CN204030653U - 具有电池监测功能的电动汽车充电模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有电池监测功能的电动汽车充电模块，包括功率变换单元和电池监测单元，其技术特点是：电池监测单元包括RISC主控电路、多路采集单元、FPGA选择电路、A/D转换电路、人机交互模块、通讯接口，每个采集单元的输入端与功率变换单元相联接，采集单元的输出端均连接到FPGA选择电路的输入端，FPGA选择电路的输出端通过A/D转换电路连接到RISC主控电路上，该RISC主控电路分别与人机交互模块、通讯接口和相连接，该RISC主控电路通过通讯接口与功率变换单元相联接。本实用新型采用先进的谐振电压型控制功率变换技术并集成精确地电池监测功能，对于电池的电压、电流、温度等状态实现实时准确得测量与监测，始终保持电池充电过程的高安全性。
Description
技术领域
本实用新型属于电动汽车充电技术领域，尤其是一种具有电池监测功能的电动汽车充电模块。
背景技术
随着新能源产业的兴起，电动汽车成为社会热点，为其配套的充换电站也大规模兴建起来。目前，在换电站中使用的充电模块一般采用软开关PWM功率变换技术，其电路复杂，尺寸较大，不易将电池监测功能集成到充电模块内，因此，上述充电模块只具备充电功能，没有实现对电池的监测功能，往往配以电池巡检系统来实现对电池的监测，使得换电站占地较大，浪费宝贵的空间资源。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有电池监测功能的电动汽车充电模块，解决了无法在线对充电模块进行监测的问题。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种具有电池监测功能的电动汽车充电模块，包括功率变换单元和电池监测单元，所述的电池监测单元包括RISC主控电路、多路采集单元、FPGA选择电路、A/D转换电路、人机交互模块、通讯接口，每个采集单元的输入端与功率变换单元相联接，采集单元的输出端均连接到FPGA选择电路的输入端，FPGA选择电路的输出端通过A/D转换电路连接到RISC主控电路上，该RISC主控电路分别与人机交互模块、通讯接口和相连接，该RISC主控电路通过通讯接口与功率变换单元相联接实现对电池的监测功能。
而且，所述的采集单元包括光纤温度传感器、电流电压传感器、转换电路、隔离电路和放大电路，光纤温度传感器通过转换电路连接到放大电路上，电流电压传感器通过隔离电路连接到放大电路上，放大电路的输出端与FPGA选择电路相连接。
而且，所述的隔离电路采用线性光耦隔离电路。
而且，所述的功率变换单元包括电压谐振功率变化模块、EMI滤波电路、整流滤波电路、输出滤波电路、多谐波控制回路、电池监测单元通讯模块、输出滤波电路、反馈采样电路、过压及过流保护电路和过温保护电路，EMI滤波电路、整流滤波电路、电压谐振功率变化模块和输出滤波电路依次相连接，该电压谐振功率变化模块还与多谐波控制回路相连接，该输出滤波电路输出直流电流并通过反馈采样电路、过压及过流保护电路与多谐波控制回路相连接，该多谐波控制回路通过电池监测单元通讯模块与功率变换单元相连接，同时，多谐波控制回路还与过温保护电路相连接实现过温保护功能。
而且，所述的电压谐振功率变化模块由高频谐振逆变桥、高频隔离变压器和高频整流电路连接构成。
而且，所述的多谐波控制回路由RISC及其外围电路连接构成。
本实用新型的优点和积极效果是：
1、本实用新型的功率变换采用多电平逆变器逆变技术，能够将半导体开关器件的开通和关断把直流电压变成一系列的电压脉冲序列，实现多电平逆变器的变压、变频以及控制和消除谐波功能，具有电平数越多，输出电压谐波的含量越少的特点，同时，逆变器电平数易扩展,电压合成方面，开关状态选择具有较大的灵活性；另外，可通过在同一个电平上不同开关组合，使直流侧电容电压保持平衡。
2、本实用新型采用先进的谐振电压型控制功率变换技术并集成精确地电池监测功能，对于电池的电压、电流、温度等状态实现实时准确得测量与监测，始终保持电池充电过程的高安全性，提高整机工作效率。
3、本实用新型采用多处理器协同工作方式，可以成倍提高计算速度，提高整机性能，加强了数据处理功能，并可轻松实现三遥功能。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理方框图；
图2为电池监测单元的电路方框图；
图3为隔离电路的电路图；
图4为功率变换单元的电路方框图；
图5为EMI滤波电路及整流滤波电路的电路图；
图6为电压谐振功率变换电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详述。
一种具有电池监测功能的电动汽车充电模块，如图1所示，包括功率变换单元和电池监测单元，电池监测单元与功率变换单元相连接实现对功率变换单元的监测功能。
如图2所示，所述电池监测单元包括RISC主控电路、多路采集单元、FPGA选择电路、A/D转换电路、人机交互模块、通讯接口和JTAG接口。每个采集单元的输出端均连接到FPGA选择电路的输入端，FPGA选择电路的输出端通过A/D转换电路连接到RISC主控电路上，该RISC主控电路分别与人机交互模块、通讯接口和JTAG接口相连接，该RISC主控电路通过通讯接口与功率变换单元相联接实现对电池的监测功能，在本实施例中，通讯接口采用RS485接口并通过RS485方式进行通讯。所述的采集单元包括光纤温度传感器、电流电压传感器、转换电路、隔离电路和放大电路，光纤温度传感器通过转换电路连接到放大电路上，电流电压传感器通过隔离电路连接到放大电路上，放大电路的输出端与FPGA选择电路相连接，FPGA选择单元作为多路采集单元的处理器，可以选择1-24路电池的传感器数据；RISC主控电路完成各路采集数据的分析与计算，同时完成人机界面的工作，并实现了三遥功能：(1)遥控功能：开/关机、紧急停机；(2)遥信功能：工作状态、过压、欠压、过流、频率、电池状态(正常或故障)；(3)遥测功能：输出电压、电流、功率；电池电压、电流、内阻、温度。
如图3所示，采集单元中的隔离电路采用线性光耦隔离电路实现对电池电流电压的测量功能。由于线性光耦输入端和输出端是通过光耦进行耦合的，并且芯片本身的电气隔离性能比较可靠，因此不仅能够实现直流电信号的高精度检测，而且不会将强电侧电磁干扰耦合到电池监测单元，从而实现电池监测单元和功率变换单元的高强度电气隔离。电池电压通过二极管D1、限流电阻R1、稳压管Z13形成可靠稳压，用于给放大器U1供电，同时也给线性光耦U2的接收端提供电压，电池电压电流等电信号经过线性光耦及放大电路的作用，最后输出满足用于A/D变换的电信号U3out。
如图4所示，功率变换单元包括电压谐振功率变化模块、EMI滤波电路、整流滤波电路、输出滤波电路、多谐波控制回路、电池监测单元通讯模块、输出滤波电路、反馈采样电路、过压及过流保护电路和过温保护电路，EMI滤波电路、整流滤波电路、电压谐振功率变化模块和输出滤波电路依次相连接，该电压谐振功率变化模块还与多谐波控制回路相连接，该输出滤波电路输出直流电流并通过反馈采样电路、过压及过流保护电路与多谐波控制回路相连接，该多谐波控制回路和电池监测单元通讯模块相连接，由电池监测单元实现对功率变换单元的监测功能。同时，多谐波控制回路还与过温保护电路相连接实现过温保护功能。
所述的EMI滤波电路、整流滤波电路如图5所示，输入滤波器完成EMI滤波，作用有两点：一方面，滤除掉输入线上的杂波和高频干扰信号，阻止其进入电源，影响电源的正常工作；另一方面，滤除掉电源的高频信号，阻止其串到输入端，影响其它设备正常工作。JK1、JK2、R16-R19组成浪涌抑制电路，输入开关闭合以后，接触器JK1、JK2不会立即吸合，通过输入保护电路延时3秒左右再吸合，输入电流经电阻R16-R19限流，给CD1～CD4、CD68-CD71、CD33、CD34充电，这样既限制了开机浪涌电流，又延长了接触器触点使用寿命。CD1～CD4、CD68-CD71、CD33、CD34是87支电容组成输入滤波电路，为AC/DC变换提供电源。
如图6所示，电压谐振功率变化模块采用电压谐振软开关技术，包括高频谐振逆变桥、高频隔离变压器和高频整流电路，其中，CD1～CD4、CD68-CD71、CD33、CD34为输入电容，给高频谐振逆变桥供电，同时也给高频谐振逆变桥提供高频交流电流通路。谐振电容C1-C9(9只并联)选用CBB高频电容和谐振电感L2、主变压器B3初级绕组一起构成谐振回路，在回路中形成的高频交流电流向负载提供能量。高频逆变桥、高频隔离变压器、高频整流组成谐振式DC/DC变换器，工作于PFM方式，采用“谐振电压型双环控制”，具有即时控制、前馈补偿功能，同时又具有谐振式电路高效率、高可靠性、低干扰的显著优势，平滑滤波后输出稳定的直流电。
所述的多谐波控制回路由RISC及其外围电路连接构成，负责控制电压谐振功率变换，并将功率变换单元的各种信息通过数据总线传送给电池监测单元中的RISC，同时也接收来自电池监测单元RISC的各种数据和指令，来对功率变换进行调控。
本实用新型采用了自主创新2RISC+FPGA的多CPU控制方式。在功率变换单元中RISC为主中央处理器，负责控制电压谐振功率变换，并将功率变换的各种信息通过数据总线传送给电池监测单元中的RISC，同时也接收来自电池监测单元RISC的各种数据和指令，来对功率变换进行调控。在电池监测单元中FPGA为采集单元选择处理器，可以选择1-24路电池的传感器数据；RISC主控电路完成各路采集数据的分析与计算，同时完成人机界面的工作，并实现了三遥功能。
本实用新型的功率变换采用多电平逆变器逆变技术，电平逆变器逆变技术是指用半导体开关器件的开通和关断把直流电压变成一系列的电压脉冲序列，以实现多电平逆变器的变压、变频，并控制和消除谐波的电子技术。多电平逆变器PWM技术主要对两方面目标进行控制:一为输出电压的控制，即逆变器输出脉冲序列在伏秒级别上与参考波形等效；二为逆变器本身运行状态控制，包括直流电容电压的平衡控制、所有功率开关的输出功率平衡控制、输出谐波控制、器件开关损耗控制等。采用多电平逆变技术具有以下优点：(1)电平数越多，输出电压谐波的含量越少；(2)逆变器电平数易扩展,电压合成方面，开关状态选择具有较大的灵活性；(3)可通过在同一个电平上不同开关组合，使直流侧电容电压保持平衡。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (6)
1.一种具有电池监测功能的电动汽车充电模块，包括功率变换单元和电池监测单元，其特征在于：所述的电池监测单元包括RISC主控电路、多路采集单元、FPGA选择电路、A/D转换电路、人机交互模块、通讯接口，每个采集单元的输入端与功率变换单元相联接，采集单元的输出端均连接到FPGA选择电路的输入端，FPGA选择电路的输出端通过A/D转换电路连接到RISC主控电路上，该RISC主控电路分别与人机交互模块、通讯接口和相连接，该RISC主控电路通过通讯接口与功率变换单元相联接实现对电池的监测功能。
2.根据权利要求1所述的具有电池监测功能的电动汽车充电模块，其特征在于：所述的采集单元包括光纤温度传感器、电流电压传感器、转换电路、隔离电路和放大电路，光纤温度传感器通过转换电路连接到放大电路上，电流电压传感器通过隔离电路连接到放大电路上，放大电路的输出端与FPGA选择电路相连接。
3.根据权利要求2所述的具有电池监测功能的电动汽车充电模块，其特征在于：所述的隔离电路采用线性光耦隔离电路。
4.根据权利要求1所述的具有电池监测功能的电动汽车充电模块，其特征在于：所述的功率变换单元包括电压谐振功率变化模块、EMI滤波电路、整流滤波电路、输出滤波电路、多谐波控制回路、电池监测单元通讯模块、输出滤波电路、反馈采样电路、过压及过流保护电路和过温保护电路，EMI滤波电路、整流滤波电路、电压谐振功率变化模块和输出滤波电路依次相连接，该电压谐振功率变化模块还与多谐波控制回路相连接，该输出滤波电路输出直流电流并通过反馈采样电路、过压及过流保护电路与多谐波控制回路相连接，该多谐波控制回路通过电池监测单元通讯模块与功率变换单元相连接，同时，多谐波控制回路还与过温保护电路相连接实现过温保护功能。
5.根据权利要求4所述的具有电池监测功能的电动汽车充电模块，其特征在于：所述的电压谐振功率变化模块由高频谐振逆变桥、高频隔离变压器和高频整流电路连接构成。
6.根据权利要求4所述的具有电池监测功能的电动汽车充电模块，其特征在于：所述的多谐波控制回路由RISC及其外围电路连接构成。
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|---|---|---|---|---|
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| CN107565819A (zh) * | 2017-09-04 | 2018-01-09 | 华东泓泽机电设备（昆山）有限公司 | 一种电源转换开关的控制电路 |
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