CN207488816U - 具有自检功能的直流充电桩*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有自检功能的直流充电桩***，包括主控单元、电源模块、保护单元和自检模块，所述主控单元分别与电源模块、保护单元和自检模块通信连接，所述自检模块中连接负载，所述电源模块的直流输出端与辅助电源输出端均通过继电器与自检模块中的负载电连接，所述自检模块与充电桩的充电接口通信连接。实现便于维护，从而避免用户在使用时出现故障的优点。

Description

具有自检功能的直流充电桩***

技术领域

本实用新型涉及直流充电领域，具体地，涉及一种具有自检功能的直流充电桩***。

背景技术

直流充电桩是一种利用专用充电接口为具有车载充电机的电动汽车提供直流充电的装置。从交流电网获取电能，然后根据电动车的需要，为电动车输出适合的高压直流。

直流充电桩具有友好的人机交互能力，可以实现充电控制，费用结算等功能。相较于交流充电桩，直流充电桩具有充电速度快的特点，因此应用更加广泛，是电动公交车等大型车辆的首选充电设备。

现有直流充电桩存在诸多问题。一方面是充电桩质量问题，充电桩行业标准不完善，参考新旧国标不同，不能兼容所有车型、充电过程会时常中断、充电操作流程复杂、充电支付方式不够灵活等等，使用者深感不便。另一方面，安全事故频发，市场上60％的充电桩未设置“超时错误”处理机制、通信协议不完整的充电桩占到73％等。因此存在工作人员的维护不便的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种具有自检功能的直流充电桩***，以实现便于维护，从而避免用户在使用时出现故障的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种具有自检功能的直流充电桩***，包括主控单元、电源模块、保护单元和自检模块，所述主控单元分别与电源模块、保护单元和自检模块通信连接，所述自检模块中连接负载，所述电源模块的直流输出端与辅助电源输出端均通过继电器与自检模块中的负载电连接，所述自检模块与充电桩的充电接口通信连接。

进一步地，还包括计费控制单元，所述计费控制单元与主控单元通信连接。

进一步地，所述主控单元与电源模块通过CAN总线连接，所述主控单元与计费控制单元通过CAN总线连接，所述主控单元与自检模块通过CAN总线连接，所述自检模块与充电桩的充电接口通过CAN总线连接。

进一步地，所述保护单元，包括绝缘检测模块和泄放模块，所述绝缘检测模块与主控单元通过RS485通信电路连接。

进一步地，所述自检模块与主控单元之间设置放大电路，所述放大电路，包括运放器U42A和运放器U42B，所述运放器U42A的同相输入端依次串联电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203和电阻R204，所述运放器U42A的反相输入端依次串联电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208和电阻R209，所述运放器U42A的反相输入端与输出端之间串联电阻R211，电容C123与电阻R211并联，所述运放器U42A的输出端与运放器U42B的同相输入端之间串联电阻R213，所述运放器U42B的反相输入端与输出端串联。

进一步地，所述电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208和电阻R209的电阻值均为1MΩ，所述电阻R211的电阻值为12KΩ，所述电阻R213的电阻值为10KΩ，所述电容C123的电容值为220pF。

本实用新型的技术方案具有以下有益效果：

本实用新型的技术方案，通过设置自检模块，对充电桩的电气特性、通信和错误处理进行自动检测，从而便于工作人员及时有效维修，从而达到便于维护，从而避免用户在使用时出现故障的目的。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的具有自检功能的直流充电桩***的原理框图；

图2至图29为本实用新型实施例所述的具有自检功能的直流充电桩***的电子电路图；

图30为本实用新型实施例所述的具有自检功能的直流充电桩***的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种具有自检功能的直流充电桩***，包括主控单元、电源模块、保护单元和自检模块，主控单元分别与电源模块、保护单元和自检模块通信连接，自检模块中连接负载，电源模块的直流输出端与辅助电源输出端均通过继电器与自检模块中的负载电连接，自检模块与充电桩的充电接口通信连接。

其中，还包括计费控制单元，计费控制单元与主控单元通信连接。

主控单元与电源模块通过CAN总线连接，主控单元与计费控制单元通过CAN总线连接，主控单元与自检模块通过CAN总线连接，自检模块与充电桩的充电接口通过CAN总线连接。

保护单元，包括绝缘检测模块和泄放模块，绝缘检测模块与主控单元通过RS485通信电路连接。

自检模块与主控单元之间设置放大电路，放大电路如图27所示，包括运放器U42A和运放器U42B，运放器U42A的同相输入端依次串联电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203和电阻R204，运放器U42A的反相输入端依次串联电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208和电阻R209，运放器U42A的反相输入端与输出端之间串联电阻R211，电容C123与电阻R211并联，运放器U42A的输出端与运放器U42B的同相输入端之间串联电阻R213，运放器U42B的反相输入端与输出端串联。

电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208和电阻R209的电阻值均为1MΩ，电阻R211的电阻值为12KΩ，电阻R213的电阻值为10KΩ，电容C123的电容值为220pF。

主控单元通过CAN总线与计费控制单元、自检模块和电源模块相连接。在这条CAN总线上，主控模块与各个模块进行数据交互。主控模块与绝缘检测模块是用RS485总线进行连接。

自检模块与主控模块的数据交互使用CAN总线通信，自检模块的另一个CAN端口与充电接口中的数据线连接。在报文自检阶段，自检模块通过这条总线模拟车载BMS***与桩体主控单元进行通信。

电源模块的直流输出端与辅助电源输出端都通过继电器与自检模块中的负载进行连接。

主控单元具有充电流程控制功能，电源模块输出控制功能，通信功能。充电流程控制功能是根据检测点的电压状态或者车辆发送的通信报文，来判断目前处于充电的哪个阶段，进而控制直流充电桩中的执行机构来对车辆进行安全充电。

电源模块输出控制是通过CAN总线控制电源模块动态调整输出电压和输出电流，以适应当前所处于的不同充电阶段以及不同型号的车辆。

通信功能包括两个方面。第一是与连接车辆之间的通信，用来识别车辆电池信息，以及在充电过程中实时交换充电信息。第二是指桩体与服务器之间的通信，可以将用户的消费信息与充电的状态及时上报至服务器，便于多桩统一管理。

计费控制单元硬件电路满足国家电网公司的《电动汽车非车载整车直流充电机通用技术规范》以及《电动汽车非车载整车交流充电机通用技术规范》。并采用数据加解密等技术，通过以太网通信模块与后台服务器共同完成费用的结算功能。

保护单元主要由绝缘监测模块与泄放模块构成。绝缘检测模块的有效电压范围为DC200V～DC1000V，主控单元可以通过RS485总线对绝缘检测模块进行配置。绝缘检测模块采用平衡电桥与非平衡电桥相结合的测试原理，避免平衡电桥在正负母线同时接地无法检测的问题，并且具有负压检测功能，可为充电桩提供负压信号防止反接。主控单元可以通过RS485接口循环扫描绝缘监测模块实现数据获取，也可通过指令对绝缘监测模块进行复位、停止等控制。

泄放模块中的电阻为功率电阻，主控单元实时采集直流控制回路接触器的状态，从而进行泄放开关的控制，泄放开关状态与直流控制回路接触器的状态互斥。

主控单元还设置人机交互单元，人机交互单元采用触摸式显示屏，色彩亮泽，能实现户外高亮度环境的显示。充电过程中显示充电时间、电压、电流、电量、卡余额与消费金额。并可通过显示屏对直流充电桩的编号，IP地址等参数进行配置。

同时也支持刷卡和App扫码启动充电的功能。用户可根据实际情况自由选择操作方式。

自检模块自检的数据具体分为三个大类，分别为：电气特性检测，通信检测，错误处理检测。

电气特性检测：

电气特性检测包括：桩体的充电输出检测，辅助电源输出检测以及直流输出绝缘是否达到国标要求的检测。

桩体的充电输出检测是依靠自检模块与充电桩自带的8kW负载来完成的。检测时，主控单元会将直流输出端切换至负载端，并依次给电源模块发送不同的电压输出指令，并根据负载控制在当前电压下的输出电流。在负载端检测电源模块的输出电压，电流是否正常。若没有正常输出，则会提示运维人员及时检查电源模块是否正常，或者检查主控单元与电源模块的通信是否正常。

辅助电源是直流充电桩在充电过程中，为车载BMS***供电的设备。因此，辅助电源是否正常输出决定了车载BMS***能否正常工作。为了适应不同的车型，辅助电源提供DC12V，DC24V两种输出电压。在自检时，先通过继电器将辅助电源输出端切换至DC12V电源端，检测此时输出端电压是否正常。再将辅助电源的输出端切换至DC24V电源端再次检测。若出现电压不稳，输出电压纹波过大的现象，则进行告警处理。

直流输出绝缘检测是利用绝缘检测模块对直流输出线路进行检测，输出电压为车辆通信握手报文内的最高允许充电总电压和供电设备额定电压中的较小值。绝缘检测完成后，将绝缘检测模块从直流输出的线路中断开，并投入泄放回路，对充电输出电压进行泄放。若绝缘检测没有达到国标中的相关规定，充电桩会立即停止输出，并上报故障。

通信检测：

通信检测是利用桩体自带的BMS模拟***与桩体通信，从通信流程以及报文识别两个方面对桩体进行检测。

通信检测分为两个步骤进行：1).模拟车辆与桩体通信，分别检测桩体在握手，配置，充电，结束四个阶段是否能识别BMS模拟***发送的报文，同时对桩体所发送的报文也进行检测。2).模拟车辆与桩体通信时，BMS模拟***会返回错误报文来检验桩体是否能正确识别。

在进行第一个步骤时，BMS模拟***会与桩体进行一次完整流程的报文交互，并对桩体发出的报文从时序、内容、信息是否超时等方面进行检查。

在进行第二个步骤时，BMS模拟***会制造在通信时的各种报文故障，例如：报文缺失，通信速率不匹配，校验错误，信息返回超时等，以检验桩体是否能识别出这些错误。

通信检测是自检环节中重要的一项，这项指标直接决定了桩体对不同型号车辆的兼容性和充电时数据交互的稳定性。若发现桩体发出的信息错误或者对错误的信息没有识别，桩体会及时上报故障。避免与充电车辆通信时，对车辆造成损坏。

错误处理检测：

错误处理检测是指在发现桩体本身出现故障，或者在接收到车辆返回的故障报文时，桩体是否能及时控制相应的执行机构停止充电。避免对车辆造成更大的损害。

错误处理检测包含的项目有：1).SOC超出正常范围。2).电压异常。3).电流异常。4).电池组过温。

模拟车辆的SOC超出正常范围、电压异常、电流异常和电池组过温的检测是利用桩体自带的BMS模拟***向通信总线发送故障信息，桩体接收到故障信息后，应当立即切断直流输出回路。若自检模块检测出直流输出回路在此时没有正常切断，便会记录这个错误。并通过以太网上报至服务器，与此同时显示屏也会显示告警信息。

在自检结束后，自检模块会将生成的检测报表通过主控模块上报至服务器，并根据充电桩的编号生成相应的自检报告，便于工作人员分析查阅。

具有自检功能的直流充电桩***，可以兼容遵循新旧国标的电动车。本充电桩***集充电控制、人机交互、通讯、计量和计费于一体，并具有良好的防尘、防水功能，防护等级达到IP54，可在户外安全可靠运行。

本充电桩***注重运行时的稳定性与可靠性，因此，增加自检模块。可以对充电桩的充电流程，以及电气特性等进行全方位的检测。不仅检测桩本身的可靠性，而且将桩体对于错误的处理也作为检测对象。这些措施保证了用户使用时的稳定性与安全性。

除此之外，本充电桩***在通信功能上也提供了多种通信接口，对外提供CAN、以太网、2G/3G/4G、WIFI等多种通信接口，与监控中心、运营管理中心实时通信，实时监测充电状态，并定时自检。方便管理人员监控桩体运行过程中的各个环节。

具有自检功能的直流充电桩***的电子电路图如图2至图29所示。

直流充电桩***工作流程状态如图30所示，当充电桩处于等待使用的状态，称之为“初始状态”，在此状态下操作人员可随时进行对车辆的充电。当把充电枪完全***车辆充电插座时，充电枪上的S开关闭合。电子锁将充电枪与车辆充电插座完全互锁，使得车辆处于不可行驶状态。

操作人员对充电桩充电参数配置后，充电桩和车辆开始进行接口初始化。具体过程为，充电桩通过检测点1的电压值判断充电桩充电插头与车辆插座是否完全连接，当检测点的电压值为4V时，判断接口已完全连接。

在与车辆完全连接后，充电桩会通过辅助电源输出端向车载BMS供电，闭合直流输出接触器，同时充电桩本身开始进行绝缘检测。检测完成后，将会投入泄放回路对充电输出电压进行泄放，之后充电桩开始周期发送握手报文。这个阶段为“建立通信”阶段。

当检测到车端电池电压正常后，导通直流供电回路，开始充电。

在充电阶段，车载BMS向充电桩实时发送电池充电需求参数，充电桩***根据电池充电需求参数实时调整充电电压和充电电流。此外，车载BMS和充电桩***还相互发送各自的状态信息。

当充电桩***接收到车载BMS发出的“电池管理***中止充电报文”，或者达到操作人员设定的充电结束条件后，充电桩***便开始周期发送“充电机中止充电报文”，并控制充电机停止充电。

主控单元采用的控制芯片为STM32F107芯片，内部嵌有3个12位的模数转换器，每个ADC有多达18个外部通道，可以实现单次或扫描转换。采用SPI flash存储芯片，具备电子可擦除可编程(EEPROM)的性能，可存储4096条用户信息，还不会断电丢失数据，同时可以快速读取数据，有效地防止***掉电丢失数据。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有自检功能的直流充电桩***，其特征在于，包括主控单元、电源模块、保护单元和自检模块，所述主控单元分别与电源模块、保护单元和自检模块通信连接，所述自检模块中连接负载，所述电源模块的直流输出端与辅助电源输出端均通过继电器与自检模块中的负载电连接，所述自检模块与充电桩的充电接口通信连接。

2.根据权利要求1所述的具有自检功能的直流充电桩***，其特征在于，还包括计费控制单元，所述计费控制单元与主控单元通信连接。

3.根据权利要求2所述的具有自检功能的直流充电桩***，其特征在于，所述主控单元与电源模块通过CAN总线连接，所述主控单元与计费控制单元通过CAN总线连接，所述主控单元与自检模块通过CAN总线连接，所述自检模块与充电桩的充电接口通过CAN总线连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的具有自检功能的直流充电桩***，其特征在于，所述保护单元，包括绝缘检测模块和泄放模块，所述绝缘检测模块与主控单元通过RS485通信电路连接。

5.根据权利要求1、2或3所述的具有自检功能的直流充电桩***，其特征在于，所述自检模块与主控单元之间设置放大电路，所述放大电路，包括运放器U42A和运放器U42B，所述运放器U42A的同相输入端依次串联电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203和电阻R204，所述运放器U42A的反相输入端依次串联电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208和电阻R209，所述运放器U42A的反相输入端与输出端之间串联电阻R211，电容C123与电阻R211并联，所述运放器U42A的输出端与运放器U42B的同相输入端之间串联电阻R213，所述运放器U42B的反相输入端与输出端串联。

6.根据权利要求5所述的具有自检功能的直流充电桩***，其特征在于，所述电阻R200、电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208和电阻R209的电阻值均为1MΩ，所述电阻R211的电阻值为12KΩ，所述电阻R213的电阻值为10KΩ，所述电容C123的电容值为220pF。