CN213892237U - 一种电动自行车共享充换电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电动自行车共享充换电装置，包括中控设备、均与中控设备连接的灭弧式电气防火保护设备、双灭火设备、双烟感设备，电池仓内多方位温度传感器、电池仓内散热设备，以及屏显设备，所述中控设备包括光电耦合与继电器驱动控制模块、单片机主控模块、均与单片机主控模块连接的抗雷击浪涌EMC电源防护模块、总、分路电参量采集模块、A/D转换采集模块、4G无线通信模块、GPS定位模块，以及BLE蓝牙通信模块，所述光电耦合与继电器驱动控制模块与所述抗雷击浪涌EMC电源防护模块连接。本实用新型除了为终端用户提供方便、快捷的智能化换电服务外，最大程度上保证了充电安全性。

Description

一种电动自行车共享充换电装置

技术领域

本实用新型涉及电动自行车充电技术领域，特别是涉及一种电动自行车共享充换电装置。

背景技术

伴随着互联网行业的飞速发展，网络订餐以及网上购物已成为人们日常生活中不可或缺的一部分，这类行业衍生了大量的骑手和快递员，而电动自行车以其节能、环保、便捷的优势，已成为邮政、物流、外卖等行业的必备交通工具。然而电动自行车带来便利的同时，其充电问题也带来了安全隐患。

对于送餐及快递行业，最亟待解决的安全隐患是站点电瓶粗放式集中充电的消防安全问题。近年来，一些项目试图对电动自行车充电进行智能化改造，但受困于一些技术瓶颈，如：仅限于支付环节的优化，在电池管理、电源管理等关键领域无能为力；无法完成真正的智能化，无法集成充电模块，无法消除劣质充电器带来的隐患；防尘防水性能不达标，无法真正做到户外安全充电。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述存在的问题，提供一种电动自行车共享充换电装置。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种电动自行车共享充换电装置，包括中控设备、均与所述中控设备连接的灭弧式电气防火保护设备、双灭火设备、双烟感设备，电池仓内多方位温度传感器、电池仓内散热设备，以及屏显设备，所述中控设备由多个子功能模块组成，包括光电耦合与继电器驱动控制模块、单片机主控模块、均与所述单片机主控模块连接的抗雷击浪涌 EMC电源防护模块、总、分路电参量采集模块、A/D转换采集模块、 4G无线通信模块、GPS定位模块，以及BLE蓝牙通信模块，所述光电耦合与继电器驱动控制模块与所述抗雷击浪涌EMC电源防护模块连接。

一个实施例中，所述EMC电源防护模块包括电源输入保护电路、 EMC抑制电路和过压过温保护电路，所述电源输入保护电路的输出端与所述EMC抑制电路的输入端连接，所述EMC抑制电路的输出端与所述过压过温保护电路连接。

一个实施例中，所述电源输入保护电路包括进线端的L线、N线以及PE线、保险丝以及热敏电阻，交流电源输入至L线和N线，L 线和N线均与保险丝串联，L线与保险丝串联后再与一热敏电阻串联。

一个实施例中，所述EMC抑制电路包括压敏电阻、安规电容、第一级共模电感以及第二级共模电感，L线与PE线、N线与PE线、 L线与N线之间分别并联一压敏电阻；L线与N线之间并联一压敏电阻后经第一级共模电感输出；L线与N线经第一级共模电感输出后，L线与N线之间再并联一安规电容后经第二级共模电感输出。

一个实施例中，所述过压过温保护电路包括整流桥、PWM控制器以及变压器，交流电源经过第二级共模电感输出后，输入至一整流桥，并接入PWM控制器后经一变压器输出。

一个实施例中，所述光电耦合与继电器驱动控制模块包括限流电阻、MOS管、光耦以及继电器，所述单片机主控模块的单片机输出的I/O控制信号连接至光耦的引脚，光耦隔离输出端通过一12V电源供电，所述12V电源经一限流电阻连接至MOS管的栅极，MOS管的栅极和源极分别并联一电阻和一电容，所述12V电源与MOS管的漏极之间串联一二极管，MOS管的漏极连接至继电器的第二引脚，继电器的第一引脚接所述12V电源，继电器的第三、第四引脚为常开状态。

一个实施例中，所述A/D转换采集模块包括温度传感器和六孔磁珠，温度传感器的一端接入基准电源，另一端经过六空磁珠与一电阻串联后输出连接至所述单片机主控模块单片机AD口，在六孔磁珠与一电阻之间串联另一电阻并接地，在所述另一电阻的两端并联一电容。

一个实施例中，所述总、分路电参量采集模块包括总路电参量采集电路和分路电参量采集电路，所述总路电参量采集电路包括集成电能芯片、电压互感器和电流互感器，交流电源输入端L线串联三个电阻后连接至电压互感器的一端，N线连接至电压互感器的另一端，电压互感器的输出经两个电阻后连接至集成电能芯片的VN引脚，采样得到的电压信号，经一电阻和一电容组成的滤波电路后，连接至集成电能芯片的VAP引脚，总路电流经过电流互感器输出的电流分别连接一电阻对地，并分别经所述滤波电路后连接至集成电能芯片的IAP、IAN引脚，同时在这两引脚并联一电容。

一个实施例中，所述分路电参量采集电路包括集成电能计量芯片，充电电流经一电流互感器后输出的两端分别连接一电感，再分别串联一电阻对地，经所述电感输出的两端分别经由电阻和电容组成的滤波电路后，连接至所述集成电能计量芯片的电流采样引脚，所述集成电能计量芯片将采集到的电流信息转换成数字量后存储至其内部寄存器中，所述单片机主控模块的单片机通过SPI通信读取所述寄存器中的数据。

一个实施例中，所述4G无线通信模块、所述GPS定位模块以及所述BLE蓝牙通信模块均通过USART方式与所述单片机主控模块的单片机进行数据交互。

本实用新型提供的一种电动自行车共享充换电装置，能够带来以下至少一种有益效果：

1、本实用新型中，充换电装置具有工业级硬件架构，使各电参量检测精确可靠，严密的监测机制，以及仓内电池散热设备为充电安全提供最大保障，尤其在电源总路上接入灭弧式电气防火保护设备，当充电回路发生短路或出现危险性电弧时，其特有的灭弧式短路保护技术能够从源头上杜绝火灾事故，让充电更安全。

2、本实用新型中，充换电装置具有双链路无线通信机制，其中控设备和液晶显示屏分别带有4G无线通信功能，使充换电装置与云服务器的数据交互具有永远在线、高速、实时、高效传输等优势，不必担忧远程操作卡顿甚至无法操作的问题，十分符合应用。

3、本实用新型中，充换电装置具有BLE蓝牙通信功能，作为一种备用通信机制，在4G无线通信模块出现功能异常，从而导致用户无法按正常流程应用的情形下，蓝牙通信将为用户提供操控渠道。

4、本实用新型中，充换电装置对火灾事件的捕获通过双烟感设备和单仓内多方位温度传感器共同采集、组合判断完成，严谨的防错机制实现火灾事件精确捕获，并迅速启动灭火机制，严格避免了灭火误启动甚至不启动的糟糕情况。

5、本实用新型中，充换电装置的自动灭火系统带有双灭火器设备，电池仓内确认起火时，灭火系统则立即启动第一路灭火器向此仓内喷洒，并实时监测该灭火器喷洒状态，在必要条件下，启动第二路灭火器开启喷洒，直到将火情及时扑灭，极大程度上保证了充换电装置可靠的防火性能。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对电动自行车共享充换电装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的框图；

图2是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的中控设备的框图；

图3是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的EMC电源防护电路图；

图4是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的单片机主控电路图；

图5是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的继电器驱动控制与A/D采集电路图；

图6是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的总路电参量采集电路图；

图7是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的分路电参量采集电路图；

图8是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的4G无线通信电路图；

图9是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的GPS定位电路图；

图10是本实用新型一种电动自行车共享充换电装置的BLE蓝牙通信电路图；

附图标号说明：

中控设备1；灭弧式电气防火保护设备2；双灭火设备3；双烟感设备4；电池仓内多方位温度传感器5；电池仓内散热设备6；屏显设备7。

单片机主控模块100；抗雷击浪涌EMC电源防护模块200；光电耦合与继电器驱动控制模块300；总、分路电参量采集模块400；A/D 转换采集模块500；4G无线通信模块600；GPS定位模块700；BLE蓝牙通信模块800。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的一种电动自行车共享充换电装置，可用于为外卖、快递等物流垂直领域提供电池的存储和安全、便捷充电解决方案，其掌握了智能识别监测电池、自适应动态控制电源核心技术，支持给不同类型、规格的电动车电池安全充电，同时又能够识别出电池规格参数，在准确识别的基础上，自适应输出电压、电流，动态调整电源参数，识别电池故障信息，实时掌握电池充电状态，电池充满，自动断电；其定位在引领户外公共充电新模式，防雨防雷，全天候使用，可因地制宜，户外摆放，解决了搭建雨棚等物业困扰，用公共充电柜取代传统充电设备，从源头上消除电动自行车充电火灾隐患。

以下将结合附图对本实用新型所述的一种电动自行车共享充换电装置进行说明。

一种电动自行车共享充换电装置，其硬件架构如图1所示，包括中控设备1、分别与所述中控设备1连接的灭弧式电气防火保护设备 2、双灭火设备3、双烟感设备4，电池仓内多方位温度传感器5、电池仓内散热设备6以及屏显设备7。

一个实施例中，灭弧式电气防火保护设备2用于实现灭弧式切电功能，对因线路老化、雨天进水或违规操作等引起的电火花准确捕获，做出判断，进而及时切断电源，保护线路安全。

一个实施例中，双灭火设备3用于对灭火操作提供双重保证，当电池仓内发生问题，达到灭火启动条件时，灭火器1号则敏锐响应开启喷洒，中控设备1实时监测灭火器喷洒状态，当发现该灭火器喷洒出现异常时，立即启动灭火器2号喷洒；在灭火器1号正常喷洒时，当喷洒到一定程度而灭火形式并未好转的情况下，亦启动灭火器2 号。

一个实施例中，双烟感设备4用于火灾事件捕获，双路烟感设备 4安装在充换电装置内不同部位，其对烟雾灵敏响应，发出声、电报警信号，中控设备1实时监测烟感状态，对烟感报警信号立即做出判断处理，进而综合判断是否启动灭火处理。

一个实施例中，电池仓内多方位温度传感器5同样用于火灾事件捕获，单个仓内设有3处高灵敏度、高精度温度传感器，从多方位探测仓内温度，由中控设备实时监控温度数据，当仓内有温度超过报警阈值，在必要条件下，启动灭火处理。

一个实施例中，电池仓内散热设备6则用于维护仓内电池充电环境的安全性，在电池充电过程中，当仓内温度处于设定的正常范围内时，风扇不运行；当温度超限，则中控设备启动风扇进行散热，避免因环境温度过高引起电池发生异常，有效保证充电安全性。

一个实施例中，屏显设备7包括液晶显示屏和LED灯光指示，液晶显示屏用于展示充换电装置的功能、使用说明，并带有4G无线通信功能600，其和中控设备1结合，为充换电装置提供双链路无线通信，最大程度上保证用户远程操控的实时性、高效性。LED灯光指示则是对各电池仓内使用状态的可视化展示，通过指示灯，可明确知道仓内是否有电池，电池是否正在充电，以及是否已充满的信息。

中控设备1作为本实用新型所述电动自行车共享充换电装置的核心，是应用功能实现的载体，控制着充换电装置有效、稳定运行，其各功能模块描述如下(如图2所示)：

中控设备1包括、光电耦合与继电器驱动控制模块300、单片机主控模块100、分别与所述单片机主控模块100连接的抗雷击浪涌 EMC电源防护模块200、总、分路电参量采集模块400、总、分路电参量采集模块400、A/D转换采集模块500，4G无线通信模块600、 GPS定位模块700以及BLE蓝牙通信模块800，光电耦合与继电器驱动控制模块300与抗雷击浪涌EMC电源防护模块200。

一个实施例中，抗雷击浪涌EMC电源防护模块200为充换电装置提供干净、稳定可靠的工作电源，增强型EMC电源防护电路的设计通过了各类EMC干扰设备的考验，有效保证充换电装置不会因恶劣环境的影响而停止工作或异常运行。

一个实施例中，单片机主控模块100负责充换电装置所有重要数据信息的采集和管理，其与各仓内电池、灭弧式电气防火保护设备2、屏显设备7、4G无线通信模块600、GPS定位模块700，以及BLE 蓝牙通信模块800通过串口通信方式建立连接，定时、高效进行数据交互，保证各类数据信息的实时性。

一个实施例中，光电耦合与继电器驱动控制模块300包括电池仓门控制、充断电控制，以及自动灭火控制三项，其中电池仓门控制为各仓门的开启控制；充断电控制为各仓内电池电源输出的开、关控制；自动灭火控制为各仓内灭火器管道喷头的开、关控制。光耦器件具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，其和继电器连接，由单片机输出控制信号，经光电耦合器件，驱动继电器的开、关状态，进而实现电池仓门控制、充断电控制，以及自动灭火控制的应用。

一个实施例中，总、分路电参量采集模块400用于实现对充换电装置总路电压、电流、功率、频率、电能的采集，对各充电回路进行电流的采集。总、分路电参量的采集均使用高精度集成电能芯片，与单片机通过SPI方式进行通信，实现重要电参量数据的实时、高效、稳定更新。

一个实施例中，A/D转换采集模块500用于总线路漏电流，以及各仓内温度数据的采集，温度模拟量信号接入单片机A/D接口，由单片机完成信号的采集和计算，进而得到高精度的漏电流和温度数据。

一个实施例中，4G无线通信模块600用于充换电装置的4G无线通信功能，该模块与单片机通过串口连接进行数据交互，一方面并将单片机发出的数据透传至网络云服务器，另一方面，接收来至云服务器的数据，并透传至充换电装置，以此实现充换电装置的远程监控和操作功能。

一个实施例中，GPS定位模块700用于充换电装置的坐标精确定位，该集成模块支持BDS/GPS/GLONASS/GALILEO/QZSS/SBAS多系统联合定位和单系统独立定位，与单片机通过串口连接进行数据交互，运行期间以固有频率将实时采集到的数据信息传递至单片机，供其解析坐标数据。

一个实施例中，BLE蓝牙通信模块是继4G远程充电应用操控方式外，为充电柜所提供的另一种无线操控功能。当充换电装置内的 4G模块出现异常，或所处环境4G信号极弱的情形下，导致充电用户无法进行正常的微信扫码充电应用时，此时用户可开启手机蓝牙功能，打开微信，扫描充电柜上的二维码，选择蓝牙方式操作，亦同样满足用户充换电使用需求。

以下图3～图10是对图2的各模块电路进行说明。

如图3所示，抗雷击浪涌EMC电源防护模块200包括EMC电源防护电路，EMC电源防护电路为充换电装置提供干净安全的用电环境。

首先，包括电源输入保护电路。AC220V进线端L线、N线各串入型号为10A/250V慢熔型保险丝，L线经慢熔型保险丝后，串联一 NTC热敏电阻(型号MF72-5D9)，在设备开机时起限流作用，保护线路不受大电流冲击，正常启动后，该电阻本身又将电力消耗降到最低。

其次，包括EMC抑制电路。AC220V进线端经保险丝后，L线与PE线、N线与PE线、L线与N线之间分别并联压敏电阻(561K D20P10)，防止雷击浪涌对线路造成损坏；继压敏保护后，L线与N 线经第一级共模电感(10mH)输出，有效抑制电源线路干扰噪声；经第一级共模电感后，L线与N线间并联安规电容(0.1uf/275V)，有效抑制EMI传导干扰；后经第二级共模电感(20mH)输出，加强抑制线路干扰噪声。

最后，包括过压过温保护电路。AC220V输入经整流桥(GBU608 型)，再接入PWM控制器(OB2202CP型)及其外围应用电路，对线路施加欠压/恢复、过压保护、过功率保护，以及过温保护等有效措施，使输出再接入变压器(TPQ2625-001A型)，从而输出低压直流电源，供设备使用。

如图4所示，单片机主控模块100包括单片机主控电路，使用中控芯片(STM32F103ZET6型)，搭建其最小系统，硬件资源丰富，响应速度极快，功能强大且性能稳定，非常适用于本实用新型所述一种电动自行车共享充换电装置的应用。

如图5所示，光电耦合与继电器驱动控制模块300包括继电器驱动控制电路，A/D转换采集模块包括A/D采集电路，图5为继电器驱动控制与A/D采集电路。

其中，继电器驱动控制用于本实用新型的实际应用中，对电池充电仓门的开启、仓内充电电源的开启，以及灭火启动条件下对灭火器外接管道电磁阀门的开启。其工作原理如下：

1、单片机输出的I/O控制信号连接至光耦(TLP291型)引脚，光耦隔离输出端使用12V供电，光耦导通后该12V电源经一个限流电阻(5.1K)连接至NMOS管(2N7002型)栅极，MOS管栅极和源极之间分别并联一个电阻(5.1K)和一个电容(0.1uf)，该电阻的作用是在光耦不导通情况下，将栅极下拉接地，防止误动作；该电容用于对控制信号的滤波，提高抗干扰能力。

2、12V电源串联一个电阻(2K)和一个发光二极管，连接至 MOS管漏极，用于指示继电器的吸合状态，继电器导通，LED点亮，反则熄灭；同时12V电源与漏极间串入一个二极管(IN4007型)，起电源反向保护作用。

3、MOS管漏极连接至继电器(型号为MPH-S-112-A-2F)的引脚2，引脚1连接12V电源，引脚3、4处于常开状态，当MOS处于导通情况下，继电器吸合，3、4脚导通，为需要供电的模块提供电源。

其中，A/D采集电路在本实用新型的实际应用中，针对温度模拟量的采集，本实用新型所使用的温度传感器为NTC热敏电阻，其分布于各电池仓内，拉线很长，因此增强了受到干扰的可能性。A/D采集电路针对这一问题做了相应滤波处理，起到有效的干扰抑制作用：首先温度传感器的一端接入基准电源(通常为2.5V，本图中未标注)，另一端(网络TMP1)经六孔磁珠(位号FB8)后输出，再分别串联一个电阻(1K，位号R345)输出连接至单片机AD口(网络TEMP1)，以及串联一个采样电阻(1K，位号R344)对地，同时该采样电阻两端并联一个电容(33nf，位号C253)；其中电阻R345和电容C253 对模拟信号起RC滤波作用，六孔磁珠对经长线输出的温度模拟信号起到有效的干扰抑制和屏蔽作用。

如图6所示，总、分路电参量采集模块包括总路电参量采集电路和分路电参量采集电路。

其中，总路电参量采集电路将本实用新型总供电的单相电压、电流经转换、处理后，输入至高精度集成电能芯片(型号为ADE7858)，搭建其外围应用电路，对总路电压、电流、功率、电能等各重要电参量进行采集、运算，芯片再将数据通过SPI通信方式与单片机进行交互：

首先，电压的输入处理：AC220V输入端L线串联3个高精度金属膜电阻(100K)后，连接至1:1型电压互感器(型号TR3121CH 2mA/2mA)的一端，N线连接电压互感器的另一端。电压互感器输出的电流信号经一个采样电阻(187欧姆，位号R31)和1个电阻(1K，位号R44)，连接至ADE7858的VN引脚，形成闭合回路；采样得到的电压信号，经电阻R27和电容C37组成的RC滤波电路后，连接至ADE7858的VAP引脚进行采样。

其次，电流的输入处理：总路电流首先穿入电流互感器(2000:1 型)，将大电流转换成小电流，输出的电流两端分别连接一个采样电阻(5.1R)对地，并分别经RC滤波后，连接至ADE7858的IAP、IAN 引脚，同时在这两引脚间并一个滤波电容(220pf)。该应用电路具有采集精度高、性能稳定的特性。

如图7所示，分路电参量采集电路将本实用新型为各充电仓电池充电供电的电流模拟量输入至集成电能计量芯片(型号为 RN8209D)，搭建其外围应用电路，对电流进行采集处理，并以SPI 通信方式将数据信息与单片机进行交互，其电流的处理方式如下：

充电电流经电流互感器(2000:1型，型号TR2155C)将原始大电流转换成小电流输出，输出两端分别连接一个电感(1uh)进行滤波，再分别串联一个采样电阻(5.1K)对地，同时，经电感输出的两端分别经过一路RC滤波电路后，连接至RN8209D的电流采样引脚。RN8209D将采集到的电流信息转换成数字量存储在内部寄存器中，单片机再通过SPI通信，将寄存器中的数据读取并运算得到真实的电流数据。

如图8所示，4G无线通信模块600包括4G无线通信电路，使用4G无线通信模块，搭建起外围电路，与单片机通过USART(异步串口通信协议的一种)方式进行数据交互，并以透传方式，将数据上行至平台，以及下行至单片机。因4G无线通信模块600的USART 信号为1.8V，单片机的IO电平为3.3V，故与单片机通信需进行电平转换，由两个NPN三极管(9013型)和外围电阻组成电平转换电路。

如图9所示，GPS定位模块700包括GPS定位电路，GPS定位电路使用集成定位导航模块，搭建其外围电路，与单片机通过USART 方式进行数据交互，以可调周期与单片机进行一次定位数据交互。

如图10所示，BLE蓝牙通信模块900包括BLE蓝牙通信电路， BLE蓝牙通信电路使用集成无线BLE模块，搭建其外围电路，与单片机通过USART方式进行数据交互，以起到另一种无线传输作用。

一个实施例中，本发明所述充换电装置的工作流程具体如下：

第一步：充换电装置上电，内部各功能单元开始运行，中控设备的单片机开始不间断定时采集总路电压、电流、漏电流、功率、频率、电能数据；采集各充电仓内温度、电流数据，以及状态信息等；采集双路烟感状态信息，以及灭火器压力值；对总路电能进行定时存储，并对各充电仓的使用状态：空闲/占用以及充电状态由LED指示灯实时清晰展示。

第二步：中控设备的单片机通过串口通信方式，与外部多个单元进行数据交互。与灭弧式电气防火保护设备通信，实时获取其监测的重要温度、故障信息等；与各充电仓内的电池组通信，实时获取电池组的容量，电流、电压、温度、故障等关键信息；与GPS定位模块通信，实时更新定位数据；与中控设备内的4G无线通信模块通信，实现充换电装置和云服务器之间的第一链路远程交互；与液晶显示屏通信，通过屏自带的4G无线通信模块，充换电装置和云服务器之间的第二链路远程交互；与BLE蓝牙模块通信，实时获取蓝牙连接方式的换电操作指令。

第三步：检测中控设备内的4G无线通信模块是否与网络云服务器建立连接，并由单片机控制相应指示灯以显示网络连接情况和发送数据情况，待4G连接正常后，单片机控制检测4G信号强度，并将信号数据连同各监控采样数据以及状态信息统一打包，按照可调的频率周期，定时向云服务器上传数据包，类似于心跳包功能，且4G无线通信模块设有单独的心跳包数据，云服务器端可根据接收数据类型和状态来有效判断充换电装置是否掉线，进而做出相应的连接切换和重连接处理。

第四步：实时接收远程下发的充换电操作指令，均由单片机管理接收数据，判断具体操控的仓号，以及操控需求：借电池、还电池，进而做出相应处理，充换电装置的底层软件系统与WEB端上层应用相结合，实现充换电应用管理的清晰化，为用户提供共享式充换电服务。

第五步：充换电装置具有充电安全软保护机制，一方面，仓内充电开启后，该仓内电流通道将会检测到充电电流，充换电装置会根据检测的电流大小判断当前充电状态，当充电电流发生过载时，底层软件启用反时限保护机制，在一定时间内关断该充电通道，并向云服务器反馈过载信息；当检测到充电完成时，则自动断电保护电池。另一方面，电池仓内散热设备维护仓内电池充电环境的安全性，在电池充电过程中，当仓内温度处于设定的正常范围内时，风扇不运行；当温度超限，则中控设备启动风扇进行散热，避免因环境温度过高引起电池发生异常，有效保证充电安全性。

第六步：灭弧式电气防火保护设备接入充换电装置电源总路，具有其特有的灭弧式短路检测切断技术，当充电回路发生充电短路或其他故障导致的危险性电火花时，灭弧式电气防火保护设备能够及时切断充电回路电源，仅是断开危险故障点，但其自身以及充换电装置中控部分依然保持正常运行，以最灵敏的方式冲根源上杜绝火灾隐患的发生，保证充电安全，并立即上传报警信息至云服务器，用以APP 端及时推送充电短路报警信息，及时排除隐患，保证充电的正常运行。

第七步：自动灭火系统启动机制，中控设备在确认采集到有烟感设备发生报警，或者充电仓内有温度超限的情况下，进入灭火系统启动判断，仅在以下三种情形之一的，判定为仓内起火，将启动自动灭火：①任意一个仓内至少2个温度达到报警(≥70℃)，启动该仓喷洒；②仅一个烟感报警，且至少1个仓内温度达到预警(65℃)，启动该仓喷洒；③两个烟感同时(相差时间在1min内即为同时)报警，温度最大值所在仓启动喷洒。首先启动灭火器1号的喷洒，且中控设备实时监测灭火器喷洒状态，由灭火器压力值反馈，当发现该灭火器喷洒出现异常时，立即启动灭火器2号喷洒；在灭火器1号正常喷洒期间，当喷洒到一定程度而灭火形式并未好转的情况下(由仓内温度判断)，亦启动灭火器2号。整个灭火启动过程设置在特定时间段内完成。

综上，本实用新型提供一种电动自行车共享充换电装置，展示了一种全新的充电模式，将传统的集中式充电转变为即停即走的换电模式。其硬件架构包括了中控设备、灭弧式电气防火保护设备、双灭火设备、双烟感设备，电池仓内多方位温度传感器、电池仓内散热设备，以及屏显设备等。其除了为终端用户提供方便、快捷的智能化换电服务外，最大程度上保证了充电安全性。

本实用新型所述充换电装置的使用方法如下：

一种电动自行车共享充换电装置，为用户提供了智能化使用及管理服务平台。充电用户关注专用公众号后，即可以通过公众号查找附近的闲置的充换电柜，再用微信扫描充换电柜上的二维码打开电池仓，将电量告罄的电池放入仓内，接着自动置换出电量充足的电池给用户使用。整个过程可快速完成，提高效率，让用户的电动车无限续航，充电无忧。

管理员用户需首先在服务器端登记用户信息，创建个人账户，并获取充换电柜设备的安装位置信息和设备ID号；手机端下载APP应用程序，登录账号，根据设备安装信息和ID号查找所用充换电柜设备，进入设备信息监控界面，可随时随地查看设备实时数据、状态信息，以及历史数据曲线；可对设备进行远程操作，以及获取设备异常、报警、故障信息的实时推送提醒。同时，该账号可登陆WEB端进行历史数据的查看，庞大的数据库，可容纳所用充换电柜装置至安装运行起所有的数据记录。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电动自行车共享充换电装置，其特征在于，包括中控设备、均与所述中控设备连接的灭弧式电气防火保护设备、双灭火设备、双烟感设备，电池仓内多方位温度传感器、电池仓内散热设备，以及屏显设备，所述中控设备由多个子功能模块组成，包括光电耦合与继电器驱动控制模块、单片机主控模块、均与所述单片机主控模块连接的抗雷击浪涌EMC电源防护模块、总、分路电参量采集模块、A/D转换采集模块、4G无线通信模块、GPS定位模块，以及BLE蓝牙通信模块，所述光电耦合与继电器驱动控制模块与所述抗雷击浪涌EMC电源防护模块连接。

2.如权利要求1所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述EMC电源防护模块包括电源输入保护电路、EMC抑制电路和过压过温保护电路，所述电源输入保护电路的输出端与所述EMC抑制电路的输入端连接，所述EMC抑制电路的输出端与所述过压过温保护电路连接。

3.如权利要求2所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述电源输入保护电路包括进线端的L线、N线以及PE线、保险丝以及热敏电阻，交流电源输入至L线和N线，L线和N线均与保险丝串联，L线与保险丝串联后再与一热敏电阻串联。

4.如权利要求3所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述EMC抑制电路包括压敏电阻、安规电容、第一级共模电感以及第二级共模电感，L线与PE线、N线与PE线、L线与N线之间分别并联一压敏电阻；L线与N线之间并联一压敏电阻后经第一级共模电感输出；L线与N线经第一级共模电感输出后，L线与N线之间再并联一安规电容后经第二级共模电感输出。

5.如权利要求4所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述过压过温保护电路包括整流桥、PWM控制器以及变压器，交流电源经过第二级共模电感输出后，输入至一整流桥，并接入PWM控制器后经一变压器输出。

6.如权利要求1所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述光电耦合与继电器驱动控制模块包括限流电阻、MOS管、光耦以及继电器，所述单片机主控模块的单片机输出的I/O控制信号连接至光耦的引脚，光耦隔离输出端通过一12V电源供电，所述12V电源经一限流电阻连接至MOS管的栅极，MOS管的栅极和源极分别并联一电阻和一电容，所述12V电源与MOS管的漏极之间串联一二极管，MOS管的漏极连接至继电器的第二引脚，继电器的第一引脚接所述12V电源，继电器的第三、第四引脚为常开状态。

7.如权利要求1所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述A/D转换采集模块包括温度传感器和六孔磁珠，温度传感器的一端接入基准电源，另一端经过六空磁珠与一电阻串联后输出连接至所述单片机主控模块的单片机AD口，在六孔磁珠与一电阻之间串联另一电阻并接地，在所述另一电阻的两端并联一电容。

8.如权利要求4所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述总、分路电参量采集模块包括总路电参量采集电路和分路电参量采集电路，所述总路电参量采集电路包括集成电能芯片、电压互感器和电流互感器，交流电源输入端L线串联三个电阻后连接至电压互感器的一端，N线连接至电压互感器的另一端，电压互感器的输出经两个电阻后连接至集成电能芯片的VN引脚，采样得到的电压信号，经一电阻和一电容组成的滤波电路后，连接至集成电能芯片的VAP引脚，总路电流经过电流互感器输出的电流分别连接一电阻对地，并分别经所述滤波电路后连接至集成电能芯片的IAP、IAN引脚，同时在这两引脚并联一电容。

9.如权利要求8所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述分路电参量采集电路包括集成电能计量芯片，充电电流经一电流互感器后输出的两端分别连接一电感，再分别串联一电阻对地，经所述电感输出的两端分别经由电阻和电容组成的滤波电路后，连接至所述集成电能计量芯片的电流采样引脚，所述集成电能计量芯片将采集到的电流信息转换成数字量后存储至其内部寄存器中，所述单片机主控模块的单片机通过SPI通信读取所述寄存器中的数据。

10.如权利要求1所述的电动自行车共享充换电装置，其特征在于，所述4G无线通信模块、所述GPS定位模块以及所述BLE蓝牙通信模块均通过USART方式与所述单片机主控模块的单片机进行数据交互。

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