一种互联网智能交流充电桩的控制电路及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种互联网智能交流充电桩的控制电路及控制方法，属于电动汽车充电桩领域。包括防雷电路、供电电路、电能计量电路、继电器、充电枪、CPU电路、开关量输入、开关量输出、连接检测电路、RS485接口、以太网接口以及GPRS模块；防雷电路的监控管脚串联电阻及二极管，并用光耦隔离，信号进入到CPU；电能计量电路的一路输出通过串口连接CPU；开关量输入连接CPU，CPU分别连接RS485接口、以太网接口、GPRS模块、继电器以及开关量输出，CPU的一路输出通过连接检测电路连接充电枪。将原来充电桩模块式设计改为集成式设计，降低物料成本和生产成本，并且提高了可靠性。实时测量漏电电流，后台管理系统可以提前了解线缆绝缘，避免出现电击事故。

【技术实现步骤摘要】
一种互联网智能交流充电桩的控制电路及控制方法
本专利技术属于电动汽车充电桩
，具体设计一种互联网智能交流充电桩的控制电路及控制方法
技术介绍
目前市场上的电动汽车交流充电桩，基本是由充电接口电路、电能表、漏电保护器、防雷器、读卡器、GPRS模块和主控制部分组成，主控制部分通过控制交流接触器来实现电能输出；其中电能表、漏电保护器、防雷器、GPRS模块及交流接触器均为从第三方购买的产品，然后将其安装到桩体内，从而实现电能计量、漏电保护、远程通讯、防雷和交流输出控制的功能，这种实现的方式因外购器件多成本较高；同时因为电能表、漏电保护器、GPRS模块、防雷器及交流接触器等外购器件本身的体积较大，导致充电桩体积也很大；并且不能实时监测漏电流状态。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种互联网智能交流充电桩的控制电路，可以在充电桩使用过程中，在一块电路板上实现电能计量、漏电流监测及保护、防雷和交流输出控制等功能。采用的技术方案如下：一种互联网智能交流充电桩的控制电路，包括防雷电路、供电电路、电能计量电路、继电器、充电枪、CPU电路、开关量输入、开关量输出、连接检测电路、RS485接口、以太网接口以及GPRS模块；所述防雷电路、电能计量电路、继电器以及充电枪依次串接，所述AC220V经过防雷电路连接供电电路，所述防雷电路的一路输出连接CPU电路；所述电能计量电路的一路输出通过串口连接CPU电路；所述开关量输入连接CPU电路，所述CPU电路分别连接RS485接口、以太网接口、GPRS模块、继电器以及开关量输出，所述CPU电路的一路输出通过连接检测电路连接充电枪。作为优选技术方案，所述CPU电路采用LPC1778，内部含有512KB的片上闪存程序存储器，96KB的片上SRAM、4KB的片上EEPROM、八通道通用DMA控制器、以太网MACMII/RMII接口和专用的DMA控制器、五个UART接口、12位的ADC，供电电压3.3V；CPU电路内部自带以太网控制器，外部增加连接以太网收发器DP83848，实现以太网通讯；CPU是整个充电桩控制电路的核心单元，通过对CPU编程控制充电桩内部其他模块工作。作为优选技术方案，所述防雷电路由压敏电阻实现；所述压敏电阻的2、3管脚分别安装保险丝，压敏电阻的3脚还连接限流电阻、二极管以及光耦，光耦输出50Hz方波，当压敏电阻失效后，光耦输出固定电平，即可判断为压敏电阻失效；由于充电桩放在户外，有被雷击的可能，防雷电路在充电桩的电源入口侧，可防止雷击损坏充电桩及电动汽车。作为优选技术方案，所述电能计量电路由电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、电能脉冲输出接口、电能计量芯片以及串口输出实现；所述电流互感器、电压互感器、零序电流互感器均作为输入连接电能计量芯片，所述电能计量芯片的输出分别连接电能脉冲输出接口、串口输出；火线及零线的电压、电流及漏电电流通过电压互感器、电流互感器及零序电流互感器转换为小信号，进入到电能计量芯片，电能计量芯片进行转换及计算得出电压、电流、零序电流及电能值，并通过串口输出到CPU电路内部，CPU电路通过GPRS模块将电压、电流、零序电流、电能数据上传至后台，CPU将电能计量芯片输出的电压、电流及零序电流值与设定值实时进行比对，进而保护充电桩，将电能数据上传至后台。作为优选技术方案，所述供电电路采用AC-DC模块，AC-DC输出两路电压5V及15V，两路电压之间隔离，两路电压分别经过稳压线性电源芯片进行电压转换，5V转换为3.3V及4V，用于为CPU和GPRS模块供电，15V转换为12V，用于为继电器供电。作为优选技术方案，所述继电器由带有MOS管的光耦控制实现；光耦发光二极管一侧的输入为PWM波形；继电器吸合时，即可将AC220V输送到电动汽车，电动汽车开始充电；继电器断开时，切断电压输出，电动汽车停止充电。作为优选技术方案，所述GPRS模块由SIM800C、SIM卡、供电电路、天线及串口输出接口实现；所述SIM卡、所述供电电路均与所述SIM800C连接，所述SIM800C一方面通过串口输出接口与CPU电路交互、另一方面通过天线将充电桩运行的实时数据发送到移动网络基站；所述以太网接口作为与后台的备用通信接口，当用网线连接到网络时，充电桩即可与后台建立通信，接收启动停止命令，上传充电桩运行的实时信息。作为优选技术方案，所述连接检测电路由电压隔离光耦、隔离光耦、滤波电路、PWM产生电路、负12V产生电路以及充电枪CP接口和CC接口实现；所述CPU电路连接隔离光耦，所述隔离光耦连接PWM产生电路，所述PWM产生电路分别连接滤波电路及充电枪CP接口和CC接口，所述滤波电路连接电压隔离光耦，所述电压隔离光耦连接到CPU的AD通道，所述负12V产生电路连接PWM产生电路；CPU电路输出PWM波，经过隔离光耦后产生±12V的PWM，经过滤波电路之后，进行电压隔离，然后进入到CPU电路；连接检测电路用于检测充电桩与车是否可靠连接，并且PWM波形的占空比也代表了充电桩的输出功率。作为优选技术方案，所述开关量输入和开关量输出均使用光耦进行隔离；急停按钮连接开关量输入接口，运行状态指示灯连接开关量输出接口；所述RS485接口用来配置充电桩ID号，采用隔离电源及隔离型RS485驱动芯片。基于上述控制电路，本专利技术还提出了一种控制方法，包括如下步骤：(1)充电站首次上电时，会检测是否含有正确ID，如果没有，则等待设置ID，设置ID通过RS485接口；(2)读取ID正确后，充电桩进入正常工作状态，此时循环执行读取后台命令程序、读电表，即执行与电能计量芯片通信的程序、读开关量输入的急停信号程序、充电枪连接信号检测程序；(3)当收到后台命令时，CPU会控制继电器吸合，当满足停止条件时，控制继电器切断输出，停止充电；(4)用户给电动汽车充电时，首先将充电枪插入到电动汽车充电接口，充电桩的连接检测电路会进行连接检测，检测成功后，开关量输出接口会控制绿色LED灯点亮，表示连接可靠；(5)用户扫二维码后，可以通过手机APP发送命令给后台，后台发送命令给充电桩，充电桩收到命令后吸合继电器，启动充电；(6)手机APP可以发送停止充电命令给后天，后天发送命令给充电桩，充电桩收到停止命令后切断输出，或者当电动汽车充满电时，充电电流会降到比较小，此时充电桩会自动切断输出，完成充电。本专利技术的有益效果：(1)将原来充电桩分立模块式设计改为集成式设计，降低物料成本和生产成本，并且提高了可靠性。(2)实时测量漏电电流，后台管理系统可以提前了解线缆绝缘，避免出现电击事故。附图说明图1是本专利技术充电桩的电路原理图；图2是防雷模块电路图；图3是电能计量电路结构框图；图4是供电电路原理框图；图5是继电器原理图；图6是GPRS模块原理框图；图7是连接检测电路原理框图；图8是开关量输入电路图；图9是开关量输出电路图；图10是系统工作流程图。具体实施方式本专利技术提出了一种交流充电装置的有效控制电路，可以在充电桩使用过程中，在一块电路板上实现电能计量、漏电流监测及保护、防雷和交流输出控制等功能。将零序电流互感器、电压互感器、电流互感器输出的模拟信号输入到电能计量芯片，电能计量芯片输出电压、电流、漏电电流等的数字信号到C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互联网智能交流充电桩的控制电路，其特征在于，包括防雷电路、供电电路、电能计量电路、继电器、充电枪、CPU电路、开关量输入、开关量输出、连接检测电路、RS485接口、以太网接口以及GPRS模块；所述防雷电路、电能计量电路、继电器以及充电枪依次串接，所述AC220V经过防雷电路连接供电电路，所述防雷电路的监控管脚输出连接CPU电路；所述电能计量电路的一路输出通过串口连接CPU电路；所述开关量输入连接CPU电路，所述CPU电路分别连接RS485接口、以太网接口、GPRS模块、继电器以及开关量输出，所述CPU电路的一路输出通过连接检测电路连接充电枪。

【技术特征摘要】
1.一种互联网智能交流充电桩的控制电路，其特征在于，包括防雷电路、供电电路、电能计量电路、继电器、充电枪、CPU电路、开关量输入、开关量输出、连接检测电路、RS485接口、以太网接口以及GPRS模块；所述防雷电路、电能计量电路、继电器以及充电枪依次串接，AC220V经过防雷电路连接供电电路，所述防雷电路的监控管脚输出连接CPU电路；所述电能计量电路的一路输出通过串口连接CPU电路；所述开关量输入连接CPU电路，所述CPU电路分别连接RS485接口、以太网接口、GPRS模块、继电器以及开关量输出，所述CPU电路的一路输出通过连接检测电路连接充电枪；所述防雷电路由压敏电阻实现；所述压敏电阻的2、3管脚分别安装保险丝，压敏电阻的3脚还连接限流电阻、二极管以及光耦，光耦输出50Hz方波，当压敏电阻失效后，光耦输出固定电平，即可判断为压敏电阻失效；所述电能计量电路由电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、电能脉冲输出接口、电能计量芯片以及串口输出实现；所述电流互感器、电压互感器、零序电流互感器均作为输入连接电能计量芯片，所述电能计量芯片的输出分别连接电能脉冲输出接口、串口输出；火线及零线的电压、电流及漏电电流通过电压互感器、电流互感器及零序电流互感器转换为小信号，进入到电能计量芯片，电能计量芯片进行转换及计算得出电压、电流、零序电流及电能值，并通过串口输出到CPU电路内部，CPU电路通过GPRS模块将电压、电流、零序电流、电能数据上传至后台，CPU将电能计量芯片输出的电压、电流及零序电流值与设定值实时进行比对，进而保护充电桩，将电能数据上传至后台；所述供电电路采用AC-DC模块，AC-DC输出两路电压5V及15V，两路电压之间隔离，两路电压分别经过稳压线性电源芯片进行电压转换，5V转换为3.3V及4V，用于为CPU和GPRS模块供电，15V转换为12V，用于为继电器供电；所述连接检测电路由电压隔离光耦、隔离光耦、滤波电路、PWM产生电路、负12V产生电路以及充电枪CP接口和CC接口实现；所述CPU电路连接隔离光耦，所述隔离光耦连接PWM产生电路，所述PWM产生电路分别连接滤波电路及充电枪CP接口和CC接口，所述滤波电路连接电压隔离光耦，所述电压隔离光耦连接到CPU的AD通道，所述负12V产生电路连接PWM产生电路；CPU电路输出PWM波，经过隔离光耦后产生±12V的PWM，经过滤波电路之后，进行电压隔离，然后进入到CPU电路；连接检测电路用于检测充电桩与车是否可靠连接，并且PWM波形的占空比也代表了充电桩的输出功率。2.根据权利要求1所述的一种互联网智能交流充电桩的控制电路，其特征在于，所述CPU电路采用LPC1778，内部...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，谢大权，韩忠华，邵丹薇，刘明刚，
申请(专利权)人：江苏万帮德和新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32