用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法技術領域

《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》涉及電動公交客車的充電技術領域，尤其是一種用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法。

圖1為《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》的電路框圖；

圖2為《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》的充電應用示意圖；

圖3為《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》中電動公交客車的人機交互流程圖；

圖4為一體化直流充電樁多槍充電流程圖；

圖5為一體化直流充電樁多槍均衡充電流程圖。

用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法專利目的

《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》的首要目的在于提供一種在直流充電樁的槍頭接入電動公交車時，能夠依據電動公交車的運營線路和當前電量，智能判斷充電的優(yōu)先順序，最大化滿足多車的運營需求的用于電動公交車的一體化直流充電樁。

《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》的另一目的在于提供一種用于電動公交車的一體化直流充電樁的智能充電方法。

用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法技術方案

一種用于電動公交車的一體化直流充電樁，包括人機交互單元和充電控制單元，二者之間通過串口進行信息交互，所述人機交互單元由第一微控制器MCU、通信端口模塊、讀卡器、液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊組成，第一微控制器MCU分別與通信端口模塊、讀卡器雙向通訊，第一微控制器MCU的輸入端與按鍵輸入模塊的輸出端相連，第一微控制器MCU的輸出端與液晶顯示模塊的輸入端相連；所述充電控制單元包括第二微控制器MCU、模擬開關、AD采樣芯片、開關量驅動模塊、繼電器、切換開關和充電槍接口，第二微控制器MCU的輸入端通過AD采樣芯片接模擬開關，第二微控制器MCU的第一輸出端通過開關量驅動模塊接繼電器，第二微控制器MCU的第二輸出端通過切換開關接充電槍接口，充電槍接口與電動公交車的充電槍頭連接。

所述第一微控制器MCU采用STM32F107VC芯片，其ETH口接通信端口模塊，其UART口分別接讀卡器、液晶顯示模塊、充電控制單元，其GPIO口接按鍵輸入模塊。

所述第二微控制器MCU采用STM32F107VC芯片，其SPI口接AD采樣芯片的輸出端，AD采樣芯片的輸入端接用于檢測直流接觸器后端槍頭電壓、對地絕緣檢測、檢測充電槍電流、直流互感器對地絕緣監(jiān)測、槍頭電阻檢測的模擬開關的輸出端；其AD口接槍連接確認模塊；其I²C口接存儲器；其CAN口分別接切換開關和電源模塊，電源模塊向充電槍接口供電；其GPIO口分別接模擬開關、開關量驅動模塊和切換開關；其UART口接人機交互單元。

《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》的另一目的的方法包括下列順序的步驟：

（1）通過用戶刷卡以及在按鍵輸入模塊上的輸入的信息，一體化直流充電樁獲取電動公交車的營運線路信息，并根據當前時間計算出電動公交車滿足當日后續(xù)運營里程所需的最小期望電池荷電狀態(tài)

（2）電動公交車接入一體化直流充電樁后，一體化直流充電樁通過充電槍與電動公交車的BMS進行信息交互，獲取電動公交車的當前荷電狀態(tài)

（3）一體化直流充電樁依據獲取的電動公交車的當前電池荷電狀態(tài)

（4）若電池運營充電荷電狀態(tài)值

（5）當同一一體化直流充電樁上所有電動公交車的

所述均衡充電是指：當同一一體化直流充電樁上所有電動公交車的

對當前電池充電剩余荷電狀態(tài)ΔQi按照自大到小的順序進行排序，選擇

用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法改善效果

《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》能夠在有限的時間內，用一個充電樁連接多個電動公交充電，提高充電站建設投資的經濟性；充電樁智能多充時考慮了公交車特殊性，充電時以滿足當天運營為條件，不以電池充滿為條件，能夠在有限的充電時間中，保障各條公交線路的正常運營；充電后期的智能化均衡調度方法，能夠保證樁上充電的電動公交車電池充電均衡，合理涓流充電，延長電池壽命。

隨著新能源公交客車的投入運營，與其配套的充電站也在快速發(fā)展，技術以直流快充為主，在固定地點布置一定數量的直流充電樁來滿足運營過程中公交客車補電需要?；谶\營的需求，充電時間主要為夜間補電和中午補電兩種時段，其中以夜間充電為主，中午為輔，夜間充電時段時間充足，可滿足樁上各公交客車的充電需求。然而，因各公交客車的運營線路距離長短不同，夜間充滿電的公交車可滿足次日一天的短線路運營，卻滿足不了長線路的運營，因此需要進行中午的短時間補電，滿足當日剩下線路電量需求。

考慮成本的經濟性和充電樁的利用率，公交客車充電站內采用的直流充電樁多為一體式多充型，一樁配置2到4個充電槍頭，受樁體功率限制，每臺充電樁針對其樁上多槍實行先到先充原則，即對先接入的公交客車進行充電。這種充電方式在夜間時間充足時，可滿足樁上各個客車的補電需求，但是面對公交客車中午短時補電需求時會出現(xiàn)以下問題：1）由于中午進行短時補電的公交客車線路運營情況各異，對補充電量的需求也不同，截至2016年8月31日，先到先充的充電模式無法判斷樁上公交客車的實際運營電量需求，無法依據實際需求優(yōu)先充電，導致后接入的公交客車在較短的補電時間內電量需求達不到滿足，影響其后續(xù)的線路運營；2）截至2016年8月31日，電池采用先恒流后恒壓充電技術，后面的恒壓一般為小電流的涓流充電，時間長，但對電量的補充很小，在針對公交客車短時補電的環(huán)境下，這種充電占用了充電樁有限的資源，影響到后接入缺電公交客車及時充電，使充電資源未得到合理利用。這種涓流充電特性，還會導致后接入的充電公交客車電池得不到充分充電，長時間運營下影響電池性能，縮短電池使用壽命。

1.一種用于電動公交車的一體化直流充電樁，其特征在于：包括人機交互單元和充電控制單元，二者之間通過串口進行信息交互，所述人機交互單元由第一微控制器MCU、通信端口模塊、讀卡器、液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊組成，第一微控制器MCU分別與通信端口模塊、讀卡器雙向通訊，第一微控制器MCU的輸入端與按鍵輸入模塊的輸出端相連，第一微控制器MCU的輸出端與液晶顯示模塊的輸入端相連；所述充電控制單元包括第二微控制器MCU、模擬開關、AD采樣芯片、開關量驅動模塊、繼電器、切換開關和充電槍接口，第二微控制器MCU的輸入端通過AD采樣芯片接模擬開關，第二微控制器MCU的第一輸出端通過開關量驅動模塊接繼電器，第二微控制器MCU的第二輸出端通過切換開關接充電槍接口，充電槍接口與電動公交車的充電槍頭連接。

2.根據權利要求1所述的用于電動公交車的一體化直流充電樁，其特征在于：所述第一微控制器MCU采用STM32F107VC芯片，其ETH口接通信端口模塊，其UART口分別接讀卡器、液晶顯示模塊、充電控制單元，其GPIO口接按鍵輸入模塊。

3.根據權利要求1所述的用于電動公交車的一體化直流充電樁，其特征在于：所述第二微控制器MCU采用STM32F107VC芯片，其SPI口接AD采樣芯片的輸出端，AD采樣芯片的輸入端接用于檢測直流接觸器后端槍頭電壓、對地絕緣檢測、檢測充電槍電流、直流互感器對地絕緣監(jiān)測、槍頭電阻檢測的模擬開關的輸出端；其AD口接槍連接確認模塊；其I²C口接存儲器；其CAN口分別接切換開關和電源模塊，電源模塊向充電槍接口供電；其GPIO口分別接模擬開關、開關量驅動模塊和切換開關；其UART口接人機交互單元。

4.一種如權利要求1至3中任一種所述的用于電動公交車的一體化直流充電樁的智能充電方法，該方法包括下列順序的步驟：

（1） 通過用戶刷卡以及在按鍵輸入模塊上的輸入的信息，一體化直流充電樁獲取電動公交車的營運線路信息，并根據當前時間計算出電動公交車滿足當日后續(xù)運營里程所需的最小期望電池荷電狀態(tài)

（2） 電動公交車接入一體化直流充電樁后，一體化直流充電樁通過充電槍與電動公交車的BMS進行信息交互，獲取電動公交車的當前荷電狀態(tài)SOCi、電池容量Qi信息；

（3） 一體化直流充電樁依據獲取的電動公交車的當前電池荷電狀態(tài)

（4） 若電池運營充電荷電狀態(tài)值

（5） 當同一一體化直流充電樁上所有電動公交車的

5.根據權利要求4所述的智能充電方法，其特征在于：所述均衡充電是指：當同一一體化直流充電樁上所有電動公交車的

對當前電池充電剩余荷電狀態(tài)ΔQi按照自大到小的順序進行排序，選擇

6.根據權利要求4所述的智能充電方法，其特征在于：所述營運線路信息包括線路長度L和單日運營次數N；若電池運營充電荷電狀態(tài)值

如圖1、2所示，一種用于電動公交車的一體化直流充電樁，包括人機交互單元和充電控制單元，二者之間通過串口進行信息交互，所述人機交互單元由第一微控制器MCU、通信端口模塊、讀卡器、液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊組成，第一微控制器MCU分別與通信端口模塊、讀卡器雙向通訊，第一微控制器MCU的輸入端與按鍵輸入模塊的輸出端相連，第一微控制器MCU的輸出端與液晶顯示模塊的輸入端相連；所述充電控制單元包括第二微控制器MCU、模擬開關、AD采樣芯片、開關量驅動模塊、繼電器、切換開關和充電槍接口，第二微控制器MCU的輸入端通過AD采樣芯片接模擬開關，第二微控制器MCU的第一輸出端通過開關量驅動模塊接繼電器，第二微控制器MCU的第二輸出端通過切換開關接充電槍接口，充電槍接口與電動公交車的充電槍頭連接。如圖2所示，充電樁的的充電槍頭個數為2個或者4個，電動公交車可隨機選擇其中任意空閑槍頭插入充電。

如圖1所示，所述第一微控制器MCU采用STM32F107VC芯片，其ETH口接通信端口模塊，其UART口分別接讀卡器、液晶顯示模塊、充電控制單元，其GPIO口接按鍵輸入模塊。所述第二微控制器MCU采用STM32F107VC芯片，其SPI口接AD采樣芯片的輸出端，AD采樣芯片的輸入端接用于檢測直流接觸器后端槍頭電壓、對地絕緣檢測、檢測充電槍電流、直流互感器對地絕緣監(jiān)測、槍頭電阻檢測的模擬開關的輸出端；其AD口接槍連接確認模塊；其I²C口接存儲器；其CAN口分別接切換開關和電源模塊，電源模塊向充電槍接口供電；其GPIO口分別接模擬開關、開關量驅動模塊和切換開關；其UART口接人機交互單元。

本方法包括下列順序的步驟：

（1）通過用戶刷卡以及在按鍵輸入模塊上的輸入的信息，一體化直流充電樁獲取電動公交車的營運線路信息，并根據當前時間計算出電動公交車滿足當日后續(xù)運營里程所需的最小期望電池荷電狀態(tài)

（2）如圖4所示，電動公交車接入一體化直流充電樁后，一體化直流充電樁通過充電槍與電動公交車的BMS進行信息交互，獲取電動公交車的當前荷電狀態(tài)

（3）一體化直流充電樁依據獲取的電動公交車的當前電池荷電狀態(tài)

（4）若電池運營充電荷電狀態(tài)值

（5）當同一一體化直流充電樁上所有電動公交車的

如圖5所示，所述均衡充電是指：當同一一體化直流充電樁上所有電動公交車的

對當前電池充電剩余荷電狀態(tài)ΔQi按照自大到小的順序進行排序，選擇ΔQi最大的電動公交車開始充電，控制單元按照固定時間Tinv輪流循環(huán)充電，直到樁上連接的各車電池充滿或者設定的充電時間到?？紤]電池壽命，各車輪流充電不能太頻繁，Tinv可依據實際情況配置。

以下結合圖1至5對《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》作進一步的說明。

充電控制單元主要實現(xiàn)樁上充電槍的管理和公交客車的BMS交互完成具體充電功能，人機交互單元主要實現(xiàn)人機交互，計費，通信功能。兩個控制單元之間通過串口進行信息交互，協(xié)作完成多槍的智能充電。

所述充電控制單元中第二微控制器MCU主要實現(xiàn)所接充電槍的監(jiān)測和電動公交車的充電控制，通過AD采樣芯片ADS1146，配合模擬開關實現(xiàn)直流充電樁各模擬量的采樣，包括槍頭電壓，樁體對地絕緣檢測，充電槍充電電流，直流互感器的絕緣監(jiān)測，槍頭電阻檢測。充電控制單元通過實時監(jiān)測這些模擬量的變化，達到充電條件時，通過與車輛BMS通信交互，控制電源模塊對所選槍頭上連接的電動公交車充電。多路槍頭通過切換開關共享第二微控制器MCU一路CAN模塊，切換開關依據人機交互單元傳來的信息智能判斷當前充電槍頭。所述人機交互單元中按鍵輸入模塊和讀卡器獲取的本次電動公交客車充電信息通過串口傳入第一微控制器MCU，經第一微控制器MCU整理后，將有效信息通過串口傳給充電控制單元。同時，人機交互單元通過該串口與充電控制單元實時交互信息，獲取具體充電數據，通過其通信端口模塊實現(xiàn)充電樁的對外通信功能。

若當前樁上一槍正在充電過程中，后續(xù)電動公交客車接入充電，則充電樁循環(huán)檢查先接入電動公交車的當前

若當前樁上同時接入多于兩輛電動公交客車時，則比較同一充電樁上所有電動公交車的

在充電樁運營前，應通過上位機將公交公司電動公交車的信息通過人機交互單元的通信模塊傳輸到人機交互單元，形成電動公交客車信息表，表中包含各公交車編號、運營線路和當日運營次數N等信息。用戶刷卡后，人機交互單元的讀卡器，液晶顯示模塊和按鍵輸入模塊配合將采集到的待充電電動公交車編號和選擇的充電槍號傳給第一微控制器MCU，第一微控制器MCU依據輸入信息結合當前時間信息和電動公交車信息表計算出當前電動公交客車最小期望電池荷電狀態(tài)

人機交互單元通過串口將上述計算出的結果發(fā)送到充電控制單元后，通過液晶顯示模塊提示用戶選擇剛才選的充電槍插頭充電。用戶按提示將充電槍頭插入到電動公交客車后，充電控制單元的第二微控制器MCU通過與電動公交客車的BMS交互信息獲取當前電動公交客車的電池荷電狀態(tài)，并計算出電動公交客車電池運營充電荷電狀態(tài)值

當各直流樁上各電動公交客車充電均滿足當天運營需求時，則

2021年8月16日，《用于電動公交車的一體化直流充電樁及其智能充電方法》獲得安徽省第八屆專利獎金獎。

本標準規(guī)定了大功率一體化直流充電樁額定參數、技術條件、試驗方法及標志、包裝、運輸、儲存等。

及一種電動汽車交直流充電樁檢定轉換裝置，屬于電能檢測技術領域。