CN209320720U - 一种预充电路和自动引导运输车 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种预充电路和采用该预充电路的自动引导运输车。该预充电路包括电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路；其中，所述电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路并联于电池和电容负载之间；所述电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路具有各自的控制使能端以接收各自的使能信号，并在各自的使能信号控制下接通或者断开。本实用新型的预充电路和自动引导运输车，减小了上电冲击电流，保证顺利上电，提高了后半段预充电速度，进而显著地缩短了预充电时间，对于快速上电的AGV应用场合，有着明显的优势。并且，采用本实用新型的预充电路进行上电的三个阶段的动作时间可通过单片机任意控制，简单并且易于实现。

Description

一种预充电路和自动引导运输车
技术领域
本实用新型涉及供电控制技术领域，特别涉及一种预充电路和采用该预充电路的自动引导运输车。
背景技术
自动引导运输车，即AGV(Automated Guided Vehicle)，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。自动引导运输车通常采用锂离子电池作为动力源，给自动引导运输车的电机驱动器和电源模块等部件提供电源。
通常，为了获得稳定的电源电压，电机驱动器和电源模块的输入端含有多个大容量值的电解电容和滤波电容，这些电容即为负载。在电池上电的过程中，根据电容的特性，电容上会产生瞬间很大的电流，此电流值极易触发电池的BMS(Battery ManagementSystem，电池管理系统)的过流保护机制，导致自动引导运输车无法正常上电。
为了解决这一问题，相关技术中采用了预充电路的技术方案。目前常见的预充电路为电阻预充电路加继电器，或者电阻预充电路加金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)主电流电路的模式。先通过电阻预充电路，将电容电压预充至某一电压值，然后吸合继电器或者打开MOSFET，通过继电器或者MOSFET给主电流回路供电。该预充电路可以有限减小继电器吸合或者MOSFET导通时的冲击电流。
但是，由电阻预充电的特性可知，在预充电的后半段时间里，随着预充电流的减小，电压上升明显变缓，从而增加了预充电的时间，对于有快速上电时序需求的自动引导运输车的应用场合会产生功能性的影响。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种预充电路和自动引导运输车，以提高预充电的速度，缩预充电的时间。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种预充电路，包括电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路；其中
所述电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路并联于电池和电容负载之间；
所述电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路具有各自的控制使能端以接收各自的使能信号，并在各自的使能信号控制下接通或者断开。
进一步，所述电阻预充电路包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述MOSFET的源极电连接于电池端；
第一电阻，所述第一电阻电连接于所述MOSFET的漏极和电容负载端之间；
第一三极管，所述第一三极管的基极电连接于所述电阻预充电路的控制使能端，所述第一三极管的集电极电连接于所述MOSFET的栅极，所述第一三极管的发射极接地。
进一步，所述第一三极管的基极经由第四电阻电连接于所述电阻预充电路的控制使能端，并且所述第一三极管的基极经由第五电阻接地；
所述第一三极管的集电极经由第三电阻电连接于所述MOSFET的栅极。
进一步，所述电阻预充电路还包括稳压二极管、电容和第二电阻；
所述稳压二极管、所述电容和所述第二电阻并联于所述MOSFET的源极和栅极之间；其中，
所述稳压二极管的负极电连接于所述MOSFET的源极，所述稳压二极管的正极电连接于所述MOSFET的栅极。
进一步，所述MOSFET为P沟道MOSFET，所述第一三极管为NPN型三极管。
进一步，所述恒流预充电路包括：
第六电阻，所述第六电阻的一端电连接于电池端；
第二三极管，所述第二三极管的发射极电连接于所述第六电阻的另一端，所述第二三极管的集电极电连接于电容负载端；
第三三极管，所述第三三极管的发射极电连接于所述电池端，所述第三三极管的基极电连接于所述第六电阻的另一端，所述第三三极管的集电极电连接于所述第二三极管的基极；
第四三极管，所述第四三极管的基极电连接于所述恒流预充电路的控制使能端，所述第四三极管的集电极电连接于所述第二三极管的基极，所述第四三极管的发射极接地。
进一步，所述恒流预充电路还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；其中
所述第三三极管的基极经由所述第七电阻电连接于所述第六电阻的另一端，所述第三三极管的集电极经由所述第八电阻电连接于所述第二三极管的基极；
所述第三三极管的发射极经由所述第九电阻电连接于所述第二三极管的基极。
进一步，所述第四三极管的基极经由第十一电阻电连接于所述恒流预充电路的控制使能端，并且所述第四三极管的基极经由第十二电阻接地；
所述第四三极管的集电极经由第十电阻电连接于所述第二三极管的基极。
进一步，所述第二三极管为PNP型三极管，所述第三三极管为PNP型三极管，所述第四三极管为NPN型三极管。
进一步，所述主电流回路电路包括：
第五三极管，所述第五三极管的基极电连接于所述主电流回路电路的控制使能端，所述第五三极管的发射极接地；
继电器，所述继电器的常开触点串联于电池端和电容负载端之间，所述继电器的线圈控制端串联于所述第五三极管的集电极和所述电容负载端之间。
进一步，所述第五三极管的基极经由第十三电阻电连接于所述主电流回路电路的控制使能端，所述第五三极管的基极经由第十四电阻接地，并且，所述第五三极管的集电极经由肖特基二极管电连接于所述电容负载端。
进一步，所述肖特基二极管的正极电连接于所述第五三极管的集电极，所述肖特基二极管的负极电连接于所述电容负载端。
一种自动引导运输车，采用如上任一项所述的预充电路。
从上述方案可以看出，本实用新型的预充电路和自动引导运输车，减小了上电冲击电流，保证顺利上电，提高了后半段预充电速度，进而显著地缩短了预充电时间，对于快速上电的AGV应用场合，有着明显的优势。并且，采用本实用新型的预充电路进行上电的三个阶段的动作时间可通过单片机任意控制，简单并且易于实现。
附图说明
图1为本实用新型实施例的预充电路的结构框图；
图2为本实用新型实施例的预充电路的电路图；
图3为本实用新型实施例的预充电路的电容负载侧的电压和电流波形图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型实施例提供的预充电路包括电阻预充电路1、恒流预充电路2和主电流回路电路3。其中电阻预充电路1、恒流预充电路2和主电流回路电路3并联于电池4和电容负载5之间。电阻预充电路1、恒流预充电路2和主电流回路电路3具有各自的控制使能端以接收各自的使能信号，并在各自的使能信号控制下接通或者断开。
图2示出了本实用新型实施例的预充电路的电路图。如图2并结合图1所示，电阻预充电路1包括金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET Q1、第一电阻R1和第一三极管Q2。其中，MOSFET Q1的源极电连接于电池端。第一电阻R1电连接于MOSFET Q1的漏极和电容负载端之间。第一三极管Q2的基极电连接于电阻预充电路的控制使能端，以接收第一使能信号Enable1，第一三极管Q2的集电极电连接于MOSFET Q1的栅极，第一三极管Q2的发射极接地。
进一步地，电阻预充电路1还包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5。其中，第一三极管Q2的基极经由第四电阻R4电连接于电阻预充电路1的控制使能端，并且第一三极管Q2的基极经由第五电阻R5接地。第一三极管Q2的集电极经由第三电阻R3电连接于MOSFETQ1的栅极。
进一步地，电阻预充电路1还包括稳压二极管D1、电容C1和第二电阻R2。其中，稳压二极管D1、电容C1和第二电阻R2并联于MOSFET Q1的源极和栅极之间。其中，稳压二极管D1的负极电连接于MOSFET Q1的源极，稳压二极管D1的正极电连接于MOSFET Q1的栅极。
在本实用新型实施例中，MOSFET Q1为P沟道MOSFET，第一三极管Q2为NPN型三极管。
如图2并结合图1所示，恒流预充电路2包括第六电阻R6、第二三极管Q3、第三三极管Q4和第四三极管Q5。其中，第六电阻R6的一端电连接于电池端。第二三极管Q3的发射极电连接于第六电阻R6的另一端，第二三极管Q3的集电极电连接于电容负载端。第三三极管Q4的发射极电连接于电池端，第三三极管Q4的基极电连接于第六电阻R6的另一端，第三三极管Q4的集电极电连接于第二三极管Q3的基极。第四三极管Q5的基极电连接于恒流预充电路2的控制使能端，以接收第二使能信号Enable2，第四三极管Q5的集电极电连接于第二三极管Q3的基极，第四三极管Q5的发射极接地。
进一步地，恒流预充电路2还包括第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12。其中，第四三极管Q5的基极经由第十一电阻R11电连接于恒流预充电路2的控制使能端，并且第四三极管Q5的基极经由第十二电阻R12接地。第四三极管Q5的集电极经由第十电阻R10电连接于第二三极管Q3的基极。
进一步地，恒流预充电路2还包括第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9。其中，第三三极管Q4的基极经由第七电阻R7电连接于第六电阻R6的另一端，第三三极管Q4的集电极经由第八电阻R8电连接于第二三极管Q3的基极。第三三极管Q4的发射极经由第九电阻R9电连接于第二三极管Q3的基极。
在本实用新型实施例中，第二三极管Q3为PNP型三极管，第三三极管Q4为PNP型三极管，第四三极管Q5为NPN型三极管。
如图2并结合图1所示，主电流回路电路3包括第五三极管Q6和继电器K1。其中，第五三极管Q6的基极电连接于主电流回路电路3的控制使能端，以接收第三使能信号Enable3，第五三极管Q6的发射极接地。继电器K1的常开触点串联于电池端和电容负载端之间，继电器K1的线圈控制端串联于第五三极管Q6的集电极和电容负载端之间。
进一步地，主电流回路电路3还包括第十三电阻R13、第十四电阻R14和肖特基二极管D2。其中，第五三极管Q6的基极经由第十三电阻R13电连接于主电流回路电路3的控制使能端，第五三极管Q6的基极经由第十四电阻R14接地，并且，第五三极管Q6的集电极经由肖特基二极管D2电连接于电容负载端。
其中，肖特基二极管D2的正极电连接于第五三极管Q6的集电极，肖特基二极管D2的负极电连接于电容负载端。
采用本实用新型实施例的预充电路进行上电的过程共分成三个阶段：电阻预充电阶段、电阻加恒流预充电阶段和主电流回路工作阶段，该三个阶段通过第一使能信号Enable1、第二使能信号Enable2和第三使能信号Enable3的控制得以实现，具体如下。
第一阶段
如图2所示，通过第一使能信号Enable1，导通第一三极管Q2，从而导通MOSFET Q1，电池通过第一电阻R1(功率电阻)给电容负载进行电阻预充电，电容负载端的电压开始上升。
第二阶段
当电容负载端的电压上升到某个值时，例如电池电压的50％时，此时由于电阻预充电的电流逐渐减小，电容负载端的电压上升速度显著减缓；通过第二使能信号Enable2，导通第四三极管Q5，从而导通第三三极管Q4和第二三极管Q3；第三三极管Q4基极、发射极导通压降近似恒定，第三三级管Q4可以与第六电阻R6构造出恒流源；此状态下，电阻预充电和恒流预充电同时工作。由于在充电电流中加入了恒定的电流，所以会加快后半段的预充电速度。
第三阶段
当电容负载端的电压上升到某个合适的值时，例如电池电压的80％时，通过第三使能信号Enable3，主电流回路电路3工作，继电器K1吸合，此时停止第一使能信号Enable1和第二使能信号Enable2，使得电阻预充电路1和恒流预充电路2停止工作，预充电完成，大电流通过继电器K1从电池载流向与电容负载所并联的用电支路，电路正常工作，其中该用电支路例如控制电路、存储电路、驱动电路等。用电支路需要有电容负载进行并联，对于用电支路来说，电容负载是不可少的，电容负载的作用之一是对电池的输出电流进行滤波，作用之二是对所并联的用电支路进行稳压，作用之三是储能，当电池突然掉电时，利用电容负载中存储的能量能够在较短时间内完成例如日志存储、故障记录等操作。在一个可替代方案中，主电流回路电路3中的继电器K1可以由MOSFET替代。
图3示出了48V输入，3300μF电容负载下，电容侧电压波形和预充电流波形。由图3可以看出，第一阶段时，电阻预充电使能，电容侧电压缓慢上升，预充电流满足电阻电容充电规律；当电压上升到某个值时，恒流预充电使能，此时预充电流明显增大，电容侧电压上升速度明显加快，进入第二个阶段，即电阻预充电和恒流预充电同时工作；当电压上升到合适值时，吸合继电器，电容侧电压达到电池电压，预充电结束。
本实用新型实施例还提供了一种自动引导运输车，该自动引导运输车采用如上述实施例说明中的预充电路。
本实用新型实施例的预充电路和自动引导运输车，减小了上电冲击电流，保证顺利上电，提高了后半段预充电速度，进而显著地缩短了预充电时间，对于快速上电的AGV应用场合，有着明显的优势。并且，采用本实用新型实施例的预充电路进行上电的三个阶段的动作时间可通过单片机任意控制，简单并且易于实现。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种预充电路，其特征在于：
所述预充电路包括电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路；其中
所述电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路并联于电池和电容负载之间；
所述电阻预充电路、恒流预充电路和主电流回路电路具有各自的控制使能端以接收各自的使能信号，并在各自的使能信号控制下接通或者断开。
2.根据权利要求1所述的预充电路，其特征在于，所述电阻预充电路包括：
金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET，所述MOSFET的源极电连接于电池端；
第一电阻，所述第一电阻电连接于所述MOSFET的漏极和电容负载端之间；
第一三极管，所述第一三极管的基极电连接于所述电阻预充电路的控制使能端，所述第一三极管的集电极电连接于所述MOSFET的栅极，所述第一三极管的发射极接地。
3.根据权利要求2所述的预充电路，其特征在于：
所述第一三极管的基极经由第四电阻电连接于所述电阻预充电路的控制使能端，并且所述第一三极管的基极经由第五电阻接地；
所述第一三极管的集电极经由第三电阻电连接于所述MOSFET的栅极。
4.根据权利要求2所述的预充电路，其特征在于：
所述电阻预充电路还包括稳压二极管、电容和第二电阻；
所述稳压二极管、所述电容和所述第二电阻并联于所述MOSFET的源极和栅极之间；其中，
所述稳压二极管的负极电连接于所述MOSFET的源极，所述稳压二极管的正极电连接于所述MOSFET的栅极。
5.根据权利要求2所述的预充电路，其特征在于：
所述MOSFET为P沟道MOSFET，所述第一三极管为NPN型三极管。
6.根据权利要求1所述的预充电路，其特征在于：所述恒流预充电路包括：
第六电阻，所述第六电阻的一端电连接于电池端；
第二三极管，所述第二三极管的发射极电连接于所述第六电阻的另一端，所述第二三极管的集电极电连接于电容负载端；
第三三极管，所述第三三极管的发射极电连接于所述电池端，所述第三三极管的基极电连接于所述第六电阻的另一端，所述第三三极管的集电极电连接于所述第二三极管的基极；
第四三极管，所述第四三极管的基极电连接于所述恒流预充电路的控制使能端，所述第四三极管的集电极电连接于所述第二三极管的基极，所述第四三极管的发射极接地。
7.根据权利要求6所述的预充电路，其特征在于：
所述恒流预充电路还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；其中
所述第三三极管的基极经由所述第七电阻电连接于所述第六电阻的另一端，所述第三三极管的集电极经由所述第八电阻电连接于所述第二三极管的基极；
所述第三三极管的发射极经由所述第九电阻电连接于所述第二三极管的基极。
8.根据权利要求6所述的预充电路，其特征在于：
所述第四三极管的基极经由第十一电阻电连接于所述恒流预充电路的控制使能端，并且所述第四三极管的基极经由第十二电阻接地；
所述第四三极管的集电极经由第十电阻电连接于所述第二三极管的基极。
9.根据权利要求6所述的预充电路，其特征在于：
所述第二三极管为PNP型三极管，所述第三三极管为PNP型三极管，所述第四三极管为NPN型三极管。
10.根据权利要求1所述的预充电路，其特征在于，所述主电流回路电路包括：
第五三极管，所述第五三极管的基极电连接于所述主电流回路电路的控制使能端，所述第五三极管的发射极接地；
继电器，所述继电器的常开触点串联于电池端和电容负载端之间，所述继电器的线圈控制端串联于所述第五三极管的集电极和所述电容负载端之间。
11.根据权利要求10所述的预充电路，其特征在于：
所述第五三极管的基极经由第十三电阻电连接于所述主电流回路电路的控制使能端，所述第五三极管的基极经由第十四电阻接地，并且，所述第五三极管的集电极经由肖特基二极管电连接于所述电容负载端。
12.根据权利要求11所述的预充电路，其特征在于：
所述肖特基二极管的正极电连接于所述第五三极管的集电极，所述肖特基二极管的负极电连接于所述电容负载端。
13.一种自动引导运输车，其特征在于，采用如权利要求1至12任一项所述的预充电路。
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