一种电动汽车对比样桩模拟装置

1.本发明涉及节能充电领域。更具体地，涉及一种电动汽车对比样桩模拟装置。


背景技术：

2.由于电动汽车数量的逐年上涨，国家也在大力发展电动汽车配套设施的建设。但我国目前的车桩比例只有3:1，公共充电设施不足成为阻碍电动汽车市场发展的问题之一。而大量部署新能源充电桩，又导致了充电桩检测认证需求的增加，厂商生产的充电桩需要符合标准规定。由于各实验室检测能力参差不齐，使得充电桩厂家在不同检测机构测试结果不同，阻碍了充电桩的发展与推广，因此，需要实验室间比对以判断和监控实验室的检测能力。我国的电动汽车充电接口及通信协议标准早在2011年就已出台，但标准对充电过程的相关细节未做详细约定，导致充电接口一致性和兼容性较差。一些测试指标如电池性能、规格等方面并未统一，甚至出现差距比较大的情况。
3.针对上述问题，一批高水平的充电机检测试验研究机构由国家支持建设，随着试验能力逐步增强，我国相关研究机构在一致性检测和电动汽车充电接口检测方面开展了相关工作，上海电器设备检测所有限公司2021年开始提供交流充电桩充电连接控制时序测量能力验证服务，取得不错的效果。
4.现有的充电桩检测系统多数功能完善，检测精度高，与之相对，它们的体积一般较大，不够便携，且价格昂贵。便携式的充电桩检测系统着重于压缩体积，如何在有限空间、有限重量约束条件下，研究供电、充电逻辑交互、can通信等功能实现方法，研制微型充电模拟控制电路板、低时延高稳定直流接触器、充电协议转换制板及密闭、封装设计方法，实现更加便携、低成本的充电桩检测系统，仍是具有挑战性的任务。
5.因此，需要提供一种电动汽车对比样桩模拟装置。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电动汽车对比样桩模拟装置，解决上述至少一个问题。
7.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
8.一种电动汽车对比样桩模拟装置，包括：
9.can总线模块、继电器模块和主控制器，
10.所述can总线模块包括can控制器和can收发器，用于使主控制器的spi通信接口转为can通信接口；
11.所述继电器模块用于控制电动汽车充电功率线的开断；
12.所述主控制器用于对所述can总线模块、继电器模块和指示灯模块进行控制。
13.优选地，所述模拟装置还包括指示灯模块，用于作为电动汽车对比样桩的充电状态指示灯。
14.优选地，所述主控制器包括：
15.电源接口，用于向各模块提供稳定的电压；
16.模拟接口用于读取模拟电压；和
17.数字接口，用于提供引脚复用功能。
18.优选地，所述电源接口包括第一电源接口、第二电源接口、gnd接口和reset接口，所述第一电源接口用于为继电器模块供电，所述第二电源接口用于为can控制器供电；
19.所述gnd接口分别用于为can控制器提供参考地电压，为继电器提供参考地电压，为电压测量提供参考地电压；
20.所述reset接口用于复位并重设主控制器。
21.优选地，所述数字接口包括：
22.第一、第二数字接口，用于作为外部中断接口；
23.第三数字接口，用于作为主机输入/从机输出数据线；
24.第四数字接口，用于作为主机输出/从机输入数据线；
25.第五数字接口，用于作为sck串行时钟线或调试led的预留接口。
26.优选地，所述充电功率线包括第一充电功率线和第二充电功率线，所述第一充电功率线连接第一电源接口，所述第二充电功率线连接第二gnd接口所述指示灯模块跨接在所述充电功率线两端，当所述充电功率线接通，指示灯亮；当所述充电功率线断开，指示灯灭。
27.优选地，所述对比样桩还包括分压回路，一端用于测量测试点的电压，一端连接所述模拟接口，通过电阻器将所述模拟接口接地。优选地，所述can总线模块为mcp2515_can模块或周立功can通讯模块。优选地，所述主控制器为arduino或stm32系列单片机或树莓派。
28.优选地，所述指示灯模块为型号为ad22c-8s的led金属指示灯。
29.本发明的有益效果如下：
30.本发明综合了便携式与性价比两方面进行考虑，可以在有限空间、有限成本内实现一个电动汽车对比样桩所需的基础功能，开发一个适用于多实验室间新型能力验证流转路径的低成本、小型能力验证方法。
附图说明
31.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
32.图1示出本发明对比样桩硬件组成框图。
33.图2示出本发明一个实施例中arduino uno引脚标注图。
34.图3示出本发明一个实施例中mcp2515_can模块实物图。
35.图4示出本发明一个实施例中arduino uno与mcp2515_can模块连线实物图。
36.图5示出本发明一个实施例中arduino uno与mcp2515_can模块连线原理图。
37.图6示出本发明一个实施例中arduino uno与固态继电器模块连线原理图。
38.图7示出本发明一个实施例中arduino uno与固态继电器模块连线实物图。
39.图8示出本发明一个实施例中ad22c-8s金属指示灯实物图。
40.图9示出本发明一个实施例中固态继电器与状态指示灯连线原理图。
41.图10示出本发明一个实施例中分压回路示意图。
42.图11示出本发明一个实施例中对比样桩电路原理图。
43.图12示出本发明一个实施例中对比样桩实物图。
具体实施方式
44.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
45.现有的便携式充电桩多数体积较大，本发明主要研究在有限空间、有限重量约束条件下，研究供电、充电逻辑交互、can通信等功能实现方法，研制微型充电模拟控制电路板、低时延高稳定直流接触器、充电协议转换制板及密闭、封装设计方法，开发适用于多实验室间新型能力验证流转路径的低成本、小型能力验证方法。
46.如图1-12所示，本发明的一个实施例提供一种电动汽车对比样桩，包括：
47.can总线模块、继电器模块和主控制器，
48.所述can总线模块包括can控制器和can收发器，用于使主控制器的spi通信接口转为can通信接口；
49.所述继电器模块用于控制电动汽车充电功率线的开断；
50.所述主控制器用于对所述can总线模块、继电器模块和指示灯模块进行控制。
51.具体的，为了缩减体积、降低成本，对比样桩主要实现三部分功能：can协议通讯、开断充电电压、充电状态指示。三部分功能分别对应can总线模块、继电器模块、指示灯模块，主控制器是整个系统的核心，由它对其它三个模块进行控制，保证功能的正常运行。所述继电器模块包括控制导引电路和接触器，所述控制导引电路包括cp、cc、pe信号线，所述继电器模块用于控制电动汽车充电功率线dc+、dc-的开断。
52.在一个可选的实施例中，所述主控制器包括电源接口，用于向各模块提供稳定的电压；
53.模拟接口用于读取模拟电压；和
54.数字接口，用于提供引脚复用功能。
55.在一个可选的实施例中，所述电源接口包括第一电源接口、第二电源接口、第一gnd接口、第二gnd接口、第三gnd接口和reset接口，所述第一电源接口用于为继电器模块供电，所述第二电源接口用于为can控制器供电；
56.所述第一gnd接口用于为can控制器提供参考地电压，所述第二gnd接口用于为继电器提供参考地电压，所述第三gnd接口用于与外部车辆电池管理系统设备象限，为电压测量提供参考地电压；
57.所述reset接口用于复位并重设主控制器。
58.在一个可选的实施例中，所述数字接口包括：
59.第一、第二数字接口，用于作为外部中断接口；
60.第三数字接口，用于作为主机输入/从机输出数据线；
61.第四数字接口，用于作为主机输出/从机输入数据线；
62.第五数字接口，用于作为sck串行时钟线或调试led的预留接口。
63.在一个可选的实施例中，所述充电功率线包括第一充电功率线和第二充电功率线，所述第一充电功率线连接第一电源接口，所述第二充电功率线连接第二gnd接口所述指
示灯模块跨接在所述充电功率线两端，当所述充电功率线接通，指示灯亮；当所述充电功率线断开，指示灯灭。
64.在一个可选的实施例中，所述对比样桩还包括分压回路，连接所述模拟接口，用于确保主控制器的安全使用。
65.在一个可选的实施例中，所述reset接口与第一gnd接口配合，用于对主控制器进行重置。
66.在一个可选的实施例中，所述模拟接口与第三gnd接口配合，用于测量测试点的电压。
67.在一个可选的实施例中，所述主控制器为arduino或stm32系列单片机或树莓派，所述can总线模块为mcp2515_can模块或周立功can通讯模块，所述继电器为固态继电器。
68.在一个可选的实施例中，所述指示灯模块为型号为ad22c-8s的led金属指示灯。
69.在本发明一个具体的实施例中，三部分功能分别对应mcp2515_can模块、固态继电器模块、指示灯，继电器模块采用gtd-5v-5a高电平触发固态继电器，主控制器选用arduino uno，其引脚标注如图2所示，所述mcp2515_can模块如图3所示，是一款包含了mcp2515can控制器与tja1050can收发器的can总线模块。它集成了数种简单功能，使得单片机能够轻松接插使用，令spi接口转为can接口；mcp2515是一款独立can控制器，可简化需要与can总线连接的应用场景；
70.如图4-5所示，所述arduino(主控制器)上的spi(serial peripheral interface)接口与mcp2515_can模块进行连接。arduino主控板支持spi协议，只需将相应引脚进行连接，即可使用mcp2515_can模块接入can总线，与其他can设备进行通讯。其连线对应的引脚连接及功能如表1所示：
71.表1arduino uno与mcp2515_can模块引脚资源分配
[0072][0073][0074]
继电器模块用于控制充电功率线的开断，也即前述控制导引电路中dc+与dc-两条线。在控制导引电路中，dc+连接一个接触器k1，dc-连接一个接触器k2，共需要两个接触器。由于dc+与dc-实际上为一个充电回路，仅使用一个接触器也可以达到控制充电功率线开断的效果，且能够节省空间，此处仅使用一个接触器控制dc+与dc-的开断。在低压辅助线a+与a-处也是同理。
[0075]
gtd-5v-5a高电平触发固态继电器参数如下：额定工作电压5v，直流负载电压范围为5-220v，最大直流负载电流为5a，动作时间经测试稳定在1ms左右，长72mm，宽27mm，高
25mm，价格在15～20元之间，分为高电平触发与低电平触发两种款式。
[0076]
如图6-7所示，arduino uno主控板与固态继电器gtd-5v-5a模块连接，引脚连接及功能如表2所示。
[0077]
表2arduino uno与继电器模块引脚资源分配
[0078]
arduino引脚所连模块模块引脚用途5v固态继电器dc+为继电器供电gnd固态继电器dc-为固态继电器提供参考地d3固态继电器in提供动作信号
[0079]
考虑到指示灯暴露在外，在运输、检测过程中可能遭受较大环境考验，充电桩在充电过程中也会有一定程度的发热，因此对比样桩对状态指示灯要求耐磨损、耐腐蚀，在较高环境温度下也能正常工作。
[0080]
此外，所选的指示灯的工作电压应为12v。经过选取比对，选择了型号为ad22c-8s的led金属指示灯作为电动汽车对比样桩的状态指示灯。以下是它的主要技术指标：工作电压12v；防水耐腐蚀；工作温度-40～+70℃；内置电阻。金属指示灯跨接在功率线dc+、dc-两端。当继电器使dc+、dc-接通，指示灯亮，指示正在充电；若dc+、dc-断开，则指示灯两端无电压，指示灯灭，指示停止充电。如图9所示，固态继电器gtd-5v-5a模块与状态指示灯ad22c-8s连接。
[0081]
如图10所示为本实施例中的分压回路，要检测cc1点电压，可以直接通过arduino的模拟量接口完成，只需从模拟接口a0引出一条线，接入测试点1即可对其进行测量。然而，arduino本身技术指标限制了模拟量接口可以通过的最大电压、电流，它们分别为5v、40ma。若直接使用模拟量接口接触超过5v的电压，板子容易被烧坏。测试点1未接入车辆接口时的常态电压为6v，在接入的过程中可以短暂升压至12v，这对arduino uno主控板来说是难以直接承受的，因此，本发明的分压回路，可用于确保arduino uno主控板的安全使用。
[0082]
如表3所示，为arduino uno资源分配总表，共使用14个引脚，其中5个电源引脚，1个模拟量引脚，7个数字引脚和1个reset引脚。reset引脚与d6数字引脚配合，负责于软件程序中对arduino进行重置。a0与一个gnd引脚配合，负责测量cc1线上测试点1的电压。
[0083]
表3arduino uno资源分配总表
[0084]
arduino引脚所连模块模块引脚用途resetarduinod6程序中重置arduino5v固态继电器dc+为继电器供电5vmcp2515vcc为mcp2515供电gndmcp2515gnd为mcp2515提供参考地gnd分压回路-为电压测量提供参考地gnd固态继电器dc-为固态继电器提供参考地a0分压回路-测量电压d2mcp2515int中断d3固态继电器in提供动作信号d6arduinoreset程序中重置arduinod9mcp2515cs片选
d11mcp2515si数据输入d12mcp2515so数据输出d13mcp2515sclk时钟输入
[0085]
如图11-12所示，在综合技术指标要求及引脚资源分配后，本发明设计的电动汽车对比样桩在有限空间、有限重量约束条件下，实现供电、充电逻辑交互、can通信等功能实现，本发明研制微型充电模拟控制电路板、低时延高稳定直流接触器、充电协议转换制板及密闭、封装设计方法。本发明综合了便携式与性价比两方面进行考虑，可以在有限空间、有限成本内实现一个电动汽车对比样桩所需的基础功能，开发一个适用于多实验室间新型能力验证流转路径的低成本、小型能力验证方法。
[0086]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：
1.一种电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，包括：can总线模块、继电器模块和主控制器，所述can总线模块包括can控制器和can收发器，用于使主控制器的spi通信接口转为can通信接口；所述继电器模块用于控制电动汽车充电功率线的开断；所述主控制器用于对所述can总线模块、继电器模块和指示灯模块进行控制。2.根据权利要求1所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，还包括指示灯模块，用于作为电动汽车对比样桩的充电状态指示灯。3.根据权利要求1所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述主控制器包括：电源接口，用于向各模块提供稳定的电压；模拟接口，用于测量测试点的电压；和数字接口，用于提供引脚复用功能。4.根据权利要求3所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述电源接口包括第一电源接口、第二电源接口、gnd接口和reset接口，所述第一电源接口用于为继电器模块供电，所述第二电源接口用于为can控制器供电；所述gnd接口分别用于为can控制器提供参考地电压，为继电器提供参考地电压，为电压测量提供参考地电压；所述reset接口用于复位并重设主控制器。5.根据权利要求3所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述数字接口包括：第一、第二数字接口，用于作为外部中断接口；第三数字接口，用于作为主机输入/从机输出数据线；第四数字接口，用于作为主机输出/从机输入数据线；第五数字接口，用于作为sck串行时钟线或调试led的预留接口。6.根据权利要求4所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述充电功率线包括第一充电功率线和第二充电功率线，所述第一充电功率线连接第一电源接口，所述第二充电功率线连接第二gnd接口所述指示灯模块跨接在所述充电功率线两端，当所述充电功率线接通，指示灯亮；当所述充电功率线断开，指示灯灭。7.根据权利要求3所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述对比样桩还包括分压回路，一端用于测量测试点的电压，一端连接所述模拟接口，通过电阻器将所述模拟接口接地。8.根据权利要求4所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述can总线模块为mcp2515_can模块或周立功can通讯模块。9.根据权利要求1所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述主控制器为arduino或stm32系列单片机或树莓派。10.根据权利要求2所述电动汽车对比样桩模拟装置，其特征在于，所述指示灯模块为型号为ad22c-8s的led金属指示灯。

技术总结
本发明公开一种电动汽车对比样桩模拟装置，装置包括：CAN总线模块、继电器模块和主控制器，所述CAN总线模块包括CAN控制器和CAN收发器，用于使主控制器的SPI通信接口转为CAN通信接口；所述继电器模块用于控制电动汽车充电功率线的开断；所述主控制器用于对所述CAN总线模块、继电器模块和指示灯模块进行控制。本发明综合了便携式与性价比两方面进行考虑，可以在有限空间、有限成本内实现一个电动汽车对比样桩所需的基础功能，开发一个适用于多实验室间新型能力验证流转路径的低成本、小型能力验证装置。验证装置。验证装置。


技术研发人员：于明 李雪薇
受保护的技术使用者：北京林业大学
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/7/12