CN206757340U - 一种模块化电动车直流充电桩控制板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化电动车直流充电桩控制板，采用模块化的设计模式的同时，将充电桩核心功能的一些必要模块，即核板数字量输入输出模块、核板串口通信模块以及核板控制导引模块与核板MCU模块集成到一个板即核板上，将直流充电桩的附加功能一些模板，即扩展板温度采集模块、扩展板模拟量采集模块集成到扩展板上，这样，核板集成了充电桩的所有核心功能模块，而扩展板作为核板功能的补充，集成了直流充电桩所需的一些附加功能模块，通过核板与扩展板的共同作用来控制整个直流充电桩。由于核板可以交流充电桩控制板良好兼容，在生产过程中，只要更换扩展板的功能模块，就可以实现直流充电桩控制板向交流控制板的快速转换，以控制生产成本。

Description

一种模块化电动车直流充电桩控制板

技术领域

本实用新型属于充电桩技术领域，更为具体地讲，涉及一种模块化电动车直流充电桩控制板。

背景技术

目前随着电动车(电动汽车)的普及，不同功能、满足人们不同充电需求的电动车充电桩也进入了人们的视野。与此同时，充电桩控制装置的研发也面临一系列问题：是体积小、功率小、充电速率慢但适宜安置的交流充电桩还是体积大、功率大、可以实现快速充电但安置较困难的直流充电桩。不同充电方式的充电桩实现功能不同，如何在控制成本的前提下，实现对不同功能充电桩控制装置的研发生产成为电动车充电桩发展过程中需持续解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提出一种模块化电动车直流充电桩控制板，实现很好地与交流充电桩控制板良好的部件兼容，在生产过程中，实现直流充电桩控制板向交流控制板的快速转换，以控制生产成本。

为实现上述实用新型目的，本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板，其特征在于，包括核板和扩展板；

所述核板又进一步包括：

一核板电源模块，用于为核板其他模块以及扩展板提供电源；

一核板MCU模块，用于控制核板数字量输入输出模块、核板串口通信模块、核板控制导引模块以及扩展板温度采集模块、扩展板模拟采集模块；

一核板数字量输入输出模块，用于当发生严重故障时，急停开关按下，数字量输入接口连接的常开触点闭合，输入高电平作为紧停信号时，接收紧停开关发送过来的紧停信号，并输出紧停控制信号给核板MCU模块，以停止直流充电桩的充电；同时，当开始充电时，核心MCU模块输出高电平，将其上的一个三极管基极电平拉高，三极管集电极和发射极导通到地，使集电极连接的继电器导通，从而启动直流充电桩的充电；

一核板串口通信模块，用于核板MCU模块与充电桩内模块器件进行数据通信，包括四个RS232通信串口、一个RS485通信串口以及一个CAN通信口，其中四个RS232通信串口中一个用于GPRS，一个用于HMI，两个用于调试，RS485用于电表通信，每个通信串口以及CAN通信口都配用相应的驱动芯片，完成与充电桩内模块器件的数据通信；

一核板控制导引模块，用于判断充电过程中充电枪与充电的电动车是否连接完好，判断结果输入到核板MCU模块；

所述扩展板又进一步包括：

一扩展板温度采集模块，用于通过温敏电阻采集直流充电桩内部的温度，其采集的温度信号通过连接线送入核板MCU模块中，对直流充电桩内部的温度进行监控；

一扩展板模拟量采集模块，用于采集充电桩内实际电压值，并将采集的电压信号通过连接线送入核板MCU模块中，对直流充电桩充电电压进行监控。

本实用新型的目的是这样实现的。

本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板，采用模块化的设计模式的同时，将充电桩核心功能的一些必要模块，即核板数字量输入输出模块、核板串口通信模块以及核板控制导引模块与核板MCU模块集成到一个板即核板上，将直流充电桩的附加功能一些模板，即扩展板温度采集模块、扩展板模拟量采集模块集成到扩展板上，这样，核板集成了充电桩的所有核心功能模块，而扩展板作为核板功能的补充，集成了直流充电桩所需的一些附加功能模块，通过核板与扩展板的共同作用来控制整个直流充电桩。由于核板可以交流充电桩控制板良好兼容，在生产过程中，只要更换扩展板的功能模块，就可以实现直流充电桩控制板向交流控制板的快速转换，以控制生产成本。

附图说明

图1是本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板一种具体实施方式原理框图；

图2是图1所示核板电源模块的一种具体实施方式原理示意图；

图3是图1所示核板数字量输入输出模块的一种具体实施方式原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型本实用新型的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本实用新型本实用新型。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本实用新型本实用新型的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板采用模块化的设计模式，由于采用了核板+扩展板的模式，可以实现由直流桩控制板向交流桩控制板的快速转换。

由于电动车充电桩的核心功能是为电动汽车充电，因此一些充电所需的核心功能必不可少。核心功能包括：电量、电压、电流的采集，与用户之间进行人机交互，与远端服务器进行数据传输，判断充电枪与充电电动车的连接。

为了支撑电动车充电桩的这些核心功能，核板需要一些必要模块来对应这些功能的实现，包括：核板数字量输入输出模块、核板串口通信模块、核板控制导引模块等。但是由于直流充电本身的一些特性：直流输出、输出功率大等等，为了保证直流充电桩桩体以及充电汽车的安全，仅仅以上述核心功能是远远不够的。因此必须添加一些附加的功能，包括：温度采集功能，模拟量采集功能。

因此，本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板采用核板+扩展板的实现方式，核板集成了充电桩的所有核心功能模块，而扩展板作为核板功能的补充，集成了直流充电桩所需的一些附加功能模块。通过核板与扩展板的共同作用来控制整个直流充电桩。

图1是本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板一种具体实施方式原理框图。

在本实施例中，如图1所示，本实用新型模块化电动车直流充电桩控制板包括核板1和扩展板2。

1、核板

在本实施例中，如图1所示，核板又进一步包括核板电源模块101、核板MCU模块102、核板数字量输入输出模块103、核板串口通信模块104、核板控制导引模块105，下面对每个核板的构成模块进行一个详细的描述。

1.1、核板电源模块

核板电源模块101用于为核板1的其他模块以及扩展板2提供电源。在本实施例中，如图2所示，核板电源模块101由外界提供的24V电压供电，J17端口作为电源接收端口。由于各元器件能够承受的电压不全相同，在本实施例中，共有24V、5V、3.3V三种等级。如图2(a)所示，首先将通过J17端口输入的24V电压，经过正向二极管D13输入到稳压集成电路U10(型号为B82720)进行稳压，输出稳定的24V电压即24V IN。在输出的电压之间加入一个24V的稳压二极管D11(型号为TVS-SMCJ)，其工作原理为现有技术，在此不再赘述。如图2(b)所示，24V电压即24V IN经过直流-直流转换器U11(型号为LM25968X-5.0)转换为5V的电压VCC；然后，如图2(c)所示，5V电压再经过一个直流-直流转换器U12(型号为tlv1117-3.3)转换为3.3V的电压。需要说明的是，图2是一个示意图，且稳压集成电路U10、直流-直流转换器U11、直流-直流转换器U12的***电路并未画出。

这样，通过相应的转压芯片与相关电路将24V电压转化为5V电压，再将5V转化成3.3V电压，如此即可满足各元器件的电压等级，又做到为整个模块化电动车直流充电桩控制板供电。

1.2、核板MCU模块

核板MCU模块102用于控制核板数字量输入输出模块103、核板串口通信模块104、核板控制导引模块104以及扩展板温度采集模块201、扩展板模拟采集模块202。

核板MCU模块102为整个模块化电动车直流充电桩控制板的逻辑控制核心模块。在本实施例中，核板MCU模块102由一块英飞凌的XMC4400-F100K512AB芯片与其***电路构成。通过对控制芯片引脚的规划，使之成为适合于充电桩的控制芯片。该芯片通过其***电路与其他模块相连，以此达到控制整块控制板的目的。

1.3、核板数字量输入输出模块

在本实施例中，核板数字量输入输出模块的输入电路主要由三极管构成，输出电路主要由继电器与三极管构成。下面通过对此模块与充电桩功能的具体对应进行说明。

(1)、接收急停开关发送过来的急停信号(数字量输入)

正常状态下，急停开关为弹起状态，此时数字量输入接口为低电平。当发生严重故障时，急停开关按下，此时数字量输入接口连接的常开触点闭合，输入高电平，输入高电平作为紧停信号时，接收紧停开关发送过来的紧停信号，并发送给核板MCU模块，以停止直流充电桩的充电。在本实施例中，如图3(a)所示，当急停开关为弹起状态，紧停信号DI1未有电平输入，由于电阻R7(2k电阻)接地GND，数字量输入接口为低电平，即三极管Q1的基极为低电平，此外三极管Q1集电极与发射极不导通，此时，紧停控制信号DI_1与3.3V电源相连为高电平；当发生严重故障时，急停开关按下，数字量输入接口连接的常开触点闭合，输入高电平的紧停信号DI1，通过分压电阻R6(10k电阻)、R7(2k电阻)分压，使三极管Q1基极获得适当电压，此时三极管Q1集电极与发射极导通，由于发射极接地，所以紧停控制信号DI_1由高电平变为低电平，DI_1与核板MCU模块的控制芯片引脚连接，此时控制芯片对应引脚即输入低电平，此时，核板MCU模块输出停止信号停止直流充电桩的充电。

(2)、控制充电枪进行充电(数字量输出)：

当开始充电时，核心MCU模块输出高电平，将其上的一个三极管基极电平拉高，三极管集电极和发射极导通到地，使集电极连接的继电器导通，从而启动直流充电桩的充电。在本实施例中，如图3(b)所示，以DO_1为例，DO_1与核板MCU模块102的控制芯片管脚DO_1直接相连。当未充电时，控制芯片DO_1输出为低电平。若开始充电，由控制芯片DO_1输出高电平。此时三极管Q2基极电平拉高，集电极与发射极导通。由于发射极接地，集电极变为低电平。继电器内线圈右侧接有5V电压，线圈通电，使得继电器内常开触点闭合24V与DO1导通，启动直流充电桩的充电。

1.4、核板串口通信模块

核板串口通信模块104用于核板MCU模块102与充电桩内模块器件进行数据通信，包括四个RS232通信串口、一个RS485通信串口以及一个CAN通信口，其中四个RS232通信串口中一个用于GPRS(General Packet Radio Service的缩写，即通用分组无线服务的简称)，一个用于HMI(Human Machine Interface的缩写，即人机交互的简称)，两个用于调试，RS485用于电表通信，每个通信串口以及CAN通信口都配用相应的驱动芯片，完成与充电桩内模块器件的数据通信。

1.5、核板控制导引模块

核板控制导引模块105用于判断充电过程中充电枪与充电的电动车是否连接完好，判断结果输入到核板MCU模块102。

在本实施例中，控制导引端子连接充电枪，控制导引端子的PMW_OUT端口会向充电枪发出一个PMW方波，充电枪在接收到此PMW波之后会向返回一个CGV电压，控制导引端子的CGV端口接收。该CGV电压被输入到三个电压比较器之中，与24V电压经过电阻分压之后得到的3V，5V，10V电压相比较，比较之后在CGV_011、CGV_022、CGV_033中分别得到相应的高低电平，这些电平被送入控制芯片中处理后，可以得到充电枪返回的CGV电压的范围，由此可以判断充电枪是否已与电动汽车连接正常。

2、扩展板

扩展板是为直流充电本身的特性而设计的功能模块，包括扩展板温度采集模块201以及扩展板模拟量采集模块202。

2.1、扩展板温度采集模块

由于直流充电桩充电功率较高，机体内部需要大量ADC模块来实现交流——直流的转换，因此充电桩内发热功率较高，此时则需要对机体进行温度监控，避免出现机体温度过高造成损失。此模块主要实现此项功能，以防温度过高损坏充电机。

此模块主要通过外接一个温敏电阻来采集温度，具有两个温敏电阻接入端子Temp1与Temp2，通过温敏电阻接入端子Temp1与Temp2与两块集成数字转换器Max6682相连接。当充电桩机体处于正常工作情况下，温敏电阻值处于正常范围。若出现机体温度过高的情况，温敏电阻阻值升高，由于温敏电阻内流有稳定电流，温敏电阻两端电压上升，温敏电阻与外界电阻构成分压器，向核板MCU模块102的控制芯片返回一个电压值，最后通过程序判断此值是否在正常范围内。从而达到温度监测的目的。

2.2、扩展板模拟量采集模块

在充电汽车充电过程中，有时会发生过压故障，为了保护桩体以及充电汽车不因电压过高损坏。采用此模块采集电压以作保护。

扩展板模拟量采集模块202用于采集充电桩内实际电压值，并将采集的电压信号通过连接线送入核板MCU模块中，对直流充电桩充电电压进行监控。

在本实施例中，通过模块内电路分压，变流，使得最终控制芯片采集到的电压值在0～3.3之间。最终控制芯片通过采集到的电压数值来反推充电桩内实际电压值。

这样，将核板集成充电桩的所有核心功能模块，而扩展板作为核板功能的补充，集成了直流充电桩所需的一些附加功能模块，通过核板与扩展板的共同作用来控制整个直流充电桩。由于核板可以交流充电桩控制板良好兼容，在生产过程中，只要更换扩展板的功能模块，就可以实现直流充电桩控制板向交流控制板的快速转换，以控制生产成本。

尽管上面对本实用新型本实用新型说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型本实用新型，但应该清楚，本实用新型本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型本实用新型构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种模块化电动车直流充电桩控制板，其特征在于，包括核板和扩展板；

所述核板又进一步包括：

一核板电源模块，用于为核板其他模块以及扩展板提供电源；

一核板MCU模块，用于控制核板数字量输入输出模块、核板串口通信模块、核板控制导引模块以及扩展板温度采集模块、扩展板模拟采集模块；

一核板数字量输入输出模块，用于当发生严重故障时，急停开关按下，数字量输入接口连接的常开触点闭合，输入高电平作为紧停信号时，接收紧停开关发送过来的紧停信号，并输出紧停控制信号给核板MCU模块，以停止直流充电桩的充电；同时，当开始充电时，核心MCU模块输出高电平，将其上的一个三极管基极电平拉高，三极管集电极和发射极导通到地，使集电极连接的继电器导通，从而启动直流充电桩的充电；

一核板串口通信模块，用于核板MCU模块与充电桩内模块器件进行数据通信，包括四个RS232通信串口、一个RS485通信串口以及一个CAN通信口，其中，四个RS232通信串口中一个用于GPRS、一个用于HMI、两个用于调试，RS485用于电表通信，每个通信串口以及CAN通信口都配用相应的驱动芯片，完成与充电桩内模块器件的数据通信；

一核板控制导引模块，用于判断充电过程中充电枪与充电的电动车是否连接完好，判断结果输入到核板MCU模块；

所述扩展板又进一步包括：

一扩展板温度采集模块，用于通过温敏电阻采集直流充电桩内部的温度，其采集的温度信号通过连接线送入核板MCU模块中，对直流充电桩内部的温度进行监控；

一扩展板模拟量采集模块，用于采集充电桩内实际电压值，并将采集的电压信号通过连接线送入核板MCU模块中，对直流充电桩充电电压进行监控。