CN117060552B - 一种充电桩充电阶段切换电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电桩充电阶段切换电路，涉及电压切换领域，该充电桩充电阶段切换电路包括：驱动电压切换模块，用于输出不同模式下的驱动电压，驱动电压输出模块工作，模式包括快充模式、缓充模式、慢充模式；电池充电模块，用于为电池存储电能提供限流保护；与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过反馈调节模块、驱动电压切换模块来根据电池电压不同来改变电池充电电压，实现电池低电压时快充模式充电，电池电压上升后改为缓充模式，再次上升后改为慢充模式，保证电池充电速度的同时避免电池温度较高；设置反馈开关模块，在慢充模式下断开反馈调节模块，减少电能浪费；设置异常检测报警模块，在电池充电异常时报警提示。

Description

一种充电桩充电阶段切换电路

技术领域

本发明涉及电压切换领域，具体是一种充电桩充电阶段切换电路。

背景技术

充电桩是指为电动汽车提供能量补充的充电装置，安装于公共建筑和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。

现有的充电桩往往设置有快速充电，其缺点在于，快速充电基于大电压充电，产生热量较多，持续长时间大电压充电，电动汽车电池长时间处于温度较高环境下，电池使用寿命会降低，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种充电桩充电阶段切换电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种充电桩充电阶段切换电路，包括：

驱动电压切换模块，用于输出不同模式下的驱动电压，驱动电压输出模块工作，模式包括快充模式、缓充模式、慢充模式；

电压输出模块，用于接收驱动电压，根据驱动电压输出阶段性变化的供电电压，供给电池充电模块；

电池充电模块，用于为电池存储电能提供限流保护；

反馈开关模块，用于获取电池的采样电压，输出给反馈调节模块、异常检测报警模块；同时在驱动电压切换模块为慢充模式时，停止获取电池的采样电压；

反馈调节模块，用于基于采样电压，调节驱动电压切换模块的模式；

异常检测报警模块，用于驱动电压切换模块为快充模式中，设定充电时间内电池电压低于设定值时，报警提示；

驱动电压切换模块的第一输出端连接电压输出模块的输入端、反馈调节模块的第一输入端，驱动电压切换模块的第二输出端连接反馈开关模块的第一输入端，电压输出模块的输出端连接电池充电模块的输入端，电池充电模块的输出端连接反馈开关模块的第二输入端，反馈开关模块的输出端连接反馈调节模块的第二输入端、异常检测报警模块的输入端，反馈调节模块的输出端连接驱动电压切换模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：驱动电压切换模块包括第一电容、稳压器、第一电阻、第二电阻、第三电容、第一MOS管、第三电阻、第二MOS管、可控硅、第一电位器、第二电容、第四电阻、第一二极管，稳压器的输入端连接供电电压、第一电容的一端，第一电容的另一端接地，稳压器的输出端连接第一电阻的一端、第三电容的一端、电压输出模块的输入端、反馈调节模块的第一输入端，第三电容的另一端接地，稳压器的接地端连接第一MOS管的D极、第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第二MOS管的S极、可控硅的正极，第二电阻的另一端接地，第一MOS管的S极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地，第一MOS管的G极连接反馈调节模块的输出端，第二MOS管的D极连接可控硅的控制极，可控硅的负极连接第一电位器的一端，第一电位器的另一端接地，第一电位器的滑动端连接反馈开关模块的第一输入端，第二MOS管的G极连接第四电阻的一端、第二电容的一端，第二电容的另一端接地，第四电阻的另一端连接第一二极管的负极，第一二极管的正极连接反馈调节模块的输出端。

作为本发明再进一步的方案：电压输出模块包括第三三极管、第四三极管，第三三极管的基极连接驱动电压切换模块的输出端，第三三极管的发射极连接第四三极管的基极，第三三极管的集电极连接第四三极管的集电极、供电电压，第四三极管的发射极连接电池充电模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：电池充电模块包括第四电阻，第四电阻的一端连接电压输出模块的输出端，第四电阻的另一端连接电池的正极、反馈开关模块的第二输入端，电池的负极接地。

作为本发明再进一步的方案：反馈开关模块包括第五三极管、第六三极管、第七MOS管、第五电阻、第六电阻，第五三极管的集电极连接第六三极管的集电极、第七MOS管的S极、电池充电模块的输出端，第五三极管的基极连接驱动电压切换模块的第二输出端，第五三极管的发射极连接第六三极管的基极，第六三极管的发射极连接第七MOS管的G极，第七MOS管的D极连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第六电阻的一端、反馈调节模块的第二输入端、异常检测报警模块的输入端，第六电阻的另一端接地。

作为本发明再进一步的方案：反馈调节模块包括第四电容、第七电阻、第二放大器、第八MOS管、第三反相器、第八电阻、第五电容，第二放大器的同相端连接反馈开关模块的输出端、第七电阻的一端、第四电容的一端，第四电容的另一端接地，第七电阻的另一端连接第八MOS管的D极，第二放大器的反相端连接驱动电压切换模块的第一输出端，第二放大器的输出端连接第八MOS管的G极，第八MOS管的S极连接第三反相器的电源端，第三反相器的输入端连接第八电阻的一端、第五电容的一端，第五电容的另一端接地，第三反相器的输出端连接第八电阻的另一端、驱动电压切换模块的输入端。

作为本发明再进一步的方案：异常检测报警模块包括第二二极管、第二电位器、第六电容、第九电阻、第九MOS管、第三二极管、第四反相器、扬声器，第二二极管的正极连接反馈开关模块的输出端、第九电阻的一端，第二二极管的负极连接第二电位器的一端，第二电位器的另一端连接第六电容的一端、第九MOS管的G极，第六电容的另一端接地，第九MOS管的D极连接第九电阻的另一端，第九MOS管的S极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第四反相器的输入端，第四反相器的输出端连接扬声器的一端，扬声器的另一端接地。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过反馈调节模块、驱动电压切换模块来根据电池电压不同来改变电池充电电压，实现电池低电压时快充模式充电，电池电压上升后改为缓充模式，再次上升后改为慢充模式，保证电池充电速度的同时避免电池温度较高；设置反馈开关模块，在慢充模式下断开反馈调节模块，减少电能浪费；设置异常检测报警模块，在电池充电异常时报警提示。

附图说明

图1为一种充电桩充电阶段切换电路的原理图。

图2为驱动电压切换模块及电压输出模块的电路图。

图3为电池充电模块、反馈开关模块及反馈调节模块的电路图。

图4为异常检测模块的电路图。

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。

请参阅图1，一种充电桩充电阶段切换电路，包括：

驱动电压切换模块1，用于输出不同模式下的驱动电压，驱动电压输出模块2工作，模式包括快充模式、缓充模式、慢充模式；

电压输出模块2，用于接收驱动电压，根据驱动电压输出阶段性变化的供电电压，供给电池充电模块3；

电池充电模块3，用于为电池E1存储电能提供限流保护；

反馈开关模块4，用于获取电池E1的采样电压，输出给反馈调节模块5、异常检测报警模块6；同时在驱动电压切换模块1为慢充模式时，停止获取电池E1的采样电压；

反馈调节模块5，用于基于采样电压，调节驱动电压切换模块1的模式；

异常检测报警模块6，用于驱动电压切换模块1为快充模式中，设定充电时间内电池E1电压低于设定值时，报警提示；

驱动电压切换模块1的第一输出端连接电压输出模块2的输入端、反馈调节模块5的第一输入端，驱动电压切换模块1的第二输出端连接反馈开关模块4的第一输入端，电压输出模块2的输出端连接电池充电模块3的输入端，电池充电模块3的输出端连接反馈开关模块4的第二输入端，反馈开关模块4的输出端连接反馈调节模块5的第二输入端、异常检测报警模块6的输入端，反馈调节模块5的输出端连接驱动电压切换模块1的输入端。

在本实施例中：请参阅图2，驱动电压切换模块1包括第一电容C1、稳压器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电容C3、第一MOS管V1、第三电阻R3、第二MOS管V2、可控硅Z1、第一电位器RP1、第二电容C2、第十四电阻R14、第一二极管D1，稳压器U1的输入端连接供电电压VDD、第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端接地，稳压器U1的输出端连接第一电阻R1的一端、第三电容C3的一端、电压输出模块2的输入端、反馈调节模块5的第一输入端，第三电容C3的另一端接地，稳压器U1的接地端连接第一MOS管V1的D极、第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端、第二MOS管V2的S极、可控硅Z1的正极，第二电阻R2的另一端接地，第一MOS管V1的S极连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地，第一MOS管V1的G极连接反馈调节模块5的输出端，第二MOS管V2的D极连接可控硅Z1的控制极，可控硅Z1的负极连接第一电位器RP1的一端，第一电位器RP1的另一端接地，第一电位器RP1的滑动端连接反馈开关模块4的第一输入端，第二MOS管V2的G极连接第十四电阻R14的一端、第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地，第十四电阻R14的另一端连接第一二极管D1的负极，第一二极管D1的正极连接反馈调节模块5的输出端。

稳压器U1的接地端和输出端之间电压固定（不同型号的电压大小不同），即第一电阻R1上的电压固定，在快充模式下，第一MOS管V1、第二MOS管V2截止，此时输出给后级电路（公共点A处）的电压为第一电阻R1、第二电阻R2上的电压和，电压最大；在缓充模式下，第一MOS管V1导通，此时随着第一MOS管V1（NMOS）的导通程度改变，公共点A处的电压大小会改变，随着PWM信号占空比（反馈调节模块5输出PWM信号）降低，第三电阻R3上的电压逐渐减小，使得公共点A处的电压持续减小；随着PWM信号占空比进一步减小达到阈值时，此时PWM信号经过第一二极管D1、第十四电阻R14使得第二MOS管V2（PMOS）导通，进而触发可控硅Z1导通，此时第一电位器RP1接入回路，至此公共点A处的电压恒定，一直为最小，为慢充模式。快充模式确保电池E1快速充电，快速获得可正常行驶的电能，缓充模式作为缓冲，避免直接从快充模式到达慢充模式电池E1充电电压突变，防止损坏电路，设置慢充模式避免持续长时间快速充电，造成电池E1长时间处于温度较高环境，使用寿命降低。此处供电电压VDD为低伏直流电。

在另一个实施例中：可将第一电位器RP1换成普通电阻，这样将无法调节慢充模式下公共点A处的电压。

在本实施例中：请参阅图2，电压输出模块2包括第三三极管V3、第四三极管V4，第三三极管V3的基极连接驱动电压切换模块1的输出端，第三三极管V3的发射极连接第四三极管V4的基极，第三三极管V3的集电极连接第四三极管V4的集电极、供电电压VCC，第四三极管V4的发射极连接电池充电模块3的输入端。

公共点A处的电压驱动第三三极管V3导通，进而驱动第四三极管V4导通，经过第三三极管V3、第四三极管V4两次放大，确保第四三极管V4输出的电压足够大，满足电动汽车充电使用。此处供电电压VCC为高伏直流电，经过220V交流电或380V交流电转化而来。

在另一个实施例中：也可选择单个三极管或两个以上三极管放大电压，单个三极管对三极管放大倍数要求较高，两个以上三极管使得设备体积更大。

在本实施例中：请参阅图3，电池充电模块3包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端连接电压输出模块2的输出端，第四电阻R4的另一端连接电池E1的正极、反馈开关模块4的第二输入端，电池E1的负极接地。

第四三极管V4的输出电压经过第四电阻R4为电池E1充电。

在另一个实施例中，可略去第四电阻R4，不提供限流保护，略去后电流会偏大。

在本实施例中：请参阅图3，反馈开关模块4包括第五三极管V5、第六三极管V6、第七MOS管V7、第五电阻R5、第六电阻R6，第五三极管V5的集电极连接第六三极管V6的集电极、第七MOS管V7的S极、电池充电模块3的输出端，第五三极管V5的基极连接驱动电压切换模块1的第二输出端，第五三极管V5的发射极连接第六三极管V6的基极，第六三极管V6的发射极连接第七MOS管V7的G极，第七MOS管V7的D极连接第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6的一端、反馈调节模块5的第二输入端、异常检测报警模块6的输入端，第六电阻R6的另一端接地。

初始时，公共点B处无电压，第五三极管V5、第六三极管V6截止，第七MOS管V7（PMOS）的G极为低电平，第七MOS管V7导通，第六电阻R6作为采样电阻采样电池E1上的电压；随着电池E1充电的进行，从快充模式到缓充模式，最终到达慢充模式时，此时公共点B（慢充模式下，第一电位器RP1滑动端存有电压，且可控硅Z1导通使得后续持续为慢充模式）处为高电平，第五三极管V5、第六三极管V6导通，第七MOS管V7截止，至此第五电阻R5、第六电阻R6、反馈调节模块5、异常检测报警模块6断电停止工作，节省电能。

在另一个实施例中：可将第六电阻R6换成电位器，调节采样电压的大小。

在本实施例中：请参阅图3，反馈调节模块5包括第四电容C4、第七电阻R7、第二放大器U2、第八MOS管V8、第三反相器U3、第八电阻R8、第五电容C5，第二放大器U2的同相端连接反馈开关模块4的输出端、第七电阻R7的一端、第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端接地，第七电阻R7的另一端连接第八MOS管V8的D极，第二放大器U2的反相端连接驱动电压切换模块1的第一输出端，第二放大器U2的输出端连接第八MOS管V8的G极，第八MOS管V8的S极连接第三反相器U3的电源端，第三反相器U3的输入端连接第八电阻R8的一端、第五电容C5的一端，第五电容C5的另一端接地，第三反相器U3的输出端连接第八电阻R8的另一端、驱动电压切换模块1的输入端。

快充模式下，此时电池E1电压较小，第六电阻R6上的采样电压较小，第二放大器U2的同相端电压较小，第二放大器U2输出低电平，第八MOS管V8截止，随着电池E1电压上升，第二放大器U2的同相端电压高于反相端电压，第二放大器U2输出高电平，第八MOS管V8导通，为第三反相器U3电源端供电，第三反相器U3的输入端初始为低电平，第三反相器U3输出高电平，经过第八电阻R8为第五电容C5充电，随着充电进行，第五电容C5变为高电平，第三反相器U3输入端为高电平，输出低电平，第五电容C5通过第八电阻R8放电，再次变为低电平，往复如此，第三反相器U3的输出端处形成PWM信号，而随着电池E1充电的进行，第三反相器U3的电源端电压增大，第三反相器U3通过第八电阻R8为第五电容C5充电的时间减小，而第五电容C5通过第八电阻R8放电时间不变，因此，随着电池E1充电的进行，第三反相器U3的输出端形成的PWM信号单位时间内的占空比增大，使得第一MOS管V1的导通率减小（缓充模式），最终PWM信号占空比达到阈值，经过第一二极管D1、第十四电阻R14使第二MOS管V2导通，最终可控硅Z1导通（慢充模式），第一电位器RP1接入回路，第一电位器RP1的滑动端处存在高电平，触发第五三极管V5、第六三极管V6导通，第七MOS管V7截止，断开后续电路，此时持续为慢充模式，反馈开关模块4、反馈调节模块5、异常检测报警模块6不再需要工作，断开节省电能。

在另一个实施例中：此处第二放大器U2的反相端电压为公共点A处的电压，也可为其他基准电压。

在本实施例中：请参阅图4，异常检测报警模块6包括第二二极管D2、第二电位器RP2、第六电容C6、第九电阻R9、第九MOS管V9、第三二极管D3、第四反相器U4、扬声器SPEAKER，第二二极管D2的正极连接反馈开关模块4的输出端、第九电阻R9的一端，第二二极管D2的负极连接第二电位器RP2的一端，第二电位器RP2的另一端连接第六电容C6的一端、第九MOS管V9的G极，第六电容C6的另一端接地，第九MOS管V9的D极连接第九电阻R9的另一端，第九MOS管V9的S极连接第三二极管D3的负极，第三二极管D3的正极连接第四反相器U4的输入端，第四反相器U4的输出端连接扬声器SPEAKER的一端，扬声器SPEAKER的另一端接地。

电动汽车需要充电时，如果是低电量充电，异常检测报警模块6会进行充电检测；开始对电池E1充电后，公共点C处为电池E1采样电压，经过第二二极管D2、第二电位器RP2为第六电容C6充电，第六电容C6充电至足以满足第九MOS管V9时（此时电池E1已在快充模式下充电一段时间），正常充电下，此时电池E1电压已得到较高增长，公共点C处电压较大，经过第九电阻R9、第九MOS管V9足以导通第三二极管D3（稳压二极管），第四反相器U4输入端为高电平，输出为低电平，不触发扬声器SPEAKER鸣叫；异常充电下（例如电池E1充电故障、充电桩反馈故障等），电池E1电压依旧较小，此时第四反相器U4的输入端为低电平，输出高电平触发扬声器SPEAKER鸣叫报警，提示充电异常，避免使用者待行驶电动汽车时才发现电量异常。

在另一个实施例中：可额外设置发光管报警时发光提示。

本发明的工作原理是:驱动电压切换模块1用于输出不同模式下的驱动电压，驱动电压输出模块2工作模式包括快充模式、缓充模式、慢充模式；电压输出模块2用于接收驱动电压，根据驱动电压输出阶段性变化的供电电压，供给电池充电模块3；电池充电模块3用于电池E1进行充电；反馈开关模块4用于获取电池E1的采样电压，输出给反馈调节模块5、异常检测报警模块6；同时在驱动电压切换模块1为慢充模式时，停止获取电池E1的采样电压；反馈调节模块5用于基于采样电压，调节驱动电压切换模块1的模式；异常检测报警模块6用于驱动电压切换模块1为快充模式中，设定充电时间内电池E1电压低于设定值时，报警提示。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种充电桩充电阶段切换电路，其特征在于，该充电桩充电阶段切换电路包括：

驱动电压切换模块，用于输出不同模式下的驱动电压，驱动电压输出模块工作，模式包括快充模式、缓充模式、慢充模式；

电压输出模块，用于接收驱动电压，根据驱动电压输出阶段性变化的供电电压，供给电池充电模块；

电池充电模块，用于为电池存储电能提供限流保护；

反馈开关模块，用于获取电池的采样电压，输出给反馈调节模块、异常检测报警模块；同时在驱动电压切换模块为慢充模式时，停止获取电池的采样电压；

反馈调节模块，用于基于采样电压，调节驱动电压切换模块的模式；

异常检测报警模块，用于驱动电压切换模块为快充模式中，设定充电时间内电池电压低于设定值时，报警提示；

驱动电压切换模块的第一输出端连接电压输出模块的输入端、反馈调节模块的第一输入端，驱动电压切换模块的第二输出端连接反馈开关模块的第一输入端，电压输出模块的输出端连接电池充电模块的输入端，电池充电模块的输出端连接反馈开关模块的第二输入端，反馈开关模块的输出端连接反馈调节模块的第二输入端、异常检测报警模块的输入端，反馈调节模块的输出端连接驱动电压切换模块的输入端；

驱动电压切换模块包括第一电容、稳压器、第一电阻、第二电阻、第三电容、第一MOS管、第三电阻、第二MOS管、可控硅、第一电位器、第二电容、第四电阻、第一二极管，稳压器的输入端连接供电电压、第一电容的一端，第一电容的另一端接地，稳压器的输出端连接第一电阻的一端、第三电容的一端、电压输出模块的输入端、反馈调节模块的第一输入端，第三电容的另一端接地，稳压器的接地端连接第一MOS管的D极、第一电阻的另一端、第二电阻的一端、第二MOS管的S极、可控硅的正极，第二电阻的另一端接地，第一MOS管的S极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接地，第一MOS管的G极连接反馈调节模块的输出端，第二MOS管的D极连接可控硅的控制极，可控硅的负极连接第一电位器的一端，第一电位器的另一端接地，第一电位器的滑动端连接反馈开关模块的第一输入端，第二MOS管的G极连接第四电阻的一端、第二电容的一端，第二电容的另一端接地，第四电阻的另一端连接第一二极管的负极，第一二极管的正极连接反馈调节模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的充电桩充电阶段切换电路，其特征在于，电压输出模块包括第三三极管、第四三极管，第三三极管的基极连接驱动电压切换模块的输出端，第三三极管的发射极连接第四三极管的基极，第三三极管的集电极连接第四三极管的集电极、供电电压，第四三极管的发射极连接电池充电模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的充电桩充电阶段切换电路，其特征在于，电池充电模块包括第四电阻，第四电阻的一端连接电压输出模块的输出端，第四电阻的另一端连接电池的正极、反馈开关模块的第二输入端，电池的负极接地。

4.根据权利要求1所述的充电桩充电阶段切换电路，其特征在于，反馈开关模块包括第五三极管、第六三极管、第七MOS管、第五电阻、第六电阻，第五三极管的集电极连接第六三极管的集电极、第七MOS管的S极、电池充电模块的输出端，第五三极管的基极连接驱动电压切换模块的第二输出端，第五三极管的发射极连接第六三极管的基极，第六三极管的发射极连接第七MOS管的G极，第七MOS管的D极连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第六电阻的一端、反馈调节模块的第二输入端、异常检测报警模块的输入端，第六电阻的另一端接地。

5.根据权利要求1或4所述的充电桩充电阶段切换电路，其特征在于，反馈调节模块包括第四电容、第七电阻、第二放大器、第八MOS管、第三反相器、第八电阻、第五电容，第二放大器的同相端连接反馈开关模块的输出端、第七电阻的一端、第四电容的一端，第四电容的另一端接地，第七电阻的另一端连接第八MOS管的D极，第二放大器的反相端连接驱动电压切换模块的第一输出端，第二放大器的输出端连接第八MOS管的G极，第八MOS管的S极连接第三反相器的电源端，第三反相器的输入端连接第八电阻的一端、第五电容的一端，第五电容的另一端接地，第三反相器的输出端连接第八电阻的另一端、驱动电压切换模块的输入端。

6.根据权利要求5所述的充电桩充电阶段切换电路，其特征在于，异常检测报警模块包括第二二极管、第二电位器、第六电容、第九电阻、第九MOS管、第三二极管、第四反相器、扬声器，第二二极管的正极连接反馈开关模块的输出端、第九电阻的一端，第二二极管的负极连接第二电位器的一端，第二电位器的另一端连接第六电容的一端、第九MOS管的G极，第六电容的另一端接地，第九MOS管的D极连接第九电阻的另一端，第九MOS管的S极连接第三二极管的负极，第三二极管的正极连接第四反相器的输入端，第四反相器的输出端连接扬声器的一端，扬声器的另一端接地。