智能直流充电桩的制作方法

发明涉及新能源电动汽车和电力电子的技术领域，特别是一种智能直流充电桩。

背景技术：

随着能源需求的不断加大以及电力电子技术的飞速发展，新能源汽车尤其是纯电动汽车的普及越来越广，为纯电动汽车充电成为日常行程。目前充电桩市场上存在交流充电桩和直流充电桩两种类型，其中以直流充电桩普遍居多。

当前市场上的直流充电桩多采用刷卡计费充电模式，暂不支持提前预约充电功能，对于用户来说，由于无法提前知晓用户附近充电桩的使用情况，给用户带来了不便，并且会存在用户丢失或损坏充电桩计费卡的现象，而无法有效地管理用户信息。同时直流充电桩采用直流充电方式，充电速度快，但大充电电流会对电池造成较大损伤，影响电池的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有提前预约充电、调节充电过程的智能直流充电桩，以方便、快捷地满足用户需求。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种智能直流充电桩，包括：

本体，本体对整个充电桩的其它模块起支撑和保护作用；

充电模块，所述充电模块设置在所述本体上，所述充电模块包括充电输入接口装置、功率变换器、充电输出接口装置和充电枪，所述充电枪与电动汽车充电接口相连；

通信模块，所述通信模块设置在本体上，用于与电动汽车BMS系统、后台数据库通信，接受用户APP预约充电；

图像处理模块，所述图像处理模块设置在本体上，用于采集并识别电动汽车牌照信息，匹配用户身份；

控制模块，所述控制模块设置在本体上，且控制模块分别与充电模块、通信模块、图像采集模块相连，控制模块根据通信模块与图像处理模块的用户匹配信息，控制充电模块智能调节充电功率与速度。

进一步地，所述充电输出接口装置通过直流汇流母排、充电电缆与所述电动汽车充电接口相连；所述充电输入接口装置与所述充电输出接口装置具备投切功能。

进一步地，所述的智能直流充电桩，还包括：

收发终端，所述收发终端与所述通信模块相连，所述收发终端从所述后台数据库接收输入信息，并将所述输入信息发送至所述通信模块，所述通信模块根据所述输入信息生成所述用户APP预约充电信息，发送至所述控制模块；所述述收发终端通过有线方式与所述通信模块相连。

进一步地，所述的智能直流充电桩，所述通信模块通过CAN接口接收所述电动汽车BMS系统输入信息，并将输入信息发送至所述控制模块。

进一步地，所述的智能直流充电桩，还包括：

图像采集器，所述图像采集器与图像处理模块相连，所述图像采集器通过拍摄接收输入信息，并将所述输入信息发送至所述图像处理模块，所述图像处理模块根据所述输入信息生成所述电动汽车拍照信息，发送至控制模块；所述图像采集器通过有线方式与所述图像处理模块相连。

进一步地，所述的智能直流充电桩，还包括：

充电枪电子插槽，所述充电枪电子插槽与所述控制模块相连，所述充电枪电子插槽检测所述充电枪位置状态信息，并发送至控制模块；同时接收控制模块输出信息，并根据所述输出信息生成所述充电枪解锁或上锁信号；所述充电枪电子插槽通过有线方式与所述控制模块相连。

进一步地，所述的智能直流充电桩，所述用户匹配信息包括充电电流、充电电压和充电时间，所述控制模块，根据以下公式获得充电功率和速度：

充电电流×充电电压＝充电功率，充电电流＝充电速度；

以及根据所述充电速度分配所述功率变换器输出电流。

进一步地，所述的智能直流充电桩，还包括：

I/O驱动扩展器，所述I/O驱动扩展器与所述控制模块相连，所述I/O驱动扩展器接收控制模块的控制驱动信号，并将所述控制驱动信号扩展成多路驱动信号，发送至所述充电输入接口装置、所述充电输出接口装置和所述充电枪电子插槽。

进一步地，所述的智能直流充电桩，所述控制模块接收所述通信模块的所述用户APP预约充电信息，通过图像处理模块接收所述电动汽车输入信息，并将所述电动汽车输入信息与所述用户APP预约充电信息进行匹配；通过所述I/O驱动扩展器，发送所述充电枪电子插槽解锁信号，将所述充电枪与所述电动汽车充电接口连接。

进一步地，所述的智能直流充电桩，所述控制模块根据所述充电功率，通过所述I/O驱动扩展器，发送所述控制输出信号，控制所述充电输入接口装置、所述功率变换器和所述充电输出接口装置的投切数量。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)用户可通过手机APP查询用户周边直流充电桩使用情况，并提前预约充电，无需现场查找；(2)采用图像采集技术，摄取用户信息并进行预约匹配，无需刷卡确认，并能有效管理用户充电信息；(3)智能充电调节，有效地保护电动汽车电池。

附图说明

图1是本发明智能直流充电桩本体内部所述各模块与外部连接示意图。

图2是本发明智能直流充电桩本体内所述充电模块内部电气连接示意图。

图3是本发明智能直流充电桩一个实施例使用示意图。

图4是本发明智能直流充电桩用户查询预约流程图。

图5是本发明智能直流充电桩用户信息匹配流程图。

图6是本发明智能直流充电桩智能充电管理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步详细说明。

结合图1，本发明智能直流充电桩，包括：

本体，本体对整个充电桩的其它模块起支撑和保护作用；

充电模块，所述充电模块设置在所述本体上，所述充电模块包括充电输入接口装置、功率变换器、充电输出接口装置和充电枪，所述充电枪与电动汽车充电接口相连，如图2所示；

通信模块，所述通信模块设置在本体上，用于与电动汽车BMS系统、后台数据库通信，接受用户APP预约充电；

图像处理模块，所述图像处理模块设置在本体上，用于采集并识别电动汽车牌照信息，匹配用户身份；

控制模块，所述控制模块设置在本体上，且控制模块分别与充电模块、通信模块、图像采集模块相连，控制模块根据通信模块与图像处理模块的用户匹配信息，控制充电模块智能调节充电功率与速度。

具体地，所述充电输出接口装置通过直流汇流母排、充电电缆与所述电动汽车充电接口相连；所述充电输入接口装置与所述充电输出接口装置具备投切功能。

具体地，所述的智能直流充电桩，还包括：收发终端，所述收发终端与所述通信模块相连，所述收发终端从所述后台数据库接收输入信息，并将所述输入信息发送至所述通信模块，所述通信模块根据所述输入信息生成所述用户APP预约充电信息，发送至所述控制模块；所述述收发终端通过有线方式与所述通信模块相连。

具体地，所述的智能直流充电桩，所述通信模块通过CAN接口接收所述电动汽车BMS系统输入信息，并将输入信息发送至所述控制模块。

具体地，所述的智能直流充电桩，还包括：图像采集器，所述图像采集器与图像处理模块相连，所述图像采集器通过拍摄接收输入信息，并将所述输入信息发送至所述图像处理模块，所述图像处理模块根据所述输入信息生成所述电动汽车拍照信息，发送至控制模块；所述图像采集器通过有线方式与所述图像处理模块相连。

具体地，所述的智能直流充电桩，还包括：充电枪电子插槽，所述充电枪电子插槽与所述控制模块相连，所述充电枪电子插槽检测所述充电枪位置状态信息，并发送至控制模块；同时接收控制模块输出信息，并根据所述输出信息生成所述充电枪解锁或上锁信号；所述充电枪电子插槽通过有线方式与所述控制模块相连。

具体地，所述的智能直流充电桩，所述用户匹配信息包括充电电流、充电电压和充电时间，所述控制模块，根据以下公式获得充电功率和速度：

充电电流×充电电压＝充电功率，充电电流＝充电速度；

以及根据所述充电速度分配所述功率变换器输出电流。

具体地，所述的智能直流充电桩，还包括：I/O驱动扩展器，所述I/O驱动扩展器与所述控制模块相连，所述I/O驱动扩展器接收控制模块的控制驱动信号，并将所述控制驱动信号扩展成多路驱动信号，发送至所述充电输入接口装置、所述充电输出接口装置和所述充电枪电子插槽。

具体地，所述的智能直流充电桩，所述控制模块接收所述通信模块的所述用户APP预约充电信息，通过图像处理模块接收所述电动汽车输入信息，并将所述电动汽车输入信息与所述用户APP预约充电信息进行匹配；通过所述I/O驱动扩展器，发送所述充电枪电子插槽解锁信号，将所述充电枪与所述电动汽车充电接口连接。

具体地，所述的智能直流充电桩，所述控制模块根据所述充电功率，通过所述I/O驱动扩展器，发送所述控制输出信号，控制所述充电输入接口装置、所述功率变换器和所述充电输出接口装置的投切数量。

所述智能直流充电桩的工作过程如下：

(1)用户在手机APP客户端申请预约；

(2)预约成功，上传用户预约信息至后台数据库，智能直流充电桩下载后台数据库用户预约信息，更新自身状态为“已预约”，否则重复步骤(2)；若用户取消预约，则结束整个流程；

(3)智能直流充电桩采集停靠在充电车位里电动汽车牌照信息，与预约用户信息进行匹配；

(4)匹配成功，智能直流充电桩解锁充电枪，否则智能直流充电桩处于锁定状态，并提醒预约用户当前智能直流充电桩处于非法占用状态；

(5)预约用户将智能直流充电桩的充电枪接入到用户电动汽车充电接口，该充电桩与电动汽车建立通信链接，交互用户预约充电信息和电动汽车状态信息数据，完成智能充电参数配置；

(6)充电过程中，智能直流充电桩根据实时读取的电动汽车状态信息，调整充电模块输出电压电流以及接入的充电模块数量；

(7)是否满足充电结束条件(包括正常和异常情况)，满足则结束充电；否则重复步骤(7)；

(8)充电结束，预约用户拔出充电枪，放回到智能直流充电桩的充电枪电子插槽并上锁；

(9)智能直流充电桩结算充电电量、充电费用、充电时间等，同时将本次结算信息上传至后台数据库、发送至预约用户手机APP客户端，当前智能直流充电桩状态更新为“未预约”。

实施例1

结合图1，本发明智能直流充电桩本体内部的连接情况如图1虚线框里所示，包括充电模块、通信模块、图像处理模块和控制模块，其中控制模块分别与充电模块、通信模块和图像处理模块相连接，充电模块通过电缆接入三相交流市电并与电动汽车充电接口连接，通信模块通过有线方式与电动汽车BMS系统连接，通过无线方式与后台数据库、手机APP连接。

其中，结合图2，充电模块包括充电输入接口装置(三相交流输入汇流母排、交流接触器KAC1～KACn)、功率变换器(AC/DC)和充电输出接口装置(输出保险丝Fuse1～Fusen、直流接触器KDC1～KDCn、直流输出汇流母排)。其中交流接触器KAC1～KACn和直流接触器KDC1～KDCn起着开关作用，受控于控制模块，使得充电模块具备投切功能。

其中，通信模块包括收发终端，收发终端与通信模块相连，收发终端从后台数据库接收输入信息，并将所述输入信息发送至通信模块，通信模块根据输入信息生成用户APP预约充电信息，发送至控制模块。通信模块通过CAN接口接收电动汽车BMS系统输入信息，并将输入信息发送至控制模块。

其中，图像处理模块包括图像采集器，图像采集器与图像处理模块相连，图像采集器在探测范围内，通过拍摄接收输入信息，并将输入信息发送至图像处理模块，图像处理模块根据输入信息生成电动汽车拍照信息，发送至控制模块。图像采集器通过有线方式与图像处理模块相连。

结合图3，是本发明智能充电桩一个实例示意图，其中包括充电枪电子插槽，充电枪电子插槽与控制模块相连，充电枪电子插槽检测充电枪位置状态信息，并交给检测信息发送至控制模块；同时接收控制模块输出信息，并根据输出信息生成充电枪解锁或上锁信号。

其中，充电枪电子插槽通过有线方式与控制模块相连。控制模块包括I/O驱动扩展器，I/O驱动扩展器与控制模块相连，I/O驱动扩展器接收控制控制驱动信号，并将控制驱动信号扩展成多路驱动信号，发送至充电输入接口装置、充电输出接口装置和充电枪电子插槽。通信模块接收的用户匹配信息包括充电电流、充电电压和充电时间。

具体地，控制模块根据以下公式获得充电功率和速度：充电电流*充电电压＝充电功率，充电电流＝充电速度；以及根据充电速度分配功率变换器输出电流。

具体地，控制模块接收通信模块的用户APP预约充电信息，通过图像处理模块接收电动汽车输入信息，并将输入信息与用户APP预约充电信息进行匹配；通过I/O驱动扩展器，发送充电枪电子插槽解锁信号，将充电枪与电动汽车充电接口连接。

具体地，控制模块根据充电功率，通过I/O驱动扩展器，发送控制输出信号，控制充电输入接口装置、功率变换器和充电输出接口装置的投切数量。

实施例1

结合图1～6，本发明智能直流充电桩工作原理如下：

用户查询预约流程：在手机APP客户端，新用户注册账户信息(包括电动汽车车主、车牌号等)，查询该用户周边智能直流充电桩使用情况，申请预约，并为该用户预留一定的预约绑定时间，即该用户在规定时间内驾车前往指定地点，便可使用已被该用户预约的智能直流充电桩进行充电，同时该用户预约信息通过手机APP客户端被上传至后台数据库进行存档；在手机APP客户端，已注册用户可以查看该用户已有预约信息，若超出预约绑定时间，已被该用户预约的智能直流充电桩使用权限被释放，即该充电桩处于空闲状态，同时后台数据库刷新该用户预约信息，该用户需重新申请预约，方可使用智能直流充电桩为电动汽车充电。

用户信息匹配流程：用户将电动汽车停靠于智能直流充电桩充电区域过程中，该充电桩的图像处理模块在探测范围内，对该用户电动汽车的车牌号进行拍摄，提取图像有效信息，同时控制模块通过通信模块访问后台数据库，进行该用户信息匹配。匹配成功，充电枪电子插槽解锁，该用户方可将充电枪插入该电动汽车充电接口，开始智能充电；匹配失败，充电枪电子插槽不解锁，该用户无法使用该充电桩为该电动汽车进行充电。用户信息录入错误或者预约不成功会导致此类现象发生。

智能充电流程：通信模块通过有线方式与电动汽车BMS系统建立通信连接，获取该电动汽车需求的充电总电流、充电电压信息，将该信息发送至控制模块，控制模块计算所需充电总功率，计算所需投切变换器数量以及功率分配数，启动变换器输出功率，之后控制模块根据通信模块提供的该电动汽车实时充电总电流、充电电压需求，调节变换器的输出功率，并检测变换器输出效率，当变换器输出效率低于设定值时，控制模块发出控制信号，控制KDC1～KDCn中任意一个断开，切出对应变换器，控制模块重新计算功率分配数，调节变换器的输出功率，直到切出变换器的剩余数量为1时，该充电桩进入到单台变换器充电模式，直至满足充电完成条件为止，最终安全终止充电。在该智能充电过程中，该用户可以通过手机APP客户端，发出终止充电要求，该充电桩收到终止充电信息后，即刻进入安全终止充电阶段。

本发明的有益效果是：(1)用户可通过手机APP查询用户周边直流充电桩使用情况，并提前预约充电，无需现场查找；(2)采用图像采集技术，摄取用户信息并进行预约匹配，无需刷卡确认，并能有效管理用户充电信息；(3)智能充电调节，有效地保护电动汽车电池。

以上所述仅为本发明在较佳状态的一种实施例，结合具体使用环境对本发明的实施流程进行详细说明以及揭示本发明的优势，并非认定本发明仅局限于上述使用形式，而限制本发明的专利范围。凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，在未脱离本发明技术方案本质和说明书内容前提下，均同理包含在本发明的专利保护范围。