CN108539835A - 一种ac-dc电池充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AC‑DC电池充电装置，EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、DC‑DC非隔离转换电路和绝缘阻抗检测电路依次串接，EMC滤波电路接交流输入端，绝缘阻抗检测电路接直流输出端；交流电网电压电流采样电路的采样端接交流输入端，输出端接控制芯片和备份控制芯片；电池电压电流采样电路的采样端接直流输出端和电池电压电流采样电路的输出端分别接控制芯片和备份控制芯片；漏电电流检测电路的检测信号和绝缘阻抗检测电路的检测信号分别接控制芯片和备份控制芯片的信号输入端；控制芯片和备份控制芯片的控制信号输出端接PFC功率电路和DC‑DC非隔离转换电路。本发明的AC‑DC电池充电装置控制精度高，转换效率高，功率损耗小，充电成本低，安全可靠性高。
Description
[技术领域]
本发明涉及电池充电装置，尤其涉及一种AC-DC电池充电装置。
[背景技术]
在能源制约、环境污染等大背景下，世界各国将发展新能源作为改善环境、节约成本的重要举措。其中电动汽车凭借绿色、环保、节能、零排放、无污染等优点，具有易于实现智能化、运行平稳、无噪声等优势，已经呈势不可挡的趋势，与其配套的电动汽车充电装置也得到大力的发展。目前电动汽车充电装置分为两种，一种为交流充电桩，通过车载充电机给电池充电，充电功率较小，充电时间较长；另一种为直流充电桩，通过外置充电模块直接给电池充电，充电功率较大，充电时间较短。无论采用那种充电装置，现有的功率变换均应用到DC-DC高频隔离变压器，具体功率变换电路如图1所示。
采用DC-DC高频隔离变压器虽然在应用安全方面比非隔离技术有优势，但严重制约转换效率的提升。现有高频隔离变压器处理的功率有限，制约了电池充电功率的提升，车载充电机功率大多在6.6kW左右，导致充电时间过长；直流充电桩通过多个模块并联的方式实现扩容，存在成本高、故障率高的弊端。
转换效率低带来的另外一个问题是运营成本和充电成本高：因转换效率低，装置发热量大，导致散热处理难度高，散热系统耗能大，运营成本增加；因转换效率低，功率损耗大，AC转化成电池的储能少，充电成本偏高。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种控制精度高，转换效率高，功率损耗小，充电成本较低，安全可靠性高的AC-DC电池充电装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种AC-DC电池充电装置，包括交流输入端、交流电网电压电流采样电路、EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路、绝缘阻抗检测电路、电池电压电流采样电路、直流输出端和控制电路；EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路和绝缘阻抗检测电路依次串接，EMC滤波电路的输入端接交流输入端，绝缘阻抗检测电路的输出端接直流输出端；控制电路包括控制芯片和备份控制芯片，备份控制芯片与控制芯片并联；交流电网电压电流采样电路的采样端接交流输入端，输出端接控制芯片和备份控制芯片；电池电压电流采样电路的采样端接直流输出端和电池电压电流采样电路的输出端分别接控制芯片和备份控制芯片；漏电电流检测电路的交流漏电电流检测信号输出端，绝缘阻抗检测电路的电池绝缘阻抗检测信号输出端分别接控制芯片和备份控制芯片的信号输入端；控制芯片和备份控制芯片的控制信号输出端分别接PFC功率电路和DC-DC非隔离转换电路。
以上所述的AC-DC电池充电装置，控制电路根据交流电网电压值和交流电网输入的电流值、电池的充电电压值和电池的充电电流值并进行比对一致，对PFC功率电路和DC-DC非隔离转换电路进行控制，使直流输出端输出设定的充电电压和充电电流。
以上所述的AC-DC电池充电装置，开机时，控制芯片与备份控制芯片同时对交流电网电压、电池的充电电压、电池绝缘阻抗进行采样，并对采样值进行两两比对，判断是否一致。如不满足一致性要求，就进行故障报警；如满足一致要求，则再根据电池绝缘阻抗值、交流电网电压值和电池电压值判定是否满足开机要求，如果满足开机要求，就控制DC-DC非隔离转换电路开机；如果不满足开机要求，就进行故障报警。
以上所述的AC-DC电池充电装置，控制芯片和备份控制芯片实时检测漏电电流值的大小并进行实时比对，如漏电电流在阀值范围内并且比对一致，控制芯片控制PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路进行控制，使直流输出端输出设定的充电电压和充电电流，否则进行关停机。
以上所述的AC-DC电池充电装置，控制芯片和备份控制芯片均未出现异常时，由控制芯片完成电路控制工作，备份控制芯片完成采样数据比对工作；控制芯片出现异常时，备份控制芯片代替控制芯片完成电路关停机工作；备份控制芯片出现异常时，则由控制芯片立即完成电路关停机工作。
本发明的AC-DC电池充电装置控制精度高，转换效率高，功率损耗小，充电成本较低，安全可靠性高。
[附图说明]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术AC-DC电池充电装置的电路框图。
图2是本发明实施例AC-DC电池充电装置的电路框图。
[具体实施方式]
本发明实施例AC-DC电池充电装置的电路的结构和原理如图2所示，包括交流输入端、交流电网电压电流采样电路、EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、母线电容、DC-DC非隔离转换电路、绝缘阻抗检测电路、电池电压电流采样电路、直流输出端和控制电路。
EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路和绝缘阻抗检测电路依次串接，EMC滤波电路的输入端接交流输入端，绝缘阻抗检测电路的输出端接直流输出端。母线电容接在PFC功率电路与DC-DC非隔离转换电路之间的母线上。
控制电路包括控制芯片和备份控制芯片，备份控制芯片与控制芯片并联，控制芯片和备份控制芯片均未出现异常时，由控制芯片完成电路控制工作，备份控制芯片完成采样数据比对工作；控制芯片出现异常时，备份控制芯片代替控制芯片完成电路关停机工作；备份控制芯片出现异常时，则由控制芯片立即完成电路关停机工作。
交流电网电压电流采样电路的采样端接交流输入端，输出端接控制芯片和备份控制芯片，电池电压电流采样电路的采样端接直流输出端，电池电压电流采样电路的输出端接控制芯片和备份控制芯片。漏电电流检测电路的交流漏电电流检测信号输出端和绝缘阻抗检测电路的电池绝缘阻抗检测信号分别接控制芯片和备份控制芯片的信号输入端。
控制芯片和备份控制芯片的控制信号输出端分别接PFC功率电路和DC-DC非隔离转换电路。
当AC-DC电池充电装置得到开机指令后，由控制芯片和备份控制芯片同时进行信号检测并进行比对一致，根据电池绝缘阻抗值、交流电网电压值和电池电压值判定是否满足开机要求，如果比对一致并且各检测值都满足开机要求，就控制DC-DC非隔离转换电路开机。否则，就进行故障报警。
AC-DC电池充电装置正常工作时，控制电路根据交流电网电压值和交流电网输入的电流值、电池的充电电压值和电池的充电电流值并进行比对，对PFC功率电路和DC-DC非隔离转换电路进行控制，使直流输出端输出设定的充电电压和充电电流。
控制芯片和备份控制芯片实时检测漏电电流值的大小并进行实时比对，如漏电电流在阀值范围内并且比对一致，控制芯片控制PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路进行控制，使直流输出端输出设定的充电电压和充电电流，否则进行关停机。。
当控制芯片和备份控制芯片中任意一方出现异常时，则由另一方执行安全关停机、报警的功能，确保装置在单点故障时的安全性。当装置得到关停机指令后，则由控制芯片启动关停机操作。整个过程均对安全信号进行检测，确保装置的安全性和法规符合性。
本发明以上实施例的电池充电装置采用非隔离型DC-DC转换技术，较隔离型DC-DC转换技术，由于少了变压的能损耗和DC-AC-AC-DC转换过程，简化了功率转换电路，相对电路较简单，具有可靠性高、成本便宜、转换效率高的优点，降低了电池充电装置的初装成本、运营成本、充电成本，减少了能源的损耗，节能环保。由于非隔离型DC-DC转换技术不受高频变压器容量的制约，在单模块功率、功率密度方面也具有非常大的优势。
本发明电池充电装置引入控制电路双重备份设计、电池绝缘阻抗检测以及漏电电流检测电路。控制电路双重备份确保在装置单点故障应用时的安全性，满足安规认证要求；器件双重备份对采样数据进行双重处理比对，确保采样数据准确性，提高控制精度；电池绝缘阻抗检测确保所充电电池的绝缘系统达标，避免因电池绝缘系统失效引起的触电或系统装置损坏；漏电电流检测电路在装置运行过程中实时检测系统绝缘系统状态，确保装置应用中安全可靠。
本发明以上实施例的关键核心控制电路采用1+1备份设计，当任一控制芯片出现故障时，由另外一个备份控制芯片承担起安全关停机、报警的功能，确保装置的安全使用。交流电压电流、电池电压电流、漏电电流、绝缘阻抗等关键信号检测均采用备份设计，并分别传输给控制芯片、备份控制芯片，由控制芯片与备份控制芯片进行实时采样比对，确保检测数据的准确性、一致性，保障装置在单点故障时的安全性。
由此可见，本发明以上实施例电池充电装置采用非隔离DC-DC转换技术，同时引入控制电路冗余设计、漏电电流检测、绝缘阻抗检测技术，具有控制精度高、转换效率高、规模容量大、功率密度高、投资成本低、运营成本低、使用成本低、安全可靠性高的优点，可以极大地推动电动车充电桩的发展。
Claims (5)
1.一种AC-DC电池充电装置，其特征在于，包括交流输入端、交流电网电压电流采样电路、EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路、绝缘阻抗检测电路、电池电压电流采样电路、直流输出端和控制电路；EMC滤波电路、漏电电流检测电路、PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路和绝缘阻抗检测电路依次串接，EMC滤波电路的输入端接交流输入端，绝缘阻抗检测电路的输出端接直流输出端；控制电路包括控制芯片和备份控制芯片，备份控制芯片与控制芯片并联；交流电网电压电流采样电路的采样端接交流输入端，输出端接控制芯片和备份控制芯片；电池电压电流采样电路的采样端接直流输出端，电池电压电流采样电路的输出端分别接控制芯片和备份控制芯片；漏电电流检测电路的交流漏电电流检测信号输出端和绝缘阻抗检测电路的电池绝缘阻抗检测信号输出端分别接控制芯片和备份控制芯片的信号输入端；控制芯片和备份控制芯片的控制信号输出端分别接PFC功率电路和DC-DC非隔离转换电路。
2.根据权利要求1所述的AC-DC电池充电装置，其特征在于，控制电路根据交流电网电压值和交流电网输入的电流值、电池的充电电压值和电池的充电电流值并进行比对一致，对PFC功率电路和DC-DC非隔离转换电路进行控制，使直流输出端输出设定的充电电压和充电电流。
3.根据权利要求1所述的AC-DC电池充电装置，其特征在于，开机时，控制芯片与备份控制芯片同时对交流电网电压、电池的充电电压、电池绝缘阻抗进行采样，并对采样值进行两两比对，判断是否一致，如不满足一致性要求，就进行故障报警；如满足一致要求，则再根据电池绝缘阻抗值、交流电网电压值和电池电压值判定是否满足开机要求，如果满足开机要求，就控制DC-DC非隔离转换电路开机；如果不满足开机要求，就进行故障报警。
4.根据权利要求1所述的AC-DC电池充电装置，其特征在于，控制芯片和备份控制芯片实时检测漏电电流值的大小并进行实时比对，如漏电电流在阀值范围内并且比对一致，控制芯片控制PFC功率电路、DC-DC非隔离转换电路进行控制，使直流输出端输出设定的充电电压和充电电流，否则进行关停机。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的AC-DC电池充电装置，其特征在于控制芯片和备份控制芯片均未出现异常时，由控制芯片完成电路控制工作，备份控制芯片完成采样数据比对工作；控制芯片出现异常时，备份控制芯片代替控制芯片完成电路关停机工作；备份控制芯片出现异常时，则由控制芯片立即完成电路关停机工作。
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