一种具有超级电容储能电路的电源电路和充电桩控制系统的制作方法

本实用新型涉及电源和充电桩控制领域，尤其是一种具有超级电容储能电路的电源电路和充电桩控制系统。

背景技术：

现有充电桩的计量计费控制技术普遍采用多功能电表加控制板完成，这样的充电控制系统普遍存在掉电易丢失数据，计量计费数据库容易被侵入修改的问题；而且现有充电桩控制系统的计量计费技术基本上无法满足国家电网充电桩的标准；另外，现有的充电桩控制系统的数据传输多依靠有线网络进行传输，局限性强，若线路出现故障则无法继续传输数据，影响充电桩的正常工作。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种具有超级电容储能电路的电源电路，其将超级电容储能电路作为备用电源，断电可继续维持供电一段时间，满足设备断电进行数据保存的需要；相应地，还提供一种充电桩控制系统，其具有断电保存数据、加密数据且可无线传输数据的优点。

本实用新型所采用的技术方案是：一种具有超级电容储能电路的电源电路，包括与市电连接的市电-DC12V电压转换电路、超级电容储能电路、掉电检测电路、电源切换电路、DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路、主控芯片和电源输出端，

所述市电-DC12V电压转换电路的输出端分别与超级电容储能电路的输入端、掉电检测电路的输入端、电源切换电路的输入端连接，所述掉电检测电路的输出端与主控芯片的输入端连接，所述主控芯片的输出端、超级电容储能电路的输出端分别与电源切换电路的输入端连接，所述电源切换电路的输出端与电源输出端连接，所述电源输出端与DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路的输入端连接，所述DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路的输出端与掉电检测电路的输入端连接。

进一步地，所述超级电容储能电路包括电容充电管理芯片、由多个串联连接的超级电容组成的超级电容组、多个电容过压保护芯片和多个泄放电阻，所述市电-DC12V电压转换电路的输出端与电容充电管理芯片的输入端连接，所述电容充电管理芯片的输出端与超级电容组的上端连接，所述超级电容组的下端接地，所述超级电容与电容过压保护芯片并联，所述电容过压保护芯片与泄放电阻并联，所述超级电容组的上端作为超级电容储能电路的输出端。

进一步地，所述掉电检测电路包括第一NMOS管，所述市电-DC12V电压转换电路的输出端与第一NMOS管的栅极连接，所述第一NMOS管的源极接地，所述DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路的输出端与第一NMOS管的漏极连接，所述第一NMOS管的漏极接地，所述第一NMOS管的漏极与主控芯片的输入端连接。

进一步地，所述电源切换电路包括第二NMOS管、第三NMOS管和第一PMOS管，所述市电-DC12V电压转换电路的输出端分别与第二NMOS管的栅极和漏极、第一PMOS管的源极、第三NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的栅极接地，所述超级电容储能电路的输出端分别与第二NMOS管的漏极、第一PMOS管的源极、第三NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极接地，所述第一PMOS管的栅极分别与第二NMOS管的漏极、第三NMOS管的漏极连接，所述第一PMOS管的栅极接地，所述第三NMOS管的源极接地，所述主控芯片的输出端与第三NMOS管的栅极连接，所述第三NMOS管的栅极接地，所述第一PMOS管的漏极作为电源切换电路的输出端与电源输出端连接。

进一步地，所述电源电路还包括滤波电路，所述市电-DC12V电压转换电路的输出端通过滤波电路分别与掉电检测电路的输入端、电源切换电路的输入端、超级电容储能电路的输入端连接。

进一步地，所述电源电路还包括防倒灌电路，所述滤波电路的输出端、超级电容储能电路的输出端分别与防倒灌电路的输入端连接，所述防倒灌电路的输出端与电源切换电路的输入端连接。

本实用新型所采用的另一技术方案是：一种充电桩控制系统，包括充电设备控制器、充电枪、音频输出电路、信息显示与输入电路、电表、CPU读卡器、USB接口电路、WIFI电路、存储器、加解密电路和所述的具有超级电容储能电路的电源电路，所述主控芯片分别与充电设备控制器、信息显示与输入电路、电表、CPU读卡器、USB接口电路、存储器、加解密电路连接，所述充电设备控制器的输出端与充电枪的输入端连接，所述主控芯片的输出端与音频输出电路的输入端连接，所述USB接口电路包括USB接口，所述USB接口电路通过USB接口与WIFI电路连接，所述市电-DC12V电压转换电路、DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路为充电桩控制系统供电。

进一步地，所述充电桩控制系统还包括网络通信电路，所述网络通信电路与主控芯片连接，所述网络通信电路包括3G/4G移动通信电路和/或以太网连接电路。

进一步地，所述充电桩控制系统还包括蓝牙电路，所述蓝牙电路与主控芯片连接。

进一步地，所述充电桩控制系统还包括GPS/北斗定位电路，所述GPS/北斗定位电路与主控芯片连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路通过超级电容储能电路进行电能存储，并通过掉电检测电路对市电-DC12V电压转换电路进行掉电检测，断电时，通过主控芯片和电源切换电路进行电源切换，使得电源电路继续输出电能，电源电路的供电对象在断电时，能够有时间进行数据保存，避免因数据丢失造成损失。

本实用新型的另一有益效果是：本实用新型中一种充电桩控制系统由于具有超级电容储能电路的电源电路，可在断电时延时关机一段时间，可以避免充电桩控制系统断电时立即丢失数据，避免造成损失；并增加WIFI电路用于数据无线传输，充电桩控制系统通过USB接口即可外接WIFI电路进行使用，实用性高；另外，增加加解密电路用于数据加解密，增强充电桩的数据安全性能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的结构框图；

图2是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例结构框图；

图3是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例电路图；

图4是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的另一具体实施例结构框图；

图5是本实用新型中一种充电桩控制系统的结构框图；

图6是本实用新型中一种充电桩控制系统的一具体实施例结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种具有超级电容储能电路的电源电路，参考图1，图1是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的结构框图，包括与市电连接的市电-DC12V电压转换电路、超级电容储能电路、掉电检测电路、电源切换电路、DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路、主控芯片和电源输出端，

市电-DC12V电压转换电路的输出端分别与超级电容储能电路的输入端、掉电检测电路的输入端、电源切换电路的输入端连接，掉电检测电路的输出端与主控芯片的输入端连接，主控芯片的输出端、超级电容储能电路的输出端分别与电源切换电路的输入端连接，电源切换电路的输出端与电源输出端连接，电源输出端与DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路的输入端连接，DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路的输出端与掉电检测电路的输入端连接。

一种具有超级电容储能电路的电源电路通过超级电容储能电路进行电能存储，并通过掉电检测电路对市电-DC12V电压转换电路进行掉电检测，断电时，通过主控芯片和电源切换电路进行电源切换，切换到由超级电容储能电路继续供电，使得电源电路继续输出电能，电源电路的供电对象在断电时，能够有时间进行数据保存，避免因数据丢失造成损失。

作为技术方案的进一步改进，参考图2，图2是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例结构框图，电源电路还包括滤波电路，市电-DC12V电压转换电路的输出端通过滤波电路分别与掉电检测电路的输入端、电源切换电路的输入端、超级电容储能电路的输入端连接，滤波电路对市电-DC12V电压转换电路输入的信号进行滤波处理后送入后续电路，防止干扰信号影响后续电路的正常工作。

参考图3，图3是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例电路图，其中，市电-DC12V电压转换电路通过接插件J1与滤波电路1的输入端连接，增加保险丝F1保障市电-DC12V电压转换电路输入的电流过大时对电源电路进行过载保护，断开熔体以保护电源电路不受损坏；U1为EMI静噪滤波器，集成了LC滤波电路，对输入信号进行LC滤波；最后，增加RC滤波电路，进一步对信号进行滤波处理，电容C2的上端作为滤波电路1的输出端VDD_12V端与掉电检测电路4的输入端、电源切换电路5的输入端、超级电容储能电路3的输入端连接。

作为技术方案的进一步改进，参考图4，图4是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的另一具体实施例结构框图，电源电路还包括防倒灌电路，滤波电路的输出端、超级电容储能电路的输出端分别与防倒灌电路的输入端连接，防倒灌电路的输出端与电源切换电路的输入端连接，增加防倒灌电路防止电流倒流，保障电源电路正常工作。

参考图3，图3是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例电路图，防倒灌电路2包括第一二极管D2和第二二极管D3，滤波电路1的输出端VDD_12V端与第一二极管D2的正极连接，超级电容储能电路3的输出端VCAP端与第二二极管D3的正极连接，第一二极管D2的负极与第三二极管D3的负极连接，第一二极管D2的负极作为防倒灌电路2的输出端VCC_PWR端与电源切换电路5的输入端连接，由于二极管具有单向导通的特性，因此，可以作为防倒灌的元件，防止电流倒流，超级电容储能电路和经过滤波处理的市电-DC12V电压转换电路的电源均从VCC_PWR端输入电源切换电路5。

作为技术方案的进一步改进，超级电容储能电路包括电容充电管理芯片、由多个串联连接的超级电容组成的超级电容组、多个电容过压保护芯片和多个泄放电阻，市电-DC12V电压转换电路的输出端与电容充电管理芯片的输入端连接，电容充电管理芯片的输出端与超级电容组的上端连接，超级电容组的下端接地，超级电容与电容过压保护芯片并联，电容过压保护芯片与泄放电阻并联，超级电容组的上端作为超级电容储能电路的输出端。

参考图3，图3是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例电路图，图3中的超级电容储能电路3示意的是包括4个超级电容的超级电容组的情况，相应地，电容过压保护芯片有4个，分别为U3、U4、U5和U6，电容充电管理芯片为U2，泄放电阻为一组并联的电阻，如电阻R15 和R16所示，即为电容过压保护芯片U3的泄放电阻，VCAP端作为超级电容储能电路的输出端与防倒灌电路2的输入端连接。本实施例中，市电-DC12V电压转换电路的输出端经过滤波电路1后与电容充电管理芯片U2的输入端连接，采用四个25F容量的超级电容串联组成，断电可以延时60S以上；电容充电管理芯片U2采用BQ24640型号的充电管理芯片，U2控制超级电容组的充电分为两个阶段，第一阶段为恒流充电，当超级电容的电压充电至即将到达额定电压时，充电管理芯片进入第二阶段恒压充电模式；当进入恒压充电模式时，充电电流越来越小，直至电容组充满电，电流减小为零，完成对超级电容的充电。电容过压保护芯片采用BW6101型号的过压保护芯片，其主要是保护超级电容组不因过充而被损坏。BW6101芯片的保护原理为，当某个超级电容过充时，BW6101芯片通过其配置的泄放电阻对过充电压进行泄放，从而保护相应的电容。

作为技术方案的进一步改进，参考图3，图3是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例电路图，本实施例中，主控芯片采用TI AM3354处理器芯片，掉电检测电路4包括第一NMOS管Q4，市电-DC12V电压转换电路的输出端经过滤波电路1后与第一NMOS管Q4的栅极连接，第一NMOS管Q4的源极接地，DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路的输出端VDD_3V3端与第一NMOS管Q4的漏极连接，第一NMOS管Q4的漏极接地，第一NMOS管Q4的漏极与主控芯片TI AM3354的输入端GPIOI_31端连接；当经过滤波处理的市电-DC12V电压转换电路的电源输入（通过VDD_12V端输入）正常的情况下，掉电检测电路4向GPIOI_31端输入低电平；当掉电时，VDD_12V端无输入，掉电检测电路4向GPIOI_31端输入高电平。

作为技术方案的进一步改进，参考图3，图3是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的一具体实施例电路图，本实施例中，主控芯片采用TI AM3354处理器芯片，电源切换电路包括第二NMOS管Q5、第三NMOS管Q7和第一PMOS管Q6，市电-DC12V电压转换电路的输出端经过滤波电路1处理后通过VDD_12V端与第二NMOS管Q5的栅极连接，市电-DC12V电压转换电路的输出端经过滤波电路1处理后，再经过防倒灌电路2后通过VCC_PWR端分别与第二NMOS管Q5的漏极、第一PMOS管Q6的源极、第三NMOS管Q7的漏极连接，第二NMOS管Q5的栅极接地，超级电容储能电路3的输出端VCAP端通过防倒灌电路2后通过VCC_PWR端分别与第二NMOS管Q5的漏极、第一PMOS管Q6的源极、第三NMOS管Q7的漏极连接，第二NMOS管Q5的源极接地，第一PMOS管Q6的栅极分别与第二NMOS管Q5的漏极、第三NMOS管Q7的漏极连接，第一PMOS管Q6的栅极接地，第三NMOS管Q7的源极接地，主控芯片TI AM3354的输出端GPIOI_28端与第三NMOS管Q7的栅极连接，第三NMOS管Q7的栅极接地，第一PMOS管Q6的漏极作为电源切换电路的输出端VCC_SYS端与电源输出端连接，为供电对象供电。

具体地，当经过滤波处理的市电-DC12V电压转换电路的电源输入（通过VDD_12V端输入）正常的情况下，掉电检测电路4向GPIOI_31端输入低电平，则主控芯片TI AM3354不动作，第二NMOS管Q5处于导通状态，第三NMOS管Q7处于截止状态，此时第一PMOS管Q6因为栅极G处于低电平而被导通，继续由超级电容储能电路和经过滤波处理的市电-DC12V电压转换电路两个电源通过防倒灌电路2后向供电对象供电；VDD_12V端掉电时，掉电检测电路4向GPIOI_31端输入高电平，则主控芯片TI AM3354将GPIOI_28端配置为高电平，此时第三NMOS管Q7导通，第二NMOS管Q5因为VDD_12V端掉电而处于截止状态；此时，因为第三NMOS管Q7导通，第一PMOS管Q6依然处于导通状态，此时超级电容储能电路3经过第一二极管D2及第一PMOS管Q6给供电对象供电，这就保证了市电-DC12V电压转换电路主供电与超级电容储能电路3备用电源的无缝连接，断电后，能让供电对象维持一段时间用于保存数据，避免因断电数据丢失而带来损失。

值得说明的是，上述市电-DC12V电压转换电路和DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路均可以采用电压转换器来实现。

一种充电桩控制系统，参考图4和图5，图4是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的另一具体实施例结构框图，图5是本实用新型中一种充电桩控制系统的结构框图，包括充电设备控制器、充电枪、音频输出电路、信息显示与输入电路、电表、CPU读卡器、USB接口电路、WIFI电路、存储器、加解密电路和所述的具有超级电容储能电路的电源电路，图5中未示意出具有超级电容储能电路的电源电路全部的结构，其具体的结构可参考图4，其中，主控芯片分别与充电设备控制器、信息显示与输入电路、电表、CPU读卡器、USB接口电路、存储器、加解密电路连接，充电设备控制器的输出端与充电枪的输入端连接，主控芯片的输出端与音频输出电路的输入端连接，USB接口电路包括USB接口，USB接口电路通过USB接口与WIFI电路连接，市电-DC12V电压转换电路、DC12V-DC5V/3.3V电压转换电路为充电桩控制系统供电。

一种充电桩控制系统由于具有超级电容储能电路的电源电路，可在断电时延时关机一段时间，可以避免断电时立即丢失数据，避免造成损失；并增加WIFI电路用于数据无线传输，充电桩控制系统通过USB接口即可外接WIFI电路进行使用，方便搭建充电桩控制系统，实用性高；另外，增加加解密电路用于数据加解密，以防被侵入修改，增强充电桩的数据安全性能，当主控芯片检测到市电-DC12V电压转换电路主电源掉电时，利用超级电容储能电路存储的电能，充电桩控制系统能继续保持待机状态，主控芯片会做出保存主要数据的动作，以便充电桩控制系统对用户进行收费等操作提供重要数据。

作为技术方案的进一步改进，参考图4和图6，图4是本实用新型中一种具有超级电容储能电路的电源电路的另一具体实施例结构框图，图6是本实用新型中一种充电桩控制系统的一具体实施例结构框图，图6中未示意出具有超级电容储能电路的电源电路全部的结构，其具体的结构可参考图4，在本实施例中，主控芯片采用TI AM3354处理器芯片，加解密电路包括STM32F100C8T6B型号的单片机，信息显示与输入电路包括触摸屏。充电桩控制系统还包括网络通信电路、蓝牙电路和GPS/北斗定位电路，网络通信电路与主控芯片连接，网络通信电路包括3G/4G移动通信电路和/或以太网连接电路；蓝牙电路与主控芯片连接；GPS/北斗定位电路与主控芯片连接。下面对充电桩控制系统做具体说明：

本实用新型中的充电桩控制系统主要由TI AM3354核心板作为主控板，周边配备超级电容储能电路、音频输出电路、以太网连接电路及信息显示与输入电路，在通信方面则配备了全网通的3G/4G移动通信电路、蓝牙电路和WIFI电路，通过以太网连接电路和3G/4G移动通信电路可以连接上车联网平台，与后台服务器进行数据交互，还包括CAN通信电路、RS485/RS232通信电路及USB接口电路，充电设备控制器通过CAN总线与主控芯片连接，在定位方面采用了GPS/北斗定位电路，既可以采用北斗定位又可以采用GPS定位，蓝牙电路、GPS/北斗定位电路、CPU读卡器通过RS232接口与主控芯片连接，多功能电表通过RS485接口与主控芯片连接，WIFI电路通过USB接口与主控芯片连接。

实际中，充电桩控制系统的工作过程是，在用户插枪充电时，充电设备控制器会检测充电枪是否已连接，如果未连接好，触摸屏会显示“请连接充电枪”，如果已连接好充电枪，触摸屏人机界面会显示“支付卡查询，选择充电，支付卡解锁”，在这个界面用户可以查询支付卡余额，解锁支付及选择充电。用户点击选择充电这个按钮，进入支付选择方式界面，人机界面显示“支付卡支付，二维码支付，手机验证码支付，账号和密码支付”四种支付方式供用户选择。在这一界面用户可以任意选择一种支付方式进行充电。选择支付卡支付方式充电时，人机界面显示“请刷卡”，此时用户在CPU读卡器区域进行刷卡即可进入充电模式；主控芯片检测到用户在人机界面上选择的充电信息以后，通过CAN通信方式给充电设备控制器下发相应的充电指令，充电设备控制器则根据接收到的指令操作相关继电器控制接触器吸合，充电桩开始对车辆进行充电。此时触摸屏显示充电电压、电流、电能及充电费用等信息。充电结束以后，触摸屏的人机界面会显示“请刷卡结算”，用户在刷卡区域刷卡以后，人机界面会显示出相应的充电费用的详细信息。如果选择其他支付方式，则相应的按照人机界面提示操作进行充电即可，充电结束以后，相应的进行扫描二维码支付，或者输入手机验证码、账户密码支付即可。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。