并联大电流直流电动汽车充电桩的制作方法

本发明涉及直流充电桩领域，尤其涉及一种并联大电流直流电动汽车充电桩。

背景技术：

随着新能源汽车的快速发展，电动汽车在全球范围内销量持续增长，目前电动车的储能系统大多采用锂离子电池，锂离子电池具有能量比比较高、重量轻等优点，但由于锂离子电池采用有机电解液，易燃易爆，从本质上存在安全性差，有发生爆炸的危险，给电动汽车带来了极大的隐患。国内镍氢类动力电池(超级电容)的电解液为水性电解液，从根本上解决了电池易燃易爆的问题，经过多年的发展，镍氢类动力电池(超级电容)的大容量、可大电流充放电(最大2000a)的特点适用于电动汽车，尤其适用于城市公交大巴车。

为适应电动汽车产业的迅猛发展，国内各地纷纷建立电动车充电站。目前国内充电站内的充电桩多为交流充电桩，适用于锂离子电池，充电电流小，充电时间长，无法进行大电流(500a以上)快速充电。而且，目前国家电网充电标准最大充电为250a，超过这个电流的大功率充电插头和充电电缆体积和重量相当大，使用时费时、费力，使操作带来极大困难。因此研发一种500a甚至更大的快速充电桩系统迫在眉睫。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种并联大电流直流电动汽车充电桩，首先，搭建直流充电桩主体作为硬件平台，所述直流充电桩主体为优化后的充电设备，其次，采用排气管检测设备和环形线圈检测设备分别对附近的用油汽车数量和汽车总量进行统计；最后，通过显示设备对统计结 果进行本地显示，从而为直流电动桩的管理者决定是否将所述直流充电桩进入睡眠模式以节省能源，或者决定是否需要增减直流充电桩的数量，提供重要的参考数据。

根据本发明的一方面，提供了一种并联大电流直流电动汽车充电桩，所述充电桩包括直流充电桩主体、avr32芯片、显示设备、cf卡、排气管检测设备和环形线圈检测设备，直流充电桩主体用于对电动汽车的电池组进行充电，环形线圈检测设备用于检测附近道路是否有汽车通过，排气管检测设备和cf卡用于识别通过汽车的车辆类型，avr32芯片位于直流充电桩主体内，与显示设备、cf卡、排气管检测设备和环形线圈检测设备分别连接，用于通过显示设备在本地显示附近道路通过汽车的统计数据。

更具体地，在所述并联大电流直流电动汽车充电桩中，包括：环形线圈检测设备，埋设在充电站附近道路的下方，用于检测过往目标是否为汽车，并在检测到汽车时发出存在汽车信号；显示设备，与avr32芯片连接，用于实时显示汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量；直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管igbt桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路、can总线通讯接口和avr32芯片；第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；igbt桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与igbt桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离；第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电；驱动电路与avr32芯片连接，用于接收avr32芯片发出的igbt桥控制信号，并基于igbt桥控制信号确定驱动控制信号；采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和avr32芯片分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；均流控制电路与avr32芯片连接，用于基于avr32芯片发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三 相交流输入线路上，与avr32芯片连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给avr32芯片；输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给avr32芯片；cf卡，预先存储了排气管灰度上限阈值、排气管灰度下限阈值和各类排气管基准模版，排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值用于将图像中的排气管与背景分离，所述各类排气管基准模版为对各类用油汽车的基准排气管预先进行拍摄所得到的各个图像，所述排气管灰度上限阈值和所述排气管灰度下限阈值的取值范围均为0-255，所述排气管灰度上限阈值大于所述排气管灰度下限阈值；ccd拍摄设备，用于对附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像，所述附近道路图像的分辨率为3840×2160；排气管检测设备，与cf卡连接，包括边缘增强子设备、haar小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；所述边缘增强子设备与所述ccd拍摄设备连接，用于对所述附近道路图像执行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述haar小波滤波子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述边缘增强图像采用基于2阶haar小波基的小波滤波处理，以滤除所述边缘增强图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像；所述中值滤波子设备与所述haar小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得对比度增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备连接，将所述对比度增强图像中像素灰度值在排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值之间的所有像素组成排气管子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备连接，将所述排气管子图像与各类用油汽车的排气管基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在排气管信号，并输出匹配成功的排气管基准模版对应的用油汽车类型，匹配失败，则输出不存在排气管信号；avr32芯片与排气管检测设备和环形线圈检测设备分别连接，当接收到存在汽车信号时，汽车数量自加1，当接收到存在汽车信号且接收到存在排气管信号时，非电动汽车数量自加1，电动汽车数 量为汽车数量减去非电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每天自动清零；其中，环形线圈检测设备包括第一感应线圈、第二感应线圈、耦合振荡电路、信号整形放大电路和微处理器组成，第二感应线圈设置在第一感应线圈的正前方，耦合振荡电路与第一感应线圈和第二感应线圈分别连接，以在有目标依次通行过第一感应线圈和第二感应线圈时检测第一感应线圈和第二感应线圈各自的线圈电感量的变化，信号整形放大电路与耦合振荡电路连接，用于对耦合振荡电路的输出信号进行整形放大以获得整形放大信号，微处理器与信号整形放大电路连接，用于基于接收到的整形放大信号判断经过的目标是否为汽车以确定是否发出存在汽车信号；其中，边缘增强子设备、haar小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备均设置在直流充电桩主体内的集成电路板上。

更具体地，在所述并联大电流直流电动汽车充电桩中：avr32芯片还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作。

更具体地，在所述并联大电流直流电动汽车充电桩中：avr32芯片还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作。

更具体地，在所述并联大电流直流电动汽车充电桩中：avr32芯片还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作。

更具体地，在所述并联大电流直流电动汽车充电桩中：avr32芯片还基于直流采样数据确定均流控制信号。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的并联大电流直流电动汽车充电桩的结构方框图。

图2为根据本发明实施方案示出的并联大电流直流电动汽车充电桩的环形线圈检测设备的结构方框图。

附图标记：1直流充电桩主体；2avr32芯片；3显示设备；4cf卡； 5排气管检测设备；6环形线圈检测设备；7第一感应线圈；8第二感应线圈；9耦合振荡电路；10信号整形放大电路；11微处理器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的并联大电流直流电动汽车充电桩的实施方案进行详细说明。

电动汽车指的是由电动机驱动的汽车。电动汽车，相对燃油汽车而言，主要差别(异)在于四大部件，驱动电机，调速控制器、动力电池、车载充电器。相对于加油站而言，他有公用充电桩。电动汽车之品质差异取决于这四大部件，其价值高低也取决于这四大部件的品质。电动汽车的用途也在四大部件的选用配置直接相关。

电动汽车时速快慢，和启动速度取决于驱动电机的功率和性能，其续行里程之长短取决于车载动力电池容量之大小，车载动力电池之重量取决于选用何种动力电池如铅酸、锌碳、锂电池等，它们体积，比重、比功率、比能量、循环寿命都各异。这取决于制造商对整车档次的定位和用途以及市场界定、市场细分。

电动汽车的驱动电机有直流有刷、无刷、有永磁、电磁之分，再有交流步进电机等，他们的选用也与整车配置、用途、档次有关。另外驱动电机之调速控制也分有级调速和无级调速，有采用电子调速控制器和不用调速控制器之分。电动机有轮毂电机、内转子电机、有单电机驱动、多电机驱动和组合电机驱动等。

电动汽车优点：技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。电动汽车缺点：蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本，有些使用价格比汽车贵，有些价格仅为汽车的1/3，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。

从电动汽车的驱动电机来对电动汽车进行分类，可分为直流电动汽车和交流电动汽车。对于直流电动汽车来说，限制其发展的主要原因之一在于，无法配置每条道路都拥有的直流充电桩的充电网络，实际上，并非技术问题无法配置，而是如果真正配置下来，运营方的成本较高，而且占据 了大量的城市公共资源。

同时，即使是现有的直流充电桩，也无法根据附近道路的电动汽车的行驶数量决定其是否进入省电模式，这样导致了直流充电桩需要24小时时刻准备充电，直流充电桩的数量一多，浪费的电力较为可观。另外，直流充电桩的结构不够合理，功能不够齐备，无法迎合电动汽车用户日益挑剔的需求。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种并联大电流直流电动汽车充电桩，通过优化充电桩的结构设计一套高效、多功能的直流充电桩主体作为硬件平台，在直流充电桩主体上集成了高精度、有针对性的汽车检测设备和电动汽车检测设备，从而获得汽车类型的统计数据并进行本地显示，便于直流电动桩的管理者或推广者第一时间获得现场数据，为决定直流电动桩是否进入省电模式以及决定是否需要增减本地的直流电动桩的数量提供决策基础。

图1为根据本发明实施方案示出的并联大电流直流电动汽车充电桩的结构方框图，所述充电桩包括直流充电桩主体、avr32芯片、显示设备、cf卡、排气管检测设备和环形线圈检测设备，直流充电桩主体用于对电动汽车的电池组进行充电，环形线圈检测设备用于检测附近道路是否有汽车通过，排气管检测设备和cf卡用于识别通过汽车的车辆类型，avr32芯片位于直流充电桩主体内，与显示设备、cf卡、排气管检测设备和环形线圈检测设备分别连接，用于通过显示设备在本地显示附近道路通过汽车的统计数据。

接着，继续对本发明的并联大电流直流电动汽车充电桩的具体结构进行进一步的说明。

所述充电桩包括：环形线圈检测设备，埋设在充电站附近道路的下方，用于检测过往目标是否为汽车，并在检测到汽车时发出存在汽车信号。

所述充电桩包括：显示设备，与avr32芯片连接，用于实时显示汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量。

所述充电桩包括：直流充电桩主体，包括输入端电压检测设备、输出端电压电流检测设备、第一整流滤波电路、绝缘栅双极型晶体管igbt桥、高频变压器、第二整流滤波电路、驱动电路、采样检测电路、均流控制电 路、过温保护电路、输入过压欠压保护电路、输出过压过流保护电路、can总线通讯接口和avr32芯片。

第一整流滤波电路与380伏三相交流输入线路连接，用于将380伏三相交流电转换为直流输入电压；igbt桥与第一整流滤波电路和驱动电路分别连接，用于在驱动电路的驱动控制信号下，将直流输入电压转换为脉宽调制的交流输入电压；高频变压器与igbt桥连接，用于对交流输入电压进行变压隔离。

第二整流滤波电路与高频变压器连接，用于将变压隔离后的电压信号再次进行整流滤波以获得直流脉冲信号，直流脉冲信号用于对电动汽车的电池组进行充电；驱动电路与avr32芯片连接，用于接收avr32芯片发出的igbt桥控制信号，并基于igbt桥控制信号确定驱动控制信号。

采样检测电路与第二整流滤波电路的输出端和avr32芯片分别连接，用于对直流脉冲信号进行信号采样以获得直流采样数据；均流控制电路与avr32芯片连接，用于基于avr32芯片发送的均流控制信号对电动汽车的电池组的充电电流进行均流控制；输入端电压检测设备设置在380伏三相交流输入线路上，与avr32芯片连接，用于检测380伏三相交流输入线路的380伏三相交流电的输入电压，并将输入电压发送给avr32芯片。

输出端电压电流检测设备与第二整流滤波电路的输出端连接，用于检测第二整流滤波电路的输出端处的直流脉冲信号的电压和电流，以作为输出电压和输出电流发送给avr32芯片。

所述充电桩包括：cf卡，预先存储了排气管灰度上限阈值、排气管灰度下限阈值和各类排气管基准模版，排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值用于将图像中的排气管与背景分离，所述各类排气管基准模版为对各类用油汽车的基准排气管预先进行拍摄所得到的各个图像，所述排气管灰度上限阈值和所述排气管灰度下限阈值的取值范围均为0-255，所述排气管灰度上限阈值大于所述排气管灰度下限阈值。

所述充电桩包括：ccd拍摄设备，用于对附近道路进行拍摄，以获得附近道路图像，所述附近道路图像的分辨率为3840×2160。

所述充电桩包括：排气管检测设备，与cf卡连接，包括边缘增强子设备、haar小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目 标分割子设备和目标识别子设备。

所述边缘增强子设备与所述ccd拍摄设备连接，用于对所述附近道路图像执行边缘增强处理以获得边缘增强图像；所述haar小波滤波子设备与所述边缘增强子设备连接，用于对所述边缘增强图像采用基于2阶haar小波基的小波滤波处理，以滤除所述边缘增强图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像；所述中值滤波子设备与所述haar小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以获得中值滤波图像。

所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得对比度增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备连接，将所述对比度增强图像中像素灰度值在排气管灰度上限阈值和排气管灰度下限阈值之间的所有像素组成排气管子图像。

所述目标识别子设备与所述目标分割子设备连接，将所述排气管子图像与各类用油汽车的排气管基准模版逐一匹配，匹配成功，则输出存在排气管信号，并输出匹配成功的排气管基准模版对应的用油汽车类型，匹配失败，则输出不存在排气管信号。

avr32芯片与排气管检测设备和环形线圈检测设备分别连接，当接收到存在汽车信号时，汽车数量自加1，当接收到存在汽车信号且接收到存在排气管信号时，非电动汽车数量自加1，电动汽车数量为汽车数量减去非电动汽车数量，汽车数量、电动汽车数量和非电动汽车数量每天自动清零。

其中，环形线圈检测设备包括第一感应线圈、第二感应线圈、耦合振荡电路、信号整形放大电路和微处理器组成，第二感应线圈设置在第一感应线圈的正前方，耦合振荡电路与第一感应线圈和第二感应线圈分别连接，以在有目标依次通行过第一感应线圈和第二感应线圈时检测第一感应线圈和第二感应线圈各自的线圈电感量的变化，信号整形放大电路与耦合振荡电路连接，用于对耦合振荡电路的输出信号进行整形放大以获得整形放大信号，微处理器与信号整形放大电路连接，用于基于接收到的整形放大信号判断经过的目标是否为汽车以确定是否发出存在汽车信号。

其中，边缘增强子设备、haar小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺 度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备均设置在直流充电桩主体内的集成电路板上。

可选地，在所述并联大电流直流电动汽车充电桩中：avr32芯片还与过温保护电路连接，用于为电动汽车的电池组提供过温保护操作；avr32芯片还与输入过压欠压保护电路连接，用于为380伏三相交流输入线路提供过压欠压保护操作；avr32芯片还与输出过压过流保护电路连接，用于为第二整流滤波电路的输出端提供过压过流保护操作；以及avr32芯片还可以基于直流采样数据确定均流控制信号。

另外，充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。

充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩(栓)能实现计时、计电度、计金额充电，可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩(栓)的效率和实用性，今后将陆续增加一桩(栓)多充和为电动自行车充电的功能。

采用本发明的并联大电流直流电动汽车充电桩，针对现有技术直流充电桩布局困难且结构不合理的技术问题，通过引入汽车类型检测设备和传统能源汽车类型检测设备分别对附近道路上的汽车和传统能源汽车进行识别，获得汽车总量和传统能源汽车总量，进一步获得电动汽车总量，并通过本地显示设备进行显示，为直流充电桩的管理者或推广者对直流充电桩布局和管理提供直观的参考数据，同时，对直流充电桩的充电平台进行结构优化和功能引进，从而为电动汽车提供更方便的充电服务。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。