CN105548666A - 无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法 - Google Patents

无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，通过实测电压电流值、获取充电机效率、绘制效率曲线、统计获取效率系数、MCU内部的电路采样、计算实际充电电路值等步骤，通过实测的输入电压值、输入电流值、输出电压值以及输出电流值计算获得效率系数，然后通过电路采样输入电压值、输入电流值以及输出电压值从而计算出输出电流值。本发明的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，减少了外界环境，温度的干扰，提高采样精度，稳定性；方便平台的移植，避免了重新选择采样电阻的规格的麻烦，而采用计算电流的方式，只需计算相应的效率系数，且计算结果精准，实用性强。本发明的电流计算方法减少器件的选型，大大降低了检测成本。

Description

无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法
技术领域
本发明涉及充电机电流获取的技术领域，尤其涉及一种无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法。
背景技术
目前业内电源产品对电压，电流的获取一般是采用外部AD转换器，或者采用内部带AD转换器的单片机采样。
对于AD电流采样电路则需要采样电阻将电流转换为电压送给单片机采样，或者是用电流传感器代替采样电阻，这2种方案一般包括以下几点内容：
1.单片机想获取高精度的电压，电流信号，需选择AD转换器分辨率高的单片机，而分辨率越高的单片机，价格相对也高；
2.ADC转换器的输入阻抗都不大，所以一般还需采用电压跟随器进行阻抗匹配，间接增大ADC的输入阻抗，从而减小采样误差；
3.采样电阻的选取受电阻阻值，精度等级，功率大小，可承受瞬间电流，温漂的影响，其中温漂的影响会导致当温度变化时，电流采样会存在误差。
综上所述，上述方案均存在器件选型难，采样电阻，电流传感器价格都比较高，从而导致成本的增加的问题。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种精确度高、操作方便的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法。
为了达到上述目的，本发明一种无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，包括以下计算步骤：
S1、实测电压电流值：充电机进入工作状态，在设定不同的负载电流条件下，使用万用表分别测定充电机输入端的输入电压值以及充电机输出端的输出电压值；使用分流器分别测定换算充电机输入端的输入电流值以及充电机输出端的输出电流值；
S2、获取充电机效率：将同一负载电流设定条件下的测量值带入公式“充电机效率=输出电压×输出电流/（输入电压×输入电流）”中，得到不同负载电流条件下的充电机效率值；
S3、绘制效率曲线：以负载电流值为横坐标，以S2中负载电流值相对应的充电机效率值为纵坐标绘制效率曲线；
S4、统计获取效率系数：在不同额定电压输入值的充电机工作过程中，重复S1-S3的步骤，从而获取多条效率曲线，由多条效率曲线计算得到多组效率曲线系数，最终整合计算得到精确的效率系数；
S5、MCU内部的电路采样：在充电机工作过程中，通过输入电流采样电路在充电机的输入端采集输入电流值，通过输入电压采样电路在充电机的输入端采集输入电压值，通过输出电压采样电路在充电机的输出端采集输出电压值；
S6、计算实际充电电路值：将S4中计算得到的效率曲线系数以及S5中采样的数值带入公式“输出电流=输入电压×输入电流×效率系数/输出电压”，得到输出电流即为充电电流值。
其中，在S1中负载电流的取值范围为10-130A，负载电流的取值点间隔5-10A，效率曲线的横坐标取点个数由取值范围及其取值点间隔决定。
其中，在S4中充电机的额定电压输入值的范围是450V-600V，额定电压输入值的取值点间隔10-50V，效率曲线的个数由额定电压输入值的范围及其取值点间隔决定。
其中，S5中的输入电压采样电路包括第一分压电路、第一滤波电路以及第一阻抗芯片，所述第一分压电路的输入端与输入电压相连，所述第一分压电路的输出端分别与第一滤波电路以及第一阻抗芯片的同相输入端相连，所述第一阻抗芯片的输出端与第一阻抗芯片的反相输入端相连，并输出电压采样值。
其中，所述第一分压电路包括多个串联相接的第一分压电阻，所述第一滤波电路包括第一滤波电容与第一滤波电阻，所述第一滤波电容以及第一滤波电阻的一端均与第一分压电路的尾端第一分压电阻相连，且第一滤波电容以及第一滤波电阻的另一端均接地。
其中，S5中的输入电流采样电路包括放大芯片、第二滤波电路以及放大反馈电路，所述放大芯片的同相输入端与输入电流相连，所述放大反馈电路分别与放大芯片的反向输入端以及放大芯片的输出端相连，所述第二滤波电路的输入端与放大芯片的输出端相连，且第二滤波电路的输出端输出电流采样值。
其中，所述第二滤波电路包括第二滤波电容和第二滤波电阻，所述第二滤波电阻的输入端与放大芯片的输出端相连，且第二滤波电阻的输出端与第二滤波电容的输入端相连，并输出电流采样值，所述第二滤波电容的输出端接地。
其中，所述放大反馈电路包括第一放大电阻以及第二放大电阻，所述第一放大电阻的输入端与放大芯片的输出端相连，且第一放大电阻的输出端与放大芯片的反相输入端以及第二放大电阻的一端相连，所述第二放大电阻的另一端接地。
其中，S5中的输出电压采样电路包括第二分压电路、第三滤波电路以及第二阻抗芯片，所述第二分压电路的输入端与输入电压相连，所述第二分压电路的输出端分别与第三滤波电路以及第二阻抗芯片的同相输入端相连，所述第二阻抗芯片的输出端与第二阻抗芯片的反相输入端相连，并输出电压采样值。
其中，所述第二分压电路包括多个串联相接的第二分压电阻，所述第三滤波电路包括第三滤波电容与第三滤波电阻，所述第三滤波电容以及第三滤波电阻的一端均与第二分压电路的尾端第二分压电阻相连，且第三滤波电容以及第三滤波电阻的另一端均接地。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，减少了外界环境，温度的干扰，提高采样精度，稳定性；方便平台的移植，避免了重新选择采样电阻的规格的麻烦，而采用计算电流的方式，只需计算相应的效率系数，且计算结果精准，实用性强。本发明的电流计算方法减少器件的选型，大大降低了检测成本。
附图说明
图1为本发明无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法的流程图；
图2为本发明无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法的效率曲线图；
图3为本发明输入电压采样电路原理图；
图4为本发明输入电流采样电路原理图；
图5位本发明输出电压采样电路原理图。
主要元件符号说明如下：
11、第一分压电路12、第一滤波电路
13、第一阻抗芯片
21、放大芯片22、第二滤波电路
23、放大反馈电路
31、第二分压电路32、第三滤波电路
33、第二阻抗芯片。
具体实施方式
为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
参阅图1，本发明包括以下步骤：
充电机进入工作状态，在设定不同的负载电流条件下，使用万用表分别测定充电机输入端的输入电压值以及充电机输出端的输出电压值；使用分流器分别测定换算充电机输入端的输入电流值以及充电机输出端的输出电流值；
S2、获取充电机效率：
S3、绘制效率曲线：以负载电流值为横坐标，以S2中负载电流值相对应的充电机效率值为纵坐标绘制效率曲线；
S4、统计获取效率系数：在不同额定电压输入值的充电机工作过程中，重复S1-S3的步骤，从而获取多条效率曲线，由多条效率曲线计算得到多组效率曲线系数，最终整合计算得到精确的效率系数；
当设定额定电压值为450V时，得到以下表一检测数据：
表一
负载设定 输入电压 输入分流器 输入电流 输出电压 输出分流器 输出电流 效率
5A 448.6 1.494 0.3984 28.132 1.236 4.944 77.7177
10A 449.2 2.633 0.7021333 28.125 2.467 9.868 87.4895
20A 451.8 4.962 1.3232 28.113 5 20 93.8728
30A 452.66 7.278 1.9408 28.105 7.471 29.884 95.4718
40A 453.28 9.66 2.576 28.09 9.993 39.972 96.0966
50A 453.58 12.046 3.2122667 28.079 12.5 50 96.3470
60A 453.63 14.41 3.8426667 28.07 14.962 59.848 96.3714
70A 453.64 16.853 4.4941333 28.055 17.486 69.944 96.2485
80A 453.65 19.28 5.1413333 28.041 19.939 79.756 95.8892
90A 453.64 21.534 5.7424 27.748 22.452 89.808 95.6583
100A 453.66 23.295 6.212 26.871 24.939 99.756 95.1155
110A 453.67 25 6.6666667 26 27.445 109.78 94.3730
当设定额定电压值为500V时，得到以下表二检测数据：
表二
负载设定 输入电压 输入分流器 输入电流 输出电压 输出分流器 输出电流 效率
10A 547.9 2.123 0.5661333 28.116 2.471 9.884 88.7651
20A 553 4.112 1.0965333 28.105 4.984 19.936 92.2338
30A 554 5.996 1.5989333 28.094 7.457 29.828 94.4820
40A 554.7 7.95 2.12 28.085 9.974 39.896 95.1788
50A 555.3 9.936 2.6496 28.07 12.468 49.872 95.1290
60A 555.4 11.848 3.1594667 28.062 14.94 59.76 95.5674
70A 555.4 13.8 3.68 28.05 17.442 69.768 95.7838
80A 555.2 15.756 4.2016 28.036 19.891 79.564 95.6416
90A 555.1 17.868 4.7648 28.025 22.417 89.668 95.0438
100A 554.9 19.857 5.2952 28.01 24.868 99.472 94.8237
110A 554.9 21.944 5.8517333 27.993 27.38 109.52 94.4156
10A 547.9 2.123 0.5661333 28.116 2.471 9.884 88.7651
当设定额定电压值为550V时，得到以下表三检测数据：
表三
负载设定 输入电压 输入分流器 输入电流 输出电压 输出分流器 输出电流 效率
5A 551.9 1.292 0.3445333 28.13 1.265 5.06 74.8563
10A 547.9 2.253 0.6008 28.13 2.5 10 85.4552
20A 553 4.14 1.104 28.12 5.01 20.04 92.3036
30A 554 6 1.6 28.11 7.473 29.892 94.7951
40A 554.7 7.957 2.1218667 28.1 10 40 95.4971
50A 555.2 9.92 2.6453333 28.088 12.54 50.16 95.9287
60A 555.3 11.847 3.1592 28.07 14.99 59.96 95.9399
70A 555.1 13.816 3.6842667 28.063 17.47 69.88 95.8881
80A 555.1 15.77 4.2053333 28.05 19.95 79.8 95.8880
90A 555 17.75 4.7333333 28.03 22.47 89.88 95.9017
100A 554.8 19.78 5.2746667 28.01 24.9 99.6 95.3325
110A 554.7 21.82 5.8186667 28 27.44 109.76 95.2183
当设定额定电压值为600V时，得到以下表四检测数据：
表四
负载设定 输入电压 输入分流器 输入电流 输出电压 输出分流器 输出电流 效率
5A 591.6 1.407 0.3752 28.135 1.232 4.928 62.8246
10A 588.2 2.1 0.56 28.13 2.461 9.844 83.3308
20A 593.4 3.87 1.032 28.12 4.981 19.924 91.3496
30A 594.3 5.636 1.5029333 28.109 7.455 29.82 93.7181
40A 595.1 7.45 1.9866667 28.1 9.965 39.86 94.6594
50A 595.6 9.295 2.4786667 28.087 12.473 49.892 94.8894
60A 595.8 11.066 2.9509333 28.073 14.922 59.688 95.3051
70A 595.8 12.91 3.4426667 28.06 17.432 69.728 95.4213
80A 595.6 14.73 3.928 28.045 19.878 79.512 95.3312
90A 595.5 16.653 4.4408 28.03 22.37 89.48 94.8750
100A 595.3 18.583 4.9554667 28.01 24.855 99.42 94.4146
110A 595.2 20.55 5.48 28 27.361 109.444 93.9521
将同一负载电流设定条件下的测量值带入公式“充电机效率=输出电压×输出电流/（输入电压×输入电流）”中，得到不同负载电流条件下的充电机效率值；
得到不同额定电压条件下的效率与负载电流设定值得统计表表五，如下表所示：
表五
450V 500V 550V 600V
10A 89.50% 89.10% 88.77% 87.20%
20A 92.60% 92.23% 92.23% 91.35%
30A 94.60% 94.48% 94.30% 93.72%
40A 95.80% 95.68% 95.18% 94.66%
50A 96.00% 95.90% 95.43% 94.89%
60A 96.40% 96.20% 95.57% 95.31%
70A 96.60% 96.45% 95.78% 95.42%
80A 96.61% 96.10% 95.64% 95.33%
90A 96.10% 95.80% 95.35% 94.88%
100A 95.30% 95.20% 94.90% 94.41%
110A 94.50% 94.90% 94.60% 93.95%
最终由表五所得数据绘制多条曲线，如图2所示，由多条效率曲线计算得到多组效率曲线系数，最终整合计算得到精确的效率系数。
继续参与图3，输入电压采样电路包括第一分压电路11、第一滤波电路12以及第一阻抗芯片13，第一分压电路11的输入端与输入电压相连，第一分压电路11的输出端分别与第一滤波电路12以及第一阻抗芯片13的同相输入端相连，第一阻抗芯片13的输出端与第一阻抗芯片13的反相输入端相连，并输出电压采样值。
在本实施例中，第一分压电路11包括多个串联相接的第一分压电阻R1，第一滤波电路12包括第一滤波电容C1与第一滤波电阻R2，第一滤波电容C1以及第一滤波电阻R2的一端均与第一分压电路11的尾端第一分压电阻R1相连，且第一滤波电容C1以及第一滤波电阻R2的另一端均接地。
VIN_S为输入电压，第一滤波电容C1起到滤波作用，在经过第一阻抗芯片提高输入阻抗，在将VIN_SENSEN信号送至充电机MCU，经过计算得到输入电压的值。
继续参阅图4，S5中的输入电流采样电路包括放大芯片21、第二滤波电路22以及放大反馈电路23，放大芯片21的同相输入端与输入电流相连，放大反馈电路23分别与放大芯片21的反向输入端以及放大芯片21的输出端相连，第二滤波电路22的输入端与放大芯片21的输出端相连，且第二滤波电路22的输出端输出电流采样值。
在本实施例中，第二滤波电路22包括第二滤波电容C2和第二滤波电阻R3，第二滤波电阻R3的输入端与放大芯片21的输出端相连，且第二滤波电阻R3的输出端与第二滤波电容C2的输入端相连，并输出电流采样值，第二滤波电容C2的输出端接地。
在本实施例中，放大反馈电路23包括第一放大电阻R4以及第二放大电阻R5，第一放大电阻R4的输入端与放大芯片21的输出端相连，且第一放大电阻R4的输出端与放大芯片21的反相输入端以及第二放大电阻R5的一端相连，第二放大电阻R5的另一端接地。
IS_P+为输入电流，在经过放大芯片21放大33.2倍，第一放大电阻R4以及第二放大电阻R5起放大反馈作用，在将ISENSE_P信号送至充电机MCU，经过计算得到输入电流的值。
继续参阅图5，S5中的输出电压采样电路包括第二分压电路31、第三滤波电路32以及第二阻抗芯片33，第二分压电路31的输入端与输入电压相连，第二分压电路31的输出端分别与第三滤波电路32以及第二阻抗芯片33的同相输入端相连，第二阻抗芯片33的输出端与第二阻抗芯片33的反相输入端相连，并输出电压采样值。
在本实施例中，第二分压电路31包括多个串联相接的第二分压电阻R6，第三滤波电路32包括第三滤波电容C3与第三滤波电阻R7，第三滤波电容C3以及第三滤波电阻R7的一端均与第二分压电路31的尾端第二分压电阻R6相连，且第三滤波电容C3以及第三滤波电阻R7的另一端均接地。
24V_OUT为输出电压，第三滤波电容C3为滤波作用，在经过第二阻抗芯片33提高输入阻抗，在将24V_SENSEN信号送至充电机MCU，经过计算得到输出电压的值。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，包括以下计算步骤：
S1、实测电压电流值：充电机进入工作状态，在设定不同的负载电流条件下，使用万用表分别测定充电机输入端的输入电压值以及充电机输出端的输出电压值；使用分流器分别测定换算充电机输入端的输入电流值以及充电机输出端的输出电流值；
S2、获取充电机效率：将同一负载电流设定条件下的测量值带入公式“充电机效率=输出电压×输出电流/（输入电压×输入电流）”中，得到不同负载电流条件下的充电机效率值；
S3、绘制效率曲线：以负载电流值为横坐标，以S2中负载电流值相对应的充电机效率值为纵坐标绘制效率曲线；
S4、统计获取效率系数：在不同额定电压输入值的充电机工作过程中，重复S1-S3的步骤，从而获取多条效率曲线，由多条效率曲线计算得到多组效率曲线系数，最终整合计算得到精确的效率系数；
S5、MCU内部的电路采样：在充电机工作过程中，通过输入电流采样电路在充电机的输入端采集输入电流值，通过输入电压采样电路在充电机的输入端采集输入电压值，通过输出电压采样电路在充电机的输出端采集输出电压值；
S6、计算实际充电电路值：将S4中计算得到的效率曲线系数以及S5中采样的数值带入公式“输出电流=输入电压×输入电流×效率系数/输出电压”，得到输出电流即为充电电流值。
2.根据权利要求1所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，在S1中负载电流的取值范围为10-130A，负载电流的取值点间隔5-10A，效率曲线的横坐标取点个数由取值范围及其取值点间隔决定。
3.根据权利要求2所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，在S4中充电机的额定电压输入值的范围是450V-600V，额定电压输入值的取值点间隔10-50V，效率曲线的个数由额定电压输入值的范围及其取值点间隔决定。
4.根据权利要求1所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，S5中的输入电压采样电路包括第一分压电路、第一滤波电路以及第一阻抗芯片，所述第一分压电路的输入端与输入电压相连，所述第一分压电路的输出端分别与第一滤波电路以及第一阻抗芯片的同相输入端相连，所述第一阻抗芯片的输出端与第一阻抗芯片的反相输入端相连，并输出电压采样值。
5.根据权利要求4所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，所述第一分压电路包括多个串联相接的第一分压电阻，所述第一滤波电路包括第一滤波电容与第一滤波电阻，所述第一滤波电容以及第一滤波电阻的一端均与第一分压电路的尾端第一分压电阻相连，且第一滤波电容以及第一滤波电阻的另一端均接地。
6.根据权利要求1所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，S5中的输入电流采样电路包括放大芯片、第二滤波电路以及放大反馈电路，所述放大芯片的同相输入端与输入电流相连，所述放大反馈电路分别与放大芯片的反向输入端以及放大芯片的输出端相连，所述第二滤波电路的输入端与放大芯片的输出端相连，且第二滤波电路的输出端输出电流采样值。
7.根据权利要求6所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，所述第二滤波电路包括第二滤波电容和第二滤波电阻，所述第二滤波电阻的输入端与放大芯片的输出端相连，且第二滤波电阻的输出端与第二滤波电容的输入端相连，并输出电流采样值，所述第二滤波电容的输出端接地。
8.根据权利要求6所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，所述放大反馈电路包括第一放大电阻以及第二放大电阻，所述第一放大电阻的输入端与放大芯片的输出端相连，且第一放大电阻的输出端与放大芯片的反相输入端以及第二放大电阻的一端相连，所述第二放大电阻的另一端接地。
9.根据权利要求1所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，S5中的输出电压采样电路包括第二分压电路、第三滤波电路以及第二阻抗芯片，所述第二分压电路的输入端与输入电压相连，所述第二分压电路的输出端分别与第三滤波电路以及第二阻抗芯片的同相输入端相连，所述第二阻抗芯片的输出端与第二阻抗芯片的反相输入端相连，并输出电压采样值。
10.根据权利要求9所述的无采样电阻的电动汽车充电电流计算方法，其特征在于，所述第二分压电路包括多个串联相接的第二分压电阻，所述第三滤波电路包括第三滤波电容与第三滤波电阻，所述第三滤波电容以及第三滤波电阻的一端均与第二分压电路的尾端第二分压电阻相连，且第三滤波电容以及第三滤波电阻的另一端均接地。
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