CN210652753U - 一种贮换电式新能源汽车充电桩 - Google Patents

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Abstract

本实用新型所涉及一种贮换电式新能源汽车充电桩，包括光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统，电动汽车充电系统，监控管理系统，太阳能控制芯片，通过太阳能电池板吸收大量光能，并由光伏转换降压模块转换成电能，经过TP4056电池管理模块之后，储存在蓄电池模块内部。充电时，经过配电转换降压模块，配电继电器，至终端客户接口模块内，实现对充电用户终端进行充电。代替了现有市电电源作为新能源充电桩的电力电源，实现从根本上对环境的保护和资源消耗。再利用监控管理系统中的本地监控子服务器对远程监控访问子服务器的控制访问，控制和监控，实现对复数个远程充电桩进行管理和监控，达到将零散太阳能充电站进行系统监控，管理以及维护功能。

Description

一种贮换电式新能源汽车充电桩
【技术领域】
本实用新型涉及一种太阳能发电领域的贮换电式新能源汽车充电桩。
【背景技术】
环境污染，可利用资源短缺等现实问题，使全球各个国家开始重新聚焦到新能源相关行业，导致环境污染的主要原因是工业染料的粉尘排放和机动车尾气排放，因此，使得现有目前的新能源汽车以及新能源汽车充电基础设施发展已经成为社会发展的首要问题。为了满足社区需求，而所述的新能源汽车充电桩大部分采用单独的市电作为充电桩的电力来源。然而，为了得到所需要的市电电源而需要采用化石染料燃烧转化为电源，在此过程中，不能从根本上对环境的保护和资源的消耗而只能缓解作用。现有技术中大部分太阳能充电站都是单独使用，属于零散分布状态，无法进行远程监控管理的目的。
【实用新型内容】
有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种不仅能够从根本上解决对环境保护和资源消耗，而且还能够将零散太阳能充电站进行系统监控，管理以及维护的贮换电式新能源汽车充电桩。
为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所提供一种贮换电式新能源汽车充电桩，其包括光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统，电动汽车充电系统，监控管理系统，以及太阳能控制芯片；所述光伏发电系统与电池管理系统相互连接，所述的桩内配电系统与电池管理系统相互连接，所述的桩内配电系统与电动汽车充电系统相互连接，所述监控管理系统通过无效网络信号与监控管理系统相互连接。
所述光伏发电系统包括太阳能电池板，连接于太阳能电池板输出端上的光伏转换降压模块，分别连接于太阳能电池板与光伏转换降压模块之间的光伏电流传感器，光伏分压采集模块；所述光伏电流传感器和光伏分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接；所述的光伏转换降压模块是由型号为LM2596的 DC/DC降压模块构成；所述的光伏电流传感器是由型号为AC712传感器芯片构成。
所述电池管理系统包括直接与光伏转换降压模块输出端连接的TP4056电池管理模块，与TP4056电池管理模块输出端连接的蓄电池模块，分别连接在 TP4056电池管理模块与蓄电池模块之间的电池电流传感器、电池分压采集模块；所述电池电流传感器是由型号为AC712传感器芯片构成；所述蓄电池模块是由复数个蓄电池并联或串联连接而组成；电池电流传感器、电池分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接。
桩内配电系统包括直接与蓄电池模块连接的配电转换降压模块，与配电转换降压模块输出端连接的配电继电器，与配电继电器输出端连接的终端客户接口模块，分别连接在配电继电器与终端客户接口模块之间的配电电流传感器、配电分压采集模块；所述的配电电流传感器、配电分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接。
所述监控管理系统包括设置于电动汽车充电系统上的用于发射信号的无线发射模块，PC终端，手机终端，云服务器，以及数据库模块；所述监控管理系统是用户、管理员和维修员分别完成相应需求的终端；集充电监控功能，防突发事故安全自断电功能以及一些信息的记录分析功能，资源调度分配功能，管理员全天候，实时，灵活性访问数据库以及查看底层设备信息状态功能于一体。
所述太阳能控制芯片是采用STM32F103系列的单片机作为电压、电流、温度、烟感以及电池饱和度采集的核心处理芯片；核心处理芯片 STM32F103x8为增强型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC 内核，工作频率为72MHz。
所述太阳能控制芯片上分别设置有烟雾采集模块，GSM模块，人机交互模块，温度采集模块。
进一步限定，所述监控管理系统包括监控服务器，与监控服务器相互连接的远程监控访问子服务器，与远程监控访问子服务器相互连接的本地监控子服务器。
所述本地监控子服务器包括本地数据采集与控制模块，本地人机交换模块，本地数据通信模块，以及数据显示分析模块；所述本地监控子服务器对充电桩内部的光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统的数据进行监测。
本地数据采集与控制模块完成充电桩内电气数据的实时采集，并且实现对充电桩内某些设备的启停控制，启停控制是由充电机启停控制、电子锁设备控制构成；本地人机交互模块主要功能包括用户完成充电业务操作和管理员完成需求数据查询；本地数据通信模块包括所述传感器与太阳能控制芯片之间的接口，太阳能控制芯片与GSM模块之间的接口，多桩数据的ZigBee无线汇聚通道，太阳能控制芯片与LabVIEW上位机监控系统之间的接口，太阳能控制芯片与4G DTU模块之间的接口；本地数据显示分析模块包括两部分功能：其一，当维修人员完成维修任务时，利用上位机软件对电压、电流、温度以及传感器采集的数据范围进行设定，检测系统运作是否正常；其二，利用LabVIEW上位机监控系统将采集到的数据进行模拟绘制以及分析；
所述的远程监控访问子服务器包括LabVIEW上位机监控器，Web服务器以及邮件服务器；主要功能是用户将采集的数据，基于太阳能控制芯片通过4G 或5G DTU模块传输到服务器，同时通过LabVIEW上位机监控器可以对数据库服务器进行访问，完成管理员或者维修人员的需求；
进一步限定，GSM模块包括移动台，无线基站子系统，交换网络子系统，操作维护子系统；移动台属于用户设备，最常见移动设备为手机设备；无线基站子系统是指在一定无线网络区域中，利用移动数据交换中心控制完成与移动台通信的系统设备，负责完成无线发送和接收、无线资源管理模块；交换网络子系统主要负责用户数据和数据库相关的移动性、安全性管理功能以及交换功能；操作维护子系统主要负责对整个GSM网络的管理和监控功能。
本实用新型有益技术效果：因本技术方案采用光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统，电动汽车充电系统，监控管理系统，以及太阳能控制芯片而构成所述太阳能汽车充电桩，该太阳能汽车充电桩通过太阳能电池板吸收大量光能，并由光伏转换降压模块转换成电能，经过TP4056电池管理模块之后，储存在蓄电池模块内部。充电时，经过配电转换降压模块，配电继电器，至终端客户接口模块内，实现对充电用户终端进行充电目的。代替了现有市电电源作为新能源充电桩的电力电源，使得不需要采用非可再生资源转换成电源而所消耗资源，从而实现从根本上对环境的保护和资源的消耗。再利用监控管理系统中的本地监控子服务器对远程监控访问子服务器的控制访问，该远程监控访问子服务器对太阳能充电站内部的服务器进行控制和监控，从而实现对复数个远程充电桩进行管理和监控，达到将零散太阳能充电站进行系统监控，管理以及维护的功能。
下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本实用新型中新能源汽车充电桩的方框意图图；
图2为本实用新型中新能源汽车充电桩的电路原理图；
图3为本实用新型中监控管理系统的原理图；
图4为本实用新型中本地监控子服务器的原理图；
图5为本实用新型中远程监控访问子服务器的原理图。
【具体实施方式】
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参考图1至图5所示，下面结合实施例说明一种贮换电式新能源汽车充电桩，其包括光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统，电动汽车充电系统，监控管理系统，以及太阳能控制芯片。
所述光伏发电系统包括太阳能电池板，连接于太阳能电池板输出端上的光伏转换降压模块，分别连接于太阳能电池板与光伏转换降压模块之间的光伏电流传感器，光伏分压采集模块；所述光伏电流传感器和光伏分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接；所述的光伏转换降压模块是由型号为LM2596的DC/DC降压模块构成；所述的光伏电流传感器是由型号为 AC712传感器芯片构成。所述光伏发电系统主要功能为，为太阳能充电站提供电能，是整个系统的电力来源，也是太阳能充电站的核心设备。所述光伏发电系统将光伏输入的直流电源转换到核实的系统电压范围，为蓄电池，太阳能控制芯片以及终端客户接口模块提供电能。所述的光伏发电系统利用分压电缆，光伏电流传感器对光伏电池进行监测，同时进行数据的记录，未后续的光伏电池寿命预测，故障预测提供必要的数据支撑。
所述电池管理系统包括直接与光伏转换降压模块输出端连接的TP4056电池管理模块，与TP4056电池管理模块输出端连接的蓄电池模块，分别连接在 TP4056电池管理模块与蓄电池模块之间的电池电流传感器、电池分压采集模块；所述电池电流传感器是由型号为AC712传感器芯片构成；所述蓄电池模块是由复数个蓄电池并联或串联连接而组成；电池电流传感器、电池分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接。
电池管理系统是太阳能充电站的储能场所，承担着为太阳能充电站内用电器以及用户提供电力资源的任务，在太阳能充电站内具有不可替代的作用。电池管理系统常利用电压、电流、温度以及各类传感器完成对太阳能充电站内蓄电池组的监测功能，同时电池管理系统还具有保护电池安全、保证电池高效使用和延长电池的使用寿命等功能，太阳能充电站电池管理系统的智能化程度也是衡量太阳能充电站智能化程度的重要指标之一。在电池管理系统中除了使用电压、电流传感器完成对电池管理系统充电过程中基本电气数据的采集和监测，同时还利用TP4056电池管理模块完成对蓄电池组的过充保护功能。TP4056 电池管理模块是一款采用恒定电流或恒定电压锂电池线性充电器，该模块价格便宜，它不仅能自动检测蓄电池的电压值，而且能够判断蓄电池的饱和程度，充满电时会自动断开，从而很好的防止了蓄电池的过充现象。在充电过程中，基于太阳能控制芯片将电池管理系统中采集的实时数据通过4GDTU技术上传至服务器，并通过串口通信的方式传输到LabVIEW上位机监控系统，完成对蓄电池组状态信息的实时监控和分析功能。同时，太阳能控制芯片还连接有GSM无线短信息模块，完成BMS超标数据对维修人员的短信息通知功能。
桩内配电系统包括直接与蓄电池模块连接的配电转换降压模块，与配电转换降压模块输出端连接的配电继电器，与配电继电器输出端连接的终端客户接口模块，分别连接在配电继电器与终端客户接口模块之间的配电电流传感器、配电分压采集模块；所述的配电电流传感器、配电分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接。桩内配电系统是将太阳能充电站内输入电压降到用户所需的电压范围，并且保证用户充电业务安全、高效进行。主要利用型号为LM2596的配电转换降压模块，型号为JRC-21F的配电继电器模块以及电压、电流、温度、烟雾传感器完成用户充电业务所需的电压转换、保护，以及桩内必要的数据采集监测功能。同时，用户可以利用人机交互界面完成充电业务需求。
所述太阳能控制芯片是采用STM32F103系列的单片机作为电压、电流、温度、烟感以及电池饱和度采集的核心处理芯片；核心处理芯片 STM32F103x8为增强型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC 内核，工作频率为72MHz。所述太阳能控制芯片上分别设置有烟雾采集模块，GSM模块，人机交互模块，温度采集模块。
所述监控管理系统包括设置于电动汽车充电系统上的用于发射信号的无线发射模块，PC终端，手机终端，云服务器，以及数据库模块；所述监控管理系统是用户、管理员和维修员分别完成相应需求的终端；集充电监控功能，防突发事故安全自断电功能以及一些信息的记录分析功能，资源调度分配功能，管理员全天候，实时，灵活性访问数据库以及查看底层设备信息状态功能于一体。
在本实施例中，所述光伏发电系统与电池管理系统相互连接，所述的桩内配电系统与电池管理系统相互连接，所述的桩内配电系统与电动汽车充电系统相互连接，所述监控管理系统通过无效网络信号与监控管理系统相互连接，而构成太阳能汽车充电桩
在监控管理系统中，所述监控管理系统包括监控服务器，与监控服务器相互连接的远程监控访问子服务器，与远程监控访问子服务器相互连接的本地监控子服务器。所述监控管理系统对所述光伏发电系统，电池管理系统，以及桩内配电系统的数据进行监测。
所述本地监控子服务器包括本地数据采集与控制模块，本地人机交换模块，本地数据通信模块，以及数据显示分析模块；所述本地监控子服务器对充电桩内部的光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统的数据进行监测。
本地数据采集与控制模块完成充电桩内电气数据的实时采集，并且实现对充电桩内某些设备的启停控制，启停控制是由充电机启停控制、电子锁设备控制构成。本地人机交互模块主要功能包括用户完成充电业务操作和管理员完成需求数据查询。本地数据通信模块包括所述传感器与太阳能控制芯片之间的接口，太阳能控制芯片与GSM模块之间的接口，多桩数据的ZigBee无线汇聚通道，太阳能控制芯片与LabVIEW上位机监控系统之间的接口，太阳能控制芯片与4G DTU模块之间的接口。本地数据显示分析模块包括两部分功能：其一，当维修人员完成维修任务时，利用上位机软件对电压、电流、温度以及传感器采集的数据范围进行设定，检测系统运作是否正常。其二，利用LabVIEW上位机监控系统将采集到的数据进行模拟绘制以及分析。
所述的远程监控访问子服务器包括LabVIEW上位机监控器，Web服务器以及邮件服务器；主要功能是用户将采集的数据，基于太阳能控制芯片通过 4G或5G DTU模块传输到服务器，同时通过LabVIEW上位机监控器可以对数据库服务器进行访问，完成管理员或者维修人员的需求；基于LabVIEW 的上位机监控系统主要完成三个功能：第一，对底层硬件设备进行访问，进行电压、电流、温度、烟感等实时数据查询、保存和显示。第二，通过对采集的数据进行分析判断，当太阳能充电站内电气数据超标通过 LabVIEW上位机对管理员和维修员进行邮件报警。第三，当维修员或者管理员完成维修任务时，可以通过LabVIEW上位机访问数据库服务器，进行设备历史信息的查看以及某些信息的增删改查功能。
GSM模块包括移动台，无线基站子系统，交换网络子系统，操作维护子系统；移动台属于用户设备，最常见移动设备为手机设备；无线基站子系统是指在一定无线网络区域中，利用移动数据交换中心控制完成与移动台通信的系统设备，负责完成无线发送和接收、无线资源管理模块；交换网络子系统主要负责用户数据和数据库相关的移动性、安全性管理功能以及交换功能；操作维护子系统主要负责对整个GSM网络的管理和监控功能。
本实施例中，太阳能汽车充电桩通过光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统中基本电气数据采集工作，并通过ZigBee无线通信技术将所述充电桩内部采集的电气数据进行无线汇聚，同时通过4GDTU模块将汇聚节点的数据输送到Web服务器，利用PC端的浏览器和手机端浏览器完成对Web端服务器的访问，以达到对充电桩内部电气数据的实时监控。
综上所述，因本技术方案采用光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统，电动汽车充电系统，监控管理系统，以及太阳能控制芯片而构成所述太阳能汽车充电桩，该太阳能汽车充电桩通过太阳能电池板吸收大量光能，并由光伏转换降压模块转换成电能，经过TP4056电池管理模块之后，储存在蓄电池模块内部。充电时，经过配电转换降压模块，配电继电器，至终端客户接口模块内，实现对充电用户终端进行充电目的。代替了现有市电电源作为新能源充电桩的电力电源，使得不需要采用非可再生资源转换成电源而所消耗资源，从而实现从根本上对环境的保护和资源的消耗。再利用监控管理系统中的本地监控子服务器对远程监控访问子服务器的控制访问，该远程监控访问子服务器对太阳能充电站内部的服务器进行控制和监控，从而实现对复数个远程充电桩进行管理和监控，达到将零散太阳能充电站进行系统监控，管理以及维护的功能。
以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。

Claims (3)

1.一种贮换电式新能源汽车充电桩，其包括光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统，电动汽车充电系统，监控管理系统，以及太阳能控制芯片；所述光伏发电系统与电池管理系统相互连接，所述的桩内配电系统与电池管理系统相互连接，所述的桩内配电系统与电动汽车充电系统相互连接，所述监控管理系统通过无效网络信号与监控管理系统相互连接；其特征在于：
所述光伏发电系统包括太阳能电池板，连接于太阳能电池板输出端上的光伏转换降压模块，分别连接于太阳能电池板与光伏转换降压模块之间的光伏电流传感器，光伏分压采集模块；所述光伏电流传感器和光伏分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接；所述的光伏转换降压模块是由型号为LM2596的DC/DC降压模块构成；所述的光伏电流传感器是由型号为AC712传感器芯片构成；
所述电池管理系统包括直接与光伏转换降压模块输出端连接的TP4056电池管理模块，与TP4056电池管理模块输出端连接的蓄电池模块，分别连接在TP4056电池管理模块与蓄电池模块之间的电池电流传感器、电池分压采集模块；所述电池电流传感器是由型号为AC712传感器芯片构成；所述蓄电池模块是由复数个蓄电池并联或串联连接而组成；电池电流传感器、电池分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接；
桩内配电系统包括直接与蓄电池模块连接的配电转换降压模块，与配电转换降压模块输出端连接的配电继电器，与配电继电器输出端连接的终端客户接口模块，分别连接在配电继电器与终端客户接口模块之间的配电电流传感器、配电分压采集模块；所述的配电电流传感器、配电分压采集模块分别与太阳能控制芯片相互连接；
所述监控管理系统包括设置于电动汽车充电系统上的用于发射信号的无线发射模块，PC终端，手机终端，云服务器，以及数据库模块；所述监控管理系统是用户、管理员和维修员分别完成相应需求的终端；集充电监控功能，防突发事故安全自断电功能以及一些信息的记录分析功能，资源调度分配功能，管理员全天候，实时，灵活性访问数据库以及查看底层设备信息状态功能于一体；
所述太阳能控制芯片是采用STM32F103系列的单片机作为电压、电流、温度、烟感以及电池饱和度采集的核心处理芯片；核心处理芯片STM32F103x8为增强型系列使用高性能的ARM Cortex-M332位的RISC内核，工作频率为72MHz；
所述太阳能控制芯片上分别设置有烟雾采集模块，GSM模块，人机交互模块，温度采集模块。
2.根据权利要求1所述的一种贮换电式新能源汽车充电桩，其特征在于：所述监控管理系统包括监控服务器，与监控服务器相互连接的远程监控访问子服务器，与远程监控访问子服务器相互连接的本地监控子服务器；
所述本地监控子服务器包括本地数据采集与控制模块，本地人机交换模块，本地数据通信模块，以及数据显示分析模块；所述本地监控子服务器对充电桩内部的光伏发电系统，电池管理系统，桩内配电系统的数据进行监测；
本地数据采集与控制模块完成充电桩内电气数据的实时采集，并且实现对充电桩内某些设备的启停控制，该启停控制是由充电机启停控制、电子锁设备控制构成；本地人机交互模块主要功能包括用户完成充电业务操作和管理员完成需求数据查询；本地数据通信模块包括所述传感器与太阳能控制芯片之间的接口，太阳能控制芯片与GSM模块之间的接口，多桩数据的ZigBee无线汇聚通道，太阳能控制芯片与LabVIEW上位机监控系统之间的接口，太阳能控制芯片与4G DTU模块之间的接口；本地数据显示分析模块包括两部分功能：其一，当维修人员完成维修任务时，利用上位机软件对电压、电流、温度以及传感器采集的数据范围进行设定，检测系统运作是否正常；其二，利用LabVIEW上位机监控系统将采集到的数据进行模拟绘制以及分析；
所述的远程监控访问子服务器包括LabVIEW上位机监控器，Web服务器以及邮件服务器；主要功能是用户将采集的数据，基于太阳能控制芯片通过4G或5G DTU模块传输到服务器，同时通过LabVIEW上位机监控器可以对数据库服务器进行访问，完成管理员或者维修人员的需求。
3.根据权利要求1所述的一种贮换电式新能源汽车充电桩，其特征在于：GSM模块包括移动台，无线基站子系统，交换网络子系统，操作维护子系统；移动台属于用户设备，最常见移动设备为手机设备；无线基站子系统是指在一定无线网络区域中，利用移动数据交换中心控制完成与移动台通信的系统设备，负责完成无线发送和接收、无线资源管理模块；交换网络子系统主要负责用户数据和数据库相关的移动性、安全性管理功能以及交换功能；操作维护子系统主要负责对整个GSM网络的管理和监控功能。
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