本發(fā)明屬于電動(dòng)車(chē)充電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

目前，電動(dòng)車(chē)的使用已經(jīng)非常普及了。無(wú)論是在城市還是在農(nóng)村，電動(dòng)車(chē)憑借其環(huán)保、無(wú)污染、安全可靠、速度快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，贏得了消費(fèi)者的青睞，成為短途代步的最佳工具之一。據(jù)估計(jì)，我國(guó)電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)保有量已超過(guò)2個(gè)億。龐大的電動(dòng)車(chē)保有量使得充電成為一個(gè)棘手的問(wèn)題。

目前，市場(chǎng)上每輛電動(dòng)車(chē)都會(huì)配備一個(gè)充電器，而由于制造商的某些營(yíng)銷(xiāo)策略，可以說(shuō)不同品牌的充電器并不通用，其充電接口端子也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，列舉市場(chǎng)上占有率前五的電動(dòng)車(chē)充電接口端子極性如下表所示：

注：“+”表示正極，“-”表示負(fù)極

從表中可以看出，充電器的電壓等級(jí)、端子標(biāo)識(shí)并不統(tǒng)一。如果一味地將不同品牌的充電器互用的話，會(huì)帶來(lái)短路的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的話會(huì)造成電池永久性損害。而且，每一輛電動(dòng)車(chē)配備一個(gè)充電器，造成充電器的使用率不高，也是對(duì)資源的一種浪費(fèi)。

考慮到目前居民小區(qū)、工廠、商場(chǎng)等人員密集的區(qū)域使用電動(dòng)車(chē)的人員較多，而且車(chē)輛都是集中停放，應(yīng)充分考慮充電模式的通用性，采用一對(duì)多的充電方式，減少單個(gè)充電器的使用，提高充電裝置的使用率，避免資源的浪費(fèi)。

中國(guó)專(zhuān)利CN103490484B，公開(kāi)了電動(dòng)車(chē)充電器模糊控制器，所公開(kāi)的方案是采用模糊控制技術(shù)，通過(guò)判斷輸入電流的大小來(lái)確定電池充電所處的狀態(tài)，并設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間以限制充電器的異常工作。該方案對(duì)電池充電狀態(tài)的判斷存在偏差，不具備通用性。

中國(guó)專(zhuān)利CN101882807B公開(kāi)了具備記憶功能的車(chē)載式電動(dòng)車(chē)充電器，所公開(kāi)的方案是采用萬(wàn)年歷芯片，自動(dòng)記錄電池組的充電及放電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存貯芯片中。記錄正常完成充電過(guò)程的次數(shù)；放電后未及時(shí)充電的次數(shù)及發(fā)生的時(shí)間；充電未充滿(mǎn)便關(guān)電停止充電的次數(shù)及發(fā)生時(shí)間等。該方案只是描述了電動(dòng)車(chē)充電器的記憶功能。中國(guó)專(zhuān)利CN102946131B，公開(kāi)了自適應(yīng)輸入電源的充電器及控制充電器的出入電流的方法，所公開(kāi)的方案是根據(jù)充電器的輸入電壓與一第一參考電壓的比較結(jié)果來(lái)控制PWM控制器的控制信號(hào)或是電流控制環(huán)路的電流參考值，從而達(dá)到限制輸入電流的目的。上述兩個(gè)發(fā)明專(zhuān)利還是屬于單個(gè)充電器的范疇，只能一對(duì)一地配對(duì)充電，并不具備兼容性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置及其使用方法，充分考慮充電模式的通用性，自適應(yīng)地調(diào)節(jié)輸出電源的極性，以配合不同的充電接口(“N”為電源+，“L”為電源-；“L”為電源+，“N”為電源-)；采用一對(duì)多的充電方式，在不損害電池壽命的前提下，在要求的時(shí)間內(nèi)完成充電過(guò)程；并記錄所消耗的電能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置，其特征在于，包括三相交流電源、充電回路單元、輸出控制單元、防反接單元、數(shù)據(jù)采集單元、主控單元、人機(jī)交互單元、無(wú)線通信單元以及后臺(tái)服務(wù)器；

所述三相交流電源依次通過(guò)充電回路單元、輸出控制單元、防反接單元及數(shù)據(jù)采集單元與電池相連構(gòu)成主回路，實(shí)現(xiàn)充電電流的輸出；

所述主控單元分別通過(guò)充電回路單元、輸出控制單元、防反接單元實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路電源的整流，對(duì)分支回路電壓、電流的調(diào)節(jié)，防止電池反接；

所述主控單元通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集各分支回路中的電壓、電流信號(hào)，所述主控單元通過(guò)人機(jī)交互單元或通過(guò)無(wú)線通信單元、后臺(tái)服務(wù)器)獲取各分支回路設(shè)置的充電參數(shù)。

上述方案中，所述主控單元包含時(shí)鐘芯片，可以對(duì)記錄的事件及操作標(biāo)記時(shí)間戳；所述充電回路單元由橋式整流電路、DC/DC轉(zhuǎn)換電路組成；所述輸出控制單元由開(kāi)關(guān)電路、驅(qū)動(dòng)電路及濾波電路構(gòu)成，其中驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通或關(guān)閉，開(kāi)關(guān)電路的輸出直接與濾波電路相連；所述防反接單元由四個(gè)相同的開(kāi)關(guān)管K1、K2、K3、K4構(gòu)成，其中K1與K2的輸入端相連，K3與K4的輸入端相連，K1與K3的輸出端相連，K2與K4的輸出端相連。

上述方案中，所述數(shù)據(jù)采集單元包含電流信號(hào)采集和電壓信號(hào)采集。

上述方案中，所述無(wú)線通信單元與后臺(tái)服務(wù)器是通過(guò)無(wú)線通信的方式交互信息，所述無(wú)線通信的方式為WIFI或者ZigBee。

上述方案中，所述各分支回路設(shè)置的充電參數(shù)包含充電回路序號(hào)、電池的額定電壓及需要完成充電的時(shí)間。

一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)，主控單元上電初始化完成后，主控單元分別對(duì)充電回路單元、輸出控制單元、防反接單元、數(shù)據(jù)采集單元、人機(jī)交互單元和無(wú)線通信單元進(jìn)行自檢，若自檢未通過(guò)，則故障信息顯示在人機(jī)交互單元上并報(bào)警提示；

步驟2)，若自檢通過(guò)，主控單元等待由人機(jī)交互單元或者無(wú)線通信單元、后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行充電參數(shù)的設(shè)置；

步驟3)，充電參數(shù)設(shè)置完畢后，主控單元控制充電回路單元上電，實(shí)現(xiàn)整流的功能，主控單元通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集某一分支回路待充電的電池兩端電壓并判斷出電池極性；

步驟4)，主控單元根據(jù)判斷得出的電池極性，控制該分支回路的防反接單元接通；

步驟5)，待該分支回路的防反接單元接通后，主控單元根據(jù)設(shè)置的充電參數(shù)，選擇合適的充電模式，并實(shí)時(shí)估算剩余的充電時(shí)間，通過(guò)該分支回路的輸出控制單元改變充電的電流來(lái)調(diào)整預(yù)期完成充電的時(shí)間，直至完成充電；

步驟6)，待充電完成后，主控單元斷開(kāi)該分支回路的輸出控制單元以及防反接單元，并將充電數(shù)據(jù)在人機(jī)交互單元上顯示或者通過(guò)無(wú)線通信單元上傳到后臺(tái)服務(wù)器。

上述方案中，所述步驟5)中的充電模式分為恒流充電模式和恒壓充電模式，當(dāng)實(shí)時(shí)的電池(11)電壓V_B<電池(11)電壓閾值V_max時(shí)，進(jìn)入恒流充電模式；當(dāng)實(shí)時(shí)的電池(11)電壓V_B≥電池(11)電壓閾值V_max時(shí)，進(jìn)入恒壓充電模式。

上述方案中，所述恒流充電模式的充電電流是可調(diào)的。

上述方案中，所述步驟6)中的充電數(shù)據(jù)包含充電開(kāi)始時(shí)間、充電完成所消耗的電能及充電完成時(shí)間。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明所公開(kāi)一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置及其使用方法，適用于在人員密集區(qū)域配置充電裝置，采用主控單元控制多個(gè)分支回路實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的充電方式，采用防反接單元，實(shí)現(xiàn)充電接口的通用性；并根據(jù)人機(jī)交互單元或者無(wú)線通信單元、后臺(tái)服務(wù)器設(shè)置的分支回路的電池額定電壓值，調(diào)整輸出控制單元的占空比，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同電壓等級(jí)的電池進(jìn)行充電，有效地提高了充電裝置的使用頻率，減少了單個(gè)充電器配置的資源浪費(fèi)。

(2)在充電過(guò)程中，主控單元通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集分支回路的電壓、電流信號(hào)來(lái)實(shí)時(shí)估算電池當(dāng)前的容量和剩余充電時(shí)間，以設(shè)定的充電完成時(shí)間為基準(zhǔn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整充電的電流值，在不損害電池壽命的前提下，盡可能在要求的時(shí)間內(nèi)完成充電，并通過(guò)無(wú)線通信單元將充電數(shù)據(jù)充電開(kāi)始時(shí)間、充電完成時(shí)間及充電完成所消耗的電能上傳到后臺(tái)服務(wù)器，為網(wǎng)絡(luò)支付、大數(shù)據(jù)處理云平臺(tái)以為電力部門(mén)的電力負(fù)荷調(diào)配提供了數(shù)據(jù)保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明控制輸出單元的開(kāi)關(guān)電路和濾波電路電氣原理圖；

圖3為本發(fā)明控制輸出單元的驅(qū)動(dòng)電路電氣原理圖；

圖4為本發(fā)明防反接單元的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明的一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置使用方法的流程圖。

圖中：1－充電回路單元，2－輸出控制單元，3－防反接單元，4－數(shù)據(jù)采集單元，5－主控單元，6－人機(jī)交互單元，7－無(wú)線通信單元，8－后臺(tái)服務(wù)器，10－三相交流電源，11－電池。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置的結(jié)構(gòu)框圖，僅以示意方式顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1所示，一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置，包括三相交流電源10、充電回路單元1、輸出控制單元2、防反接單元3、數(shù)據(jù)采集單元4、主控單元5、人機(jī)交互單元6、無(wú)線通信單元7以及后臺(tái)服務(wù)器8；

主控單元5包含時(shí)鐘芯片，可以對(duì)記錄的事件及操作標(biāo)記時(shí)間戳，本發(fā)明主控單元5由飛思卡爾ARM芯片mk60dn512zvlq10和美國(guó)DALLAS公司的時(shí)鐘芯片DS1302組成；充電回路單元1由橋式整流電路、DC/DC轉(zhuǎn)換電路組成；

輸出控制單元2由開(kāi)關(guān)電路、驅(qū)動(dòng)電路及濾波電路構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)電路用來(lái)控制開(kāi)關(guān)電路中的開(kāi)關(guān)元件導(dǎo)通或關(guān)閉；開(kāi)關(guān)電路的輸出直接與濾波電路相連；如圖2所示，開(kāi)關(guān)電路由金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IRF540)和電阻電容(RC)串聯(lián)電路構(gòu)成，RC電路的作用是浪涌緩沖，濾除比正常工作電壓高的短時(shí)間的脈沖波形，對(duì)后端濾波電路起保護(hù)作用。濾波電路由續(xù)流二極管D100，電感L，電解電容C101、C102，聚丙烯電容C103和防反向二極管D101組成，其作用是濾除直流電壓的紋波；如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電路主要由三個(gè)三極管G1、G2、G3構(gòu)成信號(hào)放大電路，將主控單元中ARM芯片mk60dn512zvlq10產(chǎn)生的PWM的信號(hào)進(jìn)行電平放大來(lái)驅(qū)動(dòng)金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)斷或者導(dǎo)通；這里需要指出的是圖2、圖3中所標(biāo)明的元件型號(hào)僅是針對(duì)36V充電系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行的選型，僅作為事例，并不是限制；

防反接單元3由四個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成；如圖4所示，防反接單元由四個(gè)相同的開(kāi)關(guān)管K1、K2、K3、K4組成，K1與K2的輸入端相連，K3與K4的輸入端相連；而K1與K3的輸出端相連，K2與K4的輸出端相連，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池極性的自適應(yīng)匹配；其中四個(gè)開(kāi)關(guān)管可以是直流接觸器、金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或者是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)；

數(shù)據(jù)采集單元4包含電流信號(hào)采集和電壓信號(hào)采集，為了保證對(duì)電流調(diào)節(jié)的精度，對(duì)于電流信號(hào)的采集使用精度為0.1(s)的電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電壓信號(hào)的采集則是采用精密電阻分壓的方式，分別測(cè)量電池兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池11正、負(fù)極的識(shí)別，本發(fā)明電池優(yōu)選為鉛酸蓄電池或者磷酸鐵鋰等無(wú)記憶效應(yīng)的電池。

三相交流電源10依次通過(guò)充電回路單元1、輸出控制單元2、防反接單元3及數(shù)據(jù)采集單元4與電池11相連構(gòu)成主回路，實(shí)現(xiàn)充電電流的輸出；

主控單元5分別通過(guò)充電回路單元1、輸出控制單元2、防反接單元3實(shí)現(xiàn)對(duì)主回路電源的整流，對(duì)分支回路電壓、電流的調(diào)節(jié)，防止電池11反接；

主控單元5通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元4采集各分支回路中的電壓、電流信號(hào)，主控單元5通過(guò)人機(jī)交互單元6或通過(guò)無(wú)線通信單元7、后臺(tái)服務(wù)器8獲取各分支回路設(shè)置的充電參數(shù)；各分支回路設(shè)置的充電參數(shù)包含充電回路序號(hào)、電池的額定電壓及需要完成充電的時(shí)間；無(wú)線通信單元7與后臺(tái)服務(wù)器8是通過(guò)無(wú)線通信的方式交互信息，無(wú)線通信的方式為WIFI或者ZigBee，本發(fā)明優(yōu)選的無(wú)線通信的方式為WIFI。

本發(fā)明的輸出控制單元2、防反接單元3、數(shù)據(jù)采集單元4的個(gè)數(shù)決定了可同時(shí)充電的電池11個(gè)數(shù)，由充電回路單元1的輸出功率來(lái)決定，這里并不加以限制。

如圖5所示，一種電動(dòng)車(chē)用智能型充電裝置的使用方法，包括步驟：

步驟1)，主控單元5上電初始化完成后，主控單元5分別對(duì)充電回路單元1、輸出控制單元2、防反接單元3、數(shù)據(jù)采集單元4、人機(jī)交互單元6和無(wú)線通信單元7進(jìn)行自檢，若自檢未通過(guò)，則故障信息顯示在人機(jī)交互單元6上并報(bào)警提示，故障信息包含自檢時(shí)間、故障單元、故障代碼及故障等級(jí)信息。

步驟2)，若自檢通過(guò)，主控單元5等待由人機(jī)交互單元6或者無(wú)線通信單元7、后臺(tái)服務(wù)器8進(jìn)行充電參數(shù)的設(shè)置，人機(jī)交互單元6包含液晶顯示模塊和操作按鈕，充電參數(shù)為充電回路序號(hào)、電池的額定電壓及需要完成充電的時(shí)間。

步驟3)，充電參數(shù)設(shè)置完畢后，主控單元5控制充電回路單元1上電，實(shí)現(xiàn)整流的功能，主控單元5通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元4采集某一分支回路待充電的電池11兩端電壓并判斷出電池11極性。

步驟4)，主控單元5根據(jù)判斷得出的電池11極性，控制該分支回路的防反接單元3接通；其中防反接單元3的狀態(tài)為：①K1、K4閉合，K2、K3斷開(kāi)，②K2、K3閉合，K1、K4斷開(kāi)。

步驟5)，待該分支回路的防反接單元3接通后，主控單元5根據(jù)設(shè)置的充電參數(shù)，選擇合適的充電模式，充電模式分為恒流充電模式和恒壓充電模式，當(dāng)實(shí)時(shí)的電池11電壓V_B<電池11電壓閾值V_max時(shí)，進(jìn)入恒流充電模式，該模式的充電電流是可調(diào)的；當(dāng)實(shí)時(shí)的電池11電壓V_B≥電池11電壓閾值V_max時(shí)，進(jìn)入恒壓充電模式；

主控單元5實(shí)時(shí)估算電池11剩余的充電時(shí)間，通過(guò)該分支回路的輸出控制單元2改變充電的電流來(lái)調(diào)整預(yù)期完成充電的時(shí)間，直至完成充電；

對(duì)于電池11剩余的充電時(shí)間的估算，借助于采集到的電池11電壓值，通過(guò)查表的方式獲得電池11的荷電狀態(tài)(State of Charge，SOC)，再根據(jù)下列公式可反推得出：

設(shè)SOC_HL，SOC_HY為恒流充電模式和恒壓充電模式對(duì)應(yīng)的電池11最高荷電狀態(tài)，C_HL，C_HY為兩種模式所需充入的電量，電池11的實(shí)際容量為C；

若SOC_cu≤SOC_HL，可得

C_HL＝C×(SOC_HL-SOC_cu) (1)

C_HY＝C×(SOC_HY-SOC_HL) (2)

若SOC_HL<SOC_cu≤SOC_HY，可得

C_HL＝0 (3)

C_HY＝C×(SOC_HY-SOC_cu) (4)

其中，SOC_cu為當(dāng)前的電池荷電狀態(tài)；

那么，可設(shè)T_HL,T_HY為恒流充電模式和恒壓充電模式所需的充電時(shí)間，

T_HL＝C_HL/I₁ (5)

其中，I₁為恒流充電電流；

T_HY＝C_HY/I₂ (6)

其中，I₂為恒壓充電平均電流；

考慮到在恒壓充電模式時(shí)，電池11電流會(huì)隨著充電時(shí)間的加長(zhǎng)而逐漸降低，兩種模式所需充入的電量C_HY應(yīng)滿(mǎn)足下列條件：

$C_{HY}={\&Integral;}_0^{T_{HY}}f\left(t\right)Idt---\left(7\right)$

其中，f(t)為充電系數(shù)；

若當(dāng)前的時(shí)刻加上所估算出的電池11剩余充電時(shí)間超過(guò)了設(shè)定的需要完成充電的時(shí)間，則主控單元5通過(guò)輸出控制單元2改變充電的電流值，來(lái)縮短整個(gè)充電的時(shí)間；充電的電流值不能大于電池11所能承受的最大充電電流，對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)應(yīng)小于0.3C，而磷酸鐵鋰電池應(yīng)小于1C。

步驟6)，待充電完成后，主控單元5斷開(kāi)該分支回路的輸出控制單元2以及防反接單元3，并將充電數(shù)據(jù)在人機(jī)交互單元6上顯示或者通過(guò)無(wú)線通信單元7上傳到后臺(tái)服務(wù)器8；充電數(shù)據(jù)包含充電開(kāi)始時(shí)間、充電完成所消耗的電能及充電完成時(shí)間；對(duì)于充電完成所消耗的電能可用來(lái)與用戶(hù)進(jìn)行充電費(fèi)率的結(jié)算，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)支付等方式完成，為用戶(hù)提供更加便利的服務(wù)，節(jié)約了時(shí)間；同時(shí)，也可以為電力部門(mén)的電力負(fù)荷調(diào)配提供數(shù)據(jù)支撐。

以上所述的是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述的原理前提下還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。