专利名称：一种采用电池对充方式的交直流快速充电桩的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种充电装置，尤其是涉及一种采用电池对充方式的交直流快速充电桩。
背景技术：
汽车要消耗大量的石油资源和制造严重的空气污染，世界各国都在大力发展新能源电动车来解决有限的地球资源日益枯竭问题和保护地球环境。电动车最突出的问题就是续航能力，采用大容量电池来解决续航能力，不仅成本造价高，而且体积大，占空间,增加整车重量，无形中增加能量消耗。电池容量越大，充电时间就越长，以更换电池的方式来解决充电时间问题，需要大量的电池储备。当电动车数量快速增长到一定数量时，会使电池更换站的电池储备问题会很突出，大量的电池储备又是资源的另一种浪费。建造电池更换站需要占用比较多的土地/很大的费用以及人员配备，给建站的选址带来困难，电动车要找一个电池更换站可能要跑很远，又是一种浪费和困难。要缩短充电时间，必须增大充电电流。直接以市电供电的大电流大功率充电器造价高，体积大，对电网产生比较大的峰值电流和谐波，由此可见，采用以市电供电的大电流充电器来缩短充电时间是很有限度的，配备的车载充电器功率一般也不会太大。不同的车型使用电池组的电压和容量都可能不同，电池更换站需要配备多种型号的电池。当电动车达到一定数量时，会使电池更换站的规模很大，没办法与现有的加油站兼容，不仅要占用很多资源，而且集中充电对电网产生比较大的峰值电流和谐波。中国专利CN201766395U公开一种交直流一体充电桩，包括主控制器、分别与主控制器相连接的充电电源系统、刷卡系统和人机交互系统，还包括与主控制器和充电电源系统分别连接的电连接器，其中，充电电源系统包括交流电源和交直流充电单元。该实用新型可单独提供交流充电或直流充电，亦可同时提供交流充电和直流充电，操作简便、充电方式智能化、人性化。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种采用电池对充方式的交直流快速充电桩。本实用新型设有充电桩电池组、充电电流控制器、操作控制面板、市电充电器、交流输出充电接口、刷卡与投币收费设备和直流充电输出连接线。所述充电桩电池组的两端分别与充电电流控制器和市电充电器连接，操作控制面板的输出端与充电电流控制器的控制信号输入端连接，充电电流控制器的输出端外接电动车电池组，交流输出充电接口的输入端外接供电系统，交流输出充电接口的输出端外接电动车的车载充电器。所述充电电流控制器设有输出电流控制功率组件、驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、控制电路、第I稳压供电电路和第2稳压供电电路；所述输出电流控制功率组件的输入端与驱动电路的输出端连接，所述输出电流控制功率组件的输出端与电流检测电路的输入端连接，所述驱动电路的输入端与控制电路的输出端连接，所述控制电路的输入端与电流检测电路的输出端、电压检测电路的输出端以及操作控制面板的输出端连接；所述输出电流控制功率组件分别与充电桩电池组、电动车电池组以及电压检测电路的输入端连接，所述第I稳压供电电路的输入端与充电桩电池组连接，第I稳压供电电路的输出端接驱动电路的输入端；所述第2稳压供电电路的输入端与充电桩电池组连接，第2稳压供电电路的输出端接控制电路的输入端。由于蓄电池是一种储能装置，因此可以在短时间内提供很大的电流。利用蓄电池这个特点，可以在平时给充电桩的电池进行长时间小电流充电，在对汽车电池充电时，把充电桩原来充满电的电池以大于普通充电器若干倍的电流快速充电。采用电池供电的充电控制电路容易把电流做大，电路比较简单，成本相对低很多。采用定电流的充电方式可以自动适应电压比较低的电动车，充电桩以现有电动车的最高电池电压来设计。本实用新型的整体体积不大，安装容易，可以与加油站很好兼容，不需要重新建造场地，一般的路边和停车场都可以安装，无需人员值守，可以视需要实行高密度安装。各个充电桩之间的距离不会远，电动车只要配备容量不大的电池组，就可以接力的方式跑很远，解决了续航问题，又可以降低电动车的造价，有利于普及推广。现在很多高速公路每20km就有一个服务区，如果每个服务区都可以快速充电，那么电动车只要超过20km的续航能力就可以无限制的跑很远。只要有停车条件，不需要服务区，随便在路边就可以建立充电桩充电。在上长坡的地方，可以多建几个充电桩，同时可以把其它汽车下长坡的能量利用起来充电。本实用新型主要解决数量比较大的小轿车，对于比较大型的电动车辆，由于电池组容量太大，快速充电也需要很多的时间，一般还是采取更换电池的方法比较合适。本实用新型采用电池对充方式的快速充电桩配备有容量足够的电池组，可以在短时间提供大电流充电。有了电池组，可以为太阳能风能的利用提供便利条件，可以最大限度地储存能量，从而达到节能最大化。在很多场合有很多能量可以回收，这些能量就可以储存的这个电池组上直接利用。在很多经常需要减速刹车的地方，可以安装能量回收装置。在安装减速带的地方，采用能量可回收减速带，不但可以利用刹车能量，还可以减少汽车的损耗。燃油机动车下长坡时需要很大的刹车损耗来消耗下坡能量，能量利用的关键就是储存能量，密集分布的充电网电池组正好发挥作用。如果各个充电桩之间距离够近，就可以相互连接起来，使各个充电桩的电力互补，资源共享。凡是有覆盖充电网的地方，都可以利用可再生能源，回收储存被浪费的能量，多余的能量可以为其它设施供电，如LED路灯和交通设施等。充电桩连成网后，大量的电池组可以对电网进行调峰，充分利用低谷时期的电力，在用电高峰期可以把多余的电力返回电网。相互连结的充电网可以提供很多网络信息，可以知道附近有哪些充电桩，距离有多远，到达目的地的线路应该如何走最好，附近有哪些资源，有哪些公交线路等等。还可以连上互联网，内容更加丰富充实，使充电的等候不再无聊和焦躁。采用定电流充电方式，可以很容易计算充电电量。按电量收费，方便合理，需要跑多少路就充多少电，与加油一样方便。
图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。图2为本实用新型实施例的充电电流控制器的组成框图。图3为本实用新型实施例的充电电流控制器的组成原理图。图4为本实用新型实施例的充电电流控制器的波形图。
具体实施方式
参见图1和2，本实用新型实施例设有充电桩电池组1、充电电流控制器2、操作控制面板3、市电充电器4、交流输出充电接口 5、刷卡与投币收费设备6和直流充电输出连接线。所述充电桩电池组I的两端分别与充电电流控制器2和市电充电器4连接，操作控制面板3的输出端与充电电流控制器2的控制信号输入端连接,充电电流控制器2的输出端外接电动车电池组7，交流输出充电接口 5的输入端外接供电系统，交流输出充电接口5的输出端外接电动车的车载充电器8。所述充电电流控制器2设有输出电流控制功率组件21、驱动电路22、电流检测电路23、电压检测电路24、控制电路25、第I稳压供电电路26和第2稳压供电电路27 ;所述输出电流控制功率组件21的输入端与驱动电路22的输出端连接，所述输出电流控制功率组件21的输出端与电流检测电路23的输入端连接，所述驱动电路22的输入端与控制电路25的输出端连接，所述控制电路25的输入端与电流检测电路23的输出端、电压检测电路24的输出端以及操作控制面板3的输出端连接；所述输出电流控制功率组件21分别与充电桩电池组1、电动车电池组7以及电压检测电路24的输入端连接，所述第I稳压供电电路26的输入端与充电桩电池组I连接，第I稳压供电电路26的输出端接驱动电路22的输入端；所述第2稳压供电电路27的输入端与充电桩电池组I连接，第2稳压供电电路27的输出端接控制电路25的输入端。本实用新型采用高电压电池组对低电压电池组进行对充的方式给电动车充电，电流大，时间短。目前电动车采用的电池组大多是60V，为了保证足够大的充电电流和高效率的准确控制，充电桩设计采用72V的电池组，以12V的电压差用在电流控制电路。充电桩的电池组平时由一个普通的常规充电器在长时间持续充电，充电电路示意图如图1所示。图3给出本实用新型实施例的充电电流控制器的组成原理图，输出电流控制功率组件由场效应管Q1A、Q1B、Q2和蓄能电感LI组成，驱动电路由驱动能力强大的芯片IC1/IR2010和R13、R14、R15组成，电流检测电路采用电流为100A的霍尔电流传感器IC7/C1T-100A ;电压检测电路由R16、R17和比较器339D组成，控制电路由控制芯片IC2/STC15F204EA、比较器 IC5/LM358、IC6/LM339、D2 和 R4-R12 组成，第 I 稳压供电电路由 Q3、Cl、IC4/TL431、Rl-3组成，产生15V的稳定电压供给驱动电路和比较器电路工作；第2稳压供电电路由C2-5、IC3/7805组成，产生5V的稳定电压供给控制电路工作；操作控制面板为触摸液晶屏。图4给出本实用新型实施例的充电电流控制器的波形图。工作过程说明如下[0029]1.待机状态:电路通电启动开始后，控制芯片IC2⑤脚P3.0和⑥脚P3.1都输出高电平信号，⑤脚P3.0的高电平信号经过D2和比较器339D后送到驱动芯片ICl的SD端，令ICl的输出端不受输入端LIN和HIN控制，输出端LO和HO都是低电平，输出功率管全部处于截止状态，波形图的a点之前。2.充电准备:当操作面板产生的充电指令从IC2的①脚P3.4和③脚P3.5送入时，IC2的⑤脚P3.0输出低电平，波形图的a点位置。经过D2和比较器339D后使ICl的SD端变低电平，ICl输出端LO和HO受输入端LIN和HIN控制。IC2⑥脚P3.1为高电平，经过IC5的反相器后，ICl的LIN脚为高电平，HIN脚为低电平，ICl输出端LO输出高电平信号，通过R2驱动Q2导通，接入的汽车电池通过蓄能电感LI放电，能量储存在LI上，Cl则通过D1、Q2被充电到约14V。ICl的HO输出低电平，Q1A/B截止。3.充电开始:从a到b段是延时2μ s的To以后，IC2⑥脚P3.1变成低电平，ICl的LIN脚也为低电平，HIN脚为高电平，Q1A/B导通，Q2截止，Cl的电压与接入的汽车电池电压叠加被抬升，加上LI的电感电动势，可以得到约85V的电压，使Q1A/B可靠导通，多余的能量通过Q1A/B返回充电桩的电池组。电感LI的能量释放完毕后，即b到c段，电动桩的电池组开始通过蓄能电感LI向电动车的电池组充电。4.电流检测:充电电流经过霍尔电流传感器检测，从3脚输出电压信号，分别加到3个比较器上。这里选择的型号是C1T-100A，最大检测电流是100A，需要更大的电流时可选择更大的规格。霍尔电流传感器在零电流时3脚输出5V电压，正向IOOA电流时输出7V电压，反向100A电流输出3V电压。电流逐渐增大，当充电电流超过5A时，霍尔传感器输出的电压超过5.1V，比较器339B输出由低电平变成高电平到芯片IC2⑦脚P3.2，芯片检测到这个上升沿后开始计时Tl，波形图的c到d段。5.电流控制:波形图的d到e，f到g，i到j，当充电电流逐渐增大到超过90A时，传感器输出电压大于6.8V，比较器339A输出低电平到IC2⑧脚P3.3。芯片IC2⑧脚P3.3检测到这个低电平的下降沿后，计时Tl结束，IC2⑥脚P3.1输出高电平，ICl的LIN脚为高电平，HIN脚为低电平，Q1A/B截止，Q2导通，充电桩的电池组停止向电动车电池组充电，蓄能电感LI的能量通过Q2释放,继续向电动车充电，电流逐渐减小。当电流小于5A时,传感器输出的电压小于5.1V，比较器339B输出低电平到IC2⑦脚P3.2，芯片IC2检测到这个低电平下降沿后，控制芯片IC2⑥脚P3.1又输出低电平，Q1A/B导通，Q2截止，波形图的e到f，g到h, j到k,计时器Tl开始计时,开始下一个充电脉冲,如此周而复始。6.调节电流:这里的设计最大充电电流是90A，如果要减小充电电流，可以根据操作控制面板的指令，控制芯片IC2在第二个充电脉冲时，根据第一个脉冲的充电时间Tl，按照比例减小Tl时间，在电流还没有达到90A，芯片IC2⑧脚P3.3还没有检测到低电平的下降沿，由Tl的时间控制IC2⑥脚P3.1输出高电平，开始下一个充电脉冲，使充电电流减小。7.去硫化负脉冲:铅酸蓄电池充电时，会在电极板上产生硫化作用，影响电池组的寿命，因此在充电时必须消除这个硫化作用，采用给电池放电的负脉冲电流可以消除硫化作用，同时回收电池放电的脉冲能量。电路设计在充电达到20个脉冲时，进行一次放电去硫化。充电电流减小到5A时，IC2⑧脚P3.3忽略一个检测到的下降沿脉冲，IC2⑥脚P3.1继续输出高电平，芯片IC2的计时器Tl开始计时。电感LI的电流减小到零，能量释放完全后，电动车的电池组开始向电感放电，波形图的k到I段。放电电流逐渐增大到超过90A时，比较器339C输出低电平至IJ IC2⑧脚P3.3，IC2⑥脚P3.1输出低电平，Q1A/B导通，Q2截止，波形图的I到m。如果充电电流不是选择最大值90A，而是由计时器控制比较小的电流，那么去硫化放电的电流也是按照同样的时间Tl比例控制电流。这个去硫化负脉冲只有在操作控制面板选择铅酸蓄电池才会有，如果是选择锂电池，就会跳过这个过程，直接接入下一个充电周期。8.回收去硫化负脉冲能量:去硫化负脉冲通过电感放电达到最大电流后，能量储存在电感LI上，IC2⑧脚P3.3检测到比较器339C的低电平脉冲下降沿后，IC2⑥脚P3.1输出低电平，Q1A/B导通，Q2截止，电感LI的能量返回到电动桩电池组，回收了能量，波形图m到η。9.下一个充电周期开始:去硫化负脉冲的能量释放完毕后，电感LI的电流为零，电动桩的电池组开始向电动车的电池组充电，电流增大到超过5Α时，芯片IC2⑦脚Ρ3.2检测到高电平的上升沿，Tl开始计时，进入下一个周期的充电，波形图η到ο和ο到ρ。10.电池电压检测保护:为了防止过充电，以及其他异常状态，保证有接入正常的电池才能充电，电压检测电路R16、R17和比较器339D随时对被充电的电池组进行检测，当电压达到充满电的状态或者有更高的电压时，339D产生高电平送到IC的SD端，控制ICl的输出端都是低电平，输出功率管全部处于截止状态。芯片IC2长时间没有检测到充电电流的电平信号，判断为异常状态，终止充电程序。
权利要求1.一种采用电池对充方式的交直流快速充电桩，其特征在于设有充电桩电池组、充电电流控制器、操作控制面板、市电充电器、交流输出充电接口、刷卡与投币收费设备和直流充电输出连接线； 所述充电桩电池组的两端分别与充电电流控制器和市电充电器连接，操作控制面板的输出端与充电电流控制器的控制信号输入端连接，充电电流控制器的输出端外接电动车电池组，交流输出充电接口的输入端外接供电系统，交流输出充电接口的输出端外接电动车的车载充电器； 所述充电电流控制器设有输出电流控制功率组件、驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、控制电路、第I稳压供电电路和第2稳压供电电路；所述输出电流控制功率组件的输入端与驱动电路的输出端连接，所述输出电流控制功率组件的输出端与电流检测电路的输入端连接，所述驱动电路的输入端与控制电路的输出端连接，所述控制电路的输入端与电流检测电路的输出端、电压检测电路的输出端以及操作控制面板的输出端连接；所述输出电流控制功率组件分别与充电桩电池组、电动车电池组以及电压检测电路的输入端连接，所述第I稳压供电电路的输入端与充电桩电池组连接，第I稳压供电电路的输出端接驱动电路的输入端；所述第2稳压供电电路的输入端与充电桩电池组连接，第2稳压供电电路的输出端接控制电路的输入端。`
专利摘要一种采用电池对充方式的交直流快速充电桩，涉及一种充电装置。设有充电桩电池组、充电电流控制器、操作控制面板、市电充电器、交流输出充电接口、刷卡与投币收费设备和直流充电输出连接线。充电桩电池组的两端分别与充电电流控制器和市电充电器连接，操作控制面板的输出端与充电电流控制器的控制信号输入端连接，充电电流控制器的输出端外接电动车电池组，交流输出充电接口的输入端外接供电系统，交流输出充电接口的输出端外接电动车的车载充电器。充电电流控制器设有输出电流控制功率组件、驱动电路、电流检测电路、电压检测电路、控制电路、第1稳压供电电路和第2稳压供电电路。
文档编号H02J3/32GK202917990SQ20122064225
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月27日 优先权日2012年11月27日
发明者邓兆友, 王瑜 申请人:厦门绿沃电子科技有限公司