CN112810490B - 一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法 - Google Patents

一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法，所述输出电流快速检测装置包括：霍尔传感器，用于获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；滤波电路，用于对模拟电压信号进行滤波；电压比较电路，用于接收滤波后的模拟电压信号，并输出模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；MCU，用于接收比较信号，当比较信号由第二信号变为第一信号，生成中断信号，以断开直流充电机的充电继电器。本申请直接通过硬件的电压比较电路快速比较电压，软件MCU仅用于在比较信号变化时直接生成中断信号断开充电继电器，不需转换为数字量，信号处理快速及时，延时极低，保证充电继电器能够及时、安全地断开。

Description

一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法
技术领域
本发明涉及直流充电机领域，特别涉及一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法。
背景技术
当前，电动汽车通过与直流充电机交互实现动力电池充电。为了规范充电，充电过程需要遵循与之有关的协议，这些协议对直流充电机的输出电流提出了相关的要求，为了满足国标协议要求，通常直流充电机的实现方式为：直流充电机达到充电结束条件，向车辆BMS(Battery Management System，电池管理系统)发送CST报文，同时命令内部的充电模块关机或停止电流输出，自发送CST报文起在100ms内或在充电过程中自开关由闭合变为断开起在50ms内将输出电流降至5A或以下后断开直流充电继电器。
这一过程中检测到输出电流降至5A或以下的具体操作通常包括：将输出电流经过霍尔传感器或分流器产生电压信号；电压信号经过滤波电路和/或信号调理电路后输出到MCU(Micro Control Unit，微控制器)；MCU对电压信号进行软件采样、保持、读取和滤波，然后将电压信号转为实际的输出电流采样值，再比较其与基准电流5A的大小，如果输出电流采样值小于基准电流，则使能断开直流充电继电器。整个检测过程耗时久，延迟时间长，导致直流充电继电器无法及时、安全断开，存在充电安全隐患。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法，以便及时安全断开充电继电器。其具体方案如下：
一种直流充电机的输出电流快速检测装置，包括：
霍尔传感器，用于获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；
滤波电路，用于对所述模拟电压信号进行滤波；
电压比较电路，用于接收滤波后的所述模拟电压信号，并输出所述模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当所述输出电压值小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第一信号，当所述输出电压值不小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第二信号；
MCU，用于接收所述比较信号，当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成中断信号，以断开所述直流充电机的充电继电器。
优选的，所述电压比较电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和比较器，其中：
所述第一电阻的第一端连接第一电压源，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端均连接于所述比较器的正相输入端，以使所述正相输入端的电压值为所述预设电压值；
所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端均接地；
所述比较器的负相输入端接收滤波后的所述模拟电压信号；
所述第三电阻的第一端连接所述比较器的输出端，所述第三电阻的第二端作为所述电压比较电路的输出端输出所述比较信号。
优选的，所述预设电压值具体为：
当所述直流充电机的输出电流为预设电流值时，所述霍尔传感器获取的所述输出电压值。
优选的，所述预设电流值为5A。
优选的，所述MCU具体用于：
当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成所述中断信号；
根据所述中断信号，生成继电器断开信号，并发送给所述充电继电器的驱动电路。
优选的，所述MCU还用于：
判断所述直流充电机的本次充电是否结束；
若是，则向车辆BMS发送CST报文。
优选的，所述判断所述直流充电机的本次充电是否结束的过程，具体包括：
判断所述直流充电机是否满足充电结束条件，若是，则判定本次充电结束；
所述充电结束条件具体为：
收到车辆BST报文或所述直流充电机达到自身中止充电条件。
相应的，本申请还公开了一种直流充电机的输出电流快速检测方法，应用于所述上文任一项所述直流充电机的输出电流快速检测装置，包括：
通过霍尔传感器获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；
通过滤波电路对所述模拟电压信号进行滤波；
通过电压比较电路接收滤波后的所述模拟电压信号，并输出所述模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当所述输出电压值小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第一信号，当所述输出电压值不小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第二信号；
通过MCU接收所述比较信号，当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成中断信号，以断开所述直流充电机的充电继电器。
优选的，所述通过霍尔传感器获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号之前，还包括：
通过所述MCU判断所述直流充电机的本次充电是否结束；若是，则向车辆BMS发送CST报文。
优选的，所述通过所述MCU判断所述直流充电机的本次充电是否结束的过程，具体包括：
通过所述MCU判断所述直流充电机是否满足充电结束条件，若是，则判定本次充电结束；
所述充电结束条件具体为：
收到车辆BST报文或所述直流充电机达到自身中止充电条件。
本申请公开了一种直流充电机的输出电流快速检测装置，包括：霍尔传感器，用于获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；滤波电路，用于对所述模拟电压信号进行滤波；电压比较电路，用于接收滤波后的所述模拟电压信号，并输出所述模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当所述输出电压值小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第一信号，当所述输出电压值不小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第二信号；MCU，用于接收所述比较信号，当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成中断信号，以断开所述直流充电机的充电继电器。本申请直接通过硬件的电压比较电路快速比较电压模拟电压信号和预设电压值，软件MCU仅用于在比较信号从第二信号变为第一信号时直接生成中断信号断开充电继电器，不需转换为数字量，信号处理快速及时，延时极低，保证充电继电器能够及时、安全地断开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种直流充电机的输出电流快速检测装置的结构分布图；
图2为本发明实施例中一种具体的输出电流快速检测装置的结构分布图；
图3为本发明实施例中一种直流充电机的输出电流快速检测方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
检测直流充电机的输出电流的常规手段耗时久，延迟时间长，导致直流充电继电器无法及时、安全断开，存在充电安全隐患。
本申请直接通过硬件的电压比较电路快速比较电压模拟电压信号和预设电压值，软件MCU仅用于在比较信号从第二信号变为第一信号时直接生成中断信号断开充电继电器，不需转换为数字量，信号处理快速及时，延时极低，保证充电继电器能够及时、安全地断开。
本发明实施例公开了一种直流充电机的输出电流快速检测装置，参见图1所示，包括：
霍尔传感器1，用于获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；
滤波电路2，用于对模拟电压信号进行滤波；
电压比较电路3，用于接收滤波后的模拟电压信号，并输出模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当输出电压值小于预设电压值，对应的比较信号为第一信号，当输出电压值不小于预设电压值，对应的比较信号为第二信号；
MCU 4，用于接收比较信号，当比较信号由第二信号变为第一信号，生成中断信号，以断开直流充电机的充电继电器。
可以理解的是，本实施例中输出电流快速检测装置通常设置于直流充电机内部，用于检测和控制直流充电机的输出电路，直流充电机的主电气电路包括：通过两个充电继电器K1和K2连接的充电模块和直流充电枪，直流充电枪会向电动汽车的动力电池充电；直流充电机的控制电路包括本实施例中的输出电流快速检测装置，其中霍尔传感器1安装于充电模块和直流充电枪之间的线路上，霍尔传感器1将模拟电压信号发给滤波电路2，滤波电路2进行滤波后发送到电压比较电路3，电压比较电路3将比较信号输出到MCU 4，MCU 4进行判断和动作。除了本实施例中动作外，MCU 4还可与充电模块通过内部CAN(ControllerArea Network，控制器局域网)总线进行通讯，可通过外部CAN总线与车辆BMS通讯。
进一步的，MCU 4具体用于：
当比较信号由第二信号变为第一信号，生成中断信号；
根据中断信号，生成继电器断开信号，并发送给充电继电器的驱动电路。
可以理解的是，充电继电器K1和K2的状态由相应的驱动电路控制，驱动电路属于控制电路的一部分，MCU 4可通过向驱动电路发送继电器断开信号来断开充电继电器K1和K2。
进一步的，MCU 4还用于：
判断直流充电机的本次充电是否结束；
若是，则向车辆BMS发送CST报文。
其中，CST报文具体为GB/T 27930-2015《电动汽车直流充电机与电池管理系统之间的通信协议》中的充电机中止充电报文。
通常，本实施例中输出电流快速检测装置持续运行，也即霍尔传感器1、滤波电路2和电压比较电路3持续工作，MCU 4在直流充电机本次充电结束后开始监测比较信号，该动作由MCU 4内部软件完成，可节省MCU 4不必要的软件资源开销。进一步的，判断直流充电机的本次充电是否结束的过程，具体包括：
判断直流充电机是否满足充电结束条件，若是，则判定本次充电结束；
充电结束条件具体为：
收到车辆BST报文或所述直流充电机达到自身中止充电条件。
具体的，BST报文具体为GB/T 27930-2015《电动汽车直流充电机与电池管理系统之间的通信协议》中的BMS中止充电报文。
可以理解的是，充电结束条件一般存在两种情况，一是车辆BMS向直流充电机的MCU 4发送了BST报文，二是直流充电机达到了自身中止充电条件，该中止充电条件包括直流充电机发生故障或人为中止充电，其体现在直流充电机的硬件上为预设开关断开或其他可监测到的信号特征。
本申请公开了一种直流充电机的输出电流快速检测装置，包括：霍尔传感器，用于获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；滤波电路，用于对所述模拟电压信号进行滤波；电压比较电路，用于接收滤波后的所述模拟电压信号，并输出所述模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当所述输出电压值小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第一信号，当所述输出电压值不小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第二信号；MCU，用于接收所述比较信号，当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成中断信号，以断开所述直流充电机的充电继电器。本申请直接通过硬件的电压比较电路快速比较电压模拟电压信号和预设电压值，软件MCU仅用于在比较信号从第二信号变为第一信号时直接生成中断信号断开充电继电器，不需转换为数字量，信号处理快速及时，延时极低，保证充电继电器能够及时、安全地断开。
本发明实施例公开了一种具体的直流充电机的输出电流快速检测装置，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，参见图2所示。
电压比较电路3包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1和比较器U1，其中：
第一电阻R1的第一端连接第一电压源V1，第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端、第一电容C1的第一端均连接于比较器U1的正相输入端，以使正相输入端的电压值为预设电压值V_ref；
第二电阻R2的第二端和第一电容C1的第二端均接地；
比较器U1的负相输入端接收滤波后的模拟电压信号；
第三电阻R3的第一端连接比较器U1的输出端，第三电阻R3的第二端作为电压比较电路3的输出端输出比较信号V_cmp。
通常，本实施例中比较器U1通常选择高精密比较芯片，第一电阻R1和第二电阻R2为分压电阻，可选用精度0.1％的高精密贴片电阻，分压电阻进行分压后与比较器U1的正相输入端连接处的电压，应当为预设电压值V_ref。
进一步的，预设电压值具体为：当直流充电机的输出电流为预设电流值时，霍尔传感器1获取的输出电压值。
根据充电协议，GB/T 27930-2015《电动汽车直流充电机与电池管理系统之间的通信协议》的附录A.2充电时序流程图中规定：自发送CST起应在100ms内将输出电流降至5A或以下，GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》的B3.4.7中规定：在充电过程中直流充电机控制控制装置通过对检测点1的电压进行检测，如果判断开关S由闭合变为断开，应在50ms内将输出电流降至5A或以下，本实施例中预设电流值可设置为5A。
按照本实施例中的设置，电压比较电路3通过比较电压，确定了输出电流和预设电流值的大小关系，因此本实施例可应用于上述充电协议相关的应用场景中。具体的，当输出电压值不小于预设电压值，对应的比较信号为第二信号，也即V_cmp为0，此时直流充电机的输出电流不小于预设电流值；当输出电压小于预设电压值，对应比较信号为第一信号，V_cmp为1，此时直流充电机的输出电流小于预设电流值。对MCU 4而言，比较信号由第二信号变为第一信号，也即V_cmp从0变为1，可通过检测到上升沿确认，当检测到上升沿，就能确认当前输出电流小于预设电流值，进一步可生成中断信号，及时断开充电继电器。
如图2所示，滤波电路2接收霍尔传感器1发送的模拟电压信号V_hal，并对该模拟电压信号V_hal进行滤波，消除其携带的干扰信号，滤波电路2可选择如图2所示的π型滤波器，包括第五电阻R5、第二电容C2和第三电容C3，第四电阻R4则作为限流电阻，减少滤波后的模拟电压信号进入电压比较电路3时的电流。
进一步的，MCU 4采用直流充电机常用的ST32F4系列微控制器，实现对高精密电压比较电路3输出的比较信号V_cmp的识别，并使能充电继电器的驱动电路。
如图2所示的2个驱动电路，每个驱动电路均包括一个限流电阻(R6或R7)和高功率mosfet(Q1或Q2)，高功率mosfet漏极连接充电继电器(K1或K2)的线圈控制端，驱动充电继电器(K1或K2)的断开和闭合。
可以理解的是，除了图2中的示例外，滤波电路2、电压比较电路3、MCU 4、驱动电路等部分的结构和选型，可根据实际情况进行调整和设置，这些方案均在本实施例的保护范围内。
相应的，本申请还公开了一种直流充电机的输出电流快速检测方法，应用于所述上文任一项所述直流充电机的输出电流快速检测装置，参见图3所示，输出电流快速检测方法包括：
S1：通过霍尔传感器获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；
S2：通过滤波电路对模拟电压信号进行滤波；
S3：通过电压比较电路接收滤波后的模拟电压信号，并输出模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当输出电压值小于预设电压值，对应的比较信号为第一信号，当输出电压值不小于预设电压值，对应的比较信号为第二信号；
S4：通过MCU接收比较信号，当比较信号由第二信号变为第一信号，生成中断信号，以断开直流充电机的充电继电器。
进一步的，步骤S1通过霍尔传感器获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号之前，还可包括：
通过MCU判断直流充电机的本次充电是否结束；若是，则向车辆BMS发送CST报文。
进一步的，通过MCU判断直流充电机的本次充电是否结束的过程，具体包括：
通过MCU判断直流充电机是否满足充电结束条件，若是，则判定本次充电结束；
充电结束条件具体为：
收到车辆BST报文或所述直流充电机达到自身中止充电条件。
本申请直接通过硬件的电压比较电路快速比较电压模拟电压信号和预设电压值，软件MCU仅用于在比较信号从第二信号变为第一信号时直接生成中断信号断开充电继电器，不需转换为数字量，信号处理快速及时，延时极低，保证充电继电器能够及时、安全地断开。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种直流充电机的输出电流快速检测装置及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种直流充电机的输出电流快速检测装置，其特征在于，包括：
霍尔传感器，用于获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；
滤波电路，用于对所述模拟电压信号进行滤波；
电压比较电路，用于接收滤波后的所述模拟电压信号，并输出所述模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当所述输出电压值小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第一信号，当所述输出电压值不小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第二信号；
MCU，用于接收所述比较信号，当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成中断信号，以断开所述直流充电机的充电继电器；
所述电压比较电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和比较器，其中：
所述第一电阻的第一端连接第一电压源，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端均连接于所述比较器的正相输入端，以使所述正相输入端的电压值为所述预设电压值；
所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端均接地；
所述比较器的负相输入端接收滤波后的所述模拟电压信号；
所述第三电阻的第一端连接所述比较器的输出端，所述第三电阻的第二端作为所述电压比较电路的输出端输出所述比较信号。
2.根据权利要求1所述输出电流快速检测装置，其特征在于，所述预设电压值具体为：
当所述直流充电机的输出电流为预设电流值时，所述霍尔传感器获取的所述输出电压值。
3.根据权利要求2所述输出电流快速检测装置，其特征在于，所述预设电流值为5A。
4.根据权利要求1通用性所述输出电流快速检测装置，其特征在于，所述MCU具体用于：
当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成所述中断信号；
根据所述中断信号，生成继电器断开信号，并发送给所述充电继电器的驱动电路。
5.根据权利要求1至4任一项所述输出电流快速检测装置，其特征在于，所述MCU还用于：
判断所述直流充电机的本次充电是否结束；
若是，则向车辆BMS发送CST报文。
6.根据权利要求5所述输出电流快速检测装置，其特征在于，所述判断所述直流充电机的本次充电是否结束的过程，具体包括：
判断所述直流充电机是否满足充电结束条件，若是，则判定本次充电结束；
所述充电结束条件具体为：
收到车辆BST报文或所述直流充电机达到自身中止充电条件。
7.一种直流充电机的输出电流快速检测方法，其特征在于，应用于所述权利要求1至6任一项所述直流充电机的输出电流快速检测装置，包括：
通过霍尔传感器获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号；
通过滤波电路对所述模拟电压信号进行滤波；
通过电压比较电路接收滤波后的所述模拟电压信号，并输出所述模拟电压信号的输出电压值与预设电压值的比较信号；当所述输出电压值小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第一信号，当所述输出电压值不小于所述预设电压值，对应的所述比较信号为第二信号；
通过MCU接收所述比较信号，当所述比较信号由所述第二信号变为所述第一信号，生成中断信号，以断开所述直流充电机的充电继电器；
所述电压比较电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容和比较器，其中：
所述第一电阻的第一端连接第一电压源，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端、所述第一电容的第一端均连接于所述比较器的正相输入端，以使所述正相输入端的电压值为所述预设电压值；
所述第二电阻的第二端和所述第一电容的第二端均接地；
所述比较器的负相输入端接收滤波后的所述模拟电压信号；
所述第三电阻的第一端连接所述比较器的输出端，所述第三电阻的第二端作为所述电压比较电路的输出端输出所述比较信号。
8.根据权利要求7所述输出电流快速检测方法，其特征在于，所述通过霍尔传感器获取直流充电机的输出电流转换得到的模拟电压信号之前，还包括：
通过所述MCU判断所述直流充电机的本次充电是否结束；若是，则向车辆BMS发送CST报文。
9.根据权利要求8所述输出电流快速检测方法，其特征在于，所述通过所述MCU判断所述直流充电机的本次充电是否结束的过程，具体包括：
通过所述MCU判断所述直流充电机是否满足充电结束条件，若是，则判定本次充电结束；
所述充电结束条件具体为：
收到车辆BST报文或所述直流充电机达到自身中止充电条件。
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