具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本发明提出一种具有铅酸充电功能的国标直流充电桩系统，参照图1-5，包括充电桩装置10和设于充电桩装置内的充电系统100，充电桩装置10包括至少一个直流充电枪和至少一个铅酸充电接口，充电系统100包括系统控制单元MCU 101、与系统控制单元MCU 101连接的计费控制单元TCU 102、检测单元103、功率单元104和操作单元105，系统控制单元MCU 101与计费控制单元TCU 102之间通过CAN通讯进行数据交互，再通过无线通信模组连接云平台106进行操作，系统控制单元MCU 101与检测单元103、功率单元104和操作单元105通过串口通讯方式进行交互。

充电系统的供电电路包括主回路1和辅电回路6，主回路1输出端连接主回路开关2和主回路接触器3，主回路1与主回路开关2之间连接有防雷开关4和防雷器5，主回路接触器3输出端连接有A枪回路电路和B枪回路电路，辅电回路6输出端电连接有辅助电源断路器7、主控板电子锁电源8、A枪辅助电源9、B枪辅助电源10和器件辅助电源11。

本发明的一种具有铅酸充电功能的直流充电桩系统，包括充电桩装置10和充电系统100，充电桩装置10包括至少一个直流充电枪和至少一个铅酸充电接口，充电系统100包括系统控制单元MCU 101、计费控制单元TCU 102、检测单元103、功率单元104和操作单元105，系统控制单元MCU 101通过常用的串口通讯方式与各部件进行通讯，从而达到对系统进行监控，测量相关充电数据，控制充电流程，保证安全充电；系统控制单元MCU 101与计费控制单元TCU 102之间通过CAN通讯进行数据交互，根据交互数据可以生成充电账单数据，再通过无线通信模组连接云平台106进行遥测、遥控和遥信等操作。

充电系统的供电电路包括主回路1和辅电回路6，正常时，主回路开关2闭合，辅电回路6从后端取电，辅助电源断路器7闭合，主控板电子锁电源8和其他器件得电，系统控制单元MCU 101发出闭合驱动信号控制主回路接触器3闭合，使A枪回路电路和B枪回路电路取得交流电输入进行工作跟主控板进行数据交互，对此整个系统上电完成。

充电系统有两种启停充电方式：

1、通过微信扫描触摸屏显示的二维码下方充电指令；

2、在指定刷卡区域通过IC卡读卡器识别指定充电卡进行开启充电，开启充电后可以通过触摸屏查看充电过程中的充电电压、电流和电量等数据。

充电系统带有计量计费功能，系统通过功率单元的直流数字电表进行实时读取当前充电过程中的电压值、电流值和电能值等值进行统计充电数据，上传计费控制单元TCU102进行结合费率进行生成充电账单。

在一个较佳实施方式中，参照图1，直流充电桩系统的检测单元103包括过压检测模块、欠压检测模块、过流检测模块、计量故障检测模块、继电器粘连检测模块、BMS故障检测模块、急停检测模块、门禁检测模块、功率故障检测模块、绝缘检测模块、TCU故障检测模块和CC1控制导引检测模块。系统带有过压检测、欠压检测、过流检测、计量故障检测、继电器粘连检测、BMS故障检测、急停检测、门禁检测、功率故障检测、绝缘检测、TCU故障检测、CC1控制引导检测等多重保护功能。

功率单元104包括AC-DC模块、直流数字电表、辅电回路、IC卡读卡器和温度传感器。操作单元105包括触摸屏、指示灯和喇叭。

充电系统可通过操作触摸屏来进行参数配置，

其一、功率模块参数配置：对功率模块个数、输出电压、输出电流、过压值、欠压值、过流值和模块厂家等参数进行配置；

其二、系统参数配置：对系统输出能力、系统客户参数和系统故障屏蔽等参数进行配置；

其三、网络参数配置：对是否连接网络、联网方式、IP地址和端口号等参数进行配置。

充电系统为了提示用户充电步骤、当前充电状态以及设备运行状态，触摸屏提示充电信息、充电流程、故障信息和充电操作步骤等，指示灯提示系统当前状态包括待机状态、充电状态、故障状态等，喇叭可对当前状态进行语音提示。

在一个较佳实施方式中，参照图1，绝缘检测模块为集成在系统控制单元MCU 101上的采集芯片，绝缘检测模块通过采集主回路上的电压值进行计算出主回路对地之间的绝缘阻值，判断阻值大小是否符合标准值来判断充电桩设备当前的绝缘性能，绝缘检测模块的电压采样作为铅酸电池充电电压采样，进行控制铅酸电池的充电电流。

在一个较佳实施方式中，参照图2，AC-DC模块包括多个或多组，每个AC-DC模块的电压范围为0VDC-800VDC，充电额定功率为20kW，AC- DC模块在低电压充电过程中满功率进行输出。传统的Buck变换器的输出电流和电压通常受到一定限制，无法满足低电压大电流设备需求。本系统采用功率模块设计了低压大电流同步整流Buck变换器，通过理论分析计算其中电感、电容、开关以及整流管的相关参数，并考虑实际情况选择合适的元器件，同步整流技术的采用将在很大程度上减小整流管的功率损耗，提高工作效率，采用AC-DC模块可使本系统在较低电压充电过程中保证满功率进行输出。

在一个较佳实施方式中，参照图1，无线通信模组包括LAN模块、GPRS模块和WIFI模块，还包括其他通讯方式，无线通信模组与云平台106交互进行遥控。

在一个较佳实施方式中，参照图3，充电桩装置10包括四把充电枪，两把为国标直流充电枪11，另两把为铅酸电池充电接口12，充电时，分为两种充电方式，一种为：一侧同时对一台国标新能源汽车充电和铅酸电池系统充电，另一种为：一侧对一台国标新能源汽车充电，另一侧对铅酸电池系统充电。

在一个较佳实施方式中，参照图2， A枪回路电路包括A枪AC-DC模块12和与其依次连接的A枪熔断器14、A枪泄放电路17、A枪电能检测电路19、A枪内测采样电路21、A枪高压直流继电器25、A枪外测采样电路22、国标A枪27和铅酸A枪29。

B枪回路电路包括B枪AC-DC模块13和与其依次连接的B枪熔断器15、B枪泄放电路18、B枪电能检测电路20、B枪内测采样电路23、B枪高压直流继电器26、B枪外测采样电路24、国标B枪28和铅酸B枪30，A枪回路电路和B枪回路电路之间设有投切继电器16，投切继电器16一端连接在A枪熔断器14和A枪泄放电路17之间，另一端连接在B枪熔断器15和B枪泄放电路18之间。

在一个较佳实施方式中，参照图2，主回路1为三相380V交流电输入，辅电回路6为辅助单相220V交流电输入。

本发明的一种具有铅酸充电功能的国标直流充电桩系统，包括三种工况情况，其一，使用国标直流充电枪给国标新能源汽车充电；其二、使用铅酸充电接口给铅酸系统电池充电；其三、国标A枪和铅酸B枪同时充电。

使用国标直流充电枪给国标新能源汽车充电时，先将标准国标A枪27和国标B枪28插入汽车充电插座，根据CC1控制导引检测可判断充电枪是否连接，连接正常触摸屏显示已连接，根据触摸屏提示选择支付方式，选择方式后进行启动充电，机械锁和电子锁联动，锁止充电枪，然后自检过程，这过程包括三个阶段：低压辅助上电、充电握手阶段、充电参数配置阶段。在此过程中，充电桩系统实现绝缘检测，启动A枪泄放电路17和B枪泄放电路18中的泄放电阻将绝缘检测时的高压泻放到60V以下。在这过程中，充电桩上的辅助电源通过A枪辅助电源9或B枪辅助电源10供电给国标新能源汽车端BMS控制系统，国标新能源汽车端BMS控制系统开始工作，充电桩和国标新能源汽车端BMS控制系统之间进行数据交互、握手、配置充电相关参数，其中国标新能源汽车端BMS控制系统告知充电桩电池相关信息。

一切就绪后，系统控制单元MCU 101下发指令给A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13，A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13按指令要求的输出电压和输出电流开始工作，持续给电动汽车动力电池充电。在充电过程中，国标新能源汽车端BMS控制系统和系统控制单元MCU 101在实时地通讯，根据国标新能源汽车端BMS控制系统上报需求进行实时调节A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13的输出电压和输出电流。

充电结束总体分为三种：人为停止充电、充电桩判断停止充电和国标新能源汽车端BMS控制系统判断停止充电。在充电过程中触发结束充电条件后，系统控制单元MCU 101给A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13下发停止工作指令，通过A枪电能检测电路19、B枪电能检测电路20进行采样电压值和电流值，当电流值小于5A时系统控制单元MCU 101发断开指令驱动给A枪高压直流继电器25和B枪高压直流继电器26进行断开操作，再启动A枪泄放电路17和B枪泄放电路18中的泄放电阻将电压值泻放到60V以下之后，电子锁和机械锁将解开，用户才能将标准国标A枪27和国标B枪28从新能源汽车插座上拔出来，放回充电桩的固定座或插座上，此时充电过程结束。

使用铅酸充电接口给铅酸系统电池充电时，先将铅酸A枪29和铅酸B枪30接入铅酸电池系统的正负端口或者插座，此时通过A枪外测采样电路22和B枪高压直流继电器24进行采样铅酸电池电压状态，用户在系统触摸屏上选择充电类型为铅酸电池系统充电，由于铅酸电池是没有内部通讯进行交互需求电压值和需求电流值的，本系统配置可通过两种方式获取电池信息，第一种、用户系统在触摸屏上进行输入电池系统的额定电压、额定容量、终止电压和浮充电压，系统可进行自动保存；第二种、用户选择充电时选择充电桩保存记录的电池信息和自己电池系统参数进行匹配；充电桩系统将采样电压和用户设置参数进行比较确定参数是否有误，如果设置参数和采样数据不匹配则不允许充电，如果参数匹配则系统根据用户设置参数进行生成如图5所示的铅酸电池充电曲线，然后进入充电状态，系统控制单元MCU 101给A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13下发开机工作指令，A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13按指令要求的输出电压和输出电流开始工作，系统控制单元MCU 101再发闭合指令驱动给A枪高压直流继电器25和B枪高压直流继电器26进行供电操作，此时铅酸电池系统端得到电压进行充电。

在充电过程中，通过A枪电能检测电路19和B枪电能检测电路20行实时采样电压值和电流值，结合充电曲线再根据涓流充电、恒流充电、恒压充电和涓流浮充4个充电阶段进行实时调节A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13的输出电压和输出电流。

铅酸电池系统结束充电总体分为两种：人为停止充电、充电桩判断停止充电。在充电过程中触发结束充电条件后，系统控制单元MCU101给A枪AC-DC模块12和B枪AC-DC模块13下发停止工作指令，通过A枪电能检测电路19和B枪电能检测电路20进行采样电压值和电流值，当电流值小于5A时系统控制单元MCU 101发断开指令驱动给A枪高压直流继电器25和B枪高压直流继电器26进行断开操作，再启动A枪泄放电路17、B枪泄放电路18中的泄放电阻将电压值泻放到60V以下之后用户才能将铅酸A枪29和铅酸B枪30从铅酸电池系统的正负端口或者插座上拔出来，放回充电桩的固定座或插座上，此时充电过程结束。

A枪和B枪同时充电时，使用铅酸充电接口给铅酸电池系统充电时就按照上述铅酸电池系统充电流程，使用国标直流充电枪给国标新能源汽车充电时就按照上述国标直流充电流程，两侧同时充电和单侧充电的区别在于投切继电器16在单侧充电时是闭合的，整桩输出功率可在单侧枪中满功率输出，投切继电器16在两侧同时充电时是断开的，整桩输出功率平均分配到两把充电枪上。

参照图4，对直流充电桩系统的状态转换进行详细说明，整个系统上电后系统进入上电状态，系统控制单元MCU 101开始工作后，系统进入自检状态，此时对系统中的各个单元模块进行检查工作状态和通讯状态等，如果自检过程检测出异常则进入待维修状态，等待专业人员维修；如果自检过程正常则进入待机状态，在待机状态下等待用户进行充电操作，用户插枪充电操作后系统进入充电中状态，在充电中状态触发充满、用户停止、故障的充电结束条件后，如果结束充电原因为故障停止则系统进入充电完成状态后跳转到故障状态，否则系统维持在充电完成状态，在此状态下用户拔出充电枪则系统回到待机状态，如国标新能源汽车端BMS控制系统请求再次充电则系统回到充电中状态。系统在故障状态下发生的故障恢复正常则进入待机状态，如长时间处于故障状态未恢复则进入待维修状态，系统在待维修状态下等待专业人员维修完成后，重新上电则进入上电状态。

综上，本发明的一种具有铅酸充电功能的国标直流充电桩系统，具有以下优点：

1、直流充电桩系统可以对使用铅酸电池的电动车或设备进行充电，增加充电桩的使用范围，方便了使用铅酸电池的电动车或设备的充电需求；

2、直流充电桩系统可以同时对遵循国标协议的锂电池和使用铅酸电池的电动车或设备进行充电；

3、直流充电桩系统在较低电压输出充电的工况下可以全功率满负荷输出，保证了较低电压充电类车辆的充电使用；

4、降低了运营商的投入成本和运维成本，运营商无需另外再增设铅酸充电机即可满足使用铅酸电池的电动车或设备的充电需求。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。