电动车智能快速充电装置及其操作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动车智能快速充电装置及其操作方法，包括MCU、继电器控制模块、语音模块、投币模块、数码管显示模块、电容降压模块、零相线检测模块、电池正负极检测模块和供电模块，本装置能对市面上大部分接口类型和电压的电动车，可以自动进行零相线检测和切换及电池的电压和正负极自动判断，采用低成本的电容降压的方式，对大部分电动车均能自动匹配相应的电压进行充电，产生脉动电压，进行恒流充电。利用脉动电压充电的方式对蓄电池进行修复和保养。具有智能语音播报和LED实时显示功能，用户使用起来简单便捷。非常适合于在各个便民场所的推广和应用，同时生产成本可以降低到开关电源类充电装置的三分之一。
【专利说明】电动车智能快速充电装置及其操作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及充电装置【技术领域】，特别涉及一种无人值守投币式电动车智能快速充电装置及其操作方法。
【背景技术】
[0002]随着电动车在生活中的广泛使用，电动车的配套服务设施特别是便民充电装置的需求日益凸显。由于蓄电池本身容量和蓄电池性能的限制，电动车不能存储太多电能。在蓄电池电量用完时，街头巷尾缺乏便捷、可靠、快速的电动车“加油”装置，即便民式的快速充电器，给人们的出行带来很多不便。
[0003]目前市场上的投币式电动车充电装置，充电接口和可充电的电动车类型单一，无电压和极性自动检测，很少有蓄电池过充电保护功能，也很少有电池修复功能，而且充电装置成本高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供了一种无人值守投币式的电动车智能快速充电装置，能对市面上各种接口类型的电动车进行电压和极性自动检测，并进行快速智能充电，充电时间到或者电池充满自动停充。
[0005]针对上述技术问题，本发明采取的技术方案是，电动车智能快速充电装置，包括MCU (微控制单元)，所述MCU与继电器控制模块、语音模块、投币模块、电容降压模块、零相线检测模块和电池正负极检测模块双向连接，且MCU的输出端和数码管显示模块的输入端连接，供电模块的输出端和MCU供电输入端连接；
MCU:以单片机作为核心控制器，接收电容降压模块、零相线检测模块、继电器控制模块、电池正负极检测模块、语音模块、投币模块、数码管显示模块发送的信息并给出电容降压模块、零相线检测模块、继电器控制模块、电池正负极检测模块、语音模块、投币模块、数码管显示模块处理命令；
电容降压模块:受MCU的控制，将市电220V降到适合蓄电池充电的电压，产生脉动电压，对电池进行恒流充电；
零相线检测模块:进行半波整流，并将电阻分压后的电平分别接至运放，并将运放的输出端接至MCU进行检测，通过比较两个运放的输出电平来检测零、相线的接入状态；
继电器控制模块:接收MCU的继电器开关命令并反馈信息，此模块中继电器的状态时由8050导通与否来控制，当MCU继电器控制引脚输出高电平时，三极管导通，继电器动作，进行零火线切换或者电池极性切换及充电动作；反之，三极管截止，继电器不动作；
电池正负极检测模块:电池正负极接入，经过光耦直接接至MCU，若电池极性接对，光耦不导通，输出高电平，反之，光耦导通，输出低电平；MCU通过检测到的电平状态来判断电池的接入状态，若反接，MCU控制相应的继电器动作，实现正负极翻转；
语音模块:接收MCU的语音提示命令； 投币模块:与MCU通信提供是否投币信息；
数码管显示模块:接收MCU的显示命令，并将串行数据转换成并行数据，直接驱动数码管，实时显示系统运行状态信息；
供电模块JtMCU及其他模块供电，以保证各个模块的正常运行。
[0006]一种电动车智能快速充电装置的操作方法，其操作步骤如下:
1)开机上电；
2)系统自检和零相线检测是否正确，如果零线、相线检测出现故障，则返回继续检测直到检测结果正常；如检测结果正常，则进入下一步骤；
3)是否有投币，如未投币，则系统报警提示并返回投币前状态；如已投币，系统确认电池是否在线；
4)如电池不在线，则报警提示，并返回到电池是否在线状态；如电池在线，则充电开始，并通过报警提示同时发出信号数码管显示，充电过程倒计时；
5)如没有完成倒计时，则系统返回到充电状态；完成倒计时，则充电完成；
6)充电完成后，系统报警提示，并返回到判断是否有投币前的状态。
[0007]本发明的优点包括以下四方面:
(I)本装置采用首先自动检测零线和相线，把相线电压通过电容降压整流后，送电池正极充电的方法，确保哪怕电源线破损，也不会出现相线电压触电的现象。
[0008](2)本装置在充电过程中，充电电路会自动匹配电池电压，一旦接近电池饱和电压，自动停充，防止电池过充。
[0009](3)本装置采用电容降压的方式，对大部分电动车均能自动匹配相应的电压进行充电，产生脉动电压，进行恒流充电，利用脉动电压充电的方式对蓄电池进行修复和保养。
[0010](4)本装置具有智能语音播报和LED实时显示功能，用户使用起来简单便捷，非常适合于在各个便民场所的推广和应用，同时，生产成本可以降低到开关电源类充电装置的
三分之一。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的结构原理图。
图2是本发明的控制流程图。
[0012]图3是本发明中的MCU电路图。
[0013]图4是本发明中的电容降压模块电路图。
[0014]图5是本发明中的零相线检测模块电路图。
[0015]图6是本发明中的继电器控制模块电路图。
[0016]图7是本发明中的电池正负极检测模块电路图。
[0017]图8是本发明中的语音模块电路图。
[0018]图9是本发明中的投币模块电路图。
[0019]图10是本发明中的数码管显示模块电路图。
[0020]图11是本发明中的供电模块电路图。
【具体实施方式】[0021]下面结合附图对本发明作进一步说明，参见图1至图11。电动车智能快速充电装置，如图1所示，包括MCU 101、电容降压模块102、零相线检测模块103、继电器控制模块104、电池正负极检测模块105、语音模块106、投币模块107、数码管显示模块108和供电模块109，所述继电器控制模块104、语音模块106、投币模块107、电容降压模块102、零相线检测模块103和电池正负极检测模块105和MCU 101双向连接，所述MCU 101输出端和数码管显示模块108输入端连接、所述供电模块109输出端和MCU 101供电输入端连接。
[0022]MCU 101:如图3所示，以单片机作为核心控制器，与电容降压模块102、零相线检测模块103、继电器控制模块104、电池正负极检测模块105、语音模块106、投币模块107、数码管显示模块108双向连接，接收电容降压模块102、零相线检测模块103、继电器控制模块104、电池正负极检测模块105、语音模块106、投币模块107、数码管显示模块108发送的信息并给出电容降压模块102、零相线检测模块103、继电器控制模块104、电池正负极检测模块105、语音模块106、投币模块107、数码管显示模块108处理命令。
[0023]电容降压模块102:如图4所示，将市电220V降到适合蓄电池充电的电压，产生脉动电压，对电池进行恒流充电。
[0024]零相线检测模块103:如图5所示，零、相线从P3接入，首先进行半波整流，然后将电阻R2R4、电阻R6R8分压后的电平分别接至运放LM358N，并将运放LM358N的输出端接至MCU 101进行检测，通过比较两个运放LM358N的输出电平来检测零、相线的接入状态。
[0025]继电器控制模块104:如图6所示，接收MCU 101的继电器开关命令并反馈信息，此模块中继电器U2、U3、U4是由三极管Q1、Q2、Q3导通与否来控制，当MCU 101继电器U2、U3、U4控制弓I脚输出高电平时，三极管Ql、Q2、Q3导通，继电器U2、U3、U4动作，进行零火线切换或者电池极性切换及充电动作；反之，三极管Ql、Q2、Q3截止，继电器U2、U3、U4不动作。
[0026]电池正负极检测模块105:如图7所示，电池正负极接入，经过光耦U5直接接至MCU 101，若电池极性接对，光耦U5不导通，输出高电平，反之，光耦U5导通，输出低电平。MCU 101通过检测到的电平状态来判断电池的接入状态，若反接，MCU 101控制继电器控制模块104动作，实现正负极翻转。
[0027]语音模块106:如图8所示，接收MCU 101的语音提示命令，此模块利用语音芯片SC1050实现操作过程的语音提示功能。语音芯片SC1050输出的音频信号经过音频集成功放LM386的放大后直接输出。
[0028]投币模块107:如图9所示，与MCU 101通信提供是否投币信息，只有该模块检测到投入了硬币才会给MCU 101发送已经投币信息，并由MCU 101控制继电器控制模块104以对蓄电池充电；
数码管显示模块108:如图10所示，此模块的显示电路接收MCU 101的显示命令，用74HC595来驱动数码管LED，并将串行数据转换成并行数据，直接驱动数码管LED，实时显示系统运行状态信息；
供电模块109:如图11所示，利用稳压芯片7805，可以得到纹波系数小的电压。对MCU101及其他模块供电，以保证各个模块的正常运行。
[0029]优选地，供电模块109为稳压芯片L7805，可以得到纹波系数小的电压。
[0030]优选地，语音模块106为语音芯片SC1050，语音芯片SC1050是最新开发应用于电动车充电器的新型语音芯片，外围元件少，电路连接简单，控制方便，成本低。
[0031]优选地，数码管显示模块108驱动电路为74 HC595，74 HC595可将串行数据转换成并行数据，这样可以节省MCU的端口。
[0032]一种电动车智能快速充电装置的操作方法，如图2所示，其操作步骤如下:
1)开机上电201；
2)系统自检和零相线检测是否正确202，如果零线、相线检测出现故障，则返回继续检测直到检测结果正常；如检测结果正常，则进入下一步骤；
3)是否有投币203，如未投币，则系统报警提示209并返回投币前状态；如已投币，系统确认电池是否在线204 ；
4)如电池不在线，则报警提示209，并返回到电池是否在线204状态；如电池在线，则充电开始205，并通过报警提示209同时发出信号数码管显示206，充电过程倒计时207 ；
5)如没有完成倒计时207，则系统返回到充电状态；完成倒计时207，则充电完成208；
6)充电完成208后，系统报警提示209，并返回到判断是否有投币203前的状态。
[0033]本电动车智能快速充电装置的工作原理:
O充电装置开机上电201，供电模块109向系统供电，MCUlOl自检，零相线检测模块103自动进行零线、相线的检测，通过继电器控制模块104切换动作，以确保相线电压通过电容Cap降压整流后，送电池正极充电，零线在充电的时候，接电池负极，即使接触到电源线，也不会出现相线电压触电的现象。
[0034]2) MCUlOl不断检测投币模块107，以判断是否有投币203，若没有投币，则通过语音模块106进行报警提示209 ;若投币成功，MCUlOl通过电池正负极检测模块105判断电池是否在线204 ；
3)如电池正负极检测模块105判断电池不在线，则通过语音模块106进行报警提示209，并返回到电池是否在线204状态；如电池在线，根据电池正负极检测模块105判断的电池正负极是否与系统预设极性一致，如果不一致，则通过继电器控制模块104切换动作，保证与系统预设极性一致。
[0035]4)充电开始205，电容降压模块102开始对电池充电，MCUlOl通过语音模块106进行报警提示209，同时MCUlOl发出信号给数码管显示模块108数码管显示206充电提示信息，充电过程倒计时207 ；
5)如没有完成倒计时207，MCUlOl控制电容降压模块102继续给电池充电，保持在充电状态；完成倒计时207，则充电完成208。
[0036]6)充电完成208后，MCUlOl通过语音模块106进行报警提示209，语音提示用户将电池线从接口拔出。并返回到判断是否有投币203前的待充电状态。
[0037]一种电动车智能快速充电装置，智能快速充电装置包括MCU 101、电容降压模块102、零相线检测模块103、继电器控制模块104、电池正负极检测模块105、语音模块106、投币模块107、数码管显示模块108和供电模块109。其特征是可以自动进行零相线检测和切换及电池的正负极自动判断和切换，采用低成本的电容降压的方式，产生脉动电压，进行恒流充电。利用脉动电压充电的方式对蓄电池进行修复和保养。通过语音模块106进行智能语音播报功能，系统状态在数码管显示模块108实时显示，用户使用起来简单便捷。
[0038]所述零相线检测模块103，零相线从P3接入，首先进行半波整流，然后将电阻R2R4、R6R8分压后的电平分别接至运放LM358N，并将运放LM358N的输出端接至MCU 101进行检测，通过比较两个运放LM358N的输出电平来检测零相线的接入状态。
[0039]所述电池正负极检测模块105，电池正负极接入，经过光耦U5直接接至MCU 101，若电池极性接对，光耦U5不导通，输出高电平，反之，光耦U5导通，输出低电平。M⑶101通过检测到的电平状态来判断电池的接入状态，若反接，MCU 101控制继电器控制模块104动作，实现正负极翻转。
[0040]所述继电器控制模块104，此模块中继电器的状态时由三极管Q1、Q2、Q3导通与否来控制的，当单片机继电器控制引脚输出高电平时，三极管Q1、Q2、Q3导通，继电器动作，电池开始充电；反之，三极管Ql、Q2、Q3截止，继电器不动作。通过继电器控制模块104的动作来进行零相线切换及电池的正负极切换。
[0041]所述供电模块109，利用稳压芯片L7805，可以得到纹波系数小的电压。对MCU 101及其他模块供电，以保证各个模块的正常运行。
[0042]所述电容降压模块102，利用电容降压的原理对220V进行降压，在P2处接入大容量的电容Cap，将市电220V降到适合蓄电池充电的电压，产生脉动电压，对电池进行恒流充电。
[0043]所述语音模块106，此模块利用语音芯片SC1050实现操作过程的语音提示功能。语音芯片SC1050输出的音频信号经过音频集成功放LM386的放大后直接输出。SC1050是最新开发应用于电动车充电器的新型语音芯片，外围元件少，电路连接简单，控制方便，成本低。
[0044]所述数码管显示模块108，此模块的显示电路用74HC595来驱动数码管LED，74HC595将串行数据转换成并行数据，这样可以节省单片机的IO端口，从而利用现有的端口控制更多的设备。74HC595的驱动能力大，可以直接驱动数码管LED的显示。
[0045]本发明的工作原理如下:
此智能快速充电装置的MCU 101主控芯片为普通8位系列单片机，配合电容降压模块102、零相线检测模块103、继电器控制模块104、电池正负极检测模块105、语音模块106、投币模块107、数码管显示模块108和供电模块109。充电电路由电容降压和半波整流电路构成，能利用脉动大电流对铅蓄电瓶进行快速充电。电容降压模块102使用电容降压充电方式，使本系统对电动车蓄电池充电采用恒流电路充电，既能很好地保护蓄电池，使蓄电池最终切实地被补充到充满状态，温升低，又能使蓄电池不会被充得超出最高允许电压，有利于延长蓄电池的使用寿命。与此同时，本充电装置克服了普通充电器只能充规定电压和接口的电动车这一弊病，对大部分电动车均能利用电池正负极检测模块105、继电器控制模块104和电容降压模块102自动匹配相应的电压进行充电，充满后自动停充。并且电池正负极检测模块105、零相线检测模块103自动对电池的正负极和零、相线检测，若反接，继电器控制模块104继电器立即动作进行翻转。本智能快速充电装置还嵌入了语音模块106和数码管显示模块108使得装置全自助方式运行，智能语音提示和数码显示，操作简单，使用方便，快速，质量可靠，无需职守。其工作稳定可靠、外围元件少、功耗极低且便于设计生产，非常适合于在各个便民场所的推广和应用，同时生产成本可以降低到开关电源类充电装置的三分之，它是目前低功耗、低成本、智能化电动车智能快速充电装置的理想选择。
【权利要求】
1.电动车智能快速充电装置，包括MCU，其特征在于，所述MCU与继电器控制模块、投币模块、电容降压模块、零相线检测模块和电池正负极检测模块双向连接，且MCU的输出端和数码管显示模块、语音模块的输入端连接,供电模块的输出端和MCU供电输入端连接； MCU:以单片机作为核心控制器，接收电容降压模块、零相线检测模块、继电器控制模块、电池正负极检测模块、语音模块、投币模块、数码管显示模块发送的信息并给出处理命令； 电容降压模块:受MCU的控制，将市电220V降到适合蓄电池充电的电压，产生脉动电压，对电池进行恒流充电； 零相线检测模块:零、相线接入后，首先进行半波整流，然后将电阻分压后的电平分别接至运放，并将运放的输出端接至MCU进行检测，通过比较两个运放的输出电平来检测零、相线的接入状态； 继电器控制模块:接收MCU的继电器开关命令； 电池正负极检测模块:电池正负极接入，经过光耦直接接至MCU，MCU通过检测到的电平状态来判断电池的接入状态； 语音模块:接收MCU的语音提示命令； 投币模块--与MCU 通信提供是否投币信息； 数码管显示模块:接收MCU的显示命令，并将串行数据转换成并行数据，直接驱动数码管，实时显示系统运行状态信息； 供电模块JtMCU及其他模块供电，以保证各个模块的正常运行。
2.一种如权利要求1所述的电动车智能快速充电装置的操作方法，其特征在于，其操作步骤如下: 1)开机上电； 2)系统自检和零相线检测是否正确，如果零线、相线检测出现故障，则返回继续检测直到检测结果正常；如检测结果正常，则进入下一步骤； 3)是否有投币，如未投币，则系统报警提示并返回投币前状态；如已投币，系统确认电池是否在线； 4)如电池不在线，则报警提示，并返回到电池是否在线状态；如电池在线，则充电开始，并通过报警提示同时发出信号数码管显示，充电过程倒计时； 5)如没有完成倒计时，则系统返回到充电状态；完成倒计时，则充电完成； 6)充电完成后，系统报警提示，并返回到判断是否有投币前的状态。
【文档编号】H01M10/44GK103986218SQ201410242958
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2014年6月4日
【发明者】陈朝峰, 丁文斌, 李学进 申请人:九江学院