專利名稱：一種采用電池對(duì)充方式的交直流快速充電樁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種充電裝置，尤其是涉及一種采用電池對(duì)充方式的交直流快速充電樁。
背景技術(shù)：
汽車要消耗大量的石油資源和制造嚴(yán)重的空氣污染，世界各國(guó)都在大力發(fā)展新能源電動(dòng)車來解決有限的地球資源日益枯竭問題和保護(hù)地球環(huán)境。電動(dòng)車最突出的問題就是續(xù)航能力，采用大容量電池來解決續(xù)航能力，不僅成本造價(jià)高，而且體積大，占空間,增加整車重量，無形中增加能量消耗。電池容量越大，充電時(shí)間就越長(zhǎng)，以更換電池的方式來解決充電時(shí)間問題，需要大量的電池儲(chǔ)備。當(dāng)電動(dòng)車數(shù)量快速增長(zhǎng)到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)使電池更換站的電池儲(chǔ)備問題會(huì)很突出，大量的電池儲(chǔ)備又是資源的另一種浪費(fèi)。建造電池更換站需要占用比較多的土地/很大的費(fèi)用以及人員配備，給建站的選址帶來困難，電動(dòng)車要找一個(gè)電池更換站可能要跑很遠(yuǎn)，又是一種浪費(fèi)和困難。要縮短充電時(shí)間，必須增大充電電流。直接以市電供電的大電流大功率充電器造價(jià)高，體積大，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生比較大的峰值電流和諧波，由此可見，采用以市電供電的大電流充電器來縮短充電時(shí)間是很有限度的，配備的車載充電器功率一般也不會(huì)太大。不同的車型使用電池組的電壓和容量都可能不同，電池更換站需要配備多種型號(hào)的電池。當(dāng)電動(dòng)車達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)使電池更換站的規(guī)模很大，沒辦法與現(xiàn)有的加油站兼容，不僅要占用很多資源，而且集中充電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生比較大的峰值電流和諧波。中國(guó)專利CN201766395U公開一種交直流一體充電樁，包括主控制器、分別與主控制器相連接的充電電源系統(tǒng)、刷卡系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)，還包括與主控制器和充電電源系統(tǒng)分別連接的電連接器，其中，充電電源系統(tǒng)包括交流電源和交直流充電單元。該實(shí)用新型可單獨(dú)提供交流充電或直流充電，亦可同時(shí)提供交流充電和直流充電，操作簡(jiǎn)便、充電方式智能化、人性化。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用電池對(duì)充方式的交直流快速充電樁。本實(shí)用新型設(shè)有充電樁電池組、充電電流控制器、操作控制面板、市電充電器、交流輸出充電接口、刷卡與投幣收費(fèi)設(shè)備和直流充電輸出連接線。所述充電樁電池組的兩端分別與充電電流控制器和市電充電器連接，操作控制面板的輸出端與充電電流控制器的控制信號(hào)輸入端連接，充電電流控制器的輸出端外接電動(dòng)車電池組，交流輸出充電接口的輸入端外接供電系統(tǒng)，交流輸出充電接口的輸出端外接電動(dòng)車的車載充電器。所述充電電流控制器設(shè)有輸出電流控制功率組件、驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、控制電路、第I穩(wěn)壓供電電路和第2穩(wěn)壓供電電路；所述輸出電流控制功率組件的輸入端與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所述輸出電流控制功率組件的輸出端與電流檢測(cè)電路的輸入端連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與控制電路的輸出端連接，所述控制電路的輸入端與電流檢測(cè)電路的輸出端、電壓檢測(cè)電路的輸出端以及操作控制面板的輸出端連接；所述輸出電流控制功率組件分別與充電樁電池組、電動(dòng)車電池組以及電壓檢測(cè)電路的輸入端連接，所述第I穩(wěn)壓供電電路的輸入端與充電樁電池組連接，第I穩(wěn)壓供電電路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所述第2穩(wěn)壓供電電路的輸入端與充電樁電池組連接，第2穩(wěn)壓供電電路的輸出端接控制電路的輸入端。由于蓄電池是一種儲(chǔ)能裝置，因此可以在短時(shí)間內(nèi)提供很大的電流。利用蓄電池這個(gè)特點(diǎn)，可以在平時(shí)給充電樁的電池進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間小電流充電，在對(duì)汽車電池充電時(shí)，把充電樁原來充滿電的電池以大于普通充電器若干倍的電流快速充電。采用電池供電的充電控制電路容易把電流做大，電路比較簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低很多。采用定電流的充電方式可以自動(dòng)適應(yīng)電壓比較低的電動(dòng)車，充電樁以現(xiàn)有電動(dòng)車的最高電池電壓來設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型的整體體積不大，安裝容易，可以與加油站很好兼容，不需要重新建造場(chǎng)地，一般的路邊和停車場(chǎng)都可以安裝，無需人員值守，可以視需要實(shí)行高密度安裝。各個(gè)充電樁之間的距離不會(huì)遠(yuǎn)，電動(dòng)車只要配備容量不大的電池組，就可以接力的方式跑很遠(yuǎn)，解決了續(xù)航問題，又可以降低電動(dòng)車的造價(jià)，有利于普及推廣?，F(xiàn)在很多高速公路每20km就有一個(gè)服務(wù)區(qū)，如果每個(gè)服務(wù)區(qū)都可以快速充電，那么電動(dòng)車只要超過20km的續(xù)航能力就可以無限制的跑很遠(yuǎn)。只要有停車條件，不需要服務(wù)區(qū)，隨便在路邊就可以建立充電樁充電。在上長(zhǎng)坡的地方，可以多建幾個(gè)充電樁，同時(shí)可以把其它汽車下長(zhǎng)坡的能量利用起來充電。本實(shí)用新型主要解決數(shù)量比較大的小轎車，對(duì)于比較大型的電動(dòng)車輛，由于電池組容量太大，快速充電也需要很多的時(shí)間，一般還是采取更換電池的方法比較合適。本實(shí)用新型采用電池對(duì)充方式的快速充電樁配備有容量足夠的電池組，可以在短時(shí)間提供大電流充電。有了電池組，可以為太陽(yáng)能風(fēng)能的利用提供便利條件，可以最大限度地儲(chǔ)存能量，從而達(dá)到節(jié)能最大化。在很多場(chǎng)合有很多能量可以回收，這些能量就可以儲(chǔ)存的這個(gè)電池組上直接利用。在很多經(jīng)常需要減速剎車的地方，可以安裝能量回收裝置。在安裝減速帶的地方，采用能量可回收減速帶，不但可以利用剎車能量，還可以減少汽車的損耗。燃油機(jī)動(dòng)車下長(zhǎng)坡時(shí)需要很大的剎車損耗來消耗下坡能量，能量利用的關(guān)鍵就是儲(chǔ)存能量，密集分布的充電網(wǎng)電池組正好發(fā)揮作用。如果各個(gè)充電樁之間距離夠近，就可以相互連接起來，使各個(gè)充電樁的電力互補(bǔ)，資源共享。凡是有覆蓋充電網(wǎng)的地方，都可以利用可再生能源，回收儲(chǔ)存被浪費(fèi)的能量，多余的能量可以為其它設(shè)施供電，如LED路燈和交通設(shè)施等。充電樁連成網(wǎng)后，大量的電池組可以對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，充分利用低谷時(shí)期的電力，在用電高峰期可以把多余的電力返回電網(wǎng)。相互連結(jié)的充電網(wǎng)可以提供很多網(wǎng)絡(luò)信息，可以知道附近有哪些充電樁，距離有多遠(yuǎn)，到達(dá)目的地的線路應(yīng)該如何走最好，附近有哪些資源，有哪些公交線路等等。還可以連上互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)容更加豐富充實(shí)，使充電的等候不再無聊和焦躁。采用定電流充電方式，可以很容易計(jì)算充電電量。按電量收費(fèi)，方便合理，需要跑多少路就充多少電，與加油一樣方便。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的充電電流控制器的組成框圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的充電電流控制器的組成原理圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的充電電流控制器的波形圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1和2，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有充電樁電池組1、充電電流控制器2、操作控制面板3、市電充電器4、交流輸出充電接口 5、刷卡與投幣收費(fèi)設(shè)備6和直流充電輸出連接線。所述充電樁電池組I的兩端分別與充電電流控制器2和市電充電器4連接，操作控制面板3的輸出端與充電電流控制器2的控制信號(hào)輸入端連接,充電電流控制器2的輸出端外接電動(dòng)車電池組7，交流輸出充電接口 5的輸入端外接供電系統(tǒng)，交流輸出充電接口5的輸出端外接電動(dòng)車的車載充電器8。所述充電電流控制器2設(shè)有輸出電流控制功率組件21、驅(qū)動(dòng)電路22、電流檢測(cè)電路23、電壓檢測(cè)電路24、控制電路25、第I穩(wěn)壓供電電路26和第2穩(wěn)壓供電電路27 ;所述輸出電流控制功率組件21的輸入端與驅(qū)動(dòng)電路22的輸出端連接，所述輸出電流控制功率組件21的輸出端與電流檢測(cè)電路23的輸入端連接，所述驅(qū)動(dòng)電路22的輸入端與控制電路25的輸出端連接，所述控制電路25的輸入端與電流檢測(cè)電路23的輸出端、電壓檢測(cè)電路24的輸出端以及操作控制面板3的輸出端連接；所述輸出電流控制功率組件21分別與充電樁電池組1、電動(dòng)車電池組7以及電壓檢測(cè)電路24的輸入端連接，所述第I穩(wěn)壓供電電路26的輸入端與充電樁電池組I連接，第I穩(wěn)壓供電電路26的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路22的輸入端；所述第2穩(wěn)壓供電電路27的輸入端與充電樁電池組I連接，第2穩(wěn)壓供電電路27的輸出端接控制電路25的輸入端。本實(shí)用新型采用高電壓電池組對(duì)低電壓電池組進(jìn)行對(duì)充的方式給電動(dòng)車充電，電流大，時(shí)間短。目前電動(dòng)車采用的電池組大多是60V，為了保證足夠大的充電電流和高效率的準(zhǔn)確控制，充電樁設(shè)計(jì)采用72V的電池組，以12V的電壓差用在電流控制電路。充電樁的電池組平時(shí)由一個(gè)普通的常規(guī)充電器在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)充電，充電電路示意圖如圖1所示。圖3給出本實(shí)用新型實(shí)施例的充電電流控制器的組成原理圖，輸出電流控制功率組件由場(chǎng)效應(yīng)管Q1A、Q1B、Q2和蓄能電感LI組成，驅(qū)動(dòng)電路由驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)大的芯片IC1/IR2010和R13、R14、R15組成，電流檢測(cè)電路采用電流為100A的霍爾電流傳感器IC7/C1T-100A ;電壓檢測(cè)電路由R16、R17和比較器339D組成，控制電路由控制芯片IC2/STC15F204EA、比較器 IC5/LM358、IC6/LM339、D2 和 R4-R12 組成，第 I 穩(wěn)壓供電電路由 Q3、Cl、IC4/TL431、Rl-3組成，產(chǎn)生15V的穩(wěn)定電壓供給驅(qū)動(dòng)電路和比較器電路工作；第2穩(wěn)壓供電電路由C2-5、IC3/7805組成，產(chǎn)生5V的穩(wěn)定電壓供給控制電路工作；操作控制面板為觸摸液晶屏。圖4給出本實(shí)用新型實(shí)施例的充電電流控制器的波形圖。工作過程說明如下[0029]1.待機(jī)狀態(tài):電路通電啟動(dòng)開始后，控制芯片IC2⑤腳P3.0和⑥腳P3.1都輸出高電平信號(hào)，⑤腳P3.0的高電平信號(hào)經(jīng)過D2和比較器339D后送到驅(qū)動(dòng)芯片ICl的SD端，令I(lǐng)Cl的輸出端不受輸入端LIN和HIN控制，輸出端LO和HO都是低電平，輸出功率管全部處于截止?fàn)顟B(tài)，波形圖的a點(diǎn)之前。2.充電準(zhǔn)備:當(dāng)操作面板產(chǎn)生的充電指令從IC2的①腳P3.4和③腳P3.5送入時(shí)，IC2的⑤腳P3.0輸出低電平，波形圖的a點(diǎn)位置。經(jīng)過D2和比較器339D后使ICl的SD端變低電平，ICl輸出端LO和HO受輸入端LIN和HIN控制。IC2⑥腳P3.1為高電平，經(jīng)過IC5的反相器后，ICl的LIN腳為高電平，HIN腳為低電平，ICl輸出端LO輸出高電平信號(hào)，通過R2驅(qū)動(dòng)Q2導(dǎo)通，接入的汽車電池通過蓄能電感LI放電，能量?jī)?chǔ)存在LI上，Cl則通過D1、Q2被充電到約14V。ICl的HO輸出低電平，Q1A/B截止。3.充電開始:從a到b段是延時(shí)2μ s的To以后，IC2⑥腳P3.1變成低電平，ICl的LIN腳也為低電平，HIN腳為高電平，Q1A/B導(dǎo)通，Q2截止，Cl的電壓與接入的汽車電池電壓疊加被抬升，加上LI的電感電動(dòng)勢(shì)，可以得到約85V的電壓，使Q1A/B可靠導(dǎo)通，多余的能量通過Q1A/B返回充電樁的電池組。電感LI的能量釋放完畢后，即b到c段，電動(dòng)樁的電池組開始通過蓄能電感LI向電動(dòng)車的電池組充電。4.電流檢測(cè):充電電流經(jīng)過霍爾電流傳感器檢測(cè)，從3腳輸出電壓信號(hào)，分別加到3個(gè)比較器上。這里選擇的型號(hào)是C1T-100A，最大檢測(cè)電流是100A，需要更大的電流時(shí)可選擇更大的規(guī)格。霍爾電流傳感器在零電流時(shí)3腳輸出5V電壓，正向IOOA電流時(shí)輸出7V電壓，反向100A電流輸出3V電壓。電流逐漸增大，當(dāng)充電電流超過5A時(shí)，霍爾傳感器輸出的電壓超過5.1V，比較器339B輸出由低電平變成高電平到芯片IC2⑦腳P3.2，芯片檢測(cè)到這個(gè)上升沿后開始計(jì)時(shí)Tl，波形圖的c到d段。5.電流控制:波形圖的d到e，f到g，i到j(luò)，當(dāng)充電電流逐漸增大到超過90A時(shí)，傳感器輸出電壓大于6.8V，比較器339A輸出低電平到IC2⑧腳P3.3。芯片IC2⑧腳P3.3檢測(cè)到這個(gè)低電平的下降沿后，計(jì)時(shí)Tl結(jié)束，IC2⑥腳P3.1輸出高電平，ICl的LIN腳為高電平，HIN腳為低電平，Q1A/B截止，Q2導(dǎo)通，充電樁的電池組停止向電動(dòng)車電池組充電，蓄能電感LI的能量通過Q2釋放,繼續(xù)向電動(dòng)車充電，電流逐漸減小。當(dāng)電流小于5A時(shí),傳感器輸出的電壓小于5.1V，比較器339B輸出低電平到IC2⑦腳P3.2，芯片IC2檢測(cè)到這個(gè)低電平下降沿后，控制芯片IC2⑥腳P3.1又輸出低電平，Q1A/B導(dǎo)通，Q2截止，波形圖的e到f，g到h, j到k,計(jì)時(shí)器Tl開始計(jì)時(shí),開始下一個(gè)充電脈沖,如此周而復(fù)始。6.調(diào)節(jié)電流:這里的設(shè)計(jì)最大充電電流是90A，如果要減小充電電流，可以根據(jù)操作控制面板的指令，控制芯片IC2在第二個(gè)充電脈沖時(shí)，根據(jù)第一個(gè)脈沖的充電時(shí)間Tl，按照比例減小Tl時(shí)間，在電流還沒有達(dá)到90A，芯片IC2⑧腳P3.3還沒有檢測(cè)到低電平的下降沿，由Tl的時(shí)間控制IC2⑥腳P3.1輸出高電平，開始下一個(gè)充電脈沖，使充電電流減小。7.去硫化負(fù)脈沖:鉛酸蓄電池充電時(shí)，會(huì)在電極板上產(chǎn)生硫化作用，影響電池組的壽命，因此在充電時(shí)必須消除這個(gè)硫化作用，采用給電池放電的負(fù)脈沖電流可以消除硫化作用，同時(shí)回收電池放電的脈沖能量。電路設(shè)計(jì)在充電達(dá)到20個(gè)脈沖時(shí)，進(jìn)行一次放電去硫化。充電電流減小到5A時(shí)，IC2⑧腳P3.3忽略一個(gè)檢測(cè)到的下降沿脈沖，IC2⑥腳P3.1繼續(xù)輸出高電平，芯片IC2的計(jì)時(shí)器Tl開始計(jì)時(shí)。電感LI的電流減小到零，能量釋放完全后，電動(dòng)車的電池組開始向電感放電，波形圖的k到I段。放電電流逐漸增大到超過90A時(shí)，比較器339C輸出低電平至IJ IC2⑧腳P3.3，IC2⑥腳P3.1輸出低電平，Q1A/B導(dǎo)通，Q2截止，波形圖的I到m。如果充電電流不是選擇最大值90A，而是由計(jì)時(shí)器控制比較小的電流，那么去硫化放電的電流也是按照同樣的時(shí)間Tl比例控制電流。這個(gè)去硫化負(fù)脈沖只有在操作控制面板選擇鉛酸蓄電池才會(huì)有，如果是選擇鋰電池，就會(huì)跳過這個(gè)過程，直接接入下一個(gè)充電周期。8.回收去硫化負(fù)脈沖能量:去硫化負(fù)脈沖通過電感放電達(dá)到最大電流后，能量?jī)?chǔ)存在電感LI上，IC2⑧腳P3.3檢測(cè)到比較器339C的低電平脈沖下降沿后，IC2⑥腳P3.1輸出低電平，Q1A/B導(dǎo)通，Q2截止，電感LI的能量返回到電動(dòng)樁電池組，回收了能量，波形圖m到η。9.下一個(gè)充電周期開始:去硫化負(fù)脈沖的能量釋放完畢后，電感LI的電流為零，電動(dòng)樁的電池組開始向電動(dòng)車的電池組充電，電流增大到超過5Α時(shí)，芯片IC2⑦腳Ρ3.2檢測(cè)到高電平的上升沿，Tl開始計(jì)時(shí)，進(jìn)入下一個(gè)周期的充電，波形圖η到ο和ο到ρ。10.電池電壓檢測(cè)保護(hù):為了防止過充電，以及其他異常狀態(tài)，保證有接入正常的電池才能充電，電壓檢測(cè)電路R16、R17和比較器339D隨時(shí)對(duì)被充電的電池組進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)電壓達(dá)到充滿電的狀態(tài)或者有更高的電壓時(shí)，339D產(chǎn)生高電平送到IC的SD端，控制ICl的輸出端都是低電平，輸出功率管全部處于截止?fàn)顟B(tài)。芯片IC2長(zhǎng)時(shí)間沒有檢測(cè)到充電電流的電平信號(hào)，判斷為異常狀態(tài)，終止充電程序。
權(quán)利要求1.一種采用電池對(duì)充方式的交直流快速充電樁，其特征在于設(shè)有充電樁電池組、充電電流控制器、操作控制面板、市電充電器、交流輸出充電接口、刷卡與投幣收費(fèi)設(shè)備和直流充電輸出連接線； 所述充電樁電池組的兩端分別與充電電流控制器和市電充電器連接，操作控制面板的輸出端與充電電流控制器的控制信號(hào)輸入端連接，充電電流控制器的輸出端外接電動(dòng)車電池組，交流輸出充電接口的輸入端外接供電系統(tǒng)，交流輸出充電接口的輸出端外接電動(dòng)車的車載充電器； 所述充電電流控制器設(shè)有輸出電流控制功率組件、驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、控制電路、第I穩(wěn)壓供電電路和第2穩(wěn)壓供電電路；所述輸出電流控制功率組件的輸入端與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所述輸出電流控制功率組件的輸出端與電流檢測(cè)電路的輸入端連接，所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與控制電路的輸出端連接，所述控制電路的輸入端與電流檢測(cè)電路的輸出端、電壓檢測(cè)電路的輸出端以及操作控制面板的輸出端連接；所述輸出電流控制功率組件分別與充電樁電池組、電動(dòng)車電池組以及電壓檢測(cè)電路的輸入端連接，所述第I穩(wěn)壓供電電路的輸入端與充電樁電池組連接，第I穩(wěn)壓供電電路的輸出端接驅(qū)動(dòng)電路的輸入端；所述第2穩(wěn)壓供電電路的輸入端與充電樁電池組連接，第2穩(wěn)壓供電電路的輸出端接控制電路的輸入端。`
專利摘要一種采用電池對(duì)充方式的交直流快速充電樁，涉及一種充電裝置。設(shè)有充電樁電池組、充電電流控制器、操作控制面板、市電充電器、交流輸出充電接口、刷卡與投幣收費(fèi)設(shè)備和直流充電輸出連接線。充電樁電池組的兩端分別與充電電流控制器和市電充電器連接，操作控制面板的輸出端與充電電流控制器的控制信號(hào)輸入端連接，充電電流控制器的輸出端外接電動(dòng)車電池組，交流輸出充電接口的輸入端外接供電系統(tǒng)，交流輸出充電接口的輸出端外接電動(dòng)車的車載充電器。充電電流控制器設(shè)有輸出電流控制功率組件、驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、控制電路、第1穩(wěn)壓供電電路和第2穩(wěn)壓供電電路。
文檔編號(hào)H02J3/32GK202917990SQ20122064225
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者鄧兆友, 王瑜 申請(qǐng)人:廈門綠沃電子科技有限公司