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CN106712228A - 一种电动汽车充电桩控制系统 - Google Patents

一种电动汽车充电桩控制系统 Download PDF

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CN106712228A CN201510790134.2A CN201510790134A CN106712228A CN 106712228 A CN106712228 A CN 106712228A CN 201510790134 A CN201510790134 A CN 201510790134A CN 106712228 A CN106712228 A CN 106712228A
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池继富
吴爱云
李毅
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Abstract

本发明涉及一种电动汽车充电桩控制系统，属于电动汽车充电领域。一种电动汽车充电桩控制系统，包括：微控制单元，用于实现对前端现场充电信息及数据的处理和控制，以及人机界面的交互和远程通信；三相交流输入保护单元，根据外部电网情况向微控制单元输出相应的过压、欠压和缺相信号；信号通信单元，用于实现微控制单元与人机界面、直流电源和汽车BMS电源系统之间的数据传输；开关信号检测单元，用于向继电器驱动单元和微控制单元输出充电信号；输出电压检测单元，用于反馈输出电压的参数；继电器驱动单元，用于控制充电桩中的各继电器的通断。本发明操作简单，并能够根据电网和汽车蓄电池的要求动态调整充电过程。

Description

一种电动汽车充电桩控制系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，特别涉及一种电动汽车充电桩控制系统。
背景技术
随着人类环境的变化和节能减排的呼声越来越高，绿色能源的开发成了当今社会的发展主题，而作为减少温室气体排放和减轻对原油进口依赖的解决方案之一，新能源汽车将成为各国汽车工业发展的大势所趋，其中尤以电动汽车受到世界各国的极大关注。
电动汽车是一种清洁、低碳型绿色车辆，主要采用动力蓄电池作为主要电源。现有的动力蓄电池容量有限，市场上使用的电动汽车一次充电后的续驶里程一般为100km至300km，然后需要更换新充满电池进行补给。随着人们对快速充电的迫切要求，大功率直流充电桩的使用越来越普遍。
现有的大功率直流充电桩结构简单，功能单一，不能很好地应对电网中突然出现的波动，导致汽车蓄电池寿命缩短；不能自动根据汽车蓄电池的要求输出符合的电压，需要人工调整，其智能性不高，操作麻烦。
发明内容
本发明的目的在于针对上述问题，提供了一种电动汽车充电桩控制系统，其操作简单，并能够根据电网和汽车蓄电池的要求动态调整充电过程。
本发明的目的是这样实现的：
一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，包括微控制单元、三相交流输入保护单元、信号通信单元、开关信号检测单元、输出电压检测单元和继电器驱动单元；
所述微控制单元，用于实现对前端现场充电信息及数据的处理和控制，以及人机界面的交互和远程通信；
所述三相交流输入保护单元，用于实现对三相交流输入的过压、欠压和缺相的检测，并向微控制单元输出相应的过压、欠压和缺相信号；
所述信号通信单元，用于实现微控制单元与人机界面、直流电源和汽车BMS电源系统之间的数据传输；
所述开关信号检测单元，用于通过检测充电枪按钮的电压变化，向继电器驱动单元充电或断电信号，并同时向微控制单元输出充电枪、汽车充电座和汽车BMS电源系统之间的连接状态信号；
所述输出电压检测单元，用于实现对直流电源输出参数的检测并反馈至微控制单元；
所述继电器驱动单元，用于根据微控制单元和开关信号检测单元的指令，控制充电桩中的各继电器的通断。
其中，所述三相交流输入保护单元包括过压检测电路、欠压检测电路和缺相检测电路；
所述过压检测电压通过对三相交流输入进行电压采样后，将采样电压与设定的基准高压进行比较后，向微控制单元输出相应的过压或非过压信号；
所述欠压检测电路将采样电压与设定的基准低压进行比较后，向微控制单元输出相应的欠压或非欠压信号；
所述缺相检测电路通过对三相交流输入进行零值电压采样后，将采样电压与设定的非零值的基准电压进行比较后，向微控制单元输出相应的缺相或非缺相信号。
其中，所述信号通信单元包括两条RS-232总线和一条CAN总线；所述两条RS-232总线分别用于实现微控制单元与人机界面和直流电源之间的数据传输；所述CAN总线用于实现微控制单元与汽车BMS电源系统之间的数据传输。
其中，所述信号通信单元还包括RS-485总线，用于实现微控制单元与只控制台之间的远程数据传输。
其中，所述开关信号检测单元包括继电器驱动信号检测模块和状态检测模块；
所述继电器驱动信号检测模块包括电阻一、电阻二、电阻三、电阻四、电阻五、电阻六、电阻七、比较器一和三极管；电阻一的一端与充电枪的按钮连接，电阻一的另一端接比较器一的同相输入端，比较器一的反相输入端分别经电阻二后接+12V电源和经电阻三后接地，比较器一的输出端分别经电阻四后接+12V电源和接电阻五的一端，电阻五的另一端分别接三极管的基极和经电阻六后接地，三级管的发射极接地，三极管的集电极经电阻七后接入继电器驱动单元；
所述状态检测模块包括电阻八、电阻九、电阻十、电阻十一、比较器二、电容和二极管；电阻八的一端和电阻九的一端并联后与充电枪的按钮连接，电阻八的另一端接+12V电源，电阻九的另一端接比较器二的同相输入端，比较器二的反相输入端与其输出端连接，比较器二的输出端还与电阻十的一端连接，电阻十的另一端分别接电阻十一的一端、电容的一端、二极管的正极和微控制单元，电阻十一的另一端和电容的另一端均接地，二极管的负极接+5V电源。
其中，所述人机界面为触摸式LCD屏。
本发明的有益效果为：
1)本发明具有电路保护功能，一旦外部电网出现过压、欠压和缺相等不稳定情况时，可以立即停止充电，以保护汽车蓄电池。
2)本发明具有输出电压检测功能，可将检测到的输出电压的参数和汽车蓄电池的参数作比较，然后自动调节输出电压，使其与需要充电的汽车蓄电池相匹配，实现了动态调整充电过程的目的。
3)本发明通过检测充电枪按钮上的电压变化判断充电状态，相对通过检测充电枪按钮的通断具有更好地稳定性，具有抗电磁干扰性。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中开关信号检测单元的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种电动汽车充电桩控制系统，包括微控制单元1、三相交流输入保护单元2、信号通信单元3、开关信号检测单元4、输出电压检测单元5和继电器驱动单元6。
其中：
微控制单元1，用于实现对前端现场充电信息及数据的处理和控制，以及人机界面的交互和远程通信。
三相交流输入保护单元2，用于实现对三相交流输入的过压、欠压和缺相的检测，并向微控制单元1输出相应的过压、欠压和缺相信号。
三相交流输入保护单元2具体包括过压检测电路、欠压检测电路和缺相检测电路。所述过压检测电压通过对三相交流输入进行电压采样后，将采样电压与设定的基准高压进行比较后，向微控制单元1输出相应的过压或非过压信号。所述欠压检测电路将所述采样电压与设定的基准低压进行比较后，向微控制单元1输出相应的欠压或非欠压信号。所述缺相检测电路通过对三相交流输入进行零值电压采样后，将采样电压与设定的非零值的基准电压进行比较后，向微控制单元1输出相应的缺相或非缺相信号。
当三相交流输入保护单元2向微控制单元1输出过压、欠压和缺相信号中任意一种或两种时，微控制单元1会发出停止充电的指令，以防损坏汽车蓄电池。
信号通信单元3，用于实现微控制单元1与人机界面、直流电源和汽车BMS电源系统之间的数据传输。
信号通信单元3具体包括两条RS-232总线、一条CAN总线和一条RS-485总线。所述两条RS-232总线分别用于实现微控制单元1与人机界面和直流电源之间的数据传输，主要涉及接收人机界面上用户输入的指令，获取的直流电源的电参数，将获取的直流电源的电参数和汽车BMS电源系统中的信息传输至人机界面上显示等。所述CAN总线用于实现微控制单元1与汽车BMS电源系统之间的数据传输，主要是用于读取汽车BMS电源系统中的信息。所述RS-485总线为备用总线，主要用于实现微控制单元1与只控制台之间的远程数据传输。
开关信号检测单元4，用于通过检测充电枪按钮的电压变化，向继电器驱动单元6充电或断电信号，并同时向微控制单元1输出充电枪、汽车充电座和汽车BMS电源系统三者之间的连接状态信号。
开关信号检测单元4具体包括继电器驱动信号检测模块和状态检测模块。
如图2所示，继电器驱动信号检测模块包括电阻一R1、电阻二R2、电阻三R3、电阻四R4、电阻五R5、电阻六R6、电阻七R7、比较器一U1和三极管Q；电阻一R1的一端与充电枪的按钮连接，电阻一R1的另一端接比较器一U1的同相输入端，比较器一U1的反相输入端分别经电阻二R2后接+12V电源和经电阻三R3后接地，比较器一U1的输出端分别经电阻四R4后接+12V电源和接电阻五R5的一端，电阻五R5的另一端分别接三极管Q的基极和经电阻六R6后接地，三级管的发射极接地，三极管Q的集电极经电阻七R7后接入继电器驱动单元6。
本发明中，当充电枪与汽车充电座连接并按下充电枪上的按钮时，表示充电枪、汽车充电座和汽车BMS电源系统三者连接完成时，此时为可充电状态，充电枪上的按钮处的电压为4V；当充电枪与汽车充电座连接但未按下充电枪上的按钮时，表示充电枪和汽车充电座连接完成，单并未与汽车BMS电源系统相通，此时为不可充电状态，充电枪上的按钮处的电压为6V；当充电枪悬空时，充电枪上的按钮处的电压为12V。
根据本发明中所使用的充电枪的特性，调节电阻二R2和电阻三R3的阻值，使得比较器一U1的反相输入端的电压控制在4-6V之间，这里具体是该端电压为5V。因而，当充电枪上的按钮处的电压为4V时，即可充电状态时，比较器一U1的输出是0V，使得三极管Q截止，向继电器驱动单元6输出充电信号。当充电枪上的按钮处的电压为6V或12V时，均为不可充电状态，比较器一U1的输出为非0V，使得三极管Q导通，向继电器驱动单元6输出断电信号。
状态检测模块包括电阻八R8、电阻九R9、电阻十R10、电阻十一R11、比较器二U2、电容C和二极管D；电阻八R8的一端和电阻九R9的一端并联后与充电枪的按钮连接，电阻八R8的另一端接+12V电源，电阻九R9的另一端接比较器二U2的同相输入端，比较器二U2的反相输入端与其输出端连接，比较器二U2的输出端还与电阻十R10的一端连接，电阻十R10的另一端分别接电阻十一R11的一端、电容C的一端、二极管D的正极和微控制单元1，电阻十一R11的另一端和电容C的另一端均接地，二极管D的负极接+5V电源。
在状态检测模块中，充电枪上的按钮处的电压同上，分别为4V、6V或12V，分别表示充电枪、汽车充电座和汽车BMS电源系统三者相连状态，仅充电枪和汽车充电座两者相连状态，以及充电枪悬空状态，根据检测到的这三种不同的电压，比较器二U2的输出端会向微控制单元1输出与这三种状态相对应的不同的电压值，以使微控制单元1可以判断出充电枪、汽车充电座和汽车BMS电源系统三者之间的连接状态。
输出电压检测单元5，用于实现对直流电源输出参数的检测并反馈至微控制单元1。微控制单元1会将接收到的直流电源输出参数与从汽车BMS电源系统中获取的汽车蓄电池的参数作比对，若误差超过预设值，则向直流电源发出相应的调整指令，以保证直流电源的输出符合汽车蓄电池的参数，实现动态调整充电过程的目的。
继电器驱动单元6，用于根据微控制单元1和开关信号检测单元4的指令，控制充电桩中的各继电器的通断。
为了方便用户输入指令，本发明中的人机界面具体采用触摸式LCD屏。

Claims (6)

1.一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，包括微控制单元(1)、三相交流输入保护单元(2)、信号通信单元(3)、开关信号检测单元(4)、输出电压检测单元(5)和继电器驱动单元(6)；
所述微控制单元(1)，用于实现对前端现场充电信息及数据的处理和控制，以及人机界面的交互和远程通信；
所述三相交流输入保护单元(2)，用于实现对三相交流输入的过压、欠压和缺相的检测，并向微控制单元(1)输出相应的过压、欠压和缺相信号；
所述信号通信单元(3)，用于实现微控制单元(1)与人机界面、直流电源和汽车BMS电源系统之间的数据传输；
所述开关信号检测单元(4)，用于通过检测充电枪按钮的电压变化，向继电器驱动单元(6)充电或断电信号，并同时向微控制单元(1)输出充电枪、汽车充电座和汽车BMS电源系统三者之间的连接状态信号；
所述输出电压检测单元(5)，用于实现对直流电源输出参数的检测并反馈至微控制单元(1)；
所述继电器驱动单元(6)，用于根据微控制单元(1)和开关信号检测单元(4)的指令，控制充电桩中的各继电器的通断。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述三相交流输入保护单元(2)包括过压检测电路、欠压检测电路和缺相检测电路；
其中：
所述过压检测电压通过对三相交流输入进行电压采样后，将采样电压与设定的基准高压进行比较后，向微控制单元(1)输出相应的过压或非过压信号；
所述欠压检测电路将所述采样电压与设定的基准低压进行比较后，向微控制单元(1)输出相应的欠压或非欠压信号；
所述缺相检测电路通过对三相交流输入进行零值电压采样后，将采样电压与设定的非零值的基准电压进行比较后，向微控制单元(1)输出相应的缺相或非缺相信号。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述信号通信单元(3)包括两条RS-232总线和一条CAN总线；所述两条RS-232总线分别用于实现微控制单元(1)与人机界面和直流电源之间的数据传输；所述CAN总线用于实现微控制单元(1)与汽车BMS电源系统之间的数据传输。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述信号通信单元(3)还包括RS-485总线，用于实现微控制单元(1)与只控制台之间的远程数据传输。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述开关信号检测单元(4)包括继电器驱动信号检测模块和状态检测模块；
所述继电器驱动信号检测模块包括电阻一(R1)、电阻二(R2)、电阻三(R3)、电阻四(R4)、电阻五(R5)、电阻六(R6)、电阻七(R7)、比较器一(U1)和三极管(Q)；电阻一(R1)的一端与充电枪的按钮连接，电阻一(R1)的另一端接比较器一(U1)的同相输入端，比较器一(U1)的反相输入端分别经电阻二(R2)后接+12V电源和经电阻三(R3)后接地，比较器一(U1)的输出端分别经电阻四(R4)后接+12V电源和接电阻五(R5)的一端，电阻五(R5)的另一端分别接三极管(Q)的基极和经电阻六(R6)后接地，三级管的发射极接地，三极管(Q)的集电极经电阻七(R7)后接入继电器驱动单元(6)；
所述状态检测模块包括电阻八(R8)、电阻九(R9)、电阻十(R10)、电阻十一(R11)、比较器二(U2)、电容(C)和二极管(D)；电阻八(R8)的一端和电阻九(R9)的一端并联后与充电枪的按钮连接，电阻八(R8)的另一端接+12V电源，电阻九(R9)的另一端接比较器二(U2)的同相输入端，比较器二(U2)的反相输入端与其输出端连接，比较器二(U2)的输出端还与电阻十(R10)的一端连接，电阻十(R10)的另一端分别接电阻十一(R11)的一端、电容(C)的一端、二极管(D)的正极和微控制单元(1)，电阻十一(R11)的另一端和电容(C)的另一端均接地，二极管(D)的负极接+5V电源。
6.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩控制系统，其特征在于，所述人机界面为触摸式LCD屏。
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