CN217720776U - 一种基于电力载波的充电系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及充电电路技术领域，具体涉及一种基于电力载波的充电系统，集中控制装置和充电设备之间通过电力线电连接和通信；集中控制装置用于控制充电设备对待充电设备进行充电，通过电力线实现通信数据的传输，相比现有的采用小无线、NB‑lot的通信形式信号传输更加稳定；比RS‑485的通信形式，无需架设通信通信设备和线缆，节约了硬件成本。基于电力线传输，不存在运营商网络升级或建筑物遮挡造成信号不稳定的情况，特别适用于移动网络较差的环境和地下停车场。

Description

一种基于电力载波的充电系统

技术领域

本申请涉及充电电路技术领域，具体涉及一种基于电力载波的充电系统。

背景技术

现有的充电系统基本都是基于NB-lot、小无线或RS-485通信来实现充电设备与总控制设备之间的信号传输，NB-lot、和小无线普遍存在网络稳定性差的问题。另外，移动网络由于网络升级，经常造成设备无法入网，或由于周围建筑物遮挡造成设备网络不稳定等情况。电力载波通信则可以完美解决以上问题。

实用新型内容

本申请提供一种基于电力载波的充电系统，其目的在于解决现有技术中的充电系统采用移动网络实现通信时通信不稳定的技术问题。

一种基于电力载波的充电系统,其特征在于，包括：集中控制装置和至少一台充电设备，所述集中控制装置和充电设备之间通过电力线电连接；所述集中控制装置用于控制所述充电设备对待充电设备进行充电；

所述充电设备包括信号处理电路模块，该信号处理电路模块包括耦合电路、限幅电路、信号收发电路、信号放大电路；所述耦合电路的输入端与电力线电连接，其输出端与所述限幅电路的输入端电连接，该耦合电路用于对电力线上传输的市电信号进行衰减，以输出载波信号；所述限幅电路的输出端与所述信号收发电路的输入端连接，该限幅电路用于对输入的载波信号进行降幅和滤波处理；信号收发电路用于接收滤波处理后的差分信号，信号收发电路的输出端与所述信号放大电路连接，所述信号放大电路用于对所述差分信号进行放大。

在一种实施例中，所述耦合电路包括：第一互感器T1、第二十电容C20、第二十一电容C21、第三十八电阻R38；

第一互感器T1的一次绕组的一端通过所述第二十电容C20与电力线的火线电连接，一次绕组的另一端与电力线的零线电连接；所述第一互感器T1的二次绕组的一端通过所述第二十一电容C21的一端连接，二次绕组的另一端接地；所述第三十八电阻R38的一端与所述二次绕组的一端连接，另一端用于输出载波信号。

在一种实施例中，所述限幅电路包括第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第三十二电容C32、第二电感L2、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第三二极管D3、第四二极管D4；

所述第二十五电容C25的一端用于接收载波信号，第二十五电容C25的另一端与所述第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端接地；所述第二十六电容C26的一端与所述第二电感L2的一端连接，另一端与所述第二十七电容C27的一端连接，所述第四十三电阻R43的一端与所述第二十六电容C26的另一端连接，第四十三电阻R43的另一端与所述第二电感L2的另一端连接；所述第三十二电容C32的一端与所述第四十三电阻R43的另一端连接；所述第四十四电阻R44的一端与所述第二十七电容C27的另一端连接，第四十四电阻R44的另一端与所述第三十二电容C32的另一端连接；所述第三二极管D3的正极与所述第四十四电阻R44的另一端连接，第三二极管D3的正极与所述第四十四电阻R44的另一端连接，第三二极管D3的负极与所述第四十四电阻R44的一端连接；所述第四二极管D4的正极与所述第三二极管D3的负极连接，第四二极管D4的负极与所述第三二极管D3的正极连接；所述第四十二电阻R42的一端与供电电源连接，另一端与所述第四二极管D4的负极连接；所述第四十五电阻R45的一端与所述第四十二电阻R42的一端连接，另一端接地；所述第四二极管D4的正极和负极为输出端，用于输出滤波处理后的差分信号。

在一种实施例中，所述充电设备包括MCU。

在一种实施例中，所述充电设备为充电桩。

依据上述实施例中的基于电力载波的充电系统，集中控制装置和充电设备之间通过电力线连接；集中控制装置用于控制充电设备对待充电设备进行充电，通过电力线实现通信信号的传输，相比现有的采用移动网络的形式信号传输更加稳定。同时无需架设移动网络通信设备和额外通信线缆，节约了硬件成本。基于电力线传输，不存在网络升级或建筑物遮挡造成信号不稳定的情况，特别适用于高层较多的小区和地下停车场。

本申请的充电设备包括信号处理电路模块，该信号处理电路模块包括耦合电路、限幅电路、信号收发电路、信号放大电路；耦合电路用于对电力线上传输的市电信号进行衰减，以输出载波信号；限幅电路用于对输入的载波信号进行降幅和滤波处理；信号收发电路的输出端与信号放大电路连接，信号放大电路用于对差分信号进行放大，这样通过各个电路对电力线传输的信号进行分离和处理，以实现通过电力线进行信号传输。

附图说明

图1为本申请实施例的充电系统整体结构示意图；

图2为本申请实施例的信号处理电路模块的整体电路结构框图；

图3为本申请实施例的信号采集电路中的芯片结构示意图；

图4为本申请实施例的信号采集电路结构示意图；

图5为本申请实施例的耦合电路结构示意图；

图6为本申请实施例的限幅电路结构示意图；

图7为本申请实施例的信号收发电路结构示意图；

图8为本申请实施例的信号放大电路结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式，各实施例所涉及的操作步骤也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的组成和/或顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。

本申请采用高频信号叠加于传统电力线传输，利用现有的电力线布线来传输信号，有效地降低了布线的成本，提高了信号传输的可靠性，是一种适用于高层较多的小区和地下停车场的充电网络。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供一种基于电力载波的充电系统,其包括：集中控制装置和至少一台充电设备，集中控制装置和充电设备之间通过电力线连接；集中控制装置用于控制充电设备对待充电设备进行充电。通过电力线实现通信信号的传输，相比现有的采用移动网络的形式信号传输更加稳定。同时无需架设移动网络通信设备和额外通信线缆，节约了硬件成本。

其中，如图2，充电设备包括信号处理电路模块，该信号处理电路模块包括耦合电路10、限幅电路11、信号收发电路12、信号放大电路13；耦合电路10的输入端与电力线电连接，其输出端与限幅电路11的输入端电连接，该耦合电路10用于将电力线上传输的数据信号耦合至电力线，以输出载波信号；限幅电路11的输出端与信号收发电路12的输入端连接，该限幅电路11用于对输入的载波信号进行限幅和滤波处理；信号收发电路12用于接收滤波处理后的差分信号及输出由MCU来的数据信号，信号收发电路12的输出端与信号放大电路13的输入端连接，信号放大电路13用于对载波数据信号进行放大。

其中，如图5，耦合电路包括：第一互感器T1、第二十电容C20、第二十一电容C21、第三十八电阻R38。第一互感器T1的一次绕组的一端通过第二十电容(C20)与电力线的火线电连接，一次绕组的另一端与电力线的零线电连接；第一互感器(T1)的二次绕组的一端通过第二十一电容(C21)的一端连接，二次绕组的另一端接地；第三十八电阻(R38)的一端与二次绕组的一端连接，另一端用于输出载波信号。耦合电路直接与电力线(即市电)连接，电力线上传输的载波信号经过第二十电容(C20)滤波后，再经过第一互感器T1进行强弱分离，将电力线上强电电路送来的信号经过第三十八电阻R38后从端口PLC_Rcv输入到限幅电路11中进行进一步的处理。另一方面，充电设备的采集的充电参数信号通过信号放大电路13处理后，从信号放大电路的PLC_AMP_TX端口输出给耦合电路，然后采集信号经过C21后耦合到第一互感器T1上，最后将充电设备的采集信号耦合至电力线上(即市电电路上)。其中，本实施例的限幅电路11包括第二十五电容C25、第二十六电容C26、第二十七电容C27、第三十二电容C32、第二电感L2、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第三二极管(D3)、第四二极管D4。第二十五电容C25的一端用于接收载波信号，第二十五电容C25的另一端与第二电感L2的一端连接，第二电感L2的另一端接地；第二十六电容C26的一端与第二电感L2的一端连接，另一端与第二十七电容C27的一端连接，第四十三电阻R43的一端与所述第二十六电容C26的另一端连接，第四十三电阻R43的另一端与所述第二电感L2的另一端连接；第三十二电容C32的一端与第四十三电阻R43的另一端连接；第四十四电阻R44的一端与第二十七电容C27的另一端连接，第四十四电阻R44的另一端与第三十二电容C32的另一端连接；第三二极管(D3)的正极与第四十四电阻R44的另一端连接，第三二极管(D3)的正极与第四十四电阻(R44)的另一端连接，第三二极管(D3)的负极与第四十四电阻(R44)的一端连接；第四二极管(D4)的正极与第三二极管(D3)的负极连接，第四二极管(D4)的负极与第三二极管(D3)的正极连接；第四十二电阻(R42)的一端与供电电源连接，另一端与第四二极管(D4)的负极连接；第四十五电阻(R45)的一端与第四十二电阻(R42)的一端连接，另一端接地；第四二极管(D4)的正极和负极为输出端，用于输出滤波处理后的差分信号。由电力线经分离电路来的上位机控制信号是有很大的变化幅度的，直接接入MT8201会造成器件损坏，D3、D4是双向限幅电路，将输入的信号幅度控制在1V以下，C25、C26、L2组成低通滤波电路，将高频通信信号以外的干扰滤除，然后经BL_RXP、BL_RXN送到MT8201。

本实施例的信号收发电路12如图7所示，信号收发电路12主要用于对电力线上传输的信号进行接收和发送，主要用于充电设备的MCU和集中控制装置之间进行通信。

如图7为本实施例的信号收发电路12电路图，信号收发电路12包括复位端子BL_RST，复位端子与单片机连接，接收单片机的复位信号，端子BL_INT是中断信号端子，用于接收单片机的中断信号；SPI1_SCK、SPI1_CS、SPI1_SDI、SPI1_SDO是SPI总线端子，SPI总线端子和单片机连接以进行通信，本实施例中单片机采用的MT8201做主处理器，由MCU来的采集信号通过SPI接口送到MT8201，从信号收发电路12的BL_TX端口输出到信号放大电路13，SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便。

如图3和图4为本申请实施例的信号采集电路，信号采集电路主要用于采集充电桩充电电流、电压、功率、电能、电量等电参数；图3中的芯片型号为BL0939，其对应的引脚和图4中的采集电路上的对应的端子连接，用于接收采集的充电参数信号。BL0939上的引脚1通过电容C3连接电力线的火线L、引脚2连接零线N。BL0939的引脚18和19分别为RX和TX，RX和TX接MCU，采集到的电参数通过串行接口TX、RX电路传送到处理器MCU中，图4中采集电路的端子IP1、IN1、IP2、IN2是两组电流采集回路，用于采集充电桩的电流值。采集电路的SW1和SW2接MCU，主要用于接收MCU的控制信号以控制继电器JDQ1和JDQ2的导通和关断。

如图8为本申请实施例的信号放大电路13电路图，本实施例的信号放大电路13如图8所示，信号收发电路12输出的载波信号从信号放大电路13的端口输入，PLC_TXEN端口是发送信号有效性控制接口，信号放大电路13的PLC_AMP_TX端口是信号输出端口，PLC_AMP_TX端口与耦合电路10上的对应端口连接，MCU采集的充电信号(包括充电状态参数)当PLC_TXEN端口有效时，BL_TX输入来的信号被Q3、Q4、Q5、Q6、Q7放大后输出到输出耦合电路，Q3、Q4、Q6、Q7组成复合功放管，当PLC_TXEN无效时，放大电路无输出，图8中L1表示磁珠。

本实施例中耦合电路10中，T1隔离了强电，C20与T1的原边构成滤波电路，去除市电对载波数据信号的干扰，从市电回路中得到的通信数据信号则通过R38送往限幅电路；放大电路来的数据信号经C21、T1耦合至市电线路。限幅电路11中，C25、C26、L2组成低通滤波电路，滤除载波数据信号中的低频干扰，D3、D4为钳位电路，使输出的数据信号幅度保持一致，避免损坏数据信号处理芯片。信号收发电路12由数据信号处理芯片MT8201及相应的外围元件构成，从限幅电路11来的数据信号BL_RXN、BL_RXP是一对差分信号，送往IC的31和32脚，经处理后由SPI接口输出至MCU；从MCU来的数据信号则由IC的27脚输出至信号放大电路13。信号放大电路13将MT8201来的数据信号放大后输出到耦合电路，然后输出至市电线路中。采用本实施例的充电系统，各设备通过电力线传输设备之间的通信，避免了传统的无线信号传输过程中的由于建筑物遮挡或网络升级等造成网络中断或不稳定。另外，无需专门的布设网络线路，节约了硬件成本。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (5)

1.一种基于电力载波的充电系统,其特征在于，包括：集中控制装置和至少一台充电设备，所述集中控制装置和充电设备之间通过电力线电连接和通信；所述集中控制装置通过电力载波控制所述充电设备对待充电设备进行充电；

所述充电设备包括信号处理电路模块，该信号处理电路模块包括耦合电路、限幅电路、信号收发电路、信号放大电路；所述耦合电路的输入端与电力线电连接，其输出端与所述限幅电路的输入端电连接，该耦合电路用于对电力线上传输的市电信号进行衰减，以输出载波信号；所述限幅电路的输出端与所述信号收发电路的输入端连接，该限幅电路用于对输入的载波信号进行降幅和滤波处理；信号收发电路用于接收滤波处理后的差分信号，信号收发电路的输出端与所述信号放大电路连接，所述信号放大电路用于对所述差分信号进行放大。

2.如权利要求1所述的基于电力载波的充电系统,其特征在于，所述耦合电路包括：第一互感器(T1)、第二十电容(C20)、第二十一电容(C21)、第三十八电阻(R38)；

所述第一互感器(T1)的一次绕组的一端通过所述第二十电容(C20)与电力线的火线电连接，一次绕组的另一端与电力线的零线电连接；所述第一互感器(T1)的二次绕组的一端通过所述第二十一电容(C21)的一端连接，二次绕组的另一端接地；所述第三十八电阻(R38)的一端与所述二次绕组的一端连接，另一端用于输出载波信号。

3.如权利要求1所述的基于电力载波的充电系统,其特征在于，所述限幅电路包括第二十五电容(C25)、第二十六电容(C26)、第二十七电容(C27)、第三十二电容(C32)、第二电感(L2)、第四十二电阻(R42)、第四十三电阻(R43)、第四十四电阻(R44)、第四十五电阻(R45)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)；

所述第二十五电容(C25)的一端用于接收载波信号，第二十五电容(C25)的另一端与所述第二电感(L2)的一端连接，第二电感(L2)的另一端接地；所述第二十六电容(C26)的一端与所述第二电感(L2)的一端连接，另一端与所述第二十七电容(C27)的一端连接，所述第四十三电阻(R43)的一端与所述第二十六电容(C26)的另一端连接，第四十三电阻(R43)的另一端与所述第二电感(L2)的另一端连接；所述第三十二电容(C32)的一端与所述第四十三电阻(R43)的另一端连接；所述第四十四电阻(R44)的一端与所述第二十七电容(C27)的另一端连接，第四十四电阻(R44)的另一端与所述第三十二电容(C32)的另一端连接；所述第三二极管(D3)的正极与所述第四十四电阻(R44)的另一端连接，第三二极管(D3)的正极与所述第四十四电阻(R44)的另一端连接，第三二极管(D3)的负极与所述第四十四电阻(R44)的一端连接；所述第四二极管(D4)的正极与所述第三二极管(D3)的负极连接，第四二极管(D4)的负极与所述第三二极管(D3)的正极连接；所述第四十二电阻(R42)的一端与供电电源连接，另一端与所述第四二极管(D4)的负极连接；所述第四十五电阻(R45)的一端与所述第四十二电阻(R42)的一端连接，另一端接地；所述第四二极管(D4)的正极和负极为输出端，用于输出滤波处理后的差分信号。

4.如权利要求1所述的基于电力载波的充电系统,其特征在于，所述充电设备包括MCU。

5.如权利要求1所述的基于电力载波的充电系统,其特征在于，所述充电设备为充电桩。

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