一种具有火灾探测与灭火装置的直流充电桩的制作方法

1.本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体为一种具有火灾探测与灭火装置的直流充电桩。


背景技术：

2.随着电动汽车技术的发展，电动汽车续航里程不断提升，车载蓄电池容量也随之增大，而电动汽车的充电耗时不断降低，电动汽车的充电功率在不断地提升，目前在市的充电桩绝大部分为120kw，充电功率提升后会达到180kw，直流充电桩内部需要安装大量的充电模组，尤其是双枪充电桩，使用电源模组数量翻倍，但是在使用时往往不会做到两个充电枪同时充电或同时达到最大充电功率情况，很多时候单枪充电而另一充电枪空闲，这样就会造成该枪下连接的充电模组也处于空闲状态，造成资源浪费，导致充电桩成本过高。
3.新能源汽车的普及以及市场占有量的提升，新能源汽车充电时自燃现象不断见诸报端，新能源汽车的充电功率越大，投入使用的电源模组越多，充电桩内的温度随之增大，尤其在夏季时，充电桩内的温度呈几何式倍增，充电桩在高温下工作不但影响设备的使用寿命，而且具有火灾的隐患。同时充电电流过大、或者充电枪与电动汽车充电接口接触不良好也会造成充接口电温度过高导致车辆起火现象。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种具有火灾探测与灭火装置的直流充电桩，以解决背景技术存在的问题。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种具有火灾探测与灭火装置的直流充电桩，包括mcu微控制单元和与mcu微控制单元连接的电源单元、通信单元、火灾探测单元、灭火控制单元和充电枪接口，所述电源单元包括充电模组和辅助电源，灭火控制单元包括气体灭火控制电磁阀、视觉传感器和随动机械手，火灾探测单元包括温度探测传感器、烟感传感器、温感传感器、充电枪温度检测单元和热成像探测器，所述充电模组的输入端连接三相交流输入，充电模组的输出端连接接触器矩阵组，接触器矩阵组的输出端连接充电枪接口，接触器矩阵组通过充电输出控制单元与mcu微控制单元连接，所述三相交流输入通过交流输入检测与控制单元与mcu微控制单元连接，所述mcu微控制单元上通过rs485接口连接有热成像探测器、绝缘检测单元、人机交互单元和电量检测与计费单元，mcu微控制单元上通过蓝牙连接有视觉传感器、随动机械手和气体灭火控制电磁阀，mcu微控制单元上通过can通信单元连接有功率分配模块和车载充电机bms。
7.所述通信单元连接在mcu微控制单元上，通信单元包括无线通信单元和有线网络通信单元，无线通信单元包括4g通信单元、wifi无线通信单元，所述4g通信单元选用全网通cat1模组ec200s实现，wifi无线通信单元选用集成wifi与蓝牙的双esp32
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wroom
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32d模组实现，有线网络通信单元选用dp83848实现。
8.还包括与mcu微控制单元连接的告警蜂鸣器、usb下载接口、消防联动输入和消防联动输出。
9.还包括与mcu微控制单元连接的时钟单元、存储单元、交流输入检测、接触器粘连检测单元和车辆连接检测单元。
10.所述辅助电源包括dc12v辅助电源和dc24v辅助电源，所述dc12v辅助电源和dc24v辅助电源通过辅助电源切换单元连接在mcu微控制单元上，所述dc24v辅助电源上连接有dc24v转dc
±
12v电源电路和dc24v转dc5v电源电路，所述dc24v转dc5v电源电路连接dc5v转dc3.8v电源电路和dc5v转dc3.3v电源电路。
11.还包括刷卡器，所述刷卡器通过rs232接口连接在mcu微控制单元上。
12.所述充电枪接口有两个，充电枪接口的输出端通过电压电流检测单元与mcu微控制单元连接。
13.所述充电模组上连接有充电控制单元。
14.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
15.1.本发明具有火灾探测、温感探测、热成像探测、温度检测等火灾检测功能，可监测充电过程中的充电枪和充电汽车的实时温度，具有火灾探测和消防联动保护功能，当检测到火灾信号或外部消防信号时，充电桩停止充电，并断开输入电源，并联动气体灭火装置进行灭火，可保证充电过程的安全可靠；
16.2.本发明兼容4g无线通信、有线网络通信、wifi通信三种通信方式，能够根据安装环境现有的网络状况采用适合的通信方式，有效地降低充电桩的安装成本及人工费用；
17.3.本发明具有预约充电功能、时长充电、自动充满等充电方式，实现多样化充电。用户可以通过本地触摸屏或手机app选择充电方式，实现适合用户的最优充电式，满足不同用户的需求，降低充电成本；
18.4.本发明具有峰时充电限制功能，用户可以根据配电网用电实际情况设置充直流充电桩的峰时时间区间及峰时最大充电功率，限制充电桩在设置的用电高峰期进行大功率充电，降低充电网对现有电网的影响，保障电网使用安全。
附图说明
19.图1为本发明的结构组成示意图；
20.图2为本发明的dc5v转dc3.3v电源电路图；
21.图3为本发明的mcu微控制单元的单元图；
22.图4为本发明的can通信单元电路图；
23.图5为本发明的电压电流检测单元电路图；
24.图6为本发明的接触器粘连检测单元电路图；
25.图7为本发明的usb下载接口电路图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下实施例及附图对本发明进行进一步详细说明。
27.实施例
28.如图1
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7，本实施例提供一种具有火灾探测与灭火装置的直流充电桩，包括mcu微控制单元和与mcu微控制单元连接的电源单元、通信单元、火灾探测单元、灭火控制单元、充电枪接口、告警蜂鸣器、usb下载接口、消防联动输入、消防联动输出、时钟单元、存储单元、交流输入检测、接触器粘连检测单元和车辆连接检测单元，mcu微控制单元采用stm32f107vct6单片机，电源单元包括充电模组和辅助电源，灭火控制单元包括气体灭火控制电磁阀、视觉传感器和随动机械手，火灾探测单元包括温度探测传感器、烟感传感器、温感传感器、充电枪温度检测单元和热成像探测器，充电模组的输入端连接三相交流输入，充电模组的输出端连接接触器矩阵组，接触器矩阵组的输出端连接充电枪接口，接触器矩阵组通过充电输出控制单元与mcu微控制单元连接，充电模组上连接有充电控制单元，三相交流输入通过交流输入检测与控制单元与mcu微控制单元连接，mcu微控制单元上通过rs485接口连接有热成像探测器、绝缘检测单元、人机交互单元和电量检测与计费单元，mcu微控制单元上通过蓝牙连接有视觉传感器、随动机械手和气体灭火控制电磁阀，mcu微控制单元上通过can通信单元连接有功率分配模块和车载充电机bms，mcu微控制单元上通过rs232接口连接刷卡器。所述充电枪接口有两个，充电枪接口的输出端通过电压电流检测单元与mcu微控制单元连接。
29.通信单元连接在mcu微控制单元上，通信单元包括无线通信单元和有线网络通信单元，无线通信单元包括4g通信单元、wifi无线通信单元，所述4g通信单元选用全网通cat1模组ec200s实现，wifi无线通信单元选用集成wifi与蓝牙的双esp32
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32d模组实现，有线网络通信单元选用dp83848实现，多种通信方式提供多种组网选择，方便用户在多种复杂环境下组网使用。
30.辅助电源包括dc12v辅助电源和dc24v辅助电源，所述dc12v辅助电源和dc24v辅助电源通过辅助电源切换单元连接在mcu微控制单元上，所述dc24v辅助电源上连接有dc24v转dc
±
12v电源电路和dc24v转dc5v电源电路，所述dc24v转dc5v电源电路连接dc5v转dc3.8v电源电路和dc5v转dc3.3v电源电路。
31.具体的，本发明充电桩顶部安装的热成像探测器采用flirleptonopenmv4热成像模块识别物体和温度，并通过rs485通信方式与mcu微控制单元进行数据通信，根据主控muc的命令将捕获的高温告警图像传输到用户端实时查看。智能摄像头采集捕捉火灾信号所在点，通过深度卷积神经网络学习训练实现快速准确的定位火灾发生点，带动机械手前往灭火，并联动灭火喷头输出灭火气体。即通过openmv4集成的红外成像模块与测温模块检测车辆内有无人员和车辆温度检测，当车内有人时或中车辆温度超过正常充电温度时，充电桩停止充电，并联动灭火系统，提高充电设备安全性。
32.本发明充电桩的侧边安装随动机械手与flirleptonopenmv4热成像模块联动使用，当flirleptonopenmv4热成像模块检测到高温产生告警后，启动随动机械手及视觉捕捉传感器进行火灾定位。随动机械手配合视觉捕捉传感器工作，对充电的车辆进行捕捉，随动机械手上安装有灭火喷头，当视觉捕捉传感器捕捉到烟雾或者火焰时，随动机械手将灭火喷头对准起火部位进行灭火，灭火喷头内喷出灭火气体灭火，提高车辆充电时的安全性能，保证人身财产安全。
33.本发明充电桩的桩内的每个模组增加温度探头，实时检测电源模组温度，当电源模组温度超过设定告警阈值时，直流充电桩降低电源模组的输出功率或停止充电，提高充
电桩的安全性。
34.本发明充电桩的桩体内部上中下三处位置安装烟雾火灾探测器与温度火灾探测器与灭火喷头，烟雾火灾探测器与温度火灾探测器采用干接点输出，主控板采用光耦6n137隔离检测，并且联动灭火装置；充电桩灭火喷头通过继电器输出控制dc24v电磁阀控制灭火气体输出。当探测到烟感火灾信号或温度火灾信号时，充电桩停止充电输出，断开输入电源，并启动安装于桩体内部的灭火喷头进行灭火。
35.本发明充电桩顶部设有气体灭火仓，灭火仓与各个灭火喷头相连接，并通过主控mcu联动控制各个火灾探测器与灭火探头。
36.本发明充电桩充电枪枪头内置温度探头pt1000，通过主控mcu的片上adc实现充电枪实时温度检测，电源模组加装dht22数字温度传感器，采用iic与主控mcu通信实现电源模组温度检测，每个充电桩最高可实现12个电源模组的温度检测。可以实时检测充电枪与车辆充电插座在充电时的温度，当温度超过设置告警阈值后，直流充电桩降低输出功率或停止充电，提高充电的安全性。
37.本发明车辆连接检测单元cp、cc信号检测采用ad654jr8实现，接触器粘连检测单元采用光耦6n137检测与输出电量检测单元配合使用，当两者同时产生告警视为继电器粘连告警。
38.本发明增加了交流输入检测单元，能够实时检测充电桩输入的电压、电流、功率参数与输入断路器的分合状态，当监测到输入参数与充电桩的额定电压不一致时产生告警，并停止充电输出；交流输入检测单元采用专用计量芯片rn7302检测，模块化设计，与充电控制单元通过rs485通信方式实现数据交互。
39.本发明的电量检测与计费单元采用具有cmc资质的直流仪表计量，输出电流采用0.2级分流器测量，仪表计量准确度0.5级，费用分辨精度可达0.0001，与充电控制单元通过rs485通信方式实现数据交互。
40.本发明人机交互单元采用10寸触摸屏显示，具有充电参数设置，密码启动，充电方式选择及充电信息显示功能，本地查看充电历史记录等数据，与充电控制单元通过rs485通信方式实现数据交互。
41.本发明绝缘检测单元采用电阻投切法测试充电桩输出回路及车之间的绝缘阻值，能够实现对称绝缘监测和非对称绝缘监测功能，两级绝缘告警，具有绝缘监察预警与告警功能，在绝缘预警下充电桩允许充电，绝缘告警下充电桩停止充电，与充电控制单元通过rs485通信方式实现数据交互。
42.本发明具有手机app启动充电、刷卡启动以及密码启动三种启动模式，刷卡器采用rfid射频识别技术，用户卡片采用id加密卡进行数据加密，防止盗刷窃电，与充电控制单元通过rs232通信方式实现数据交互。
43.本发明集成4g无线通信、有线网络通信、wifi通信三种通信方式，能够根据使用场地选用适合的通信方式。充电桩可以实时地将充电时的视频信号输出到用户的手机app，方便用户实时查看车辆状态。
44.本发明集成输出功率自动分配单元可智能控制桩内部各充电模组在各个充电枪之间自由切换，减少了双枪充电桩中充电模组的空闲率，提高了充电模组的利用率，减小充电桩体积，节约了大量成本。
45.本发明具有预约充电功能，用户可以通过本地触摸屏或手机app选择预约充电并设置预约充电开始时间，在预约充电功能下可以人为避免高费率电价区间，有效地降低个人充电费用；系统能够手动关闭预约充电功能。
46.本发明具有时长充电功能，用户可以通过本地触摸屏或手机app选择时长充电方式并设置充电时长，在时长充电功能下，充电桩根据车载充电机bms报文要求按照最大功率充电，实现快速充电以满足用户用车需求，当充电时长超出设置时间后会充电桩会自动转为自动充满模式；系统能够手动关闭时长充电功能。
47.本发明具有自动充满功能，用户可以通过本地触摸屏或手机app选择自动充满充电方式，在自动充满模式下，充电桩根据自身设置的充电限制参数以及充电桩现有充电情况实现自动充电，实现充电时间和充电费用最优。
48.本发明具有峰时充电限制功能，用户可以根据配电网用电实际情况设置充直流充电桩的峰时时间区间及峰时最大充电功率，限制充电桩在设置的用电高峰期进行大功率充电，降低充电网对现有电网的影响。
49.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。