CN208110749U - 一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，该装置包括充电桩本体、防水机构、防撞机构、充电枪保护装置和监控系统；防水机构包括底板、支撑板、水位检测组件和折叠升降架；防撞机构包括圆柱形内筒体，在圆柱形内筒体的外部还套设有圆柱形外筒体，在内圆柱形筒和圆柱形外筒体之间还均匀连接有多个减震弹簧；充电枪保护装置包括设置在充电桩本体上的充电枪容纳腔、充电枪和设置在充电枪上的防水保护结构，在所述充电枪容纳腔的侧面开口处设置有侧门和电磁锁；监控系统设置在充电桩本体内，所述监控系统包括主控模块、充电控制模块、电能计量模块、IC识别模块、语音模块和GPRS通信模块。

Description

一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置。

背景技术

电动汽车作为新能源汽车的代表，经过十几年的发展，越来越受到社会的重视，充电桩是为电动汽车提高电池动力支持的专用电力设备，是电动汽车普及的重要保障。现有的充电枪使用完毕后，一般充电枪座外置，充电枪外挂在充电桩本体外侧，对充电枪的保护效果较差。并且充电桩在使用的过程中需要注意防水，因为出现防水问题容易导致短路、漏电等安全事故，尤其在下雨时，需要进行防水。现在充电桩存在防水效果不好，在地面出现积水时，积水容易溢入到充电桩内，导致充电桩内电子元件受损，同时在下雨天时充电桩也是直接暴露在室外，从而很容易导致充电桩损坏而无法使用，充电桩的安全性和可靠性得不到保障。并且现有技术中充电桩锁扣的安全性智能性不高，充电桩的安全性得不到保障，很多时候充电桩内的电缆容易被偷盗。

随着充电桩大力建设与推广，现有落地式充电桩的电路设计和功能设计正在日益完善，但是在机械碰撞防护上，现有落地式充电桩的防护设计仍然存在着大大的不足，并没有采用有效的防撞结构，来对充电桩进行碰撞防护。这便使得充电桩即使在较小的碰撞下也容易受到损坏，同时也会因碰撞容易导致车辆损坏或者行人受伤，大大影响了充电桩的使用性能和安全性能。

与此同时，现在的电动车辆电池大部分采用能效比较高、体积较小的锂离子蓄电池作为能源电池。锂离子电池对充放电的要求较高，如果在利用充电桩进行充电时没有相应的监控方式，就会对电池造成不可修复的损害，严重时还会危及车主或使用者的人身安全。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，能够提高充电桩的使用性能和安全性能。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，该装置包括充电桩本体、防水机构、防撞机构、充电枪保护装置和监控系统；

所述防水机构设置在充电桩本体下方，所述防水机构包括底板、支撑板、设置在支撑板上的用于检测地面积水水位的水位检测组件和两个平行设置在底板与支撑板之间的折叠升降架，以及在充电桩本体上方设置的防雨罩；

所述防撞机构设置在充电桩本体的外侧，包括固定设置在支撑板上的圆柱形内筒体，在圆柱形内筒体的外部还套设有圆柱形外筒体，在圆柱形内筒体的竖向外侧壁和圆柱形外筒体的竖向内侧壁之间还连接有多个并排设置的减震弹簧；

所述充电枪保护装置，包括设置在充电桩本体上的充电枪容纳腔、设置在充电枪容纳腔内的充电枪，所述充电枪通过电线与充电桩本体连接，在所述充电枪容纳腔的侧面开口处设置有侧门和电磁锁；

所述监控系统设置在充电桩本体内，所述监控系统包括主控模块、充电控制模块、电能计量模块、IC识别模块、语音模块和GPRS通信模块，充电控制模块、电能计量模块、IC识别模块、语音模块和GPRS通信模块分别与主控模块连接。

进一步的，所述折叠升降架由两个活动连接的折叠架组成，折叠架的一侧设有安装槽，在安装槽内设有升举液压缸，两个活动连接的折叠架之间设有升降气缸；所述水位检测组件分别与升举液压缸、升降气缸连接。

进一步的，在圆柱形内筒体和圆柱形外筒体上分别设置有多个筒体通孔，同时在圆柱形内筒体的竖向外侧壁上还设有多个橡胶垫块。

作为一种优选方式，所述筒体通孔在圆柱形内筒体和\或圆柱形外筒体上均匀分布。

进一步的，所述充电桩本体两侧设有滚轮，在圆柱形内筒体的内壁上设置有与滚轮相配合的导轨。

进一步的，在支撑板和充电桩本体之间设置有升降控制机构，所述升降控制机构包括升降控制组件、第一固定板、第二固定板和多个设置在第一固定板、第二固定板之间的液压缸，所述第一固定板固定安装在支撑板的中部，所述第二固定板上固定充电桩本体，所述升降控制组件与液压缸连接。

进一步的，所述电磁锁通过继电器与设置在充电桩主体内的主控模块连接。

进一步的，所述充电枪包括充电枪本体和与所述充电枪本体固定的L形杆，所述L形杆包括与所述充电枪本体固定的第一杆和与所述第一杆垂直固定的第二杆，所述第一杆还固定连接有与所述第一杆垂直的第三杆，所述第二杆的端部具有第一磁铁。

进一步的，所述充电枪容纳腔内固定有充电枪座，所述充电枪座具有能够被第二杆插入的第一插孔和能够被第三杆插入的第二插孔，所述第一插孔的端部固定有能够与第一磁铁相互吸引的第二磁铁，所述第二插孔内固定有弹性橡胶套，所述第三杆的外表面具有多个半球形凸起，所述第三杆插入所述弹性橡胶套内，多个半球形凸起抵接所述弹性橡胶套的内侧壁。

进一步的，所述充电枪上设置有防水保护结构，具体包括圆筒、导轨和滑球，所述充电枪外表面设有导轨，所述导轨内壁设有滑槽，滑球同时嵌入导轨和滑槽内，所述圆筒两端为开口状，所述圆筒套设在充电枪外表面；所述圆筒上设有螺孔，螺孔内套设丝杆，丝杆的一端与固定片连接，另一端与旋转手柄连接。

进一步的，所述充电控制模块包括电阻、三极管和继电器，所述电阻的一端与主控模块的连接，另一端与三极管的基极连接，所述三极管的集电极与继电器的线圈相连，所述继电器的触点与充电电路的交流接触器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型采用有内外筒体构成的防撞机构有效地避免或者大大减轻了硬性碰撞，能够对充电桩进行有效的碰撞防护，从而有效保证了自身的使用性能和使用寿命；

(2)本实用新型采用防水机构和防雨罩，解决了现有的充电桩存在的防水效果较差的技术问题，防水防雨效果较好的技术效果；

(3)本实用新型采用充电枪保护装置，使充电枪能够容纳在充电桩本体的充电枪容纳腔内，从而对充电枪的保护效果更好；并在充电枪上设计了防水保护结构，对拔出充电枪充电时进行防水保护，提高了充电桩的安全性能；

(4)本实用新型采用主控模块对电磁锁进行控制的方式，利用继电器隔断强弱电，对充电枪容纳腔的侧门进行安全控制，不容易受到电磁干扰，有较高的安全性；

(5)本发明采用监控系统实现对交流接触器的控制、IC卡识别、电能计量、语音提示及报警功能。

附图说明

图1是具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置结构示意图；

图2是充电枪保护装置结构示意图；

图3是防水保护结构示意图；

图4是监控系统结构框图；

图5是充电控制模块电路图；

其中，1、底板，2、支撑板，3、折叠升降架，4、升降气缸，5、水位检测组件，6、圆柱形内筒体，7、圆柱形外筒体，8、减震弹簧，9、橡胶垫块，10、充电桩本体，11、滚轮，12、充电枪保护装置，13、第一固定板，14、液压缸，15、第二固定板，16、防雨罩，17、第二杆，18、第一杆，19、第三杆，20、第二杆，21、充电枪，22、充电枪座，23、第一插孔，24、第二插孔，25、导轨，26、滑球，27、圆筒，28、旋转手柄，29、固定片，30、丝杆，31、主控模块，32、充电控制模块，33、电能计量模块，34、IC识别模块，35、语音模块，36、GPRS通信模块，37、存储模块，38、电源模块，39、升降控制组件，40、充电枪容纳腔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，该装置包括充电桩本体10、防水机构、防撞机构、充电枪保护装置12、升降控制机构和监控系统。

所述防水机构包括底板1、支撑板2、设置在支撑板上的水位检测组件5和两个平行设置在底板与支撑板之间的折叠升降架3，折叠升降架3由两个活动连接的折叠架组成，折叠架的一侧设有安装槽，在安装槽内设有升举液压缸，折叠升降架3的一端与支撑板连接，另一端与底板连接，两个活动连接的折叠架之间设有升降气缸4；所述水位检测组件5分别与升举液压缸、升降气缸连接，所述水位检测组件4包括水位传感器和控制器，所述水位传感器设置在支撑板上，所述控制器设置在支撑板内部，所述水位传感器用于检测下雨时充电桩本体下部的水位，并将检测的水位信号传输至控制器，当积水的水位达到水位传感器的位置时，水位传感器发送信号给控制器，通过升举液压缸支撑起折叠升降架，从而控制两个活动的折叠架相对展开，从而将充电桩本体抬起达到一定高度，防止积水流入到充电桩本体中。

在本实施例中，还在充电桩本体上方设置有防雨罩16。

所述防撞机构包括固定设置在支撑板内圆周处的圆柱形内筒体6，在圆柱形内筒体6的外部还套设有圆柱形外筒体7，在圆柱形内筒体6的竖向外侧壁和圆柱形外筒体的竖向内侧壁之间还均匀连接有多个减震弹簧8；在圆柱形内筒体和圆柱形外筒体上还分别均匀开设有多个筒体通孔，同时在圆柱形内筒体的竖向外侧壁上还设有多个橡胶垫块9。当安装好现有的充电桩本体后，便可将圆柱形内筒体3罩于充电桩的外部，通过支撑板上的固定孔将该防撞机构进行安装固定，当有车辆或者行人碰撞到该防撞机构时，通过圆柱形外筒体7和减震弹簧8便可进行有效的减震缓冲，并且还有效避免了充电桩受到直接的碰撞，这大大保证了充电桩的使用性能。

在本实施例中，所述充电桩本体两侧设有滚轮11，在圆柱形内筒体6的内壁上设置有与滚轮相配合的导轨。

所述升降控制机构在支撑板2和充电桩本体10之间，所述升降控制机构包括升降控制组件39、第一固定板13、第二固定板15和四个设置在固定板之间的液压缸14，所述第一固定板13固定安装在支撑板2的中部，所述第二固定板15上固定设置有充电桩本体10，所述升降控制组件39与液压缸连接，所述升降控制组件39包括控制开关和控制器，所述控制开关设置在支撑板上，所述控制器设置在支撑板内。当电动汽车充电时，通过升降控制机构带动充电桩本体相对于圆柱形内筒体向上滑动，露出充电枪容纳腔，打开充电枪容纳腔的侧门，取出充电枪进行充电。

在本实施例中，优选的，所述第一固定板13和第二固定板15分别呈圆形结构。

如图2所示，所述充电枪保护装置12包括设置在充电桩本体上的充电枪容纳腔40和设置在充电枪容纳腔内的充电枪21，充电枪容纳腔40的侧面开口处设置有侧门和电磁锁，所述侧门的一侧通过铰接件连接在所述充电枪容纳腔的侧面开口处，另一侧与配设在充电枪容纳腔的侧面开口处的电磁锁锁合，所述电磁锁通过继电器与设置在充电桩主体内的主控模块连接；所述充电枪21通过电线与充电桩本体连接；所述充电枪21包括充电枪本体和与所述充电枪本体固定的L形杆，所述L形杆包括与所述充电枪本体固定的第一杆18和与所述第一杆垂直固定的第二杆17，所述第一杆18还固定连接有与所述第一杆垂直的第三杆19，所述第二杆17的端部具有第一磁铁20，所述充电枪容纳腔内固定有充电枪座22，所述充电枪座22具有能够被第二杆插入的第一插孔23和能够被第三杆插入的第二插孔24，所述第一插孔的端部固定有能够与第一磁铁相互吸引的第二磁铁，所述第二插孔内固定有弹性橡胶套，所述第三杆的外表面具有多个半球形凸起，所述第三杆插入所述弹性橡胶套内，多个半球形凸起抵接所述弹性橡胶套的内侧壁。

如图3所示，在所述充电枪21上设有防水保护结构，所述防水保护结构包括圆筒27、导轨25和滑球26，所述充电枪21外表面设有导轨25，所述导轨25内壁设有滑槽，滑球26同时嵌入导轨和滑槽内，所述圆筒27两端为开口状，所述圆筒27套设在充电枪外表面。为了保障用户在下雨时也能够充电，本申请设计了防水保护结构，对充电枪拔出充电枪插入孔后进行防水保护，具体为：当充电枪拔出充电枪插入孔后，利用圆筒与充电枪的滑动连接，可以将圆筒推出，将充电枪的充电端口进行防水保护，防止雨水滴落在上面，当完成后，将圆筒退回即可。

所述圆筒27上设有螺孔，丝杆30一端穿过螺孔与固定片29连接，丝杆另一端与旋转手柄28连接。当需要固定圆筒的位置时，转动旋转手柄28，带动丝杆30前进，进而利用固定片29对充电枪进行挤压固定，对圆筒进行固定。

如图4所示，所述监控系统设置在充电桩本体内，所述充电桩本体包括主控模块31、充电控制模块32、电能计量模块33、IC识别模块34、语音模块35和GPRS通信模块36，充电控制模块32、电能计量模块33、IC识别模块34、语音模块35和GPRS通信模块36分别与主控模块连接。

所述主控模块31是监控系统的核心组成部分，控制充电桩运行，完成充电过程的启动、运行、实时监控以及关闭。在本实施例中，所述主控模块采用ARM Cortex-M3内核的

STM32F103xE系列芯片，型号为STM32F103ZET6。

如图5所示，所述充电控制模块32包括电阻R1、三极管Q1和继电器K1，所述电阻R1的一端与主控模块的连接，另一端与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q1的发射极接+5V电源，所述三极管Q1的集电极与继电器的线圈相连，所述继电器K1的触点与充电电路的交流接触器P1连接。在本实施例中，充电桩本体采用交流接触器作为充电电路的通断控制器；当主控模块向充电控制模块发出低电平信号后，控制信号使三极管Q1导通，5VDC直流电源输出，继电器K1触点闭合，导致12VDC电压输出，交流接触器P1触点闭合，充电桩输出充电电能；若主控模块向充电控制模块发出高电平信号后，则交流接触器触点断开，充电电路断开，停止充电。

交流接触器P1选用的是ABB公司的BC16型，额定电流为40A，线圈电压为12VDC；继电器K1选用的松下公司的ALD105型功率继电器。

作为一种优选的实施例，电能计量模块33包括依次连接的计量模块、单片机和R485通信接口；所述计量模块采用单向多功能防窃电专用计量芯片，型号为RN8209G，芯片能测量有功电能、无功电能、功率因数、频率及电压，计量芯片内部集成有数字处理单元，能把测量得的模拟量转换为数字量输出；单片机通过R485通信接口与主控模块通信连接。

作为一种优选的实施例，IC识别模块34采用非接触式的IC卡读卡器，发送模块型号为MFRC522，其是高度集成的非接触式读写芯片，主控模块通过IC卡读卡器读取IC卡内用户信息，判断卡是否可用，卡可用则显示用户信息，不可用则提示卡无法使用。

语音模块35安装在充电桩本体内部，充电桩的外壳前面板上设计有扬声器出声口，用户进行充电操作是，语音模块进行提示和错误操作报警。在本实施例中，语音模块采用千目电子有限公司的YS07型语音模块。

在本实施例中，所述监控系统还包括电源模块38和存储模块37，本申请采用与交流充电电源隔离的电源模块集中供电，采用明纬S-50型开关电源转换为12DC和5VDC输出，采取隔离设计的通信接口部分电路由开关电源的+5V直接供电。而主控芯片和其他芯片分别需要的+5V和+3.3V电源。由幵关电源的——12V通过VRB1205D电源模块和AMS1117稳压芯片后得到+5V和+3.3V供电。

在本实施例中，所述充电桩本体10采用现有的技术结构，在本申请中不再赘述。所述充电桩本体上设有显示屏。所述充电桩本体上设置有键盘区和IC卡插卡装置。

如图1所示，本实用新型提出的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置使用时，通过升降控制机构带动充电桩本体相对于圆柱形内筒体向上滑动，露出充电枪容纳腔，打开充电枪容纳腔的侧门，取出充电枪进行充电；充电完毕后，将充电枪放入充电枪容纳腔内，通过升降控制机构带动充电桩本体相对于圆柱形内筒体向下滑动。

当然，主控模块31、充电控制模块32、电能计量模块33、IC识别模块34、语音模块35，、GPRS通信模块36、存储模块37和电源模块38等均为电学常用模块，其选型等并不受限于上述实施例提供的模块，本领域技术人员可以根据具体的参数进行调整。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，包括充电桩本体、防水机构、防撞机构、充电枪保护装置和监控系统；

所述防水机构设置在充电桩本体下方，所述防水机构包括底板、支撑板、设置在支撑板上的用于检测地面积水水位的水位检测组件和两个平行设置在底板与支撑板之间的折叠升降架，以及在充电桩本体上方设置的防雨罩；

所述防撞机构设置在充电桩本体的外侧，包括固定设置在支撑板上的圆柱形内筒体，在圆柱形内筒体的外部还套设有圆柱形外筒体，在圆柱形内筒体的竖向外侧壁和圆柱形外筒体的竖向内侧壁之间还连接有多个并排设置的减震弹簧；

所述充电枪保护装置，包括设置在充电桩本体上的充电枪容纳腔、设置在充电枪容纳腔内的充电枪，所述充电枪通过电线与充电桩本体连接，在所述充电枪容纳腔的侧面开口处设置有侧门和电磁锁；

所述监控系统设置在充电桩本体内，所述监控系统包括主控模块、充电控制模块、电能计量模块、IC识别模块、语音模块和GPRS通信模块，充电控制模块、电能计量模块、IC识别模块、语音模块和GPRS通信模块分别与主控模块连接。

2.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，所述折叠升降架由两个活动连接的折叠架组成，折叠架的一侧设有安装槽，在安装槽内设有升举液压缸，两个活动连接的折叠架之间设有升降气缸；所述水位检测组件分别与升举液压缸、升降气缸连接。

3.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，在圆柱形内筒体和圆柱形外筒体上分别设有多个筒体通孔，同时在圆柱形内筒体的竖向外侧壁上还设有多个橡胶垫块。

4.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，所述充电桩本体两侧设有滚轮，在圆柱形内筒体的内壁上设置有与滚轮相配合的导轨。

5.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，在支撑板和充电桩本体之间设置有升降控制机构，所述升降控制机构包括升降控制组件、第一固定板、第二固定板和多个设置在固定板之间的液压缸，所述第一固定板固定安装在支撑板的中部，所述第二固定板上固定设置有充电桩本体，所述升降控制组件与液压缸连接。

6.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，所述电磁锁通过继电器与设置在充电桩主体内的主控模块连接。

7.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，所述充电枪包括充电枪本体和与所述充电枪本体固定的L形杆，所述L形杆包括与所述充电枪本体固定的第一杆和与所述第一杆垂直固定的第二杆，所述第一杆还固定连接有与所述第一杆垂直的第三杆，所述第二杆的端部具有第一磁铁。

8.根据权利要求7所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，所述充电枪容纳腔内固定有充电枪座，所述充电枪座具有能够被第二杆插入的第一插孔和能够被第三杆插入的第二插孔，所述第一插孔的端部固定有能够与第一磁铁相互吸引的第二磁铁，所述第二插孔内固定有弹性橡胶套，所述第三杆的外表面具有多个半球形凸起，所述第三杆插入所述弹性橡胶套内，多个半球形凸起抵接所述弹性橡胶套的内侧壁。

9.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，在所述充电枪上设有防水保护结构，所述防水保护结构包括圆筒、导轨和滑球，所述充电枪外表面设有导轨，所述导轨内壁设有滑槽，滑球同时嵌入导轨和滑槽内，所述圆筒两端为开口状，所述圆筒套设在充电枪外表面；所述圆筒上设有螺孔，丝杆一端穿过螺孔与固定片连接，丝杆另一端与旋转手柄连接。

10.根据权利要求1所述的具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置，其特征在于，所述充电控制模块包括电阻、三极管和继电器，所述电阻的一端与主控模块的连接，另一端与三极管的基极连接，所述三极管的集电极与继电器的线圈相连，所述继电器的触点与充电电路的交流接触器连接。