CN103427458A - 一种具有多输出功能的充电桩 - Google Patents
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Abstract
一种具有多输出功能的充电桩，它包括充电桩本体和控制部分，所述控制部分包括主控单元以及分别与之连接的通信模块、监控板、数字电表、人机交互装置、读卡器模块、存储模块、充电模块组、输出滤波模块、电压控制模块、调制均流模块、BMS监控模块、保护模块和微型打印机。本发明在充电机原有充电功能的基础上，增加了多路并联、同步输出的高效率工作方式，最多可以达到八输出口同时工作；增加了谐波过滤功能，减少充电桩谐波对通信的影响，设备具有较高可靠性和良好的可维护性，并且响应快，传输速度快，适用于大范围推广。本发明不仅能够同时为多辆电动汽车进行充电，而且能够对多路输出进行统一管理，科学协调，实现了有序充电控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充电桩，具体地说是一种具有多输出功能的充电桩。
背景技术
世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭，对能源供应商、工业企业及消费者都提出了新的挑战，尽可能以高效和可持续的方式使用能源成为了当务之急，而电动汽车正具备这种巨大的节能潜力。在整个电动汽车能源转换链中，充电桩是一个关键环节，必须实现高速度、低损耗输电。
目前的电动汽车充电桩一般采用一桩一充电枪的设计，因充电需要较长时间，所以要扩大充电能力必须安装更多的充电桩，这将面临设备成本、空间成本和维护成本过高等多方面的问题。
在申请号为201020656681.4名称为一种带有多路控制多充电插口的电动汽车充电桩的实用新型专利中，通过多路充电插口控制模块和多个监控板实现多路控制和多充电插口，同时满足多台车辆同时充电的需求。但是，这种方式缺少对电压分配、充电过程支路控制的功能，在实用性和方便性上有很大欠缺。
大功率电动汽车充电机运行时会产生很大谐波对电网造成污染；多输出充电桩运行时该现象更为严重，且各输出口的电压控制问题、均流问题、电机的运转控制问题，多路监控数据的协调处理问题等，都亟需解决。
发明内容
针对上述不足，本发明提供了一种具有多输出功能的充电桩，其不仅能够实现单路输入多路输出，同时为多辆电动汽车进行充电，而且能够对多路输出进行统一管理，科学协调，实现有序充电控制。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种具有多输出功能的充电桩，包括充电桩本体和控制部分，其特征是，所述控制部分包括主控单元、通信模块、监控板、数字电表、人机交互装置、读卡器模块、存储模块、充电模块组、输出滤波模块、电压控制模块、调制均流模块、BMS监控模块、保护模块和微型打印机；
所述通信模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，并与设置在服务中心的服务器端双向通信连接；
所述监控板包括包括电池监控单元、充电监控单元、充电机监控单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元，所述的包括电池监控单元、充电监控单元、充电机监控单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元通过RS485总线和/或CAN总线和/或RJ45总线与主控单元双向通信连接；
所述数字电表通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述人机交互装置通过VGA总线与主控单元双向通信连接；
所述读卡器模块通过RS232总线与主控单元双向通信连接；
所述存储模块通过PC104总线与主控单元双向通信连接；
所述充电模块组通过CAN总线与主控单元双向通信连接；
所述输出滤波模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述电压控制模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述调制均流模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述BMS监控模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，通过CAN总线与电动汽车的车载电池管理系统双向通信连接；
所述保护模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述微型打印机通过RS232或RS485总线与主控单元双向通信连接。
进一步地，所述充电桩本体包括桩体和通过电缆与桩体连接的若干个充电枪；所述桩体下端设置有底座，上端设置有伞状顶棚，所述充电枪分别设置在桩体的各个侧面且充电枪的控制器通过CAN总线与充电模块组双向通信连接，所述通信模块、人机交互装置、读卡器模块和微型打印机分别设置在充电枪上方的桩体上；所述充电枪包括充电插头、枪体、手柄、防护罩和吸盘，所述充电插头设置在枪体前端，所述枪体的前端充电插头周围设置有防护罩，所述防护罩的罩口上设置有吸盘，所述手柄设置在枪体上。
进一步地，所述人机交互装置包括触摸显示屏和音频输出设备。
进一步地，所述调制均流模块包括8路PWM输出电路和8路数字量输入电路，所述的8路PWM输出电路和8路数字量输入电路分别与充电模块组连接。
进一步地，所述读卡器模块包括IC卡读写器或RFID卡读写器或智能卡读写器或红外读写卡读写器。
进一步地，所述电压控制模块包括8位XC878系列微控制器。
进一步地，所述防护罩采用圆形橡胶防护罩。
本发明的有益效果是：本发明设计了一种具有多输出功能的充电桩，在充电机原有充电功能的基础上，增加了多路并联、同步输出的高效率工作方式，最多可以达到八输出口同时工作；增加了谐波过滤功能，减少充电桩谐波对通信的影响，设备具有较高可靠性和良好的可维护性，并且响应快，传输速度快，适用于大范围推广。
本发明不仅实现了单路输入多路输出，同时为多辆电动汽车进行充电，而且能够对多路输出进行统一管理，科学协调，实现了有序充电控制。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明所述充电桩体的结构示意图；
图3为本发明所述充电枪的结构示意图；
图中，1桩体、2底座、3伞状顶棚、4充电枪、41枪体、充电插头42、43电缆、44手柄、45圆形橡胶防护罩、46吸盘、5通信模块、6人机交互装置、7读卡器模块、8微型打印机。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
本发明的一种具有多输出功能的充电桩，包括充电桩本体和控制部分。如图1所示，所述控制部分包括主控单元、通信模块、监控板、数字电表、人机交互装置、读卡器模块、存储模块、充电模块组、输出滤波模块、电压控制模块、调制均流模块、BMS监控模块、保护模块和微型打印机。
所述主控单元是整个充电桩设备的核心，采用采用I/O浪涌抑制和防雷设计，并具有I/O光电隔离和短路保护功能；主控单元采用智能控制算法实现快速充电终止的精准判断，向充电模块组下发控制命令，提高了充电机的充电效率和安全性。
所述通信模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，并与设置在服务中心的服务器端双向通信连接，完成主控单元与服务中心的服务器端通讯功能；主控单元通过通信模块与服务器端双向通信，向服务器端上传数据并接收服务器端下发的命令。
所述监控板包括包括电池监控单元、充电监控单元、充电机监控单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元，所述的包括电池监控单元、充电监控单元、充电机监控单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元通过RS485总线和/或CAN总线和/或RJ45总线与主控单元双向通信连接，用于完成电池数据监控采集、充电数据监控采集、充电机运行数据采集功能。
所述数字电表通过RS485总线与主控单元双向通信连接，用于完成电量、时间等数据的计量功能。
所述人机交互装置通过VGA总线与主控单元双向通信连接，用于完成操作命令的输入功能和数据的展示功能，完成人机交互操作；人机交互装置包括触摸显示屏和音频输出设备，用于接受用户的输入指令，输出充电计量数据、计费数据、读卡数据、车载电池充电过程数据、服务中心传回的数据等，输出报警信息和警报声音。
所述读卡器模块通过RS232总线与主控单元双向通信连接，用于完成对储值卡的读写操作；所述读卡器模块包括IC卡读写器或RFID卡读写器或智能卡读写器或红外读写卡读写器，采用拉划或接触方式与储值卡、银行卡、身份识别卡连接，获取以上卡中的信息。
所述存储模块通过PC104总线与主控单元双向通信连接，用于完成充电过程数据、计量数据、计费数据、电池数据、读卡数据的存储功能。
所述充电模块组通过CAN总线与主控单元双向通信连接，用于输入\转化\输出电流；采用以半桥电路为拓扑结构的高频开关电源，并通过软开关技术减小高频下电源的开关损耗；充电模块可根据主控单元的控制指令智能组合，以并联充电的充电模块达到大功率输出功能或各个模块独立运行，实现单路输入多路输出效果。
所述输出滤波模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，用于进行电网谐波校正；输出滤波模块采用有源功率因数校正技术降低输入电网谐波，减少对电网的污染，同时实现对电池的负脉冲放电及能量回收，提高了充电机满载工作时的功率因数和充电效率；输出滤波模块还能避免转化过程中产生三次谐波，开关应力小，损耗低，共模EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）低。
所述电压控制模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，用于提供充电电压控制功能；所述电压控制模块采用8位XC878系列微控制器，通过使电机始终获得最佳扭矩，带来更高的运行效率。电压控制模块根据被充电池数量、对蓄电池实时检测的电压、电流等参数控制充电机模块组的并联数量、输出口数量、充/放电控制指令，根据电池特性来设置充电电压和电流曲线，控制不同的输出口多路并联、同步输出、多路协调，达到较大输出功率，实现较快充电效率。该充电方式可延长蓄电池的寿命、防止充电过压引起电池爆炸，同时达到快速充电的最终目的。
所述调制均流模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，用于系统电压控制和强迫均流功能，调节每一充电模块参考电压，从而改变输出电压，调节输出电流，实现均流；所述调制均流模块包括8路PWM输出电路和8路数字量输入电路，所述的8路PWM输出电路和8路数字量输入电路分别与充电模块组连接，具备最高500kHz的频率输出，同时提供0.1%的占空比的分辨率。
所述BMS监控模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，通过CAN总线与电动汽车的车载电池管理系统双向通信连接，用于监控电池参数及充电过程。
所述保护模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，用于提供接反保护、过流保护、短路、开路、过载、缺相、过压、欠压等保护功能，具有自动诊断及报警装置，延长蓄电池和充电机的使用寿命，提高充电机操作安全性。
所述微型打印机通过RS232或RS485总线与主控单元双向通信连接，用于完成票据的打印功能。
如图2和图3所示，进一步地，本发明所述的充电桩本体包括桩体1和通过电缆43与桩体连接的若干个充电枪4；所述桩体1下端设置有底座2，上端设置有伞状顶棚3，所述充电枪4分别设置在桩体1的各个侧面且充电枪的控制器通过CAN总线与充电模块组双向通信连接，所述通信模块5、人机交互装置6、读卡器模块7和微型打印机8分别设置在充电枪上方的桩体上；所述充电枪4包括充电插头42、枪体41、手柄44、圆形橡胶防护罩45和吸盘46，所述充电插头42设置在枪体41前端，所述枪体的前端充电插头周围设置有圆形橡胶防护罩45，所述圆形橡胶防护罩的罩口上设置有吸盘46，所述手柄44设置在枪体上。
本发明采用模块化设计，独立性高，可扩展性好，提高了系统的灵活性，并使得系统的开放性大大提高，有利于系统维护、扩展和功能增加。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有多输出功能的充电桩，包括充电桩本体和控制部分，其特征是，所述控制部分包括主控单元、通信模块、监控板、数字电表、人机交互装置、读卡器模块、存储模块、充电模块组、输出滤波模块、电压控制模块、调制均流模块、BMS监控模块、保护模块和微型打印机；
所述通信模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，并与设置在服务中心的服务器端双向通信连接；
所述监控板包括包括电池监控单元、充电监控单元、充电机监控单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元，所述的包括电池监控单元、充电监控单元、充电机监控单元、模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元通过RS485总线和/或CAN总线和/或RJ45总线与主控单元双向通信连接；
所述数字电表通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述人机交互装置通过VGA总线与主控单元双向通信连接；
所述读卡器模块通过RS232总线与主控单元双向通信连接；
所述存储模块通过PC104总线与主控单元双向通信连接；
所述充电模块组通过CAN总线与主控单元双向通信连接；
所述输出滤波模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述电压控制模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述调制均流模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述BMS监控模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接，通过CAN总线与电动汽车的车载电池管理系统双向通信连接；
所述保护模块通过RS485总线与主控单元双向通信连接；
所述微型打印机通过RS232或RS485总线与主控单元双向通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有多输出功能的充电桩，其特征是，所述充电桩本体包括桩体和通过电缆与桩体连接的若干个充电枪；所述桩体下端设置有底座，上端设置有伞状顶棚，所述充电枪分别设置在桩体的各个侧面且充电枪的控制器通过CAN总线与充电模块组双向通信连接，所述人机交互装置、读卡器模块和微型打印机分别设置在充电枪上方的桩体上；所述充电枪包括充电插头、枪体、手柄、防护罩和吸盘，所述充电插头设置在枪体前端，所述枪体的前端充电插头周围设置有防护罩，所述防护罩的罩口上设置有吸盘，所述手柄设置在枪体上。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有多输出功能的充电桩，其特征是，所述人机交互装置包括触摸显示屏和音频输出设备。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有多输出功能的充电桩，其特征是，所述调制均流模块包括8路PWM输出电路和8路数字量输入电路，所述的8路PWM输出电路和8路数字量输入电路分别与充电模块组连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种具有多输出功能的充电桩，其特征是，所述读卡器模块包括IC卡读写器或RFID卡读写器或智能卡读写器或红外读写卡读写器。
6.根据权利要求1或2所述的一种具有多输出功能的充电桩，其特征是，所述电压控制模块包括8位XC878系列微控制器。
7.根据权利要求2所述的一种具有多输出功能的充电桩，其特征是，所述防护罩采用圆形橡胶防护罩。
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