CN105743139A - 基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，包括依次连接的三相交流输入电路、三相可控整流电路、直流滤波电路、直流输出开关电路、主控制器和触摸屏，主控制器包括DSP处理器、存储器、电源、电压电流测量电路、输入检测电路、输出控制电路、输出驱动电路、RS485通信接口和CAN通信接口，电压电流测量电路连接三相可控整流电路，输入检测电路分别连接三相可控整流电路和直流输出开关电路，输出控制电路分别连接三相交流输入电路和直流输出开关电路，输出驱动电路连接三相可控整流电路，RS485通信接口连接触摸屏，CAN通信接口连接BMS系统。与现有技术相比，本发明具有操作方便、可控性强、安全性能好等优点。

Description

基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机

技术领域

本发明涉及一种充电机，尤其是涉及一种基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机。

背景技术

国内目前充电机生产厂较多，大多数厂家的用户对象为传统用户，比如汽车启动电池，叉车电池，电瓶车电池，程控交换机备用电源电池，电力操作电源备用电池等，但这些与轨道交通用的动力电池都有所不同，一般充电电池的充电电压约为几十伏不等，而轨道交通用的动力电池的高压充电电压约为1300V，为了保证轨道交通用的动力电池稳定充电，要求对应的充电机能够高压输出、输出电压电流更稳定、便于实时监控，以及可调节控制参数，可调用查看历史运行参数和故障信息。一般充电机的主电路主要有工频变压器整流式，可控硅调压式，开关电源式等等，采用的充电曲线有恒压，恒流，脉冲，涓流等等，这些曲线要么独立设置，要么自动按流程运行。传统充电机存在以下缺陷：

1)对电池的状态不了解时，不能对电池进行检测判断，不知如何选择充电方式。

2)充电模式的单一化，输出电压可控性差，不能满足对多品种电池的充电。

3)不能检测电池的温度及容量，无法优化充电曲线，导致充电低效或者影响电池寿命。

目前，市面上的充电机显示控制部分实现方式有三种：液晶按键组合控制方式、PC机控制方式、触摸屏控制方式。触摸屏控制方式与液晶按键组合控制方式相比，具有较好的人机交互界面、触控效率高，还提供了较高的安全性能、抗恶劣气候性能和耐磨性。如果只采用PC机控制方式的话，同时轨道交通用的充电机离PC机有一段距离，那么对操作人员来说，是极其不方便的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，并考虑了功能需求、成本等各个方面，而提供一种基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，可用于控制、显示充电过程中的实时数据、运行参数以及故障信息等的显示。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，连接电池组，包括依次连接的三相交流输入电路、三相可控整流电路、直流滤波电路和直流输出开关电路，还包括主控制器和触摸屏，所述主控制器包括DSP处理器，以及连接DSP处理器的存储器、电源、电压电流测量电路、输入检测电路、输出控制电路、输出驱动电路、RS485通信接口和CAN通信接口，所述电压电流测量电路连接三相可控整流电路的输入输出端，所述输入检测电路分别连接三相可控整流电路和直流输出开关电路，所述输出控制电路分别连接三相交流输入电路和直流输出开关电路，所述输出驱动电路连接三相可控整流电路，所述RS485通信接口连接触摸屏，所述CAN通信接口连接电池组的BMS系统。

所述三相交流输入电路包括依次连接的三相空气开关、三相缓冲电路、三相隔离降压变压器和三相电感。

所述三相可控整流电路包括组成三相全桥整流电路的六个IGBT、用于检测流过IGBT电流的交流霍尔传感器、用于驱动IGBT的驱动板和并联于三相全桥整流电路直流输出两端的吸收电容，所述驱动板连接输出驱动电路，所述交流霍尔传感器连接输入检测电路。

所述IGBT的型号为FF300R17ME4，所述驱动板的型号为2SP0115T2A0-17。

所述DSP处理器为TMS320F280X系列DSP。

所述存储器为EEPROM。

所述主控制器还包括连接DSP处理器的时钟电路和复位电路。

该充电机还包括用于远程控制的上位机，所述上位机通过无线网络连接DSP处理器。

所述触摸屏的显示界面包括以下界面模块：

主界面模块，用于显示运行参数，包括充电电压、充电电流、充电容量、充电时间、电池组电压以及工作状态，同时显示当前日期与时间；

运行信息界面模块，用于显示实时数据、实时故障和充电曲线；

历史信息界面模块，用于显示历史故障信息和历史运行数据；

参数设置界面模块，用于显示系统参数、充电参数和通讯参数；

本地/远程界面模块，用于切换由远程的上位机或由本地的触摸屏输入操作指令。

所述运行信息界面模块包括：

实时数据界面子模块，用于显示充电机的输入电压、输入电流、输入频率，以及电池组的单体最高电压、单体最高温度、电池组电压；

所述实时故障界面子模块，用于显示故障信息，包括输入故障信息、电池组故障信息和充电机故障信息；

所述充电曲线界面子模块，用于显示充电电压、充电电流、充电容量随时间变化的曲线；

所述参数设置界面模块包括：

所述系统参数界面子模块，用于显示和设置系统参数；

所述充电参数界面子模块，用于设置充电电压、充电电流、充电时间以及充电控制方式、充电模式；

所述通讯参数界面子模块，用于设置充电机的地址和通讯波特率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明采用触摸屏设置，具有较好的人机交互界面、触控效率高，还提供了较高的安全性能、抗恶劣气候性能和耐磨性。

2)本发明对触摸屏的显示界面进行了设置，包括主界面模块、运行信息界面模块、历史信息界面模块、参数设置界面模块和本地/远程界面模块，对应实现不同的功能，各个界面模块切换方便，大大提供了操作的方便性，提高触控的效率。

3)本发明通过主控制器与电池组的BMS(BatteryManagementSystem)系统进行通信，动态检测电池的状态：单体最高电压、单体最高温度、电池组电压等参数，优化充电曲线，使充电低耗高效，延长电池使用寿命。

4)本发明中DSP处理器通过电压电流测量电路采集数据，进行参数设置后，通过输出驱动电路对三相可控整流电路中的IGBT进行控制，实现输出不同的充电曲线，可适用于不同类型电池组的供电模式。

5)本发明中输入检测电路用于检测三相可控整流电路中IGBT以及直流输出开关电路是否正常开关，若出现故障，则将相应的故障信息反馈回DSP处理器，进而提示操作人员，可以有效的防止电路故障导致进一步危害。

6)本发明中设置输出控制电路，触摸屏或上位机向DSP处理器发送控制命令后，DSP处理器进而通过输出控制电路对充电机的输入输出进行打开或断开，实现充电机输入输出的自动化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中主控制器的结构示意图；

图3为本发明中三相可控整流电路的结构示意图；

图4为本发明中直流滤波电路的结构示意图；

图5为本发明中触摸屏的显示界面示意图。

图中：1、三相交流输入电路，2、三相可控整流电路，3、直流滤波电路，4、直流输出开关电路，5、主控制器，6、触摸屏，7、电池组，8、BMS系统，51、DSP处理器，52、存储器，53、电源，54、电压电流测量电路，55、输入检测电路，56、输出控制电路，57、输出驱动电路，58、RS485通信接口，59、CAN通信接口，60、时钟电路，61、复位电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机包括依次连接的三相交流输入电路1、三相可控整流电路2、直流滤波电路3和直流输出开关电路4，直流输出开关电路4连接电池组7，实现电池组7的恒流恒压充电，还包括主控制器5和触摸屏6，如图2所示，主控制器5包括DSP处理器51，以及连接DSP处理器51的存储器52、电源53、电压电流测量电路54、输入检测电路55、输出控制电路56、输出驱动电路57、RS485通信接口58和CAN通信接口59，电压电流测量电路54连接三相可控整流电路2的输入输出端，输入检测电路55分别连接三相可控整流电路2和直流输出开关电路4，输出控制电路56分别连接三相交流输入电路1和直流输出开关电路4，输出驱动电路57连接三相可控整流电路2，RS485通信接口58连接触摸屏6，CAN通信接口59连接电池组7的BMS系统8。DSP处理器51实时采样三相交流电压、三相交流电流以及直流输出电压、直流输出电流，采用SVPWM控制算法实现三相全桥PWM整流升压控制，直流输出电压和直流输出电流PI调节，PI输出量馈入SVPWM控制算法，实现单位功率因数的PWM升压整流。电压电流测量电路54、输入检测电路55、输出控制电路56和输出驱动电路57为现有的电路结构。该充电机还包括用于远程控制的上位机，上位机通过无线网络连接DSP处理器51。

三相交流输入电路1包括依次连接的三相空气开关、三相缓冲电路、三相隔离降压变压器和三相电感。三相空气开关选用额定电流80A即可。三相缓冲电路由缓冲电阻和缓冲接触器组成，缓冲电阻选用100R/10W正阳铝壳电阻，缓冲接触器由主、辅接触器组成，主接触器最大耐受电流(Iin_max)为58.3A。

如图3所示，三相可控整流电路2包括组成三相全桥整流电路的六个绝缘栅双极型晶体管IGBT、用于检测流过IGBT电流的交流霍尔传感器、用于驱动IGBT的驱动板和并联于三相全桥整流电路直流输出两端的吸收电容，驱动板连接输出驱动电路57，交流霍尔传感器连接输入检测电路55。由于直流母线电压高达1300V，因此功率器件IGBT要选择耐压1700V以上功率管，流过IGBT最大电流为：

I_igbt＝Pin/((380/1.15)*(270/400))/1.732＝33371/223/1.732＝86.4A

IGBT选择一般按2.5倍电流选取，即216A，因此选用IGBT的型号为FF300R17ME4。交流霍尔传感器检测流过IGBT电流，因为IGBT最大电流86.4A，所以选取额定电流100A的传感器。驱动板选择与英飞凌型号FF300R17ME4配套的驱动，则选取2SP0115T2A0-17的Concept驱动模块作为IGBT驱动。功率器件开关都会产生相应的浪涌电压，浪涌电压过高会损坏功率器件运行，因此功率器件直流输入端需加个吸收电路降低开关的浪涌电压，通常添加一个luf容值的高压无感电容。考虑到母线电压1300V，选取EPCOS1700V/luf吸收电容。

如图4所示，直流滤波电路3主要由直流支撑电容与母排构成，直流母线高达1300V，通常的电解电容都不足以满足系统要求。需要采用高耐压的薄膜电容，选用EPCOS的MKPDC-LINK1300V/360UF。

直流输出开关电路4包括设于直流母线正极的防反二极管和设于直流母线正负极上的通断接触器和继电器，用于控制直流输出和防止电流反灌。

如图2所示，DSP处理器51为TMS320F280X系列DSP。主控制器5还包括连接DSP处理器51的时钟电路60和复位电路61，时钟电路60、电源53以及复位电路61是DSPCPU正常工作必备电路，是保证DSP处理器51正常工作基本电路。存储器52为EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)，是为存储设置参数、系统参数以及运行参数记录配置的存储单元。电压电流测量电路54采样输入、输出的电压、电流信号，送入DSP处理器51实现充电的各种模式控制，同时在触摸屏6或上位机上显示出运行过程中的设备各电压、电流参数。输入检测电路55主要实现输入开关量检测信号，如IGBT故障信号、启动按钮信号等。输出控制电路56主要是控制三相交流输入电路1的输入、继电器以及通断接触器通断等。输出驱动电路57实现DSPPWM信号的电平转换以及直通互锁和IGBT驱动模块的结构转换。通信模块包含两部分，一个是RS485通信接口58，负责与触摸屏6显示系统通讯，通过这个通讯链路把系统各种需要显示上传到触摸屏6显示出来，另一个是CAN通信接口59，主要实现与动力应急牵引电池模组BMS系统8通讯，获取电池的相关信息。

本发明设有触摸屏6，用户通过触摸屏6的菜单全图进行控制，如图5所示，在每个界面上设置了三个按钮，分别是启动/停止、主页面、功能表，在除主界面的任一界面上无操作30s后，自动跳转到主界面，因此，通过菜单触摸选择可方便进行相应的操作，其中，触摸屏6的显示界面包括以下界面模块：

主界面模块，用于显示运行参数，包括充电电压、充电电流、充电容量、充电时间、电池组电压以及工作状态，同时显示当前日期与时间。

运行信息界面模块，用于显示实时数据、实时故障和充电曲线，包括：

1)实时数据界面子模块，用于显示充电机的输入电压、输入电流、输入频率，以及电池组7的单体最高电压、单体最高温度、电池组电压；

2)充电曲线界面子模块，用于显示充电电压、充电电流、充电容量随时间变化的曲线；

3)实时故障界面子模块，用于显示故障信息，包括输入故障信息，其中具体包括输入电压异常、输入频率异常、输入相序错误；电池组故障信息，其中包括电池未接/反接、电池单体过高、电池单体过热；以及充电机故障信息，其中包括充电机过流、充电机过热、功率器件故障、急停故障；

历史信息界面模块，用于显示历史故障信息和历史运行数据。

参数设置界面模块，用于显示系统参数、充电参数和通讯参数，包括：

1)系统参数界面子模块，用于显示和设置系统参数，可选择设备信息及固件版本界面、时钟界面、LCD屏背光时间界面、修改密码界面或重启屏界面；

2)充电参数界面子模块，用于设置充电电压、充电电流、充电时间以及充电控制方式(本地强充或者BMS控充)、充电模式(恒流充电模式或者恒流恒压充电)；

3)通讯参数界面子模块，用于设置充电机的地址和通讯波特率。

本地/远程界面模块，用于切换由远程的上位机或由本地的触摸屏6输入操作指令。用户可以直接通过触摸屏6对充电机进行控制，这种操作称作本地操作；若在上位机上操作，就称为远程操作。

Claims (10)

1.一种基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，连接电池组，包括依次连接的三相交流输入电路、三相可控整流电路、直流滤波电路和直流输出开关电路，其特征在于，还包括主控制器和触摸屏，所述主控制器包括DSP处理器，以及连接DSP处理器的存储器、电源、电压电流测量电路、输入检测电路、输出控制电路、输出驱动电路、RS485通信接口和CAN通信接口，所述电压电流测量电路连接三相可控整流电路的输入输出端，所述输入检测电路分别连接三相可控整流电路和直流输出开关电路，所述输出控制电路分别连接三相交流输入电路和直流输出开关电路，所述输出驱动电路连接三相可控整流电路，所述RS485通信接口连接触摸屏，所述CAN通信接口连接电池组的BMS系统。

2.根据权利要求1所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述三相交流输入电路包括依次连接的三相空气开关、三相缓冲电路、三相隔离降压变压器和三相电感。

3.根据权利要求1所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述三相可控整流电路包括组成三相全桥整流电路的六个IGBT、用于检测流过IGBT电流的交流霍尔传感器、用于驱动IGBT的驱动板和并联于三相全桥整流电路直流输出两端的吸收电容，所述驱动板连接输出驱动电路，所述交流霍尔传感器连接输入检测电路。

4.根据权利要求3所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述IGBT的型号为FF300R17ME4，所述驱动板的型号为2SP0115T2A0-17。

5.根据权利要求1所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述DSP处理器为TMS320F280X系列DSP。

6.根据权利要求1所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述存储器为EEPROM。

7.根据权利要求1所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述主控制器还包括连接DSP处理器的时钟电路和复位电路。

8.根据权利要求1所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，该充电机还包括用于远程控制的上位机，所述上位机通过无线网络连接DSP处理器。

9.根据权利要求8所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述触摸屏的显示界面包括以下界面模块：

主界面模块，用于显示运行参数，包括充电电压、充电电流、充电容量、充电时间、电池组电压以及工作状态，同时显示当前日期与时间；

运行信息界面模块，用于显示实时数据、实时故障和充电曲线；

历史信息界面模块，用于显示历史故障信息和历史运行数据；

参数设置界面模块，用于显示系统参数、充电参数和通讯参数；

本地/远程界面模块，用于切换由远程的上位机或由本地的触摸屏输入操作指令。

10.根据权利要求9所述的基于触摸屏的轨道交通智能高压充电机，其特征在于，所述运行信息界面模块包括：

实时数据界面子模块，用于显示充电机的输入电压、输入电流、输入频率，以及电池组的单体最高电压、单体最高温度、电池组电压；

所述实时故障界面子模块，用于显示故障信息，包括输入故障信息、电池组故障信息和充电机故障信息；

所述充电曲线界面子模块，用于显示充电电压、充电电流、充电容量随时间变化的曲线；

所述参数设置界面模块包括：

所述系统参数界面子模块，用于显示和设置系统参数；

所述充电参数界面子模块，用于设置充电电压、充电电流、充电时间以及充电控制方式、充电模式；

所述通讯参数界面子模块，用于设置充电机的地址和通讯波特率。