一种用于充电桩的充电控制板和充电桩的制作方法

1.本发明涉及充电控制技术领域。更具体地，本发明涉及一种用于充电桩的充电控制板和充电桩。


背景技术：

2.新能源汽车绿色环保，对环境产生的污染较小，因此，各国汽车行业都在积极研发各类电动汽车以替代燃油汽车，从而达到节能减排、保护环境的目的。然而，由于电动汽车的续航能力差，需要及时补充电量，要发展新能源汽车，必须普及汽车充电站。作为充电站的重要组成部分，充电桩的设计和管理是建设充电站的关键。
3.国内目前现有的充电桩控制板主要通过can通信，通常不具备plc通讯功能，无法直接与国外plc通讯的车辆进行直接通信，需要借助第三方模块(进行协议转换)才能通信，使得一些电动汽车充电的便捷性降低。
4.基于此，如何提高现有充电桩的充电兼容性，提升充电质量，对于促进我国新能源产业发展具有重要作用。


技术实现要素：

5.为解决上述一个或多个技术问题，本发明提出通过直接集成plc通信功能的控制板，解决了不能直接与车端plc bms通讯的问题，同时节省空间，减少连接，提高产品的可靠性。为此，本发明在如下的多个方面中提供方案。
6.在第一方面中，本发明提供了一种用于充电桩的充电控制板，所述充电桩包括充电电路，其与外部电源和电动汽车电池管理系统连接，用于对电动汽车进行充电；所述充电控制板包括：至少一个通信接口，其与所述电动汽车电池管理系统连接，用于获取所述电动汽车管理系统监控的电池信息；主控制器，其与所述充电电路连接，用于控制充电电压或充电电流；所述主控制器还与所述通信接口连接，以获取所述电动汽车电池管理系统监控的电池信息；以及plc控制器，其与所述主控制器和所述至少一个通信接口连接，用于将所述电池信息传输至所述主控制器。
7.在一个实施例中，所述通信接口包括支持多种通信协议的通信接口，用于实现plc控制器与多种电池管理系统的通信交互。
8.在一个实施例中，还包括计量电路，其与所述主控制和所述充电电路连接，用于计量充电电量。
9.在一个实施例中，还包括存储器，其包括外部存储器和/或内部存储器，用于记录充电信息。
10.在一个实施例中，还包括信号滤波器，其与所述plc控制器和所述至少一个通信接口连接，用于滤除信号中的干扰。
11.在一个实施例中，还包括通讯变压器，其与所述信号滤波器和所述plc控制器连接，用于调节通信质量和信号状态。
12.在一个实施例中，还包括传输接口，其与所述主控制器和外部设备连接，用于将所述电池信息发送至外部设备。
13.在一个实施例中，所述传输接口包括蓝牙、wifi、红外、短波、以太网和485网络接口中的一种或多种。
14.在一个实施例中，还包括触摸显示屏接口，其与所述主控制器和外部的触摸显示屏连接，用于将充电信息进行显示以及提供人机交互。
15.在第二方面中，本发明还提供了一种充电桩，所述充电桩包括充电电路，其与外部电源和电动汽车电池管理系统连接，所述充电桩还包括如前文一个或多个实施例所述的用于充电桩的充电控制板，所述充电控制板与所述充电电路连接。
16.根据本发明的方案，可以通过高性能的主控制器控制plc与电动汽车电池管理系统通信，从而将plc控制功能集成到充电桩中，并且主控制器还可以直接与电动汽车电池管理系统通信，从而使得充电桩能够支持多种不同的通信协议，不再需要额外设置协议转换模块，实现了直接与不同类型车辆的电池管理系统的通信交互。进一步，还可以通过相应的计量、人机交互、充电控制等电路，实现对充电过程的控制和计费功能，从而丰富了充电桩功能，提升了用户体验。
附图说明
17.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
18.图1为本发明一实施例的充电控制板的组成电路的示意图。
19.图2为本发明另一实施例的充电控制板的组成电路的示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
22.图1是示意性示出根据本发明的一个实施例的充电控制板的组成电路的示意图。充电控制板可以用于充电桩中。充电桩包括充电电路，其与外部电源和电动汽车电池管理系统连接，用于对电动汽车进行充电。在实际应用中，充电桩的系统结构中，主要包括配电部分、控制部分和通信部分的电路结构：
23.(1)配电部分通过各种不同型号的插头，实现例如220v/110v电源与电动汽车电池管理系统的连接。当主控制器发出充电指令后，充电电路中的接触器会闭合，从而接通电源与电动汽车充电接口的通路。同时，主控制器还可以获取该接触器闭合的反馈信号，以监控充电状态。
24.(2)控制部分可以由主控制器及其功能扩展模块组成。可以实现充电桩的正常运行控制、故障检测和处理、记录充电参数和扩展功能模块的作用。
25.(3)通信部分包括传感器和通信接口。例如可以采用电表，用于采集和监控充电桩输入及输出的电能的电压、电量、频率和有功功率等参数。通讯接口包括与电量变送器通信的rs485接口，与以太网通讯的rs485转以太网模块，还有用于下载主控程序的ppi通讯接口等。
26.电动汽车电池管理系统(bms)主要有三个功能，(1)实时监测电池状态。通过检测电池的外特性参数(如电压、电流、温度等)，采用适当的算法，实现电池内部状态的估算和监控，这是电池管理系统有效运行的基础和关键。(2)在正确获取电池的状态后进行热管理、电池均衡管理、充放电管理、故障报警等。(3)建立通信总线，向显示系统、整车控制器和充电机等实现数据交换。充电桩在向电动汽车进行充电的过程中，对电动汽车电池管理系统的信息监控也是充电成功的关键环节。
27.因此，本发明根据充电桩和电动汽车电池管理系统之间的信息交互方式出发，主要从充电桩的控制部分和通信部分进行改进，以实现多种通信协议传输过程。
28.如图1所示，充电控制板包括主控制器、plc控制器和至少一个通信接口。其中至少一个通信接口可以与电动汽车电池管理系统连接，用于获取电动汽车管理系统监控的电池信息。在一些实施例中，通信接口包括支持多种通信协议的通信接口，用于实现plc控制器与多种电池管理系统的通信交互。在一个应用场景中，该通信接口例如可以采用欧洲标准的ccs(cells contact system集成母排)。ccs即欧标电动车联合充电系统，它是将全球交流ac和直流充电dc连接起来，从而达到快速充电的目的，同时也解决了不同汽车之间的兼容问题。
29.进一步，还可以采用日本标准的chademo(charge de move)接口，从而实现该充电桩与plc控制的电池系统的通信交互。chademo协议标准的快充，除了数据控制线外还采用can总线作为通信接口。can拥有抗噪性能优良及报错低两大优势，通信的安全性和可靠性高，因此其作为车载控制器的网络技术广泛应用。日产汽车多为采用，如三菱、丰田、本田、斯巴鲁及法国雪铁龙集团。
30.主控制器可以与充电电路连接，用于控制充电电压或充电电流。在一些实施例中，主控制器可以通过can总线与充电电路连接，以实现主控制器和充电电路的通信交互。上述内容中说明了主控制器可以对电源和电动汽车电池管理系统之间的充电电路进行控制，一方面可以控制充电的开始和结束时间，以便于进行充电计费等功能，另一方面还可以调节充电过程中的电压、电流和功率等信息，以对充电过程进行监控。具体地，主控制器还与通信接口连接，以获取电动汽车电池管理系统监控的电池信息。
31.plc控制器可以与主控制器和至少一个通信接口连接，用于将电池信息传输至主控制器。在一些实施例中，主控制器可以通过uart口与plc控制器连接，从而实现与plc之间的信息交互。
32.在实际应用中，主控制器可以执行与远程终端、云平台等的通信交互功能以及充电桩的整体控制功能，并通过can通信实现与电动汽车电池管理系统的交互。主控制器可以执行充电任务，监控充电参数(充电电量、充电金额、充电前电量、充电后电量等)及运行状态(充电就绪、充电中、故障、失去连接、充电完成、取消充电、急停等)保护系统安全及用户充电系统的安全等功能。而主控制器 plc控制器则可以实现与非国标plc控制的电动汽车管理系统之间的通信控制。
33.通过上述plc控制器和通信接口，可以实现多协议通讯电路。具体地，该多协议通信电路是由plc控制器与车端bms通讯实现，支持欧标。多协议通讯电路是由主控制器通过can与车端bms通讯时，支持日标和国标。基于此，本发明通过集成plc通讯和can通讯方式，实现了欧标、日标和国标多种协议通信充电功能，使得充电桩具备直接连接国外plc通讯的电动车辆进行充电的功能。
34.图2是示意性示出根据本发明的另一实施例的充电控制板的组成电路的示意图。需要说明的是，该电路结构可以理解为是图1中充电控制板的另一种可能的示例性实现。因此，前文结合图1中的相关描述同样也适用于下文。
35.如图2所示，该充电控制板中还包括存储器。该存储器可以包括外部存储器和/或内部存储器，用于记录充电信息。例如可以采用flash存储器，plc控制可以通过spi接口与该flash存储器连接，以实现信息缓存。
36.在一些实施例中，为了保证电动汽车电池管理系统与plc之间信息传输的可靠性，该充电控制板中还包括信号滤波器。将信号滤波器与plc控制器和至少一个通信接口连接，用于滤除信号中的干扰。进一步，为了保证信号指令，还可以设置通讯变压器。将通讯变压器与信号滤波器和plc控制器连接，用于调节电动汽车电池管理系统和plc控制器之间的通信质量和信号状态。
37.在一些实施例中，该充电控制板中还包括唤醒电路。该唤醒电路与plc控制器和主控制器连接，用于将plc控制器和主控制器从休眠状态唤醒。进一步，为了保证plc控制器运行状态的可靠性，还可以对plc控制器设置复位电路，以在plc控制器出现异常或其他情况时进行复位操作。
38.在一些实施例中，还可以设置相应的计量电路。将计量电路与主控制和充电电路连接，用于计量充电电量。该计量电路可以包括电能表，通过电能表可以测量充电过程中的电量信息，然后将电量信息发送至主控制器，以便于进行电费计算等。在实际操作中，可以支持多种充电方式，例如刷卡充电。该充电控制板可以设置相应的读写器，通过读写卡片上的电量信息或余额信息，实现即插即充的充电控制。
39.进一步，用户还可以通过小程序扫码充电的方式进行充电。主控制可以通过无线通信电路实现与云平台等的连接，支持ocpp协议与云平台对接管理，从而联网获取用户的充电需求，实现在线充电控制。在一些实施例中，主控制器可以采用高性能多核处理器，并支持wifi、5g、千兆网络，同时主控制器还可以扩展接口，支持多种输入输出接口。
40.在一些实施例中，该充电控制板还包括传输接口。将传输接口与主控制器和外部设备连接，用于将电池信息发送至外部设备。在一个实施例中，传输接口包括蓝牙、wifi、红外、短波、以太网和485网络接口中的一种或多种。
41.在一些实施例中，该充电控制板还可以包括显示触摸屏接口，以和触摸显示屏连接。通过该触摸显示屏接口可以将触摸显示屏与主控制器连接，可以将充电信息进行显示以及提供人机交互。在执行显示功能时，充电桩上的触摸显示屏的画面包括主界面和分界面共十几个，根据系统功能要求，触摸显示屏操作平台必须能够实现数据采集、图形显示、人机对话、实时数据分析等功能，并方便用户切换相应画面。通过组态按钮、文字、显示、输入和功能键等部件工具进行触摸屏操作画面编辑设计。
42.在一个应用场景中，用户可以通过触摸显示屏向主控制器输入开始充电或停止充
电的控制信号，也可以选择充电时间、汽车类型等。进一步，人机交互功能中，还可以在该充电控制板中设置打印接口，用来连接打印机。另外，还可以在该充电控制板上设置告警装置等，以在异常状态下进行告警。例如该告警装置可以采用状态指示灯。
43.在实际应用过程中，plc控制器进行逻辑控制原理为：主控制器对充电桩的运行状态进行监控，并向工作站系统发送就绪信号，等待用户充电。当用户通过ic卡充电或通过手机支付平台将充电金额等信息发送至中心管理系统，并将信息保存和下发至停车场工作站管理系统，管理系统再将信息发送到终端充电桩，终端充电桩则判断充电金额，执行充电任务。
44.在执行过程中，主控制器可以实时监测电表统计的电量值，并转换成消费金额的形式，待消费金额等于充值金额时，则断开充电输出，结算费用，完成充电。
45.在发明的另一方面还提供了一种充电桩，充电桩包括充电电路，其与外部电源和电动汽车电池管理系统连接，充电桩还包括如前文一个或多个实施例所述的用于充电桩的充电控制板，充电控制板与所述充电电路连接。由于充电控制板的结构已在上述内容中详细说明，此处将不在重复阐述。
46.在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“内”和“外”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有所述特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
48.另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
49.虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。