CN108964191B - 开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路，温度检测单元实时检测电动汽车蓄电池充电时的发热温升，转换为电压进入及脉宽调制单元经积分后一路经比较器产生PWM脉冲信号进入电池管理系统，另一路经缓冲后输出，有过热迹象时晶闸管触发单元中稳压管Z1击穿、晶闸管VTL1导通，电阻R6、电阻R7串联分压后电压1.5V加到开关管保护单元中三极管Q2的基极，当继续发热且电阻R9和热敏电阻RT2串联分压后电压即三极管Q2发射极电压高于2.2V，三极管Q2导通、开关管Q1截止，切断充电回路，提高了过热保护的可靠性。有效的解决了目前过热保护易误动作且不具备将发热情况反馈到电池管理系统，由电池管理系统及时调节电动汽车蓄电池充电功率功能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别是涉及开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路。
背景技术
随着电动汽车越来越普及，对于电动汽车蓄电池充电的可靠性和安全性要求越来越高，2016年1月1号国家实施了最新的充电标准GB/T 18487.1-2015，根据此标准，电动汽车充电要设置过热、过流、漏电、接地等保护功能，电动汽车蓄电池常规充电时，充电电流小、时间长，为了提高充电效率（减少充电时间），采用高功率（高电压、大电流、功率在30KW以上）进行快速充电，长时间接收大量的电量会导致蓄电池过热，目前采用热保护器、热继电器、感温装置、温控开关、开关管等串联在充电回路，电流大通过时金属器件发热触点离开进行断开保护，这些保护虽然简单，但瞬时大电流及环境温度影响易造成器件误动作且不具备将发热情况反馈到电池管理系统，由电池管理系统及时调节电动汽车蓄电池充电功率的功能。
所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路，有效的解决了目前过热保护易误动作且不具备将发热情况反馈到电池管理系统，由电池管理系统及时调节电动汽车蓄电池充电功率功能的问题。
其解决的技术方案是，包括温度检测单元、积分及脉宽调制单元、晶闸管触发单元、开关管保护单元，其特征在于，所述温度检测单元采用热敏电阻RT1感应电源U1通过二极管D1向电动汽车蓄电池P1充电时的温升，热敏电阻RT1与电阻R1组成的分压电路将温升转为电压信号，经电容C1滤除干扰后输出，所述积分及脉宽调制单元接收温度检测单元101输出的电压信号，经运算放大器AR1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的温升变化率对应的电压信号，电压信号一路进入运算放大器AR2为核心的比较器输出一定脉冲占空比的PWM脉冲到电池管理系统，另一路经电容C3串联电阻R5缓冲、电容C4滤波后进入晶闸管触发单元，电压信号高于晶闸管触发单元中稳压管Z1的稳压值3.2V时，稳压管Z1反向击穿，电压信号、击穿的稳压管Z1、晶闸管VTL1的控制极、阴极、电阻R6构成电流流通的回路，触发晶闸管VTL1导通，充电电源U1经电阻R6、电阻R7组成的串联分压电路分压后输出，此后加到开关管保护单元中三极管Q2的基极，三极管Q2发射极电位由电阻R9和热敏电阻RT2组成的分压电路提供，当继续发热且分压后电压高于2.2V时，三极管Q2的基极电位低于发射极电位，三极管Q2饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，以此实现过热保护；
所述晶闸管触发单元包括稳压管Z1，稳压管Z1的负极连接积分及脉宽调制单元102的输出端以接收积分及脉宽调制单元102的输出信号，稳压管Z1的正极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极通过电阻R7连接二极管D1的负极，晶闸管VTL1的阴极分别连接接地电阻R6的一端、开关管保护单元104中三极管Q2的基极；
所述开关管保护单元包括三极管Q2，三极管Q2的集电极分别连接电阻R8的一端、开关管Q1的基极，电阻R8的另一端和开关管Q1的集电极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电源U1的正极，三极管Q2的发射极分别连接电阻R9的一端、热敏电阻RT2的一端，热敏电阻RT2的另一端连接地，开关管Q1的发射极和电阻R9的另一端连接电动汽车蓄电池P1的正极，电动汽车蓄电池P1的负极和电源U1的负极连接地。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
1，通过热敏电阻RT1能实时检测电动汽车蓄电池充电时的发热温升，转换为电压后积分获得温升变化率，一路产生PWM脉冲信号进入电池管理系统，由电池管理系统控制充电功率，减轻了电池管理系统温度信号转PWM脉冲信号的负担，提高了电池管理系统的工作效率，另一路经缓冲后输出，有过热迹象时稳压管Z1击穿，晶闸管VTL1导通，偏置电压1.5V加到三极管Q2的基极，当热敏电阻RT2检测继续发热且分压后电压高于2.2V时，三极管Q2饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，以此实现过热保护，提高了过热保护的可靠性；
2，电压信号高于晶闸管触发单元中稳压管Z1的稳压值3.2V时，稳压管Z1反向击穿，触发晶闸管VTL1导通，充电电源U1经电阻R6、电阻R7组成的串联分压电路分压后输出，即初步判断有发热迹象，此后作为偏置电压加到开关管保护单元中三极管Q2的基极，三极管Q2发射极电位由电阻R9和热敏电阻RT2组成的分压电路提供，当继续发热且分压后电压高于2.2V时，确定已经过热，此时三极管Q2发射结正向偏置饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，避免了过热保护误动作的现象发生，提高了过热保护的可靠性。
附图说明
图1为本发明开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路的模块图。
图2为本发明开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路的原理图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
实施例一，开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路，所述温度检测单元101采用热敏电阻RT1感应电源U1通过二极管D1向电动汽车蓄电池P1充电时的温升，热敏电阻RT1与电阻R1组成的分压电路将温升转为电压信号，经电容C1滤除干扰后输出，所述积分及脉宽调制单元102接收温度检测单元101输出的电压信号，经运算放大器AR1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的温升变化率对应的电压信号，电压信号一路进入运算放大器AR2为核心的比较器输出一定脉冲占空比的PWM脉冲到电池管理系统，由电池管理系统及时调节电动汽车蓄电池充电功率（其具体调节过程为现有技术，在此不再详述），减轻了电池管理系统温度信号转PWM脉冲信号的负担，提高了电池管理系统的工作效率，另一路经电容C3串联电阻R5缓冲、电容C4滤波后进入晶闸管触发单元103，电压信号高于晶闸管触发单元103中稳压管Z1的稳压值3.2V时，稳压管Z1反向击穿，电压信号、击穿的稳压管Z1、晶闸管VTL1的控制极、阴极、电阻R6、地构成电流流通的回路，触发晶闸管VTL1导通，充电电源U1经电阻R6、电阻R7组成的串联分压电路分压后输出，此后作为偏置电压加到开关管保护单元104中三极管Q2的基极，三极管Q2发射极电位由电阻R9和正温度系数的热敏电阻RT2组成的分压电路提供，电压很小，当继续发热且分压后电压高于2.2V时（在此设置电阻R9的阻值小于热敏电阻RT2的阻值），即三极管Q2的基极电位低于发射极电位，三极管Q2饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，以此实现过热保护，提高了过热保护的可靠性；
所述晶闸管触发单元103接收积分缓冲后的电压信号，超过稳压管Z1的稳压值3.2V时，稳压管Z1反向击穿，电压信号加到晶闸管VTL1的控制极，此时电压信号、击穿的稳压管Z1、晶闸管VTL1的控制极、阴极、电阻R6、地构成电流流通的回路，触发晶闸管VTL1导通，充电电源U1经电阻R6、导通的晶闸管VTL1、电阻R7组成的串联分压电路分压后输出，在此设置电阻R6的阻值小于电阻R7的阻值，且分压后电压为1.5V，包括稳压管Z1，稳压管Z1的负极连接积分及脉宽调制单元102的输出端以接收积分及脉宽调制单元102的输出信号，稳压管Z1的正极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极通过电阻R7连接二极管D1的负极，晶闸管VTL1的阴极分别连接接地电阻R6的一端、开关管保护单元104中三极管Q2的基极；
所述开关管保护单元104用于通过开关管Q1（大功率开关管，其导通电阻小、功耗低）的导通或截止来接通或断开充电电源U1向电动汽车蓄电池P1的充电回路，具体的，过热时，晶闸管触发单元103输出的分压电压1.5V加到三极管Q2的基极，三极管Q2发射极电位由电阻R9和热敏电阻RT2组成的分压电路提供，电压很小，当继续发热且分压后电压高于2.2V时（在此设置电阻R9的阻值小于热敏电阻RT2的阻值），即三极管Q2的基极电位低于发射极电位，三极管Q2饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，以此实现过热保护，提高了过热保护的可靠性，包括三极管Q2，三极管Q2的集电极分别连接电阻R8的一端、开关管Q1的基极，电阻R8的另一端和开关管Q1的集电极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电源U1的正极，三极管Q2的发射极分别连接电阻R9的一端、热敏电阻RT2的一端，热敏电阻RT2的另一端连接地，开关管Q1的发射极和电阻R9的另一端连接电动汽车蓄电池P1的正极，电动汽车蓄电池P1的负极和电源U1的负极连接地。
实施例二，在实施例一的基础上，所述温度检测单元101通过设置在电动汽车蓄电池P1附近的负温度系数热敏电阻RT1，感应电源U1通过二极管D1向电动汽车蓄电池P1充电时的温升（其中二极管D1为防止电源U1电量低时，电动汽车蓄电池P1向电源U1充电），热敏电阻RT1与电阻R1组成的分压电路将温升转为电压信号，具体的温度升高时，热敏电阻RT1的阻值变小，分压电路分压点的电压信号变大，经电容C1滤除干扰后输出，包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的上端连接二极管D1的负极，热敏电阻RT1的下端分别连接电阻R1的一端、电容C1的一端，热敏电阻RT1的下端为温度检测单元101的输出端，输出温度检测单元101的输出信号，电阻R1的另一端和电容C1的另一端连接地；所述积分及脉宽调制单元102接收温度检测单元101输出的电压信号，经运算放大器AR1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的温升变化率对应的电压信号，其输出电压信号=1/电阻R2乘以电容C2∫积分及脉宽调制单元102的输入电压信号（t）dt，一定时间的温升变化率由积分时间常数即电阻R2、电容C2的值大小决定，为避免小的输入失调电压将得到放大造成输出电压信号误差设置电阻R4为反馈电阻，之后一路经电容C3串联电阻R5组成的缓冲电路缓冲、电容C4滤除外界干扰信号后传送到晶闸管触发单元103中，另一路进入运算放大器AR2的同相输入端与反相输入端直流电压+5V进行比较，当积分器输出的信号线性递增、递减时，运算放大器AR2分别输出+5V高电平或0V低电平，即生成PWM方波信号进入电池管理系统，由电池管理系统及时调节电动汽车蓄电池充电功率，减轻了电池管理系统温度信号转PWM脉冲信号的负担，提高了电池管理系统的工作效率，包括电阻R2，电阻R2的一端连接温度检测单元101的输出端以接收温度检测单元101的输出信号，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端、电容C2的一端，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R3连接地，电阻R4的另一端分别连接电容C2的另一端、运算放大器AR1的输出端、电容C3的一端、电容C4的一端，电容C3的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端和电容C4的另一端连接地，运算放大器AR1的输出端连接运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端和电容C5的一端连接电源+5V，电容C5的另一端连接地，运算放大器AR2的VCC端和电容C6的一端连接电源+5V，运算放大器AR2的GND端和电容C6的另一端连接地，运算放大器AR2的输出端一路通过电阻R10连接到运算放大器AR1的反相输入端，另一路传送到电池管理系统。
本发明具体使用时，通过设置在电动汽车蓄电池P1附近的负温度系数热敏电阻RT1，感应电源U1通过二极管D1向电动汽车蓄电池P1充电时的温升（其中二极管D1为防止电源U1电量低时，电动汽车蓄电池P1向电源U1充电），热敏电阻RT1与电阻R1组成的分压电路将温升转为电压信号，具体的温度升高时，热敏电阻RT1的阻值变小，分压电路分压点的电压信号变大，经电容C1滤除干扰后输出，经运算放大器AR1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的温升变化率对应的电压信号，其输出电压信号=1/电阻R2乘以电容C2∫积分及脉宽调制单元102的输入电压信号（t）dt，之后一路经电容C3串联电阻R5组成的缓冲电路缓冲、电容C4滤除外界干扰信号后传送到晶闸管触发单元中，另一路进入运算放大器AR2的同相输入端与反相输入端直流电压+5V进行比较，当积分器输出的信号线性递增、递减时，运算放大器AR2分别输出+5V高电平或0V低电平，即生成PWM方波信号进入电池管理系统，由电池管理系统及时调节电动汽车蓄电池充电功率，减轻了电池管理系统温度信号转PWM脉冲信号的负担，提高了电池管理系统的工作效率，晶闸管触发单元中稳压管Z1在积分缓冲后的电压信号超过的稳压值3.2V时，稳压管Z1反向击穿，电压信号加到晶闸管VTL1的控制极，此时电压信号、击穿的稳压管Z1、晶闸管VTL1的控制极、阴极、电阻R6、地构成电流流通的回路，触发晶闸管VTL1导通，充电电源U1经电阻R6、导通的晶闸管VTL1、电阻R7组成的串联分压电路分压后输出，即初步判断有发热迹象，在此设置电阻R6的阻值小于电阻R7的阻值，且分压后电压为1.5V，之后加到三极管Q2的基极，三极管Q2发射极电位由电阻R9和热敏电阻RT2组成的分压电路提供，热敏电阻RT2用于再次检测发热情况，当继续发热且分压后电压高于2.2V时，确定已经过热，三极管Q2饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，以此实现过热保护，避免了过热保护误动作的现象发生，提高了过热保护的可靠性。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.开关管改进型过热保护的电动汽车充电控制电路，包括温度检测单元（101）、积分及脉宽调制单元（102）、晶闸管触发单元（103）、开关管保护单元（104），其特征在于，所述温度检测单元（101）采用热敏电阻RT1感应电源U1通过二极管D1向电动汽车蓄电池P1充电时的温升，热敏电阻RT1与电阻R1组成的分压电路将温升转为电压信号，经电容C1滤除干扰后输出，所述积分及脉宽调制单元（102）接收温度检测单元（101）输出的电压信号，经运算放大器AR1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容C2组成的积分器积分，输出一定时间的温升变化率对应的电压信号，电压信号一路进入运算放大器AR2为核心的比较器输出一定脉冲占空比的PWM脉冲到电池管理系统，另一路经电容C3串联电阻R5缓冲、电容C4滤波后进入晶闸管触发单元（103），电压信号高于晶闸管触发单元（103）中稳压管Z1的稳压值3 .2V时，稳压管Z1反向击穿，电压信号、击穿的稳压管Z1、晶闸管VTL1的控制极、阴极、电阻R6构成电流流通的回路，触发晶闸管VTL1导通，充电电源U1经电阻R6、电阻R7组成的串联分压电路分压后输出，此后加到开关管保护单元（104）中三极管Q2的基极，三极管Q2发射极电位由电阻R9和热敏电阻RT2组成的分压电路提供，当继续发热且分压后电压高于2 .2V时，三极管Q2的基极电位低于发射极电位，三极管Q2饱和导通，使开关管Q1的基极和发射极近于短路，开关管Q1截止，切断充电回路，以此实现过热保护；
所述晶闸管触发单元（103）包括稳压管Z1，稳压管Z1的负极连接积分及脉宽调制单元（102）的输出端以接收积分及脉宽调制单元（102）的输出信号，稳压管Z1的正极连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极通过电阻R7连接二极管D1的负极，晶闸管VTL1的阴极分别连接接地电阻R6的一端、开关管保护单元（104）中三极管Q2的基极；
所述开关管保护单元（104）包括三极管Q2，三极管Q2的集电极分别连接电阻R8的一端、开关管Q1的基极，电阻R8的另一端和开关管Q1的集电极连接二极管D1的负极，二极管D1的正极连接电源U1的正极，三极管Q2的发射极分别连接电阻R9的一端、热敏电阻RT2的一端，热敏电阻RT2的另一端连接地，开关管Q1的发射极和电阻R9的另一端连接电动汽车蓄电池P1的正极，电动汽车蓄电池P1的负极和电源U1的负极连接地；
所述温度检测单元（101）包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的上端连接二极管D1的负极，热敏电阻RT1的下端分别连接电阻R1的一端、电容C1的一端，热敏电阻RT1的下端为温度检测单元（101）的输出端，输出温度检测单元（101）的输出信号，电阻R1的另一端和电容C1的另一端连接地；
所述积分及脉宽调制单元（102）包括电阻R2，电阻R2的一端连接温度检测单元（101）的输出端以接收温度检测单元（101）的输出信号，电阻R2的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R4的一端、电容C2的一端，运算放大器AR1的同相输入端通过电阻R3连接地，电阻R4的另一端分别连接电容C2的另一端、运算放大器AR1的输出端、电容C3的一端、电容C4的一端，电容C3的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端和电容C4的另一端连接地，运算放大器AR1的输出端连接运算放大器AR2的同相输入端，运算放大器AR2的反相输入端和电容C5的一端连接电源+5V，电容C5的另一端连接地，运算放大器AR2的VCC端和电容C6的一端连接电源+5V，运算放大器AR2的GND端和电容C6的另一端连接地，运算放大器AR2的输出端一路通过电阻R10连接到运算放大器AR1的反相输入端，另一路传送到电池管理系统；
所述热敏电阻RT1为负温度系数的热敏电阻，热敏电阻RT2为正温度系数的热敏电阻，开关管Q1为大功率开关管。
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