CN117559610B - 一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，涉及充电保护技术领域，包括电压检测模块，信号调理模块，保护模块，无线通信模块,所述电压检测模块用于进行降压采样,信号调理模块用于对采样信号进行放大滤波处理和抑制干扰,保护模块用于接收采样信号和紧急故障时保护高压充电电路，无线通信模块用于接收电压信号并与用户进行无线通信。本发明高压充电时的紧急保护系统对采样信号进行处理，加强采样信号的精度，提高检测的准确性，并通过瞬态保护、延时保护和人为紧急保护三种方式控制电路紧急断开，可以智能的判断故障的危害程度，提高了电路的可靠性和安全性，并通过无线通信功能可实时对高压充电状态进行检测与数据记录。
Description
技术领域
本发明涉及充电保护技术领域，具体是一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统。
背景技术
当前在电动汽车高压充电时，存在着瞬态电压对电力系统安全运行的影响问题。当前的紧急保护系统往往会对不同线路进行多段式保护，容易在电路出现短时间无影响的瞬态电压而误触发保护动作，导致电路停工并可能造成其他电路损坏。此外，高压充电过程中缺乏有效的通信功能，需要人员实时监测，增加了人力资源的浪费。因此，需要研发一种高压充电技术，能够有效应对瞬态电压对电力系统安全运行的影响。这种技术应该具备精准的故障诊断和定位能力，避免误触发保护动作。同时，应该具备智能通信功能，能够实现远程监测和控制，减少人力资源的浪费。通过技术创新和系统优化，实现电动汽车高压充电过程的安全可靠运行，为人们的生活提供更加便利和高效的能源使用体验。
但是现有技术，通过对不同线路进行多段式保护，这种保护容易在电路出现短时间无影响的瞬态电压而做出保护动作，导致电路停工而造成其他电路损坏，并且在高压充电进行时，没有有效的通信功能，这导致需有人实时监测，加大了人力资源的浪费。
发明内容
本发明实施例提供一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
依据本发明实施例的第一方面，提供一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，该高压充电时的紧急保护系统包括：电压检测模块，信号调理模块，保护模块，主控制模块，无线通信模块；
所述电压检测模块，用于对高压充电电压进行降压采样；
所述信号调理模块，用于对所述电压检测模块输出的采样信号进行放大滤波处理和抑制干扰；
所述保护模块，用于接收所述信号调理模块输出的电压信号，用于对高压充电时的瞬态电压进行检测，用于在瞬间电压超过设定值时和出现电路故障时进行紧急保护；
所述主控制模块，用于接收所述保护模块输出的逻辑信号，用于接收所述信号调理模块输出的采样信号，用于输出接收到的控制信号和采样信号；
所述无线通信模块，用于接收所述主控制模块输出的控制信号和采样信号并与用户端进行无线通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明高压充电时的紧急保护系统对采样信号进行处理，加强采样信号的精度，提高检测的准确性，并通过瞬态保护、延时保护和人为紧急保护三种方式控制电路紧急断开，可以智能的判断故障的危害程度，提高了电路的可靠性和安全性，并通过无线通信功能可实时对高压充电状态进行检测与数据记录。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实例提供的高压充电时的紧急保护系统的原理方框示意图。
图2为本发明实例提供的信号调理模块的原理方框示意图。
图3为本发明实例提供的高压充电时的紧急保护系统电路图。
图4为本发明实例提供的无线通信模块电路图。
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。
参见图1，本发明实施例提供一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，该高压充电时的紧急保护系统包括：电压检测模块1，信号调理模块2，保护模块3，无线通信模块5，主控制模块4；
具体地，电压检测模块1，用于对高压充电电压进行降压采样；所述电压检测模块1的输出端连接信号调理模块2的输入端；
信号调理模块2，用于对所述电压检测模块1输出的采样信号进行放大滤波处理和抑制干扰；所述信号调理模块2的输出端连接保护模块3的输入端和主控制模块4的输入端；
保护模块3，用于接收所述信号调理模块2输出的电压信号，用于对高压充电时的瞬态电压进行检测，用于在瞬间电压超过设定值时和出现电路故障时进行紧急保护并输出控制信号；
所述主控制模块4，用于接收所述保护模块3输出的控制信号，用于接收所述信号调理模块2输出的采样信号，用于输出接收到的控制信号和采样信号；
无线通信模块5，用于接收所述主控制模块4输出的控制信号和采样信号并与用户端进行无线通信。
进一步地，所述保护模块3包括瞬态电压保护单元301，延时过压保护单元302，紧急操作单元303和逻辑运算单元304；
具体地，瞬态电压保护单元301，用于接收信号调理模块2输出的电压信号并输出控制信号；
延时过压保护单元302，用于接收信号调理模块2输出的电压信号并延时输出控制信号；
紧急操作单元303，用于人为按下控制按钮输出控制信号；
逻辑运算单元304，用于接收所述瞬态电压保护单元301、延时过压保护单元302和紧急操作单元303输出的控制信号并输出控制信号；
该瞬态电压保护单元301的第一端和延时电压保护单元的第一端连接所述信号调理模块2的输出端，瞬态电压保护单元301的第二端、延时电压保护单元的第二端和紧急操作单元303的输出端连接逻辑运算单元304的输入端，逻辑运算单元304的输出端连接所述主控制模块4的第二端。
在具体实施例中，上述电压检测模块1可采用电压互感器或者电压变送器对高压充电输出的电压进行降压采样；上述信号调理模块2采用运算放大器配合外围元件对电压检测模块1输出的采样信号进行放大滤波处理；上述保护模块3采用瞬态电压保护单元301、延时过压保护单元302、紧急操作保护单元303三种选择对高压充电实施紧急保护功能，其中当瞬态电压高于设定的第一参考电压时进行瞬态电压保护，当瞬态电压很低且缓慢增加到第二参考电压源时，会进行延时过压保护，预防因为紧急断电保护而导致电路瘫痪的现象，紧急操作保护在出现着火等电路故障时，人为断开电路，其中第一参考电压和第二参考电压源均为设定值；逻辑运算单元304接收三路保护单元的输出的控制信号，并通过逻辑运算芯片输出电平信号，其中逻辑运算芯片只要三路保护单元有一路输出控制信号，逻辑运算就输出高电平；上述主控制模块4可选用单片机或者CPU（central processing unit，中央控制器）接收信号调理模块和保护模块输出的信号；上述无线通信模块5采用短距离通信的方式与用户端进行通信。
实施例2：在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，在本实用所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统的一个具体实施例中，所述信号调理模块2包括第一放大单元201和第一保护单元202；
具体地，第一放大单元201，用于放大所述电压检测模块1输出的采样信号；
第一保护单元202，用于预防所述第一放大单元201被电击穿，用于对采样信号进行滤波处理；
该第一放大单元201的第一端连接电压检测模块1的输出端，第一放大单元201的第二端连接第一保护单元202的第一端，第一保护单元202的第二端连接所述主控制模块4的第一端，第一保护单元202的第三端连接保护模块3的第一端。
进一步地，所述第一放大单元201包括电位器RP1、第一电源+25V、第一电阻R1、第二电阻R2、第一运放A1、第三电阻R3、第一电容C1和第四电阻R4；
具体地，电位器RP1的一端连接电压变送器，电位器RP1的另一端连接第一电源+25V和第一电阻R1，电位器RP1的滑片端通过第二电阻R2连接第一运放A1的反相端、第三电阻R3和第一电容C1，第一电阻R1的另一端连接第一运放A1的同相端，第一运放A1的输出端通过第四电阻R4连接第三电阻R3的另一端和第一电容C1的另一端。
进一步地，所述第一保护单元202包括第一二极管D1、第二二极管D2、第二电源+5V、第五电阻R5、第六电阻R6和第二电容C2；
具体地，第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阴极、第五电阻R5和第三电阻R3的另一端，第一二极管D1的阴极连接第二电源+5V，第五电阻R5的另一端连接第六电阻R6和第二电容C2的第一端，第二电容C2的第二端、第六电阻R6的另一端和第二二极管D2的阳极接地。
进一步地，所述瞬态电压保护单元301包括第二运放A2、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一参考电压、第三电源+12V和第五电源-12V；所述逻辑运算单元304包括逻辑运算芯片U4；
具体地，第二运放A2的同相端通过第八电阻R8连接第二电容C2的第一端，第二运放A2的反相端通过第七电阻R7连接第一参考电压，第二运放A2的第一电源+25V端连接第三电源+12V并通过第九电阻R9连接第二运放A2的输出端和逻辑运算芯片U4的输入端，第二运放A2的第二电源+5V端连接第五电源-12V。
进一步地，所述延时过压保护单元302包括电压跟随器A3、减法积分器U2和比较器U3；
具体地，电压跟随器A3的输入端连接第二电容C2的第一端，电压跟随器A3的输出端通过减法积分器U2连接比较器U3的输入端，比较器U3的输出端连接逻辑运算芯片U4的输入端。
进一步地，所述紧急操作单元303包括复位按钮S1、第一开关管P1、第十一电阻R11和第十二电阻R12；
具体地，复位按钮S1连接第二电源+5V、第一开关管P1的发射极和第十二电阻R12，复位按钮S1的另一端通过第十一电阻R11连接第十二电阻R12的另一端和第一开关管P1的基极，第一开关管P1的集电极连接逻辑运算芯片U4的输入端。
在具体实施例中，上述第一运放A1、第二运放A2可选用TLC4502高精度运算放大器或者选用OP07系列运算放大器；上述第一参考电压根据用户需求自行选择，在此第一运放A1的第一参考电压远大于比较器的第二参考电压源；上述减法积分器U2可采用运放构成的减法器和积分器，用于对信号调理模块2输出的电压信号进行减法和积分运算；上述比较器采用和第二运放A2相同的电路结构，通过输入电压信号和第二参考电压源比较，输入电压信号高于第二参考电压源时输出控制信号；上述第一开关管P1选用PNP（Positive-Negative-Positive，正极-负极-正极）型三极管，在此也可选用NPN（Negative-Positive-Negative，负极-正极-负极）型三极管电路控制输出高电平；上述逻辑运算芯片U4只要三路保护单元有一路输出为高电平，逻辑运算芯片U4就会对控制器U1输出高电平，在此采用或门的逻辑芯片。
实施例3：在实施例1的基础上，请参阅图4，在本实用所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统的一个具体实施例中，所述无线通信模块包括第一晶振，第二晶振、第十电阻R10、第六电容C6、第四电源+3.3V、第一通信芯片U5和信号发射器；
具体地，第一通信芯片U5的第一端VCC连接第四电源+3.3V，第一晶振连接第一通信芯片U5的第二端，第二晶振连接第一通信芯片U5的第三端，第一通信芯片U5的第四端RF_N和第五端RF_P连接信号发射器，第一通信芯片U5的第六端连接地端，第一通信芯片U5的第七端DCOUPL通过第六电容C6接地，第一通信芯片U5的第八端RBLAS通过第十电阻R10接地，第一通信芯片U5的第九端连接控制器的第三IO端。
在具体实施例中，上述无线通信模块5中的第一通信芯片U5可选用RS485无线通信或者ZIGBEE(紫蜂协议)无线通信进行无线数据传输，在此选用ZIGBEE无线通信的方式，可实现扩展对多个高压充电电路并对电路进行检测。
在本发明实施例中，通过电压检测模块1对高压充电电路进行电压检测，利用信号调理模块2对采样信号进行放大滤波处理，再将信号调理模块2输出的采样信号分别传输给保护模块3和无线通信模块5，通过保护模块3对高压充电时出现的电压异常进行紧急断电保护，通过无线通信模块5与用户进行数据交互；其中信号调理模块2中，通过第一运放A1作为信号调理模块2的核心芯片，将电压变送器采样的电压信号进行放大处理，并且第一运放A1具有很好的增益和良好的电源抑制比和共模抑制比，很好的起到抗干扰作用，第一二极管D1和第二二极管D2起到保护作用；在保护模块3中的瞬态电压保护单元301，通过第二运放A2与瞬间电压作对比，当超过第一参考电压时，第二运放A2输出高电平给逻辑运算芯片U4控制高压充电停止；在延时过压保护单元302中，通过电压跟随器A3对电压进行抗干扰处理，再通过减法积分器U2对电压信号与设置电压进行减法运算，得到电压差再进行积分运算，输出积分值通过比较器U3进行比较，当电压差在一定时间内升到比较器U3的第二参考电压源后，延时过压保护单元302才会输出高电平，逻辑运算芯片U4才会输出高电平给控制器U1，控制器U1停止高压充电；在紧急操作单元303中，通过复位按钮S1控制第一开关管P1导通，对逻辑运算芯片U4输入高电平，使控制器U1停止高压充电；在无线通信模块5中，通过ZIGBEE通信采集信号调理模块2输出的采样信号，进行无线信息传输。
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，虽然本说明书按照具体实施方式加以描述，但并非每个具体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具体实施方式。
Claims (8)
1.一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于：
该高压充电时的紧急保护系统包括：电压检测模块，信号调理模块，保护模块，主控制模块，无线通信模块；
所述电压检测模块，用于对高压充电电压进行降压采样；
所述信号调理模块，用于对所述电压检测模块输出的采样信号进行放大滤波处理和抑制干扰；
所述保护模块，用于接收所述信号调理模块输出的电压信号，用于对高压充电时的瞬态电压进行检测，用于在瞬间电压超过设定值时和出现电路故障时进行紧急保护；
所述主控制模块，用于接收所述保护模块输出的逻辑信号，用于接收所述信号调理模块输出的采样信号，用于输出接收到的控制信号和采样信号；
所述无线通信模块，用于接收所述主控制模块输出的控制信号和采样信号并与用户端进行无线通信；
所述保护模块包括瞬态电压保护单元，延时过压保护单元，紧急操作单元和逻辑运算单元；
所述瞬态电压保护单元，用于接收信号调理模块输出的电压信号并输出控制信号；
所述延时过压保护单元，用于接收信号调理模块输出的电压信号并延时输出控制信号；
所述紧急操作单元，用于人为按下控制按钮并输出控制信号；
所述逻辑运算单元，用于接收所述瞬态电压保护单元、延时过压保护单元和紧急操作单元输出的控制信号并输出控制信号；
所述瞬态电压保护单元的第一端和延时电压保护单元的第一端连接所述信号调理模块的输出端，瞬态电压保护单元的第二端、延时电压保护单元的第二端和紧急操作单元的输出端连接逻辑运算单元的输入端，逻辑运算单元的输出端连接所述主控制模块的第二端。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述信号调理模块包括第一放大单元和第一保护单元；所述主控制模块包括控制器；
所述第一放大单元，用于放大所述电压检测模块输出的采样信号；
所述第一保护单元，用于预防所述第一放大单元被电击穿，用于对采样信号进行滤波处理；
所述第一放大单元的第一端连接电压检测模块的输出端，所述第一放大单元的第二端连接第一保护单元的第一端，第一保护单元的第二端连接所述主控制模块的第一端，第一保护单元的第三端连接保护模块的第一端。
3.根据权利要求2所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述第一放大单元包括电位器、第一电源、第一电阻、第二电阻、第一运放、第九电阻、第一电容和第四电阻；
所述电位器的一端连接电压变送器，电位器的另一端连接第一电源和第一电阻，电位器的滑片端通过第二电阻连接第一运放的反相端、第三电阻和第一电容，第一电阻的另一端连接第一运放的同相端，第一运放的输出端通过第四电阻连接第三电阻的另一端和第一电容的另一端。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述第一保护单元包括第一二极管、第二二极管、第二电源、第五电阻、第六电阻和第二电容；
所述第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极、第五电阻和第三电阻的另一端，第一二极管的阴极连接第二电源，第五电阻的另一端连接第六电阻、第二电容的第一端和控制器的第一IO端，第二电容的第二端连接地、第六电阻的另一端和第二二极管的阳极。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述瞬态电压保护单元包括第二运放、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一参考电压、第三电源和第五电源；所述逻辑运算单元包括逻辑运算芯片；
所述第二运放的同相端通过第八电阻连接第二电容的第一端，第二运放的反相端通过第七电阻连接第一参考电压，第二运放的第一电源端连接第三电源并通过第九电阻连接第二运放的输出端和逻辑运算芯片的第一端，第二运放的第二电源端连接第五电源。
6.根据权利要求5所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述延时过压保护单元包括电压跟随器、减法积分器和比较器；
所述电压跟随器的输入端连接第二电容的第一端，电压跟随器的输出端通过减法积分器连接比较器的输入端，比较器的输出端连接逻辑运算芯片的第二端。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述紧急操作单元包括复位按钮、第一开关管、第十一电阻和第十二电阻；
所述复位按钮连接第二电源、第一开关管的第二端和第十二电阻，复位按钮的另一端通过第十一电阻连接第十二电阻的另一端和第一开关管的第三端，第一开关管的第一端连接逻辑运算芯片的第三端，逻辑运算芯片的第四端连接控制器的第二IO端。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车高压充电时的紧急保护系统，其特征在于，所述无线通信模块包括第一晶振、第二晶振、第十电阻、第六电容、第四电源、第一通信芯片和信号发射器；
所述第一通信芯片的第一端连接第四电源，第一晶振连接第一通信芯片的第二端，第二晶振连接第一通信芯片的第三端，第一通信芯片的第四端和第五端连接信号发射器，第一通信芯片的第六端连接地端，第一通信芯片的第七端通过第六电容接地，第一通信芯片的第八端通过第十电阻接地，第一通信芯片的第九端连接控制器的第三IO端。
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