CN211127241U - 智能充电系统及电动观光车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能充电系统及电动观光车，包括：充电电路，电源转换电路，所述充电电路用于检测所述电池组的当前电压值，若所述电压值低于预设阈值，则通过所述电源转换电路将供电电压转换为充电电压后对所述电池组进行充电；其中，所述电池组包括锂电池组和超级电容模组；所述充电电路包括锂电池充电电路和超级电容充电电路；所述超级电容充电电路通过无线充电方式对所述超级电容模组进行充电，当所述超级电容模组的电压大于预设值时，所述锂电池充电电路对所述锂电池组进行有线充电。本实用新型可以对充电方式进行自动切换，从而实现快速对电容储能模组与锂电池储能模组充电，极大地缩短了充电时间，提高充电效率。

Description

智能充电系统及电动观光车

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体地，涉及智能充电系统及电动观光车。

背景技术

目前，景区的观光车还都在使用汽油作为动力来源或者采用电池供电。使用汽油作为动力会对景区环境造成污染，汽油经过燃烧后产生的气体有刺鼻的气味和有毒物质会影响游客的心情和身体健康。电池供电方案，虽然在使用过程中不会有汽油车产生的危害，但一般电池寿命为两年左右，需要较高的电池更换成本。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种智能充电系统。

第一方面，本实用新型提供一种智能充电系统，包括：充电电路，电源转换电路，所述充电电路用于检测所述电池组的当前电压值，若所述电压值低于预设阈值，则通过所述电源转换电路将供电电压转换为充电电压后对所述电池组进行充电；其中，所述电池组包括锂电池组和超级电容模组；所述充电电路包括锂电池充电电路和超级电容充电电路；所述超级电容充电电路通过无线充电方式对所述超级电容模组进行充电，当所述超级电容模组的电压大于预设值时，所述锂电池充电电路对所述锂电池组进行有线充电。

可选地，还包括：电池组温度检测电路，所述电池组温度检测电路用于检测每一个电池组的温度，若所述温度大于预设阈值，则停止对所述电池组充电，或者停止所述电池组放电。

可选地，所述电源转换电路用于将3.7V的供电电压转换为5V或12V的充电电压。

可选地，还包括：与所述电源转换电路和所述充电电路电连接的稳压电路，所述稳压电路用于稳定所述充电电压在预设的范围内。

可选地，还包括：供电电路、电源切换电路、电机驱动电路，所述供电电路通过所述电源切换电路与所述电池组电连接，所述电源切换电路用于在所述锂电池组和所述超级电容模组之间进行切换，以使得由所述锂电池组向所述电机驱动电路供电，或者由所述超级电容模组向所述电机驱动电路供电。

可选地，还包括：锂电池保护电路，所述锂电池保护电路与所述锂电池组电连接，用于在锂电池组的输出电压低于3.2V时，控制所述锂电池停止放电。

第二方面，本实用新型提供一种电动观光车，包括制动机构，所述制动机构包括四个伺服电机，每个伺服电机通过一个滚珠丝杠与制动板连接，制动板在汽车制动时，位于制动板两侧的受电弓与第一方面中任一项所述的智能充电系统中的充电电路电连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供的智能充电系统，可以对充电方式进行自动切换，从而实现同时对电容储能模组与锂电池储能模组充电，极大地缩短了充电时间，提高充电效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为12V升压电路；

图2为5V升压电路；

图3为3.3V稳压电路的示意图；

图4为电源切换电路的示意图；

图5为锂电池保护电路的示意图

图6为智能充电系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供一种智能充电系统，包括：充电电路，电源转换电路，充电电路用于检测电池组的当前电压值，若电压值低于预设阈值，则通过电源转换电路将供电电压转换为充电电压后对电池组进行充电；其中，电池组包括锂电池组和超级电容模组；充电电路包括锂电池充电电路和超级电容充电电路；超级电容充电电路通过无线充电方式对超级电容模组进行充电，当超级电容模组的电压大于预设值时，锂电池充电电路对所述锂电池组进行有线充电。

本实施例中，采用锂电池与超级电容模组合储能的方案，锂电池作为后备能源在车载电容储能机构能量释放完毕之后由锂电池提供后备电源，这种组合储能方式可以很好的利用停车的空隙时间来进行更有效的充能，获得更长时间的续航里程。锂电池的循环使用寿命在2000此左右，而超级电容的循环使用寿命可达5万次采用组合储能方式可在提高续航里程的前提下节约锂电池的使用寿命。

示例性的，超级电容模组的单颗电容参数为2.7V容量为100F，采用5串2并的连接方式组成耐压为13.5V容量为40F的电容组。锂电池组采用LG的18650电芯电压为3.7V容量为2600MAH，采用6并的连接方式组成电池组，电池组电压为3.7V容量为15600MAH的锂电池组。

示例性的，采用无线充电方式对超级电容模组进行充电时，可以采用芯科泰XKT-801芯片设计充电电路，该充电电路包括发射模块、接收模块，发射线圈和接收线圈，其中，输入电压：24～32V，输出电压电流:24V2A，发射模块尺寸：16mm*28mm，接收模块尺寸：30mm*53mm，发射线圈尺寸：80mm*136mm30uH，接收线圈尺寸：80mm*136mm30uH，工作距离：3～10mm。

可选地，还包括：电池组温度检测电路，电池组温度检测电路用于检测每一个电池组的温度，若温度大于预设阈值，则停止对电池组充电，或者停止电池组放电。

本实施例中，为实现对电池组的安全保护，在每一组电池组中都安装有温度检测模块对电池组的温度进行实时检测，确保电池组在充放电的过程当中不会因为电池长时间工作导致温度上升而产生危险，采用DS18B20的单总线通信方式可有效节约芯片IO端口。

可选地，电源转换电路用于将3.7V的供电电压转换为5V或12V的充电电压。

示例性的，电源转换电路可以采用TI的TPS61088芯片，TPS61088芯片是一款高功率高密度的全集成升压转换器，内部配备有一个11mΩ的功率开关与一个13mΩ整流器开关，可为便携系统提供更高效的解决办法，其输入电压支持2.7至12V的宽压，可试用的场合非常多。而且该器件支持10A的开关电流能力，还可提供高达12.6V的输出电压。具体地，如图1、图2所示。

图1为12V升压电路，图2为5V升压电路。TPS61088为了调节电压采用的方式为自适应恒定关断时间峰值电流控制拓扑结构，为适应不同的负载环境此芯片有两种工作方式轻载情况下采用高效率的PFM模式，当外部负载比较重的情况下采用PWM模式。TPS61088内部支持可编程软启动和可调节的峰值电流功能。该器件还提供有13.2V输出过压保护、逐周期过流保护和热关断保护。输出电压由R11、R21、R12、R22控制。

可选地，还包括：与电源转换电路和充电电路电连接的稳压电路，稳压电路用于稳定充电电压在预设的范围内。

图3为3.3V稳压电路的示意图，如图3所示，3.3V稳压电路由AMS117-3.3稳压芯片、滤波电容C5、C6、E1、E2组成，C5、E1对输入5V电压进行滤波，C6、E2对AMS117-3.3芯片降压处理后的电压进行滤波提高电源的稳定性。

可选地，还包括：供电电路、电源切换电路、电机驱动电路，供电电路通过电源切换电路与电池组电连接，电源切换电路用于在锂电池组和超级电容模组之间进行切换，以使得由锂电池组向电机驱动电路供电，或者由超级电容模组向电机驱动电路供电。

图4为电源切换电路的示意图，如图4所示，包括继电器、8205s双MOS集成电路及SS14肖特二极管D18、D19，VCCOUT为锂电池电压输出端，VCCC为超级电容模组电压输出端，通过两路继电器控制供电电源，肖特二极管D18与D19的功能为防止继电器在断电瞬间产生较大的反向电动势对控制电路产生损坏，断电瞬间产生的反向电动势一旦超过SS14的正向导通电压，二极管瞬间导通将反向电动势的能量短路释放，从而保护继电器控制电路。

示例性的，供电电路会自动判断锂电池组与超级电容模组的电压情况，以自动切换电池组。这种切换方式，可以保证车辆在非人为干预情况下能无感切换，提供更舒适的驾驶感受。当超级电容模组电压低于标准值时，切换至锂电池组供电。此时，车载显示屏与语音会共同提示当前状态，当锂电池组的电压降至预设值时，控制车载设备进入节能模式。例如关闭车载空调、收音机等用电设备来保证当前电量下提供更长的续航时间。

示例性的，智能充电系统的基本工作原理是利用超级电容模组可以通过大电流充电，锂电池组可以通过高能量密度充电，从而可以在充电时间与能量之间进行取舍。具体地，智能充电系统会自动检测当前环境选择充电方式。此充电系统充电电路分为两部分，第一部分为锂电池充电电路、第二部分为超级电容充电电路，当充电电路接通后，系统会根据当前充电方式自动选择优先充电对象，来实现短时间内获得最多的能量。如当前为无线充电系统会优先给超级电容充电，当超级电容模组的电压到达一定时会启动锂电池与拆机电容共同充电。当为受电弓充电时系统会自动启动锂电池组与超级电容模组同时充电。

可选地，还包括：锂电池保护电路，锂电池保护电路与锂电池组电连接，用于在锂电池组的输出电压低于3.2V时，控制锂电池停止放电。

图5为锂电池保护电路的示意图，如图5所示，锂电池保护电路可以采用8205A集成电路与DW01集成电路。DW01检测锂电池电压，当前电压低于3.2V时自动切断电池供电防止过度放电对电池产生不可逆的损伤，通过检测场效应管的两端电压来检测输出电流是否超过限制，采用五个8205A芯片并联的方式实现输出电流检测上限为10A。

本实用新型提供还一种电动观光车，包括制动机构，制动机构包括四个伺服电机，每个伺服电机通过一个滚珠丝杠与制动板连接，制动板在汽车制动时，位于制动板两侧的受电弓与第一方面中任一项的智能充电系统中的充电电路电连接。

本实施例中，制动机构的支撑部分初期设计采用航空铝其材质为铝锌镁铜合金型号为7075，其具有强度极限和屈服强度高，承受载荷大的优点，多用来制造机翼上翼面蒙皮、大梁等。由于其具有的这些特点是目前所实验材质中最优的，故采用此航空铝作为机械结构的主材质。其动力传输结构采用高精密滚珠丝杆具有精度高速度可调节的优点，动力采用具有抱死功能的直流伺服电机可直接采用车载电源供电，不需要多余的电源设备可有效减轻车体重量与电路复杂程度。当电机将刹车板推至指定位置后电机将会断电进入抱死状态将刹车结构锁死确保刹车成功。

示例性的，制动机构中的底层受力板分为三个部分，中间的部分用于紧急情况下的制动。具体地，通过电机将制动板推至地面的位置增大与地面的接触面积从而增大摩擦力将车制动。制动机构的底板包括两层。第一层为硬质橡胶，用来缓冲汽车在高速运行下制动板突然接触地面的冲击力，也能增加与地面的摩擦力加速制动。第二层采用高强度钢材以克服制动板因强大的冲击力而产生的形变影响制动能力。制动板旁边两个小板为受电弓，用于充电。

示例性的，以观光车的智能充电系统为例进行详细说明。图6为智能充电系统的结构框图，如图6所示，STM32F429IGT6最小系统电路主要电路为复位电路与BOOT选择电路，参考电平选择电路与STM32F429IGT6主控芯片组成。STM32F429IGT6芯片可以在没有外部晶振的情况下正常运行，但其内部是RC振荡器对外部温度有一定的要求考虑到不同环境温度的不同与芯片运行时本身会发热，故增加了外部晶振以确保芯片以最稳定的状态运行。STM32F429IGT6具有高达2MBFlash/256+4KB RAM 17个TIM3路ADC 20个通信接口，支持在线编程，抗静电能力优越，部分引脚可容忍5V信号输入，支持断电程序保护功能具有两路CAN总线接口可以支持现在汽车上面广泛使用的整车CAN通信，具有专用的以太网接口支持芯片联网，降低了观光车的数据监控的难度。并且还具有并行相机接口可为观光车提供更多的功能。

本实施例中，J-LINK烧录器主要由STM32F103最小系统与简单外部电路组成。此烧录器采用STM32F103模拟STM32的烧录过程实现同样的烧录功能。电路图中采用的是Type-c接口，type支持最高100W的功率传输可实现在不连接电池组的情况下对主控板进行调试。通过STM32F103自带的模拟串口功能实现与终端的通信，将终端传输来的数据进行处理后以规定的通信方式实现对S主控板的程序烧录。

示例性的，智能充电系统的控制系统方式为上位机与下位机组合控制，下位机采用的是ST公司的STM32F429IGT6芯片。一片STM32F429IGT6芯片来模拟汽车MCU实现对汽车的整体控制，具体功能如下：

1)检测电池组温度状态防止电池组出现温度过高导致危险发生。

2)检测与控制充电电流与电压防止不匹配电源损害电池组，造成不可逆的危害。

3)控制车载充电方式实现一键自动充电。

4)控制车载电源转换合适的电压以节约不必要的电能浪费。

5)控制电机的前进后退等功能。

通过ESP8266 WiFi芯片实现与Android端的通信，下位机将车载数据上传至Android端进行显示，上传信息有电池组温度，当前电池组剩余电量，充电状态等。实现与供电端的握手通信，确保充电之前观光车所处的环境是支持正常充电的环境。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种智能充电系统，其特征在于，包括：充电电路，电源转换电路，所述充电电路用于检测电池组的当前电压值，若所述电压值低于预设阈值，则通过所述电源转换电路将供电电压转换为充电电压后对所述电池组进行充电；其中，所述电池组包括锂电池组和超级电容模组；所述充电电路包括锂电池充电电路和超级电容充电电路；所述超级电容充电电路通过无线充电方式对所述超级电容模组进行充电，当所述超级电容模组的电压大于预设值时，所述锂电池充电电路对所述锂电池组进行有线充电。

2.根据权利要求1所述的智能充电系统，其特征在于，还包括：电池组温度检测电路，所述电池组温度检测电路用于检测每一个电池组的温度，若所述温度大于预设阈值，则停止对所述电池组充电，或者停止所述电池组放电。

3.根据权利要求1所述的智能充电系统，其特征在于，所述电源转换电路用于将3.7V的供电电压转换为5V或12V的充电电压。

4.根据权利要求3所述的智能充电系统，其特征在于，还包括：与所述电源转换电路和所述充电电路电连接的稳压电路，所述稳压电路用于稳定所述充电电压在预设的范围内。

5.根据权利要求1所述的智能充电系统，其特征在于，还包括：供电电路、电源切换电路、电机驱动电路，所述供电电路通过所述电源切换电路与所述电池组电连接，所述电源切换电路用于在所述锂电池组和所述超级电容模组之间进行切换，以使得由所述锂电池组向所述电机驱动电路供电，或者由所述超级电容模组向所述电机驱动电路供电。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的智能充电系统，其特征在于，还包括：锂电池保护电路，所述锂电池保护电路与所述锂电池组电连接，用于在锂电池组的输出电压低于3.2V时，控制所述锂电池停止放电。

7.一种电动观光车，其特征在于，包括制动机构，所述制动机构包括四个伺服电机，每个伺服电机通过一个滚珠丝杠与制动板连接，制动板在汽车制动时，位于制动板两侧的受电弓与权利要求1-6中任一项所述的智能充电系统中的充电电路电连接。

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