本實用新型具體涉及一種家用電動車的充電裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境問題也日益突出，人們的環(huán)保意識也已經(jīng)越來越強(qiáng)。

電能作為現(xiàn)今世界最重要的二次能源，因其具有清潔、可靠和易獲取的特點，已經(jīng)成為了未來世界發(fā)展的首選能源之一。電動車作為純粹使用電能的交通工具，其具有噪聲小、零排放等優(yōu)點，現(xiàn)在已經(jīng)在世界各個國家廣泛普及。

目前，由于居民電網(wǎng)供電負(fù)荷限制，電動車的家庭充電樁一般采用220V交流慢速充電方式，充電電流不大于16A，充電功率約為3.5kW。由于充電過程存在不可避免的損耗，對一部30kWh的電動車進(jìn)行充電，充電時間長達(dá)10小時。因此，充電時間過長已經(jīng)成為了制約電動車或純電動技術(shù)廣泛普及的瓶頸之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種能夠快速對電動車進(jìn)行充電的家用電動車的充電裝置。

本實用新型提供的這種家用電動車的充電裝置，包括整流模塊、濾波模塊和充電接口，還包括蓄電池組和串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊；電網(wǎng)電源通過整流模塊和濾波模塊后，輸出的直流電能分為兩路，一路通過串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊與蓄電池組連接和給蓄電池組充電，另一路通過充電接口給電動車充電；蓄電池組包括至少兩臺蓄電池，用于需要快速充電時給電動車提供充電電源；串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊在蓄電池組處于充電狀態(tài)時將蓄電池組以并聯(lián)狀態(tài)連接以便于蓄電池充電，而在蓄電池組處于放電狀態(tài)時將蓄電池組以串聯(lián)狀態(tài)連接以便于蓄電池給電動車充電。

所述的家用電動車的充電裝置還包括隔離模塊；隔離模塊串接在充電接口之前，濾波模塊和串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊均通過隔離模塊與充電接口連接；隔離模塊用于隔離電網(wǎng)電源部分和蓄電池組電源部分，保證電網(wǎng)電源和蓄電池組電源的安全；隔離模塊還用于隔離電源部分和電動車，用于保證電動車充電使用的安全。

所述的隔離模塊為機(jī)械開關(guān)。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊包括串聯(lián)開關(guān)、并聯(lián)開關(guān)和控制器；串聯(lián)開關(guān)用于將蓄電池組中的所有蓄電池連接在串接狀態(tài)；并聯(lián)開關(guān)用于將蓄電池組中的所有蓄電池連接在并聯(lián)狀態(tài)；控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動信號控制串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)的開通和關(guān)斷。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊還包括溫度傳感器；溫度傳感器與控制器連接，用于測量蓄電池組的溫度，并將測量的溫度信息傳入控制器。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊還包括過充/過放保護(hù)芯片；過充/過放保護(hù)芯片與蓄電池組連接，用于檢測蓄電池組的充電/放電狀態(tài)，保證蓄電池組不會過充/過放。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊還包括輸入/輸出電路；輸入/輸出電路與控制器連接，用于對外顯示所述家用電動車的充電裝置的狀態(tài)參數(shù)，或者用于接收對所述家用電動車的充電裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

所述的串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)與蓄電池組中蓄電池的連接，具體為串聯(lián)開關(guān)有N-1個，分別連接在第i-1個蓄電池的負(fù)極與第i個蓄電池的正極之間，并聯(lián)開關(guān)有2N-2個，分別連接在第i-1個蓄電池的正極與第i個蓄電池的正極之間；其中N為蓄電池組中蓄電池的個數(shù)；i的取值為2~N之間的自然數(shù)。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊還包括串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路；串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路連接在控制器與串聯(lián)開關(guān)、并聯(lián)開關(guān)之間，串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路用于通過邏輯互鎖的方式保證串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)無法同時接通。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路包括與非門和光電耦合器；控制器發(fā)出的串聯(lián)開關(guān)控制信號通過與非門反向后，通過光電耦合器直接驅(qū)動串聯(lián)開關(guān)動作；通過與非門反向后的串聯(lián)開關(guān)控制信號同時連接到并聯(lián)開關(guān)控制信號的與非門的第一輸入端，并聯(lián)開關(guān)控制信號的與非門的第二輸入端連接控制器發(fā)出的并聯(lián)開關(guān)控制信號，并聯(lián)開關(guān)控制信號與通過與非門反向后的串聯(lián)開關(guān)控制信號通過與非門，再通過光電耦合器直接驅(qū)動并聯(lián)開關(guān)動作。

所述的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊還包括定時電路；定時電路與控制器連接，用于設(shè)置所述家用電動車的充電裝置的自動啟動和自動停止的時間，并將設(shè)置的時間傳入控制器，控制器根據(jù)設(shè)置的時間控制所述充電裝置自動啟動或停止。

所述的定時電路為包括RTC時鐘芯片DS1302和EEPROM芯片24LC64的定時電路；RTC時鐘芯片DS1302用于維護(hù)系統(tǒng)的時間，EEPROM芯片24LC64用于保存設(shè)置的定時時間。

所述的控制器的型號為MC9S08AW32。

所述的過充/過放保護(hù)芯片的型號為S-8241。

所述的溫度傳感器的型號為LM35。

本實用新型提供的這種家用電動車的充電裝置，通過串并聯(lián)開關(guān)實現(xiàn)了蓄電池的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換，在蓄電池充電時讓蓄電池并聯(lián)，實現(xiàn)不采用升壓模塊對蓄電池充電，而在需要對電動車快速充電時讓蓄電池串聯(lián)連接，實現(xiàn)蓄電池組升壓充電，保證了電動車的快速充電；此外，本實用新型采用了各類保護(hù)模塊，保證了家用電動車的充電裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行；采用定時模塊，實現(xiàn)了充電裝置的定時運(yùn)行，使用更加方便；本實用新型實現(xiàn)了快速對電動車進(jìn)行充電的功能，而且電路簡單可靠，穩(wěn)定性高。

附圖說明

圖1為本實用新型的功能模塊圖。

圖2為本實用新型的一種實施例的功能模塊圖。

圖3為本實用新型的蓄電池組與串并聯(lián)開關(guān)連接的連接示意圖。

圖4為本實用新型的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路的一種實施例的電路原理圖。

圖5為本實用新型的定時電路的一種實施例的電路原理圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示為本實用新型的功能模塊圖：本實用新型提供的這種家用電動車的充電裝置，包括整流模塊、濾波模塊、蓄電池組、串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊和隔離模塊；電網(wǎng)電源通過整流模塊和濾波模塊后，通過隔離模塊（優(yōu)選采用機(jī)械開關(guān)）輸出直流電能給電動車充電，同時還通過隔離模塊、串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊與蓄電池組連接，給蓄電池組充電；蓄電池組包括至少兩臺蓄電池，用于需要快速充電時給電動車提供充電電源；串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊在蓄電池組處于充電狀態(tài)時將蓄電池組以并聯(lián)狀態(tài)連接以便于蓄電池充電，而在蓄電池組處于放電狀態(tài)時將蓄電池組以串聯(lián)狀態(tài)連接以便于蓄電池給電動車充電；隔離模塊串接在濾波模塊和串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊之間，用于隔離電網(wǎng)電源部分和蓄電池組電源部分，保證兩個電源各自的安全。

串并聯(lián)轉(zhuǎn)換模塊包括串聯(lián)開關(guān)、并聯(lián)開關(guān)、控制器、溫度傳感器、過充/過放保護(hù)芯片、輸入/輸出電路、串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路和定時電路；串聯(lián)開關(guān)用于將蓄電池組中的所有蓄電池連接在串接狀態(tài)；并聯(lián)開關(guān)用于將蓄電池組中的所有蓄電池連接在并聯(lián)狀態(tài)；控制器用于產(chǎn)生驅(qū)動信號控制串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)的開通和關(guān)斷；溫度傳感器與控制器連接，用于測量蓄電池組的溫度，并將測量的溫度信息傳入控制器；過充/過放保護(hù)芯片與蓄電池組連接，用于檢測蓄電池組的充電/放電狀態(tài)，保證蓄電池組不會過充/過放；輸入/輸出電路與控制器連接，用于對外顯示所述家用電動車的充電裝置的狀態(tài)參數(shù)，或者用于接收對所述家用電動車的充電裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路連接在控制器與串聯(lián)開關(guān)、并聯(lián)開關(guān)之間，串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路用于通過邏輯互鎖的方式保證串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)無法同時接通；定時電路與控制器連接，用于設(shè)置所述家用電動車的充電裝置的自動啟動和自動停止的時間，并將設(shè)置的時間傳入控制器，控制器根據(jù)設(shè)置的時間控制所述充電裝置自動啟動或停止。

控制器的型號為MC9S08AW32。過充/過放保護(hù)芯片的型號為S-8241。溫度傳感器的型號為LM35。串聯(lián)開關(guān)和并聯(lián)開關(guān)可以采用繼電器、IGBT、三極管或MOSFET等具有開通和關(guān)斷功能的開關(guān)即可。

如圖3所示為本實用新型的蓄電池組與串并聯(lián)開關(guān)連接的連接示意圖：圖中蓄電池組共有N臺蓄電池，圖中標(biāo)號分為別B-1、B-2、B-3、……、B-N；圖中開關(guān)K1為隔離開關(guān)；圖中標(biāo)號為S-2、S-4、……S-(2N-2)的開關(guān)為串聯(lián)開關(guān)，圖中標(biāo)號為S-1、S-3、S-5、S-7、……S-(4N-7)和S-(4N-5)的開關(guān)為并聯(lián)開關(guān)。如圖可以看出：當(dāng)并聯(lián)開關(guān)全部閉合且串聯(lián)開關(guān)全部斷開時，圖中的N臺蓄電池均為并聯(lián)狀態(tài)，此時N臺蓄電池處于充電狀態(tài)，電網(wǎng)給蓄電池充電，由于N臺蓄電池處于并聯(lián)狀態(tài)，因此經(jīng)過整流后的電網(wǎng)電源不需要升壓模塊即可給N臺蓄電池同時充電；當(dāng)串聯(lián)開關(guān)全部閉合且并聯(lián)開關(guān)全部斷開時，圖中的N臺蓄電池全部串接在一起，此時N臺蓄電池構(gòu)成的蓄電池組處于放電狀態(tài)，用于給電動車充電，由于N臺蓄電池處于串聯(lián)狀態(tài)，因此蓄電池組的端口電壓較高，能夠?qū)崿F(xiàn)電動車的高壓快速充電。

如圖4所示為本實用新型的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路的一種實施例的電路原理圖：串并聯(lián)轉(zhuǎn)換互鎖保護(hù)電路包括與非門和光電耦合器；圖中U2、U4、U6為與非門；S2_MCU為控制器發(fā)出的串聯(lián)開關(guān)控制信號，S1_MCU和S3_MCU為控制器發(fā)出的并聯(lián)開關(guān)控制信號；控制器發(fā)出的串聯(lián)開關(guān)控制信號S2_MCU同時連接與非門U4的兩個輸入端，通過與非門U4反向后，通過光電耦合器（圖中標(biāo)示U3）直接驅(qū)動串聯(lián)開關(guān)（本實施例采用的開關(guān)為繼電器，圖中標(biāo)示RL2）動作；通過與非門反向后的串聯(lián)開關(guān)控制信號同時連接到并聯(lián)開關(guān)控制信號的與非門U2和U6的第一輸入端，并聯(lián)開關(guān)控制信號的與非門的第二輸入端連接控制器發(fā)出的并聯(lián)開關(guān)控制信號S1_MCU和S3_MCU，并聯(lián)開關(guān)控制信號與通過與非門反向后的串聯(lián)開關(guān)控制信號通過與非門，再通過光電耦合器U1和U5直接驅(qū)動并聯(lián)開關(guān)動作；圖中標(biāo)示D1、D2、D3的二極管為續(xù)流二極管，作用是在繼電器控制線圈由導(dǎo)通變成截止時，為控制線圈提供續(xù)流回路，防止線圈感應(yīng)電動勢升高，擊穿回路；光耦可以選用達(dá)林頓管輸出光耦4N35。

通過電路圖可以得到最終的開關(guān)信號S1、S2和S3為：S2=S2_MCU，S1=S1_MCU&(-S2_MCU)，S3=S3_MCU&(-S2_MCU)；因此可以知道若S2_MCU為高電平，則無論S1_MCU和S3_MCU為高電平或低電平，最終得到的開關(guān)控制信號均為S1=S3=0，S2=1，從而實現(xiàn)了串并聯(lián)開關(guān)管的驅(qū)動轉(zhuǎn)換信號互鎖。

如圖5所示為實用新型的定時電路的一種實施例的電路原理圖：定時電路為包括RTC時鐘芯片DS1302和EEPROM芯片24LC64的定時電路；RTC時鐘芯片DS1302用于維護(hù)系統(tǒng)的時間，EEPROM芯片24LC64用于保存設(shè)置的定時時間。

具體的，控制器采用型號為MC9S08AW32的控制器，芯片的22、44和54引腳連接電源；21、59、45和55引腳直接接地；芯片的57和58引腳連接由電阻R10、晶振Y2、電阻R14和濾波電容C3、C4組成的基準(zhǔn)晶振電路；芯片的3腳為重啟引腳，通過上拉電阻R15接電源，同時通過濾波電容C5接地；33、34和35引腳分別與EEPROM芯片24LC64的5、6和7腳連接，同時也通過各自的上拉電阻（R11、R12和R13）與電源連接；39腳與RTC時鐘芯片DS1302的I/O引腳（6號引腳）連接，42、43引腳與RTC時鐘芯片DS1302的5腳、7腳連接，同時也通過各自的上拉電阻（R7和R8）與電源連接；EEPROM芯片24LC64的1~4腳均與地連接，8腳與電源連接，同時還通過濾波電容C2與地連接；RTC時鐘芯片DS1302的1腳與電源連接，也通過濾波電容C1接地，還通過電阻R9與6腳連接；8腳通過電池BT1連接；2腳和3腳之間連接晶振Y1。