CN107696899A - 一种快速充电装置、***及充电控制方法 - Google Patents

一种快速充电装置、***及充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的一种快速充电装置，主要由主控板、触摸液晶显示屏、网络通讯模块、GPS模块、AC‑DC模块，继电器模块，充电端头，双向DC‑DC模块和储能单元以及RFID读写器组成。还涉及一种快速充电***，包括快速充电装置；还包括固定蓝牙模块和待充电装置。还涉及一种充电控制方法，应用一种快速充电***，主要包括识别步骤，输出电步骤或反充电步骤。本发明的有益效果为：快速充电，使用动力锂电池等快速充电方式，且在充电装置中加入以例如超级电容为代表的储能单元，能够以更大的功率对待充电装置进行充电，而降低对输入端的影响；自动识别，待充电装置与快速充电装置之间能够的进行匹配等优点；***具备对快速充电装置进行反向充电等优点。

Description

一种快速充电装置、***及充电控制方法
技术领域
本发明涉及充电***及管理技术领域，具体地说是一种快速充电装置、***及充电控制方法。
背景技术
常规的充电方式都是以0.1C-0.5C的电流对储能设备充电，这种充电方式的充电时间长达数个小时，为了实现快速充电，必须提高充电电流，尤其是在充电初期，充电电流一般在2C-5C，常规的办法是配备大功率的开关电源来提供大电流，导致充电设备成本较高，而为了将电池充满，充电过程中电流变化又较大，这样导致了充电设备功率变化也较大，对电网形成较大的波动，影响电网运行。
申请号为2013104457651的发明，公开了一种带升降压***的快速充电装置，在其内置的储能单元和外部储能装置经一双向升降压电路相互连接，可以实现快速充电，在内置储能设备和外部储能设备之间设置了双向升降压电路，方便了内置储能设备对外部储能设备进行充电。
专利申请号为2017100064721的发明公开了一种智能充电装置***，提供了一种对充电装置状态进行监控的方案。
专利申请号为201710150652的发明提供了一种充电的方法及管理平台、充电装置、电动车，涉及充电管理技术领域，能够智能化管理电动车的充电过程。待充电电动车客户端向管理平台发送认证请求，携带自身标识信息；管理平台根据待充电电动车的标识信息对所述待充电电动车进行认证；管理平台根据认证结果指派指定充电装置为所述待充电电动车充电；指定充电装置执行管理平台的指派，对待充电电动车进行充电；待充电电动车通过指定充电装置进行充电。
目前尚没有一项技术，能够综合快速充电和反充电；精准完成充电装置和待充电装置的匹配；快速充电对电网的依赖小，可以达到数倍于输入端承受能力的充电功率；可方便扩展储能量水平等功能。
发明内容
针对现有技术中提到的技术问题和需求，本发明提供一种快速充电装置、***及充电控制方法。
一种快速充电装置，主要由主控板、触摸液晶显示屏、网络通讯模块、GPS模块、AC-DC模块，继电器模块，充电端头组成；还包括双向DC-DC模块和储能单元；所述的双向DC-DC电源模块的A输入输出端和充电端头相并联地连接于AC-DC电源模块的输出端；所述的双向DC-DC电源模块的B输入输出端与储能单元连接；双向DC-DC电源模块，具有A至B正向升压、B至A反向降压的特征，反向降压时，主控板对双向DC-DC电源模块的输出电压电流数字可调；主控板通过控制继电器模块，从而控制双向DC-DC电源模块、AC-DC电源模块与充电端头之间的通断；其特征在于还包括RFID读写器，RFID读写器连接于主控板。
一种快速充电***，包括一种快速充电装置；还包括固定蓝牙模块；还包括待充电装置；待充电装置与快速充电装置可通过充电端头相连接；其特征在于待充电装置为电动自行车，车上的充电***包括BMS、车载充电电池、车载蓝牙模块、RFID电子标签。
一种充电控制方法，应用一种快速充电***，其特征在于主要包括识别步骤，输出电步骤或反充电步骤：
识别步骤：
第一步：所述的电动自行车通过车载蓝牙模块，持续发布蓝牙广播，所述固定蓝牙模块收听车载蓝牙模块的广播信息，以读取电动自行车的车辆信息，完成对电动自行车的无线识别；
第二步：电动自行车进入所述的充电装置充电区域，快速充电装置通过RFID读写器读取RFID电子标签携带的信息；
第三步：将充电插头***，充电装置中的电压传感器测量车载充电电池电压，核对车载充电电池电压是否已所述第一步、第二步读取的信息一致；；
第四步：用户在手持终端上对电动自行车选择反充电还是输出电；
若输出电，则执行输出电步骤：
第一步：在手持终端上设置充电时长，并完成支付；
第二步：服务器确认手持终端支付成功后，通过所述的网络将指令下发主控板；
第三步：主控板控制开启AC-DC和DC-DC以采用上述第三步相匹配的电压电流对所述的车载充电电池进行充电，充电过程中实时检测充电电压、电流情况。
本发明的有益效果是：
1、快速充电，使用动力锂电池等快速充电方式，且在充电装置中加入例如以超级电容、动力锂电池为代表的储能单元，能够以更大的功率对待充电装置进行充电，而降低对电网的影响。
2、自动识别，通过蓝牙、NFC、RFID以及无线联网等方式，使得待充电装置与充电装置之间能够很好的进行自动、手动匹配。
3、方便布局：通过无线网络、GPS接入等方式，使得在物理上的布局能够清晰地反馈在用户的APP中，方便用户对其路线进行最有地规划。
4、根据客户需求进行充电或反向充电的选择，能够以涓流的零散形式收集电能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明电路结构框图。
具体实施方式
下面结合具体附图来说明本发明的典型实施方式。
如图1所示：
本发明主要由主控板、触摸液晶显示屏、网络通讯模块、GPS模块、AC-DC模块，继电器模块，充电端头组成；还包括双向DC-DC模块和储能单元；所述的双向DC-DC电源模块的A输入输出端和充电端头相并联地连接于AC-DC电源模块的输出端；所述的双向DC-DC电源模块的B输入输出端与储能单元连接；双向DC-DC电源模块，具有A至B正向升压、B至A反向降压的特征，反向降压时，主控板对双向DC-DC电源模块的输出电压电流数字可调；主控板通过控制继电器模块，从而控制双向DC-DC电源模块、AC-DC电源模块与充电端头之间的通断；还包括RFID读写器，RFID读写器连接于主控板。
在本发明中，主控板优选使用Arduino平台进行开发，借助其便捷灵活、方便应用的开源电子原型平台的特点，能够降低开发人员对硬件的理解与依赖，而专注于对软件程序的开发。Arduino包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(ArduinoIDE)。其经典版本ArduinoUNOR3具有14个I/O口，可以满足本发明对I/O口数量的需求；支持ISP下载；使用ATmega328微处理器，具有20MHz的运算速率，具有2KBRAM存储器容量，这些基本性能均能够很好地满足本发明的需求。
网络通讯模块优选基于WIFI、GPRS、WLAN等联网方式进行搭建。本发明主要依赖安装在客户移动端的APP来实现支付、查询、充放电控制等控制功能，因此，本发明需要通过WIFI、GPRS、WLAN等途径实现联网。
GPS模块实现本发明的物理定位功能，方便用户在APP客户端来查询各个充电***所处的物理位置。
本发明的特征总结来说有三点：
1、设置双向DC-DC模块。
2、内置的储能单元。
3、继电器模块。
控制双向DC-DC电源模块、AC-DC电源模块与充电端头之间的通断。继电器模块支持大于1000W的功率。
默认地，本发明中的内置的储能单元，充电电压较高；外置储能装置的电压较低。
让用户通过APP自主选择，是从内向外充电，还是从外向内馈电。
由内向外充电时，一方面AC-DC模块将交流电变压为电压DC-V1，双向DC-DC电源模块将内置的储能单元的直流电电压DC-V2变压为电压DC-V1，由主控板控制打开继电器模块，主控板控制双向DC-DC电源模块向外输出，则两者共同向外置储能装置以电压DC-V1进行充电。
由外向内馈电时，经过双向DC-DC电源模块的升压，将直流电压DC-V1升压为电压DC-V2，主控板控制双向DC-DC电源模块向内输出，从而对内置的储能单元进行馈电。
作为优选的实施方式一：储能电芯单元中设置电源管理单元BMS；所述的BMS通过I2C、UART或CAN总线与主控板进行通信；其特征在于BMS包括温度传感器、电流电压监测模块。通过总线的形式与主控板进行通信，能够使得电芯的数量在一定范围内不受限制，从而为内部储能能力的扩展提供了技术可能。
储能电芯单元中，其电芯为三元锂电池、超级电容、磷酸铁锂电池或钛酸锂电池；各个电芯通过串、并联形成相对独立的电池组，以得到需要的电压及容量。
在电池组外壳上通过设置永磁铁，使得两两电池组能够收尾衔接，并通过衔接部位的接线触点端子实现进行并联，从而实现电能储量的调节。
所述的AC-DC模块输入端设置电量计量模块，主控板对流经AC-DC模块的电量及功率进行采集。
一种快速充电***，包括所述的一种快速充电装置；一种快速充电装置中还包括与主控板相连接的固定蓝牙模块；还包括待充电装置；待充电装置与快速充电装置可通过充电端头相连接；其特征在于待充电装置为电动自行车，车上的充电***包括BMS、车载充电电池、车载蓝牙模块、RFID电子标签。
固定蓝牙模块和车载蓝牙模块，通过广播功能实现短距离通信，以实现固定蓝牙模块通过车载蓝牙模块，对车辆信息的识别。并通过手机客户端来对骑者进行提醒或推荐。但蓝牙模块实现的时多对多的通信。
RFID电子标签则是实现一对一的短距离通信，进一步识别匹配车辆和固定电桩的信息，为准确充电提供技术支持。
一种快速充电***，所述的电池为动力锂电池；在所述的快速充电装置上设置无线充电发射线圈，在所述的电动自行车车轮辐条部位设置与所述发射线圈相应的无线充电接收线圈。通过上述蓝牙和RFID对车辆信息的确认，以及通过APP客户端选择充放电的步骤，从而实现相应的充、放电功能。
一种充电控制方法，应用一种快速充电***，主要包括识别步骤，输出电步骤或反充电步骤：
识别步骤：
第一步：所述的电动自行车通过车载蓝牙模块，持续发布蓝牙广播，所述固定蓝牙模块收听车载蓝牙模块的广播信息，以读取电动自行车的车辆信息，完成对电动自行车的无线识别；
第二步：电动自行车进入所述的充电装置充电区域，快速充电装置通过RFID读写器读取RFID电子标签携带的信息；
第三步：将充电插头***，充电装置中的电压传感器测量车载充电电池电压，核对车载充电电池电压是否已所述第一步、第二步读取的信息一致；；
第四步：用户在手持终端上对电动自行车选择反充电还是输出电；
若输出电，则执行输出电步骤：
第一步：在手持终端上设置充电时长，并完成支付；
第二步：服务器确认手持终端支付成功后，通过所述的网络将指令下发主控板；
第三步：主控板控制开启AC-DC和DC-DC以采用上述第三步相匹配的电压电流对所述的车载充电电池进行充电，充电过程中实时检测充电电压、电流情况；
第四步：设置的充电时间到、充满或者手动设置停止情况时，充电结束；
若反充电，则执行反充电步骤：
第一步：打开继电器；
第二步：电动自行车的车载充电电池中的电能经双向DC-DC升压后充入储能电源；
第三步：主控板监控充入的电量，计入用户账户中。
电动自行车与充电装置识别的方法，充电装置中的RFID射频模块将车辆上RFID电子标签中的信息读取到主控***中进行解析。
RFID记载信息的方法为，记载的信息为；RFID电子标签携带的信息有车厂商代码、携带的电池类型、充电额定的电压电流参数、插头类型。
另外，本发明的实施方式是表示本发明的内容的一例，可以进一步与其它的公知技术组合，也可以在不脱离本发明的主旨的范围内省略一部分等进行变更来构成。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种快速充电装置，主要由主控板、触摸液晶显示屏、网络通讯模块、GPS模块、AC-DC模块，继电器模块，充电端头组成；其特征在于：
还包括双向DC-DC模块和储能单元；
所述的双向DC-DC电源模块的A输入输出端和充电端头相并联地连接于AC-DC电源模块的输出端；
所述的双向DC-DC电源模块的B输入输出端与储能单元连接；
双向DC-DC电源模块，具有A至B正向升压、B至A反向降压的特征，反向降压时，主控板对双向DC-DC电源模块的输出电压电流数字可调；
主控板通过控制继电器模块，从而控制双向DC-DC电源模块、AC-DC电源模块与充电端头之间的通断；
其特征在于还包括RFID读写器，RFID读写器连接于主控板。
2.根据权利要求1所述的一种快速充电装置，其特征在于储能电芯单元中设置电源管理单元BMS；所述的BMS通过I2C、UART或CAN总线与主控板进行通信；其特征在于BMS包括温度传感器、电流电压监测模块。
3.根据权利要求1或2所述的一种快速充电装置，其特征在于储能电芯单元中，其电芯为三元锂电池、超级电容、磷酸铁锂电池或钛酸锂电池；
各个电芯通过串、并联形成相对独立的电池组，以得到需要的电压及容量；
在电池组外壳上通过设置永磁铁，使得两两电池组能够收尾衔接，并通过衔接部位的接线触点端子实现进行并联，从而实现电能储量的调节。
4.根据权利要求3所述的一种快速充电装置，其特征在于所述的AC-DC模块输入端设置电量计量模块，主控板对流经AC-DC模块的电量及功率进行采集。
5.一种快速充电***，包括权利要求1或4所述的一种快速充电装置；其特征在于：一种快速充电装置中还包括与主控板相连接的固定蓝牙模块；
还包括待充电装置；待充电装置与快速充电装置可通过充电端头相连接；
其特征在于待充电装置为电动自行车，车上的充电***包括BMS、车载充电电池、车载蓝牙模块、RFID电子标签。
6.一种充电控制方法，应用如权利要求5所述的一种快速充电***，其特征在于主要包括识别步骤，输出电步骤或反充电步骤：
识别步骤：
第一步：所述的电动自行车通过车载蓝牙模块，持续发布蓝牙广播，所述固定蓝牙模块收听车载蓝牙模块的广播信息，以读取电动自行车的车辆信息，完成对电动自行车的无线识别；
第二步：电动自行车进入所述的充电装置充电区域，快速充电装置通过RFID读写器读取RFID电子标签携带的信息；
第三步：将充电插头***，充电装置中的电压传感器测量车载充电电池电压，核对车载充电电池电压是否已所述第一步、第二步读取的信息一致；；
第四步：用户在手持终端上对电动自行车选择反充电还是输出电；
若输出电，则执行输出电步骤：
第一步：在手持终端上设置充电时长，并完成支付；
第二步：服务器确认手持终端支付成功后，通过所述的网络将指令下发主控板；
第三步：主控板控制开启AC-DC和DC-DC以采用上述第三步相匹配的电压电流对所述的车载充电电池进行充电，充电过程中实时检测充电电压、电流情况。
第四步：设置的充电时间到、充满或者手动设置停止情况时，充电结束；
若反充电，则执行反充电步骤：
第一步：打开继电器；
第二步：电动自行车的车载充电电池中的电能经双向DC-DC升压后充入储能电源；
第三步：主控板监控充入的电量，计入用户账户中。
7.如权利要求6的一种充电控制方法，其特征在于电动自行车与充电装置识别的方法，充电装置中的RFID射频模块将车辆上RFID电子标签中的信息读取到主控***中进行解析。
8.如权利要求6或7所述的的一种充电控制方法，其特征在于RFID记载信息的方法为，记载的信息为；RFID电子标签携带的信息有车厂商代码、携带的电池类型、充电额定的电压电流参数、插头类型。
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