CN105182854B - 一种充电桩分布式控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充电桩分布式控制器，微控制器结合对应的功能电路形成各个智能功能模块，各个智能功能模块与主控单元通过CAN总线互相连接，构成分布式控制器。由于分布式控制器的整体稳定性取决于稳定性最低的那个功能电路，因此大大提高了充电桩控制器的稳定性，降低了维修成本，容易排查故障；同时，各个智能功能模块与主控单元之间基于CAN总线互连的方式，可以灵活的在总线上挂载、卸载功能模块，使得本发明的充电桩控制器扩展能力强，适用范围广。

Description

一种充电桩分布式控制器

技术领域

本发明属于电动汽车充电控制技术领域，具体涉及一种充电桩分布式控制器。

背景技术

电动汽车以其无污染、噪声低、能源利用率高、结构简单、维修方便等优点已经成为我国战略性新兴产业之一，在“十二五”规划纲要中，国家提出要重点发展插电式混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车技术，开展插电式混合动力汽车、纯电动汽车研发及大规模商业化示范工程，推进产业化应用。国际气候组织对40名电动汽车相关行业专家进行访谈，结果表明充电基础设施建设的重要程度在电动汽车发展众多影响因素中排名第2，超过了购买价格因素，仅次于排名第1的电池技术提高因素。充电设施的基础性、关键性作用各方已达成共识。

充电桩是充电设施的主要组成部分，按照充电类型，充电桩分为交流桩、直流桩、交直流双充；按照充电口数量分为一机双充、一机四充、一机六充等。目前，针对电动汽车、充电设施推行的国家标准并不完善，各个车厂根据自身的条件和需求，推出了许多不同充电方式的电动汽车，对于充电设施制造商来说，只能对不同的电动汽车进行定制化设计。

控制器是充电桩的核心控制单元，定制充电桩基本就等于定制控制器。目前，控制器的设计多采用集中控制方式，一个微控制器MCU芯片作为整个充电桩控制器的大脑，外围的各个功能电路都与微控制器MCU直接连接，统一受微控制器MCU的控制。这种集中式控制器存在以下问题：一、稳定性差，控制器上任何一个小问题都将导致整个控制器失效，例如，假设一个电路板上有10个功能电路，每个功能电路的稳定性是0.9，如果采用集中控制方式，那么它的整体稳定性是0.9¹⁰＝0.3487，可以看出整体的稳定性相比于每个功能电路的稳定性下降很多；二、可扩展能力差，设计一款控制器只能满足一种或者几种类型的充电桩使用，不能做到通用；三、可维护性差，控制器一旦出问题很难排查，维护量大，报废几率高，增加了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种充电桩分布式控制器，用以解决现有技术中的充电桩控制器稳定性差的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种充电桩分布式控制器，包括主控单元、交流连接控制模块和/或直流连接控制模块、接触器触点检测模块、开入开出模块、电表模块以及充电机控制模块；所述各模块都包括各自的控制器和对应的功能电路；所述交流连接控制模块和/或直流连接控制模块的功能电路用于实现CC控制引导、电子锁控制、辅助电源控制、输出接触器控制、直流/交流输出电压采集和BMS通信；所述接触器触点检测模块的功能电路用于实现输出接触器状态检测；所述开入开出模块的功能电路用于实现系统状态开入检测，泄放、枪头就绪等开出控制；所述电表模块的功能电路用于实现电量计量；所述充电机控制模块的功能电路用于实现充电机电压电流输出控制，充电机状态检测；所述主控单元和接触器触点检测模块、开入开出模块、电表模块、充电机控制模块、交流连接控制模块和/或直流连接控制模块通过一条CAN总线互相连接。

所述充电桩分布式控制器还包括分流器电流检测模块，所述分流器电流检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路；所述分流器电流检测模块的功能电路用于实现输出电流检测；所述分流器电流检测模块连接所述CAN总线。

所述充电桩分布式控制器还包括绝缘检测模块，所述绝缘检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路；所述绝缘检测模块的功能电路用于实现绝缘检测；所述绝缘检测模块连接所述CAN总线。

所述充电桩分布式控制器还包括充电枪头温度检测模块，所述充电枪头温度检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路；充电枪头温度检测模块的功能电路用于实现充电枪头温度检测；所述充电枪头温度检测模块连接所述CAN总线。

本发明的有益效果是：微控制器结合对应的功能电路形成各个智能功能模块，各个智能功能模块与主控单元通过CAN总线互相连接，构成分布式控制器。由于分布式控制器的整体稳定性取决于稳定性最低的那个功能电路，因此大大提高了充电桩控制器的稳定性，降低了维修成本，容易排查故障；同时，各个智能功能模块与主控单元之间基于CAN总线互连的方式，可以灵活的在总线上挂载、卸载功能模块，使得本发明的充电桩控制器扩展能力强，适用范围广。

同时，对于现有技术中的集中控制方式的控制器，软件进程多、任务多，只能选择操作系统去实现软件功能，各个进程和任务之间存在关联，稍微修改就可能引起其他未知问题，软件稳定性低。而对于本发明的分布式控制器，每个智能功能模块都是一个简单的软件系统，对应一个任务。各个智能功能模块之间通过CAN总线互连，组成一个大的智能系统。只要定义好CAN通信协议，分配好各个智能单元的地址和优先级就能投入使用。这种高内聚、低耦合方式将大大降低软件设计难度，提高了软件稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的控制器原理结构图；

图2是本发明实施例的直流充电桩控制器系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，本发明的充电桩分布式控制器包括主控单元和各个智能功能模块，主控单元通过CAN总线连接各智能功能模块，每一个独立的功能电路结合微控制器MCU形成智能功能模块，微控制器MCU通过内置或者设置的接口接入CAN总线。

主控单元用于实现人机交互和大数据后台通信，同时，主控单元还负责对所有挂接在总线上的智能功能模块进行实时监测，检测每个智能功能模块的运行状况，如果任何一个智能功能模块运行异常，则输出警告。

主控单元与各个智能功能模块，各个智能功能模块之间均通过CAN总线通信。CAN总线是一个典型的多主系统，这使得CAN总线上挂接的任何一个智能功能模块都具有主权，可以对其他智能功能模块进行控制操作。同时CAN总线是开放式的，可以任意增加、减少智能功能模块，易于扩展。

下面以直流充电桩控制器，对充电桩分布式控制器的充电操作进行详细说明。如图2所示，直流充电桩控制器包括主控单元和各个智能功能模块，主控单元用于实现人机交互、后台通讯和智能功能模块状态监视。

各个智能功能模块包括直流连接控制模块、绝缘检测模块、接触器触点检测模块、充电枪头温度检测模块、分流器电流检测模块、开入开出模块、电表模块和充电机控制模块。

各个模块都包括各自的控制器和对应的功能电路；直流连接控制模块用于实现CC控制引导、电子锁控制、辅助电源控制、输出接触器控制、直流输出电压采集、BMS通信；绝缘检测模块用于实现绝缘检测；接触器触点检测模块用于实现输出接触器状态检测；充电枪头温度检测模块用于实现充电枪头温度检测；分流器电流检测模块用于实现输出电流检测；开入开出模块用于实现系统状态开入检测，泄放、枪头就绪等开出控制；电表模块用于实现电量计量；充电机控制模块用于实现充电机电压电流输出控制，充电机状态检测。

主控单元与各个模块，各个模块之间均通过CAN总线通信。各个模块通过CAN总线将线芯传递给主控单元，各个模块之间也通过CAN总线将命令信息通知给对应的接收模块，通过发送命令信号到CAN总线，对应的接收模块检测到命令信号后，执行相应动作。

控制器上电后，各个智能模块自检，将自身的状态信息通过CAN总线上送给主控单元，主控单元判断所有智能模块运行状态，并通过人机界面显示；若果任一模块运行异常，则输出告警。当各个模块正常运行时，主控单元通过人机交互界面显示各模块运行正常，方可进行充电操作，才能将充电枪头插入电动汽车充电口。

直流连接控制模块检测充电枪头的连接状态，连接完成后，控制电子锁闭合，控制辅助电源继电器闭合，向电动汽车BMS发送充电握手报文，BMS收到报文并回复说明充电准备工作已完成。直流连接控制模块将此时的状态信息通过CAN总线传递给主控单元，同时通知绝缘检测模块，开启绝缘检测。

主控单元实时跟踪更新充电状态，绝缘检测模块收到直流连接控制模块发来的开启绝缘检测命令后，回复直流连接控制模块，直流连接控制模块控制输出接触器闭合。当接触器触点检测模块确认当前输出接触器处于闭合状态时，通知充电机控制模块控制充电机输出电压，供绝缘检测使用。

绝缘检测模块对输出母线进行绝缘检测，并将检测结果反馈给主控单元，同时通知充电机控制模块停止充电机电压输出；充电机控制模块停止充电机电压输出之后，通知开入开出模块开启泄放电路，对充电机输出电压进行快速泄放，泄放完成之后断开泄放电路。输出电压泄放完成之后，直流连接控制模块断开输出接触器，接触器触点检测模块检测到当前输出接触器处于断开状态，直流连接控制模块与BMS进行充电机参数、车辆参数识别；同时对电池电压进行采集，确保电池电压处于充电机的输出电压范围内。参数匹配完成后，直流连接控制模块闭合输出接触器，接触器触点检测模块确认闭合后，充电流程进入就绪状态。

BMS实时向直流连接控制模块发送电池充电需求电压、电流以及电池充电状态，直流连接控制模块将需求电压电流转发给充电机控制模块，充电机控制模块控制充电机按照要求输出。

充电过程中，电表模块实时对充电电量进行计量，并将计量信息传递给主控单元；分流器电流检测模块实时对输出电流进行检测，并将输出电流信息传递给主控单元；充电枪头温度检测模块实时对充电枪头温度进行检测，并将检测信息传递给主控单元；主控单元实时监测各个智能模块的运行检测状态，遇到故障及时通知相关模块进行处理。

当电池充满电之后，BMS向直流连接控制模块发送充满信息，直流连接控制模块通知充电机控制模块停止充电机输出，开入开出模块控制泄放开启，泄放完成之后，直流连接控制模块断开输出接触器，断开辅助电源继电器，电子锁解锁。之后即可从车上拔下充电枪头，充电完成。

在上是实施例中，所述充电桩分布式控制器还包括分流器电流检测模块，所述分流器电流检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路，用于实现输出电流检测。作为其他实施方式，所述充电桩分布式控制器不包括分流器电流检测模块。

在上是实施例中，所述充电桩分布式控制器还包括绝缘检测模块，所述绝缘检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路，用于实现绝缘检测。作为其他实施方式，所述充电桩分布式控制器不包括绝缘检测模块。

在上是实施例中，所述充电桩分布式控制器还包括充电枪头温度检测模块，所述充电枪头温度检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路，用于实现充电枪头温度检测。作为其他实施方式，所述充电桩分布式控制器不包括充电枪头温度检测模块。

在上是实施例中，所述充电桩分布式控制器包括直流连接控制模块、绝缘检测模块、接触器触点检测模块、充电枪头温度检测模块、分流器电流检测模块、开入开出模块、电表模块和充电机控制模块。作为其他实施方式，所述充电桩分布式控制器还包括气压智能功能模块，如交流连接控制模块、显示模块等。

Claims (4)

1.一种充电桩分布式控制器，其特征在于：包括主控单元、交流连接控制模块和/或直流连接控制模块、接触器触点检测模块、开入开出模块、电表模块以及充电机控制模块；所述各模块都包括各自的控制器和对应的功能电路；所述交流连接控制模块和/或直流连接控制模块的功能电路用于实现CC控制引导、电子锁控制、辅助电源控制、输出接触器控制、直流/交流输出电压采集和BMS通信；所述接触器触点检测模块的功能电路用于实现输出接触器状态检测；所述开入开出模块的功能电路用于实现系统状态开入检测，泄放、枪头就绪开出控制；所述电表模块的功能电路用于实现电量计量；所述充电机控制模块的功能电路用于实现充电机电压电流输出控制，充电机状态检测；所述主控单元和接触器触点检测模块、开入开出模块、电表模块、充电机控制模块、交流连接控制模块和/或直流连接控制模块通过一条CAN总线互相连接，主控单元与各模块之间以及各模块之间均通过CAN总线通信。

2.根据权利要求1所述的充电桩分布式控制器，其特征在于：所述充电桩分布式控制器还包括分流器电流检测模块，所述分流器电流检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路；所述分流器电流检测模块的功能电路用于实现输出电流检测；所述分流器电流检测模块连接所述CAN总线。

3.根据权利要求1所述的充电桩分布式控制器，其特征在于：所述充电桩分布式控制器还包括绝缘检测模块，所述绝缘检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路；所述绝缘检测模块的功能电路用于实现绝缘检测；所述绝缘检测模块连接所述CAN总线。

4.根据权利要求1所述的充电桩分布式控制器，其特征在于：所述充电桩分布式控制器还包括充电枪头温度检测模块，所述充电枪头温度检测模块包括各自的微控制器和对应的功能电路；充电枪头温度检测模块的功能电路用于实现充电枪头温度检测；所述充电枪头温度检测模块连接所述CAN总线。