CN215153981U - 一种具备检测功能的充电管理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了电动汽车技术领域的一种具备检测功能的充电管理装置，包括一单片机、一电源模块、一隔离模块、一检测模块、一通信模块、一电表、一加密模块、一存储扩展模块以及一显示扩展模块；所述单片机分别与电源模块、隔离模块、通信模块电表、加密模块、存储扩展模块以及显示扩展模块连接；所述检测模块与隔离模块连接。本实用新型的优点在于：实现集成充电检测和管理功能，进而极大的提升了充电效率，极大的降低了充电成本。

Description

一种具备检测功能的充电管理装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别指一种具备检测功能的充电管理装置。

背景技术

电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆，由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。随着电动汽车的发展，电动汽车的充电需求与日俱增，充电桩的建设数量呈现爆炸式增长。

充电桩在对电动汽车进行充电时，需要利用充电管理装置对充电的过程进行管理，例如计费管理、充电数据安全管理、和电动汽车进行通信等。然而，传统的充电管理装置仅具备一些基本的数据管理功能，不具备检测功能。

为了确保充电的安全性，在给电动汽车进行充电前，需要进行一些列的检测，由于传统的充电管理装置无法进行绝缘检测、CAN信号波形检测等相关检测，相关检测还需使用另外的设备进行，例如使用绝缘检测仪进行绝缘检测，利用CAN采集卡进行CAN信号波形检测，由于要连接和操作不同的设备，极大的影响了充电效率，且分别购买设备成本高昂，最终转嫁到用户身上，造成不好的用户体验。

因此，如何提供一种具备检测功能的充电管理装置，实现集成充电检测和管理功能，进而提升充电效率，降低充电成本，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种具备检测功能的充电管理装置，实现集成充电检测和管理功能，进而提升充电效率，降低充电成本。

本实用新型是这样实现的：一种具备检测功能的充电管理装置，包括一单片机、一电源模块、一隔离模块、一检测模块、一通信模块、一电表、一加密模块、一存储扩展模块以及一显示扩展模块；

所述单片机分别与电源模块、隔离模块、通信模块电表、加密模块、存储扩展模块以及显示扩展模块连接；所述检测模块与隔离模块连接；

所述检测模块包括一FPGA、至少一绝缘及电压检测单元、至少一辅助电源检测单元、至少一CAN信号采集检测单元、一有源晶振、一存储单元以及一开关组；

所述FPGA分别与绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元、CAN信号采集检测单元、有源晶振、存储单元以及开关组连接；所述开关组分别与绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元以及CAN信号采集检测单元连接。

进一步地，所述电源模块包括一电源输入单元以及一电源隔离芯片；

所述电源隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述电源输入单元连接。

进一步地，所述隔离模块包括一第一隔离芯片以及一第二隔离芯片；

所述第一隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述FPGA的引脚1连接；所述第二隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述FPGA的引脚2连接。

进一步地，所述通信模块包括一CAN接口、一以太网接口、一4G通信单元、一5G通信单元、一wifi通信单元以及一蓝牙通信单元；

所述CAN接口、以太网接口、4G通信单元、5G通信单元、wifi通信单元以及蓝牙通信单元均与单片机连接。

进一步地，所述加密模块包括一ESAM芯片以及一PSAM芯片；

所述ESAM芯片以及PSAM芯片均分别与单片机连接。

进一步地，所述存储扩展模块包括一SD启动键、一SD卡槽、一TF卡槽以及一USBHOST接口；所述SD启动键、SD卡槽、TF卡槽以及USB HOST接口均分别与单片机连接；

所述显示扩展模块包括一LVDS接口以及一并行接口；所述LVDS接口以及并行接口均分别与单片机连接。

进一步地，所述绝缘及电压检测单元包括一第三隔离芯片、一反相器、一第一ADC芯片、一第一运放以及一第二运放；

所述第三隔离芯片的引脚1与FPGA的引脚7连接，引脚2与反相器连接，引脚3与FPGA的引脚8连接，引脚4与第一ADC芯片的引脚1连接；所述第一ADC芯片的引脚2与第一运放的引脚1连接，引脚3与第二运放的引脚1连接；所述反相器、第一运放以及第二运放均与开关组连接。

进一步地，所述辅助电源检测单元包括一第四隔离芯片、一第二ADC芯片以及一第三运放；

所述第四隔离芯片的一端与FPGA的引脚9连接，另一端与所述第二ADC芯片连接；所述第三运放的一端与第二ADC芯片连接，另一端与所述开关组连接。

进一步地，所述CAN信号采集检测单元包括一CAN总线控制芯片、一CAN隔离芯片、一第一高速ADC、一第二高速ADC、一第一高速运放以及一第二高速运放；

所述CAN总线控制芯片的一端与FPGA的引脚10连接，另一端与所述CAN隔离芯片连接；所述第一高速ADC的一端与FPGA的引脚11连接，另一端与所述第一高速运放连接；所述第二高速ADC的一端与FPGA的引脚12连接，另一端与所述第二高速运放连接；所述CAN隔离芯片、第一高速运放以及第二高速运放均与开关组连接。

进一步地，所述开关组包括一第一双刀开关K1、一第二双刀开关K2、一第三双刀开关K3、一第四双刀开关K4以及一第五双刀开关K5；

所述第一双刀开关K1以及第二双刀开关K2的一端与绝缘及电压检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第三双刀开关K3的一端与辅助电源检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第四双刀开关K4的一端与CAN信号采集检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第五双刀开关K5分别与CAN信号采集检测单元、第四双刀开关K4以及FPGA连接。

本实用新型的优点在于：

通过设置检测模块、通信模块、电表以及加密模块，且检测模块包括绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元以及CAN信号采集检测单元，使得充电管理装置能够进行充电枪的绝缘检测、充电枪的连接状态检测、辅助电源的状态检测、CAN信号的采集与检测、计费管理、充电数据安全管理、和电动汽车进行通信等，即集成了充电检测和管理功能，相对于传统上分别操作不同的设备，简化了操作流程，进而极大的提升了充电效率，相对于传统上分别单独购买设备，降低了设备购买费用的支出，进而极大的降低了充电成本。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型一种具备检测功能的充电管理装置的电路原理框图。

图2是本实用新型检测模块的电路图。

图3是本实用新型加密模块的电路原理框图。

图4是本实用新型通信模块的电路原理框图。

图5是本实用新型存储扩展模块的电路原理框图。

图6是本实用新型显示扩展模块的电路原理框图。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种具备检测功能的充电管理装置，解决了现有技术中充电管理装置无法进行绝缘检测、CAN信号波形检测等相关检测，相关检测还需使用另外的设备进行，极大的影响了充电效率，且分别购买设备成本高昂的技术问题，实现了集成充电检测和管理功能，进而极大的提升了充电效率，极大的降低了充电成本的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：通过设置检测模块、通信模块、电表以及加密模块，集成充电检测和管理功能，简化充电前的操作流程，以提升充电效率，降低充电成本。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参照图1至图6所示，本实用新型一种具备检测功能的充电管理装置的较佳实施例，包括一单片机、一电源模块、一隔离模块、一检测模块、一通信模块、一电表、一加密模块、一存储扩展模块以及一显示扩展模块；所述单片机用于控制充电管理装置的工作，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的单片机即可，并不限于何种型号，例如ST公司的STM32F103系列的单片机，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；所述电源模块用于给充电管理装置供电；所述隔离模块用于对单片机和FPGA之间的SPI信号、I NT信号、RESET信号进行隔离，避免信号间的干扰；所述检测模块用于检测充电过程的报文信息(例如电压、温度等信息)，形成虚拟充电过程订单，并对报文信息进行解析判断充电电压和电流等参数是否在安全预警范围，用于充电枪的绝缘检测、充电枪的连接状态检测、辅助电源的状态检测、CAN信号的采集与检测；所述通信模块用于与电动汽车或者云服务器将那些通信；所述电表设于交流电源的输出端，用于对电动汽车的耗电量进行计费；所述加密模块用于对充电数据以及计费数据进行加密。

所述单片机分别与电源模块、隔离模块、通信模块电表、加密模块、存储扩展模块以及显示扩展模块连接；所述检测模块与隔离模块连接；

所述检测模块包括一FPGA(现场可编程逻辑门阵列)、至少一绝缘及电压检测单元、至少一辅助电源检测单元、至少一CAN信号采集检测单元、一有源晶振、一存储单元以及一开关组；所述FPGA用于控制绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元、CAN信号采集检测单元以及开关组的工作，采集检测数据存储至存储单元发送给单片机进行分析，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的FPGA即可，并不限于何种型号，例如EP4CE15F1717N，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；所述有源晶振用于产生震荡信号；所述绝缘及电压检测单元用于进行充电枪的绝缘检测、充电枪的连接状态检测；所述辅助电源检测单元用于辅助电源的状态检测；所述CAN信号采集检测单元用于CAN信号的采集与检测；所述开关组用于开关各功能模块执行对应的检测功能，一端与充电枪的DC-、PE、CC1、CC2、A+、A-、CANH、CANL引脚连接；其中DC-引脚用于连接直流电源负极以及电池负极，PE引脚用于保护接地，CC1和CC2引脚用于充电连接确认，A+和A-引脚用于对辅助电源进行电压采样，CANH和CANL引脚用于CAN通信，为国标规定的标准。

所述FPGA分别与绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元、CAN信号采集检测单元、有源晶振、存储单元以及开关组连接；所述开关组分别与绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元以及CAN信号采集检测单元连接。

所述电源模块包括一电源输入单元以及一电源隔离芯片；所述电源隔离芯片用于电压转换以保护单片机；

所述电源隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述电源输入单元连接。

所述隔离模块包括一第一隔离芯片以及一第二隔离芯片；所述第一隔离芯片用于对SIP信号进行隔离保护，型号优选为SI8441BB-D-IS；所述第二隔离芯片用于对INT信号、RESET信号进行隔离保护，型号优选为ADUM1201A；

所述第一隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述FPGA的引脚1连接；所述第二隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述FPGA的引脚2连接。

所述存储模块包括一第一FLASH、一第二FLASH以及一SDRAM；所述第一FLASH用于存储FPGA的配置数据；所述第二FLASH用于存储FPGA的检测数据；

所述第一FLASH、第二FLASH以及SDRAM分别与FPGA的引脚4、5、6连接。

所述通信模块包括一CAN接口、一以太网接口、一4G通信单元、一5G通信单元、一wifi通信单元以及一蓝牙通信单元；所述CAN接口用于连接充电控制器进行功率的控制；

所述CAN接口、以太网接口、4G通信单元、5G通信单元、wifi通信单元以及蓝牙通信单元均与单片机连接。

所述加密模块包括一ESAM芯片以及一PSAM芯片；所述ESAM芯片用于对传输的数据进行加密；所述PSAM芯片用于对计费数据进行加密；

所述ESAM芯片以及PSAM芯片均分别与单片机连接。

所述存储扩展模块包括一SD启动键、一SD卡槽、一TF卡槽以及一USB HOST接口；所述SD启动键、SD卡槽、TF卡槽以及USB HOST接口均分别与单片机连接；所述SD启动键用于启动读取SD卡槽内存储的程序并进行烧录，不必借用专用的烧录工具(例如Jlink)进行刷机，进而提示程序烧录的效率；

所述显示扩展模块包括一LVDS接口以及一并行接口；所述LVDS接口以及并行接口均分别与单片机连接。所述LVDS接口用于连接高清LCD显示屏。

所述绝缘及电压检测单元包括一第三隔离芯片、一反相器、一第一ADC芯片、一第一运放以及一第二运放；所述第三隔离芯片的型号优选为ADUM6401；所述反相器的型号优选为SN74HC14；所述第一ADC芯片的型号优选为ADS1118；

所述第三隔离芯片的引脚1与FPGA的引脚7连接，引脚2与反相器连接，引脚3与FPGA的引脚8连接，引脚4与第一ADC芯片的引脚1连接；所述第一ADC芯片的引脚2与第一运放的引脚1连接，引脚3与第二运放的引脚1连接；所述反相器、第一运放以及第二运放均与开关组连接。

所述辅助电源检测单元包括一第四隔离芯片、一第二ADC芯片以及一第三运放；所述第四隔离芯片的型号优选为ADUM6401；所述第二ADC芯片的型号优选为ADS1118；

所述第四隔离芯片的一端与FPGA的引脚9连接，另一端与所述第二ADC芯片连接；所述第三运放的一端与第二ADC芯片连接，另一端与所述开关组连接。

所述CAN信号采集检测单元包括一CAN总线控制芯片、一CAN隔离芯片、一第一高速ADC、一第二高速ADC、一第一高速运放以及一第二高速运放；所述CAN总线控制芯片用于CAN信号和SPI信号的互转，型号优选为MCP2515；所述CAN隔离芯片的型号优选为ADUM3053；所述第一高速ADC以及第二高速ADC的型号优选为3PA1030；所述第一高速运放以及第二高速运放的型号优选为LMH6639；

所述CAN总线控制芯片的一端与FPGA的引脚10连接，另一端与所述CAN隔离芯片连接；所述第一高速ADC的一端与FPGA的引脚11连接，另一端与所述第一高速运放连接；所述第二高速ADC的一端与FPGA的引脚12连接，另一端与所述第二高速运放连接；所述CAN隔离芯片、第一高速运放以及第二高速运放均与开关组连接。

所述开关组包括一第一双刀开关K1、一第二双刀开关K2、一第三双刀开关K3、一第四双刀开关K4以及一第五双刀开关K5；

所述第一双刀开关K1以及第二双刀开关K2的一端与绝缘及电压检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第三双刀开关K3的一端与辅助电源检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第四双刀开关K4的一端与CAN信号采集检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第五双刀开关K5分别与CAN信号采集检测单元、第四双刀开关K4以及FPGA连接。

即所述第一双刀开关K1的引脚1与反相器以及第一运放的引脚2连接，引脚2与第一运放的引脚3连接，控制端与FPGA连接；所述第二双刀开关K2的引脚1与第二运放的引脚2连接，引脚2与第二运放的引脚3连接，控制端与FPGA连接；所述第三双刀开关K3的引脚1与第三运放的引脚2连接，引脚2与第三运放的引脚3连接，控制端与FPGA连接；所述第四双刀开关K4的引脚1与CAN隔离芯片的引脚2连接，引脚2与CAN隔离芯片的引脚3连接，控制端与FPGA连接；所述第五双刀开关K5的引脚1与CAN隔离芯片的引脚2以及第四双刀开关K4的引脚1连接，引脚2与CAN隔离芯片的引脚3、第四双刀开关K4的引脚3连接，引脚3与第二高速运放连接，引脚4与第一高速运放连接，控制端与FPGA连接。

所述第一双刀开关K1、第二双刀开关K2、第三双刀开关K3、第四双刀开关K4以及第五双刀开关K5均为继电器。

本实用新型工作原理：

所述单片机控制检测模块对充电枪进行绝缘检测，对充电枪进行连接状态检测，对辅助电源进行状态检测，对CAN信号进行采集与检测合格后，通过所述通信模块向充电控制器发送充电命令开始对电动汽车进行充电，并通过所述电表采集电动汽车的充电数据，利用所述加密模块对充电数据进行加密，通过所述显示扩展模块连接显示屏实时展示充电数据。

充电枪的绝缘检测：

所述FPGA闭合第一双刀开关K1，通过引脚7给所述第三隔离芯片输出PWM的电流信号后，经过所述反相器的反相后，加载在所述第一双刀开关K1上，所述第一运放采集第一双刀开关K1两端的电压并进行放大后，通过所述第一ADC芯片转换为数字信号(电压信号)，再由所述第三隔离芯片传输至FPGA；所述FPGA通过输出的电流信号和采集的电压信号计算绝缘电阻，并与预设的电阻阈值进行比对，完成绝缘检测。

充电枪的连接状态检测：

所述FPGA闭合第二双刀开关K2后，依次通过所述第三隔离芯片、第一ADC芯片以及第二运放采集第二双刀开关K2的电压，通过电压的变化判断充电枪的连接状态。

辅助电源的状态检测：

所述FPGA闭合第三双刀开关K3后，依次通过所述第四隔离芯片、第二ADC芯片、第三运放以及第三双刀开关K3采集辅助电源实际的输出电压，并与预设的输出电压进行比对，进而对辅助电源的状态进行检测。

CAN信号的采集与检测：

所述FPGA闭合第四双刀开关K4后，所述CAN隔离芯片将采集的CAN信号传输给CAN总线控制芯片，所述CAN总线控制芯片将CAN信号转换为SPI信号后传输给FPGA，所述FPGA将SPI信号再传递给单片机进行交互，完成CAN信号的采集。

所述FPGA闭合第五双刀开关K5后，依次通过所述第一高速ADC以及第一高速运放采集CANH信号，依次通过所述第二高速ADC以及第二高速运放采集CANL信号，所述FPGA将CANH信号减去CANL信号得到CAN信号(差分信号)，并传输给所述单片机进行检测分析。

综上所述，本实用新型的优点在于：

通过设置检测模块、通信模块、电表以及加密模块，且检测模块包括绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元以及CAN信号采集检测单元，使得充电管理装置能够进行充电枪的绝缘检测、充电枪的连接状态检测、辅助电源的状态检测、CAN信号的采集与检测、计费管理、充电数据安全管理、和电动汽车进行通信等，即集成了充电检测和管理功能，相对于传统上分别操作不同的设备，简化了操作流程，进而极大的提升了充电效率，相对于传统上分别单独购买设备，降低了设备购买费用的支出，进而极大的降低了充电成本。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：包括一单片机、一电源模块、一隔离模块、一检测模块、一通信模块、一电表、一加密模块、一存储扩展模块以及一显示扩展模块；

所述单片机分别与电源模块、隔离模块、通信模块电表、加密模块、存储扩展模块以及显示扩展模块连接；所述检测模块与隔离模块连接；

所述检测模块包括一FPGA、至少一绝缘及电压检测单元、至少一辅助电源检测单元、至少一CAN信号采集检测单元、一有源晶振、一存储单元以及一开关组；

所述FPGA分别与绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元、CAN信号采集检测单元、有源晶振、存储单元以及开关组连接；所述开关组分别与绝缘及电压检测单元、辅助电源检测单元以及CAN信号采集检测单元连接。

2.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述电源模块包括一电源输入单元以及一电源隔离芯片；

所述电源隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述电源输入单元连接。

3.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述隔离模块包括一第一隔离芯片以及一第二隔离芯片；

所述第一隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述FPGA的引脚1连接；所述第二隔离芯片的一端与单片机连接，另一端与所述FPGA的引脚2连接。

4.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述通信模块包括一CAN接口、一以太网接口、一4G通信单元、一5G通信单元、一wifi通信单元以及一蓝牙通信单元；

所述CAN接口、以太网接口、4G通信单元、5G通信单元、wifi通信单元以及蓝牙通信单元均与单片机连接。

5.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述加密模块包括一ESAM芯片以及一PSAM芯片；

所述ESAM芯片以及PSAM芯片均分别与单片机连接。

6.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述存储扩展模块包括一SD启动键、一SD卡槽、一TF卡槽以及一USB HOST接口；所述SD启动键、SD卡槽、TF卡槽以及USB HOST接口均分别与单片机连接；

所述显示扩展模块包括一LVDS接口以及一并行接口；所述LVDS接口以及并行接口均分别与单片机连接。

7.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述绝缘及电压检测单元包括一第三隔离芯片、一反相器、一第一ADC芯片、一第一运放以及一第二运放；

所述第三隔离芯片的引脚1与FPGA的引脚7连接，引脚2与反相器连接，引脚3与FPGA的引脚8连接，引脚4与第一ADC芯片的引脚1连接；所述第一ADC芯片的引脚2与第一运放的引脚1连接，引脚3与第二运放的引脚1连接；所述反相器、第一运放以及第二运放均与开关组连接。

8.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述辅助电源检测单元包括一第四隔离芯片、一第二ADC芯片以及一第三运放；

所述第四隔离芯片的一端与FPGA的引脚9连接，另一端与所述第二ADC芯片连接；所述第三运放的一端与第二ADC芯片连接，另一端与所述开关组连接。

9.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述CAN信号采集检测单元包括一CAN总线控制芯片、一CAN隔离芯片、一第一高速ADC、一第二高速ADC、一第一高速运放以及一第二高速运放；

所述CAN总线控制芯片的一端与FPGA的引脚10连接，另一端与所述CAN隔离芯片连接；所述第一高速ADC的一端与FPGA的引脚11连接，另一端与所述第一高速运放连接；所述第二高速ADC的一端与FPGA的引脚12连接，另一端与所述第二高速运放连接；所述CAN隔离芯片、第一高速运放以及第二高速运放均与开关组连接。

10.如权利要求1所述的一种具备检测功能的充电管理装置，其特征在于：所述开关组包括一第一双刀开关K1、一第二双刀开关K2、一第三双刀开关K3、一第四双刀开关K4以及一第五双刀开关K5；

所述第一双刀开关K1以及第二双刀开关K2的一端与绝缘及电压检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第三双刀开关K3的一端与辅助电源检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第四双刀开关K4的一端与CAN信号采集检测单元连接，另一端与所述FPGA连接；所述第五双刀开关K5分别与CAN信号采集检测单元、第四双刀开关K4以及FPGA连接。

Images