一种多枪式防爆新能源车智能充电装置的制作方法

本实用新型涉及煤矿辅助运输装备防爆新能源车充电设施技术领域，具体涉及一种多枪式防爆新能源车智能充电装置。

背景技术：

由于防爆柴油机无轨胶轮车、单轨吊机车等煤矿辅助运输装备存在高油耗、高噪音、高污染等问题，目前各公司和研究单位正在积极研制并推广采用防爆锂离子蓄电池、镍氢蓄电池的防爆新能源车，但与其配套的防爆充电装置正处于初级阶段，目前现有的煤矿防爆充电装置，单套防爆充电装置设有一把充电枪，操控采用隔爆式操控显示面板+功能操作按钮模式，1个时段内能够为1台防爆新能源车实施慢速充电，其存在的问题和不足之处在于：其一，由于1套防爆充电装置在1个时段内只能给1台防爆新能源车实施慢速充电，无法实现多辆防爆新能源车同时充电的需要，而煤矿防爆新能源车众多，为满足充电需求，势必需要布设大量的防爆充电装置，从而使得煤矿充电设施的投入成本高昂，同时由于只能实现慢充，不能有效满足有时间限制的防爆新能源车需要快速充电的需要；其二，操作没有相应的权限系统，存在使用安全隐患；其三，人机交互不便；其四，智能化不够，无法融入现有的煤矿防爆车辆无线通信调度管理平台，不利于充电装置的有效管理；其五，现有的防爆充电枪设置3根相互独立的连接电缆，其中2根用于直流电源正和直流电源负；另1根用于传输低压辅助电源、充电通信、充电连接确认信号，提枪交电时十分不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种多枪式防爆新能源车智能充电装置，其在使用时，1套充电装置能够同时对多辆防爆新能源车进行慢速和/或快速充电，人机交互灵活，操作安全方便，且可方便地融入现有煤矿防爆车辆无线通信调度管理平台实现煤矿充电装置的自动监控和管理。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，包括防爆箱体和电路装置，其结构特点是：上述电路装置包括隔离开关、变压器、开关电源、本安型输出电源、交流接触器、急停按钮、开门闭锁开关、通信隔离转换板、本安型刷卡器、本安型触控显示屏、本安型无线通信与定位终端、多枪式智能充电主控板，以及，2个以上的两枪式智能充电单元，其中：

隔离开关，用于上述充电装置的手动完全断电，使用时，隔离开关的输入端外接AC660或AC380V电源；

变压器，用于实现将AC660或AC380V电源转换成AC220或 AC127V电源，变压器的输入端与隔离开关的输出端电连接；

开关电源，用于AC-DC电源转换并为本安型输出电源、通信隔离转换板以及多枪式智能充电主控板提供工作电源，开关电源的输入端与变压器的输出端电连接；

本安型输出电源，用于实现将开关电源输出的非安直流电源转换成本安直流电源并为本安型无线通信终端、本安型触控显示屏以及本安型刷卡器供电，本安型输出电源的输入端与开关电源的输出端电连接；

本安型无线通信与定位终端，用于实现上述充电装置的自身定位以及与外部无线通信；本安型无线通信与定位终端通过通信隔离转换板与多枪式智能充电主控板通信；

本安型触控显示屏，用于实现人机交互；本安型触控显示屏通过通信隔离转换板与多枪式智能充电主控板通信；

本安型刷卡器，用于实现权限及充电计时计费管理；本安型刷卡器通过通信隔离转换板与多枪式智能充电主控板通信；

通信隔离转换板，用于实现非安的多枪式智能充电主控板与本安型显示屏、本安型刷卡器以及本安型无线通信与定位模块之间通信的安全隔离和转换；

急停按钮，用于产生并向多枪式智能充电主控板发送紧急停止充电的信号；急停按钮与多枪式智能充电主控板电连接；

开门闭锁开关，用于机箱开门时产生并向多枪式智能充电主控板发送充电断电的信号；开门闭锁开关与多枪式智能充电主控板电连接；

交流接触器，用于根据多枪式智能充电主控板的指令，对各两枪式智能充电单元的高压交流输入电源的通断进行控制；交流接触器的电源输入端与隔离开关的电源输出端电连接；交流接触器的控制端与反馈信号端与多枪式智能充电主控板电连接；

两枪式智能充电单元，用于根据多枪式智能充电主控板的指令，实现2枪同时慢速直流充电或1枪大功率快速直流充电；各两枪式智能充电单元的高压交流电源输入端均与交流接触器的电源输出端电连接；各两枪式智能充电单元的低压交流电源输入端均与变压器的电源输出端电连接；各两枪式智能充电单元与多枪式智能充电主控板通信；

多枪式智能充电主控板，用于上述充电装置的主控。

进一步的方案是：上述多枪式智能充电主控板包括中央处理器、输入隔离器、输出继电器、CAN通信收发器、485通信隔离器、232通信转换器以及电源模块；

上述电源模块从开关电源得电经转换后给多枪式智能充电主控板提供工作电源；中央处理器通过CAN通信收发器、485通信隔离器和232通信转换器与外部通信；中央处理器通过输入隔离器输入开关量信号；中央处理器通过输出继电器、CAN通信收发器、485通信隔离器和232通信转换器对外部实施控制。

进一步的方案是：上述两枪式智能充电单元包括第一充电模块、第二充电模块、功率智能分配模块、第一防爆一体式充电枪和第二防爆一体式充电枪；

上述第一和第二充电模块的电源输入端均与交流接触器的电源输出端电连接；功率智能分配模块分别与第一和第二充电模块通信并与第一和第二充电模块的直流输出端电连接以获取充电电源；第一和第二防爆一体式充电枪通过各自配设的1根防爆多芯电缆与功率智能分配模块电连接并通信连接；功率智能分配模块与多枪式智能充电主控板通信连接；功率智能分配模块与变压器的电源输出端电连接获取自身工作电源；上述防爆多芯电缆中集成有直流电源正、负输出电缆、CAN通信电缆、枪连接确认信号线、BMS辅助电源电缆。

进一步的方案是：上述功率智能分配模块包括功率智能分配控制板、第一至第六共6个直流接触器、第一辅助电源、第二辅助电源以及第二开关电源；

上述第一至第六共6个直流接触器分别具有控制端、信号反馈端以及2个通电连接端；第一和第二辅助电源分别具有电源输入、输出端和输出电压选择端；第一和第二辅助电源以及第二开关电源的输入端均与变压器的输出端电连接；第二开关电源为功率智能分配控制板提供工作电源；第一和第二辅助电源的输出电压选择端与功率智能分配控制板电连接，第一和第二辅助电源的输出端分别通过第一、第二防爆一体式充电枪各自配设的防爆多芯电缆中的BMS辅助电源电缆与第一、第二防爆一体式充电枪电连接；各直流接触器的控制端和信号反馈端均与功率智能分配控制板电连接；第一和第二直流接触器的各一个通电连接端分别接上述第一充电模块的电源输出端正负极；第一和第二直流接触器的各另一个通电连接端分别通过第一防爆一体式充电枪配设的防爆多芯电缆中的直流电源正、负输出电缆与第一防爆一体式充电枪电连接；第三和第四直流接触器的各一个通电连接端分别接第二充电模块的电源输出端正负极；第三和第四直流接触器的各另一个通电连接端分别通过第二防爆一体式充电枪配设的防爆多芯电缆中的直流电源正、负输出电缆与第二防爆一体式充电枪电连接；第五直流接触器的2个通电连接端分别与第一、第二充电模块的电源输出端正极电连接；第六直流接触器的2个通电连接端分别与第一、第二充电模块的电源输出端负极电连接；第一和第二防爆一体式充电枪分别通过各自配设的防爆多芯电缆中的CAN通信电缆与功率智能分配控制板通信，并通过枪连接确认信号线与功率智能分配控制板电连接以反馈充电枪是否与防爆新能源车的充电插座正确连接的信号；功率智能分配控制板与第一和第二充电模块通信，以获取第一和/或第二充电模块的输出电压和电流信号；功率智能分配控制板与多枪式智能充电主控板通信，以获取充电指令信号和反馈工作信息。

进一步的方案是：上述功率智能分配控制板包括第二电源模块、第二中央处理器、第二输入隔离器、输出继电器组、第二CAN通信收发器和LCD显示模块，其中：

第二电源模块，用于从第二开关电源得电给功率智能分配控制板提供工作电源；

第二输入隔离器，用于向第二中央处理器输入开关量信号；

第二CAN通信收发器，用于实现第二中央处理器与外部通信；

输出继电器组，用于根据第二中央处理器的指令对上述各直流接触器的通断控制以及第一、第二辅助电源的输出电压选择控制；

第二中央处理器，用于实现功率智能分配控制板的主控；

LCD显示模块，用于实时显示第二中央处理器发送的所属两枪式智能充电单元的运行信息，LCD显示模块嵌入在功率智能分配控制板上。

本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其通过整体结构的设计，使用时，1套装置能同时对多辆或防爆新能源车进行慢速和/或快充充电，从而较之于现有技术中的在1个时段内只能给1台防爆新能源车实施慢速充电的充电装置，可大幅减少煤矿充电装置的设置数量，降低设施设置成本，提高充电工作效率。（2）本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其通过设置用于实现权限及充电计时计费管理的本安型刷卡器，刷卡不成功则无法操作和充电，较之于现有技术，可有效避免非授权司机人员的违规操作导致的安全事故发生。（3）本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其通过设置本安型触控显示屏用于实现人机交互，较之于现有技术中的隔爆显示屏+功能按钮的模式，结构更为简洁，操控更为方便安全。（4）本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其通过设置本安型无线通信与定位终端，使用时可方便地融入煤矿现有的防爆车辆无线通信调度管理平台，实现充电装置的智能化监控管理与定位查找，提升煤矿智能化水平，符合当前国家对煤矿建设“本质安全型智能数字化矿山”的发展要求。（5）本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其通过将防爆一体式充电枪与充电装置本体采用集成的1根防爆多芯电缆连接，较之于现有技术中3根电缆连接的方式，提枪充电时大为方便。（6）本实用新型的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其通过在每个两枪式智能充电单元的功率智能分配控制板上嵌入式设置用于实时显示所属两枪式智能充电单元运行信息的LCD显示模块，可直观地用于对两枪式智能充电单元是否发生故障进行快速诊断。

附图说明

图1为本实用新型的电路装置的结构示意框图；

图2为图1中多枪式智能充电主控板的电路结构示意框图；

图3为图1中两枪式智能充电单元的电路结构示意框图，图中还显示了其与用虚框表示的相关构件的连接关系；

图4为图3中功率智能分配模块的电路结构示意框图，图中还显示了其与用虚框表示的相关构件的连接关系；

图5为图4中功率智能分配控制板的电路结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

（实施例1）

本实施例的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其主要由设有门的防爆箱体（图中未示出）、设于防爆箱体上的散热器（图中未示出）以及电路装置构成。

见图1，电路装置主要由隔离开关、变压器、开关电源、本安型输出电源、交流接触器、急停按钮、开门闭锁开关、通信隔离转换板、本安型刷卡器、本安型触控显示屏、本安型无线通信与定位终端、多枪式智能充电主控板以及2个以上的两枪式智能充电单元组成。所谓本安型，是本质安全型的简称，为行业通用语。

隔离开关，用于实现本实施例的充电装置的手动完全断电，使用时，隔离开关的输入端外接煤矿AC660(380)V电源。

变压器，用于实现将煤矿所用的AC660或AC380V电源转换成AC220或 AC127V电源，变压器的输入端与隔离开关的输出端电连接。

开关电源，用于AC-DC电源转换并为本安型输出电源、通信隔离转换板以及多枪式智能充电主控板提供工作电源，开关电源的输入端与变压器的输出端电连接。具体地，开关电源将变压器输出的AC220(127)V电源转换成DC24V电源输出。

本安型输出电源，用于实现将开关电源输出的非安直流电源转换成本安直流电源并为本安型无线通信终端、本安型触控显示屏以及本安型刷卡器供电，本安型输出电源的输入端与开关电源的输出端电连接。具体地，本安型输出电源将开关电源输出的非安DC24V电源转换成本安DC12V和DC5V电源输出。

本安型无线通信与定位终端，用于实现本实施例的充电装置的自身定位以及与外部无线通信；本安型无线通信与定位终端通过通信隔离转换板与多枪式智能充电主控板通信；本安型无线通信与定位终端在使用时可与现有的煤矿防爆车辆无线通信调度管理平台通信，实现本实施例的充电装置的智能化监控管理与定位查找。

本安型触控显示屏，用于实现人机交互；本安型触控显示屏通过通信隔离转换板与多枪式智能充电主控板通信；可方便地实现充电模式选择（充电模式选择包括选择哪一充电枪、慢充还是快充等）、多枪自动启停控制以及参数设置等操作。本实施例中，通过采用本安型触控显示屏替代现有技术中隔爆显示屏+功能按钮的模式，结构更为简洁，操控更为方便安全。

本安型刷卡器，用于实现权限及充电计时计费管理；本安型刷卡器通过通信隔离转换板与多枪式智能充电主控板通信。本实施例中，通过设置本安型刷卡器，需要充电时，只有具有授权的卡才可开启本实施例的充电装置，实现充电操作，从而可避免非司机人员违规操作，导致安全事故发生。

通信隔离转换板，用于实现非安的多枪式智能充电主控板与本安型显示屏、本安型刷卡器以及本安型无线通信与定位模块之间通信的安全隔离和转换。

急停按钮，用于产生并向多枪式智能充电主控板发送紧急停止充电的信号；急停按钮与多枪式智能充电主控板电连接。

开门闭锁开关，用于机箱开门时产生并向多枪式智能充电主控板发送充电断电的信号；开门闭锁开关与多枪式智能充电主控板电连接。

交流接触器，用于根据多枪式智能充电主控板的指令，对两枪式智能充电单元的高压交流输入电源（AC660或AC380V）的通断进行控制；交流接触器的电源输入端与隔离开关的电源输出端电连接；交流接触器的控制端与反馈信号端与多枪式智能充电主控板电连接。

两枪式智能充电单元，用于根据多枪式智能充电主控板的指令，实现2枪同时慢速直流充电或1枪大功率快速直流充电；各两枪式智能充电单元的高压交流电源输入端均与交流接触器的电源输出端电连接；各两枪式智能充电单元的低压交流电源（AC220或 AC127V）输入端均与变压器的电源输出端电连接；各两枪式智能充电单元与多枪式智能充电主控板通信。

多枪式智能充电主控板，用于本实施例的充电装置的主控。具体地，多枪式智能充电主控板通过通信隔离转换板与本安型显示屏、本安型刷卡器以及本安型无线通信与定位终端通信以获取参数、权限和指令等信息，对交流接触器的通断实施控制以及对相应的两枪式智能充电单元进行充电管理与控制，多枪式智能充电主控板在收到充电指令时控制交流接触器上电，并向相应的两枪式智能充电单元下发进行1枪或2枪慢速充电或者1枪快速充电的指令；当多枪式智能充电主控板收到急停按钮和/或开门闭锁开关所发信号时，控制交流接触器自动断电，此时各两枪式智能充电单元均不能用于充电。

参见图2，图1中的多枪式智能充电主控板主要由中央处理器、输入隔离器、输出继电器、CAN通信收发器、485通信隔离器、232通信转换器以及电源模块组成，电源模块从开关电源得电经转换后给多枪式智能充电主控板提供工作电源；中央处理器通过CAN通信收发器、485通信隔离器和232通信转换器与外部通信，也即与电路装置中的相关构件通信；中央处理器通过输入隔离器输入包括急停、开门闭锁、交流接触器通断等开关量信号；中央处理器对各种信号进行相应处理，通过输出继电器、CAN通信收发器、485通信隔离器和232通信转换器对外部实施控制，也即对电路装置中的相关构件实施控制。

参见图3，图1中的两枪式智能充电单元主要由第一充电模块、第二充电模块、功率智能分配模块、第一防爆一体式充电枪和第二防爆一体式充电枪构成；第一和第二充电模块的电源输入端均与交流接触器的电源输出端电连接；功率智能分配模块分别与第一和第二充电模块通信并与第一和第二充电模块的直流输出端（正、负极）电连接以获取充电电源；第一和第二防爆一体式充电枪各通过配设的1根防爆多芯电缆与功率智能分配模块电连接并通信连接；功率智能分配模块与多枪式智能充电主控板通信连接；功率智能分配模块与变压器的电源输出端电连接获取自身工作电源。第一充电模块和第二充电模块为采用IGBT全桥高频变换的模块，单模块功率为15KW～40KW，输入电压AC660(380)V,输出电压DC0～750V；各充电模块为现有技术，不做详述。

第一和第二防爆一体式充电枪结构相同，防爆一体式充电枪与功率智能分配模块连接的1根防爆多芯电缆中集成有直流电源正、负输出电缆、CAN通信电缆、枪连接确认信号线、为防爆新能源车的BMS（电池管理系统）提供工作电源的BMS辅助电源电缆于一体，防爆一体式充电枪与功率智能分配模块连接采用1根防爆多芯电缆的方式，较之于现有技术中3根电缆的方式，提枪充电时大为方便。

参见图4，图3中的功率智能分配模块主要由功率智能分配控制板、第一至第六共6个直流接触器、第一辅助电源、第二辅助电源以及第二开关电源组成。第一至第六共6个直流接触器均分别具有控制端、信号反馈端以及2个通电连接端；第一和第二辅助电源均分别具有电源输入、输出端和输出电压选择端；第一和第二辅助电源以及第二开关电源的输入端均与变压器的输出端电连接；第二开关电源为功率智能分配控制板提供工作电源；第一和第二辅助电源的输出电压选择端与功率智能分配控制板电连接，第一和第二辅助电源的输出端分别通过第一、第二防爆一体式充电枪各自配设的防爆多芯电缆中的BMS辅助电源电缆与第一、第二防爆一体式充电枪电连接，并根据功率智能分配控制板的指令可选择输出DC24VA或DC12V电源，以适应不同的防爆新能源车BMS（电池管理系统）所需的工作电源；各直流接触器的控制端和信号反馈端均与功率智能分配控制板电连接；第一和第二直流接触器各一个通电连接端分别接第一充电模块的电源输出端正负极；第一和第二直流接触器各另一个通电连接端分别通过第一防爆一体式充电枪配设的防爆多芯电缆中的直流电源正、负输出电缆与第一防爆一体式充电枪电连接；第三和第四直流接触器各一个通电连接端分别接第二充电模块的电源输出端正负极；第三和第四直流接触器各另一个通电连接端分别通过第二防爆一体式充电枪配设的防爆多芯电缆中的直流电源正、负输出电缆与第二防爆一体式充电枪电连接；第五直流接触器的2个通电连接端分别与第一、第二充电模块的电源输出端正极电连接；第六直流接触器的2个通电连接端分别与第一、第二充电模块的电源输出端负极电连接；第一和第二防爆一体式充电枪分别通过各自配设的防爆多芯电缆中的CAN通信电缆与功率智能分配控制板通信；第一和第二防爆一体式充电枪分别通过各自配设的防爆多芯电缆中的枪连接确认信号线与功率智能分配控制板电连接以反馈充电枪是否与防爆新能源车的充电插座正确连接的信号；功率智能分配控制板与第一和第二充电模块通信，以获取第一和/或第二充电模块的输出电压和电流信号；功率智能分配控制板与多枪式智能充电主控板通信，以获取充电指令信号和反馈工作信息。

参见图5，图4中的功率智能分配控制板主要由第二电源模块、第二中央处理器、第二输入隔离器、输出继电器组、第二CAN通信收发器和LCD显示模块组成。其中，第二电源模块从第二开关电源得电给功率智能分配控制板提供工作电源，第二输入隔离器用于安全地向第二中央处理器输入开关量信号，输入的开关量信号包括各直流接触器的反馈信号、枪连接确认信号等，第二CAN通信收发器用于实现第二中央处理器与外部的通信，输出继电器组用于根据第二中央处理器的指令实现前述直流接触器的通断控制以及第一、第二辅助电源的输出电压选择；第二中央处理器用于实现功率智能分配控制板的控制功能；LCD显示模块嵌入在功率智能分配控制板上，用于实时显示第二中央处理器发送的所属两枪式智能充电单元的运行信息，并可直观地用于对两枪式智能充电单元是否发生故障进行快速诊断。

本实施例的多枪式防爆新能源车智能充电装置，其工作原理和过程简述如下：

本实施例的大功率多枪式防爆新能源车智能充电装置，在多枪式智能充电主控板的统一控制下，每个两枪式智能充电单元均可实施同时对2辆防爆新能源车进行慢速充电或对1辆防爆新能源车进行快速充电。正常通电时，当某一防爆新能源车需要充电时，司机持有效权限卡在本安型刷卡器上刷卡成功后，多枪式智能充电主控板收到刷卡成功信号后接通交流接触器并开启与本安型触控显示屏的通信，司机通过本安型触控显示屏选择设置哪一充电枪进行充电、慢充还是快充以及防爆新能源车BMS所需的DC24V或DC12V工作电压，司机输入的指令经多枪式智能充电主控板下发给对应的两枪式智能充电单元的功率智能分配模块的功率智能分配控制板；功率智能分配控制板控制司机所选充电枪对应的辅助电源输出相应电压的BMS所需工作电源；司机将充电枪与防爆新能源车的充电插座成功对接后，功率智能分配控制板收到枪连接确认信号，功率智能分配控制板控制第一至第四直流继电器接通，功率智能分配控制板开始计时计费；此时司机所选充电枪以及本单元的另一充电枪均可实现对防爆新能源车慢速充电；若司机所选为快速充电时，功率智能分配控制板控制与司机所选充电枪电连接第一、第二或第三、第四直流继电器接通，相应关闭第三、第四或第一、第二直流继电器，同时接通第五和第六直流继电器，此时由第一和第二充电模块同时为司机所选充电枪供电，从而实现对防爆新能源车的快速充电。正常充电信息由功率智能分配控制板反馈至多枪式智能充电主控板，由多枪式智能充电主控板发送给本安型触控显示屏实时显示。

充电过程中，若多枪式智能充电主控板收到急停按钮和/或开门闭锁开关所发信号时，控制交流接触器自动断电，此时各两枪式智能充电单元均不能用于充电。

以上实施例是对本实用新型的具体实施方式的说明，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本实用新型的专利保护范围。