量信息中，按电池电量由低到高的顺序，选择请求智能充模式的电动汽车进行充电，当碰到某一电池电量位置对应若干电动汽车，若当前剩余允许进行缓充的电动汽车数量大于或等于该电池电量位置对应的电动汽车的数量，则选取该电池电量位置对应的全部电动汽车进行充电，若当前剩余允许进行缓充的电动汽车数量小于该电池电量位置对应的电动汽车的数量，则从该电池电量位置对应的电动汽车中随机选取所需数量的电动汽车进行充电；台区中央控制器按收到急充命令的先后顺序选择请求急充模式的电动汽车进行充电。

例如：假设当前台区变压器容量余量允许12台充电桩进行充电，有17台电动汽车需要充电。其中有2台急需充电的电动汽车选择急充模式。那么剩下的15台电动汽车只能有十台可以进行缓充。这15台电动汽车中，剩余15%、20%、25%电量的电动汽车分别有5台。根据智能充模式规则，剩余15%电量的电动汽车5台，数量小于允许进行缓充的交流充电桩数量10台，5台全部可以充电。剩余20%电量的电动汽车5台，数量等于剩余允许进行缓充的交流充电桩数量5台，这5台电动汽车全部可以充电。剩余25%电量的5台电动汽车等待充电。假设充电一段时间后，这10台电动汽车都充了5%的电量。此时，剩余20%电量的电动汽车有5台，剩余25%电量的电动汽车有10台。根据智能充模式规则，剩余20%电量的电动汽车5台，数量小于允许进行缓充的交流充电桩数量，5台全部可以充电。剩余电量25%的电动汽车有10台，数量大于剩余允许进行缓充的交流充电桩数量5台，所以从10台电动汽车中随机选择5台进行充电。如此循环往复，直到电动汽车电量充满或者客户主动停止充电。

若其中有12台急需充电的电动汽车选择急充模式。则12台急需充电的电动汽车都进行充电。若其中有17台急需充电的电动汽车选择急充模式，则按照收到急充命令的先后顺序选择12台急需充电的电动汽车进行充电，直到电动汽车电量充满或者客户主动停止充电。

充电桩充电价格采用浮动价格，在此基础上又设计两档充电价格，分别为急充模式充电价格和智能充模式充电价格，急充模式充电价格高于智能充模式充电价格（两种电价的价差由国家相关政策决定）。当然，还可以根据实际需要设置其他充电模式。

1）浮动价格

供电网络存在尖峰平谷期，不同时段的用电价格也有高有低。所以，在设计交流充电桩充电价格时，也参照供电网尖峰平谷期的电价为基础进行设计，交流充电桩急充模式和智能充模式的充电价格也是在不停变化的。其目的在于利用价格因素移峰填谷，减少电网负担，保持供电平稳。

2）急充模式充电价格

急充模式充电价格在浮动价格基础上增加，对应智能充模式充电价格要高。

这是为了满足特别需要对电动汽车进行充电的客户需求，但同时因为优先占用了充电电力资源，所以价格会有所提升。这也是满足客户急需需求外，鼓励人们使用智能充模式，尽量平均分配充电电力资源。

3）智能充模式充电价格

智能充模式充电价格在浮动价格基础上增加，对应急充模式充电价格要低。

智能充模式能够较为平均的分配充电电力资源，也因为在充电电力资源上不具备优先权，电动汽车充电时间相对急充模式长的原因，所以充电价格比急充模式充电价格低。同时也是通过价格因素，鼓励没有急充需求的客户尽量使用智能充模式充电。

台区中央控制器相当于整个系统的大脑，由它搜集信息进行逻辑判断，得出结论后下达命令。用电信息采集系统包括台区总表和用户电表。台区中央控制器通过RS485采集来自台区总表的台区实时用电信息（当前区域用电信息），台区中央控制器对台区实时用电信息进行分析，得出当前区域台区变压器容量余量，再通过计算得出当前可同时进行充电工作的交流充电桩数量。因为充电桩中为电动汽车充电的电力资源是来自台区变压器容量余量，电力资源有限，不可能所有充电桩都进行充电工作，这会对普通居民用电造成影响。所以需要根据当前台区变压器容量余量，灵活控制可进行充电工作的充电桩数量。

例如：

设，有315KVA容量变压器一台，除去当前居民用电后，变压器当前容量剩余50KVA。一个充电桩输出电压AC380V，输出电流12A。根据公式

P=UI

得出一个充电桩视在功率为4560VA，即4.56KVA。

则可以进行充电工作的充电桩数量约为：

50KVA/4.56KVA≈10.96（个）

所以可以同时进行充电工作的充电桩最大数量为10个。

充电模式的选择由客户根据需求决定，在充电桩中的操作界面进行操作。然后对客户操作信息进行采集。当充电接头插入电动汽车时，充电桩便自动开始采集电动汽车电池电量信息。采集此类信息主要用途在智能充模式时，进行随机选择充电中，需要使用电池电量信息作为依据。在允许数量范围内进行充电工作的充电桩，又根据不同充电模式对应的充电规则进行充电。同时，若处于智能充模式或者电池充满停充，还要使用采集到的电池电量信息作为逻辑判断依据。

台区中央控制器与用电信息采集系统间采用有线连接方式，以RS485进行通信。由用电信息采集系统单方向传输台区实时用电信息给台区中央控制器。台区中央控制器与充电桩间采用载波通信，以无线电波形式进行通信。他们之间的通信内容较多，涉及交流充电桩上传至台区中央控制器的电动汽车电池电量信息、客户操作信息（急充模式、智能充模式、停止充电）、费用结算信息。台区中央控制器对控制器发出的不同充电命令、对交流充电桩中显示器发出的当前可进行充电工作的交流充电桩总数与剩余数量显示命令，当前急充模式充电价格和智能充模式充电价格显示命令等。

本实用新型由交流充电桩和台区中央控制器组成电动汽车充电控制系统，其控制方法步骤包括：

1）设置急充模式与智能充模式，两种充电模式分别对应两种充电价格，分别为急充模式充电价格与智能充模式充电价格，急充模式充电价格高于智能充模式充电价格；

2）台区中央控制器实时采集用电信息采集系统中的台区实时用电信息，并对采集的台区实时用电信息进行分析，得出当前区域台区变压器容量余量，所述台区中央控制器根据当前台区变压器容量余量计算当前允许同时进行充电工作的充电桩数量，并发出相关显示信息命令给充电桩，控制充电桩的显示器显示当前可进行充电工作的充电桩总数和剩余数量以及各桩预计充电完成时间（以过去的负荷变化规律进行预测）；

3）台区中央控制器参照供电网尖峰平谷期的电价，决定当前的急充模式充电价格和智能充模式充电价格，发出相关显示信息命令给充电桩，控制充电桩的显示器显示充电价格，并按照此价格进行计价；

4）客户通过操作界面选择充电模式，将充电接头与待充电电动汽车连接，充电桩自动采集电动汽车电池电量，并将电动汽车电池电量和客户选择的充电模式信息上传到台区中央控制器；

5）台区中央控制器接收各充电桩上传的待充电电动汽车电池电量信息和客户选择的充电模式信息，与计算得出的当前允许同时进行充电工作的充电桩数量进行综合分析，在不超出台区变压器容量余量的前提下，按照设定的充电规则分别发出充电指令给相应的充电桩，控制充电桩给电动汽车充电，直到电动汽车电池电量充满或者客户主动停止充电；

6）当电动汽车电池电量充满或者客户主动停止充电，台区中央控制器发出停止充电指令给相应的充电桩，充电桩停止给电动汽车充电；

7）充电桩停止给电动汽车充电后，停止计价，并进行费用结算。

充电指令下发后充电接头通电后开始计价。停止充电指令下发后，充电接头断电后停止计价，停止计价后开始进行费用结算，通过各种充电模式的费用标准结合充电所以电量进行费用结算。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩的控制电路，其特征在于：包括控制单元、通信模块、电源单元、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路，所述电源单元用于给控制单元、通信模块、电动汽车充电控制电路、电动汽车电池电量采集电路供电；所述控制单元分别与通信模块、电动汽车电池电量采集电路、电动汽车充电控制电路、指令输入单元和显示单元电连接；所述电动汽车电池电量采集电路用于采集电动汽车电池电量并传递给控制单元；所述指令输入单元用于采集客户需求信息并传递给控制单元；所述控制单元用于经通信模块上传电动汽车电池电量信息以及客户需求信息给台区中央控制器，并接收台区中央控制器下发的指令信号和显示命令；所述控制单元用于接收台区中央控制器根据当前台区变压器容量余量下发的指令信号，输出控制信号给电动汽车充电控制电路，控制电动汽车的充电状态，所述控制单元用于接收台区中央控制器下发的显示命令，控制显示单元显示相应信息。

2.根据权利要求1所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述通信模块采用电力线载波通讯芯片。

3.根据权利要求2所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述通信模块包括型号为LM1893的电力线载波通讯芯片U1和变压器T1，所述变压器T1的初级线圈经第一电容C1与电力线连接，变压器T1的次级线圈的一端分别与第二电容C2的一端、第三电容C3的一端以及电压VCC连接，所述第三电容C3的另一端接地，第二电容C2的另一端分别与变压器T1的次级线圈的另一端以及第一电阻R1连接，第一电阻R1的另一端分别与稳压管VD的负极、第一三极管Q1的集电极以及电力线载波通讯芯片U1的第10脚连接，第一三极管Q1的发射极分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端以及电力线载波通讯芯片U1的第8脚连接，第三电阻R3的另一端接地，第二电阻R2的另一端与第一三极管Q1的基极以及电力线载波通讯芯片U1的第9脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第1脚经第四电容C4 与电力线载波通讯芯片U1的第2脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第3脚经串联的第六电容C6和第八电阻R8与电力线载波通讯芯片U1的第4脚连接，电力线载波通讯芯片U1的第5脚接地，电力线载波通讯芯片U1的第6脚经第七电容C7接地，电力线载波通讯芯片U1的第7脚经第四电阻R4接地，电力线载波通讯芯片U1的第11脚分别与第六电阻R6的一端、第二三极管Q2的基极连接，第六电阻R6的另一端与电压VCC连接，第二三极管Q2的集电极与电压VCC连接，第二三极管Q2的发射极经第七电阻R7与电力线载波通讯芯片U1的第12脚连接，所述电力线载波通讯芯片U1的第12、17脚分别与控制单元连接，电力线载波通讯芯片U1的第13脚经第八电阻R8接地，电力线载波通讯芯片U1的第14脚接地，电力线载波通讯芯片U1的第15脚与电压VCC连接，电力线载波通讯芯片U1的第16脚经第五电容C5接地，电力线载波通讯芯片U1的第18脚经串联的第5电阻R5和电位器RP接地。

4.根据权利要求1所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述通信模块包括载波芯片、载波耦合电路，所述载波芯片与控制单元电连接，所述载波耦合电路与电力线电连接，所述载波耦合电路与载波芯片之间设有信号发送电路和信号接收电路，所述信号发送电路的输入端与载波芯片连接，所述信号发送电路的输出端与载波耦合电路连接，所述信号接收电路的输入端与载波耦合电路连接，所述信号接收电路的输出端与载波芯片连接。

5.根据权利要求4所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述信号发送电路包括信号功率放大电路和输出功率控制电路，所述信号功率放大电路包括由第四电容C4和第一电感L1组成的选频电路以及第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，所述选频电路的输入端与载波耦合电路连接，所述选频电路的输出端经第三电阻R3与第一场效应管Q1的漏极连接，第一场效应管Q1的源极与参考地VSS连接，所述选频电路的输出端经第二电阻R2与第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极与第四电阻R4的一端、第一二极管D1的负极以及输出功率控制电路连接，第四电阻R4的另一端、第一二极管D1的正极与第二场效应管Q2的栅极以及第五电容C5的一端连接，第五电容C5的另一端分别与第一场效应管Q1的栅极、第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与载波芯片连接，所述输出功率控制电路包括三极管Q3，所述三极管Q3的发射极与电源电压连接，三极管Q3的集电极分别与第七电容C7的正极、第六电容C6的一端、第六电阻R6的一端以及信号功率放大电路连接，第七电容C7的负极、第六电容C6的另一端、第六电阻R6的另一端与参考地VSS连接，三极管Q3的基极分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第八电阻R8的另一端与电源电压连接，第七电阻R7的另一端与参考地VSS连接。

6.根据权利要求4所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述信号接收电路包括信号滤波电路和解调电路，所述信号滤波电路包括由第二电感L2和第八电容C8以及第三电感L3和第九电容C9构成的带通无源滤波器以及第九电阻R9、第二二极管D2、第三二极管D3，第九电阻R9的一端与载波耦合电路连接，第九电阻R9的另一端与第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端与第八电容C8的一端连接，第八电容C8的另一端分别与第三电感L3的一端、第九电容C9的一端、第二二极管D2的正极、第三二极管D3的负极以及解调电路连接，第三电感L3的另一端、第九电容C9的另一端、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极接地，所述解调电路包括型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端，型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端的第16脚经第十六电容C16与信号滤波电路连接，型号为AFE3361的低功耗窄带模拟前端的第1脚与第十七电容C17的一端连接，第十七电容C17的另一端分别与第四电感L4的一端、第十八电容的一端、第十五电阻的一端连接，第四电感L4的另一端、第十八电容的另一端接地，第十五电阻的另一端与载波芯片连接。

7.根据权利要求1所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述电动汽车充电控制电路包括接触器和继电器，所述充电接头经接触器与交流电连接，接触器的触点的一端与充电接头连接，接触器的触点的另一端与电力线连接，所述接触器的线圈的通电或断电由继电器控制，继电器通过控制单元控制。

8.根据权利要求1所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：所述指令输入单元、显示单元采用触摸屏。

9.根据权利要求1所述的交流充电桩的控制电路，其特征在于：控制单元为单片机。

10.一种基于变压器台区负荷余量的交流充电桩，包括充电桩本体，所述充电桩本体设有用于与电动汽车电连接的充电接头，其特征在于：所述充电桩本体设有权利要求1至9任一所述的控制电路，所述充电接头经电动汽车充电控制电路与交流电连接。