CN210478445U - 适用v2g的电动汽车能量管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用V2G的电动汽车能量管理系统，包括电池监测部分和电池充放电主回路部分，电池监测部分用于监测电动汽车蓄电池的运行状态，电池监测部分包括电动汽车蓄电池检测芯片、电压正弦波放大电路、电流正弦波放大电路，信号调理电路，A/D转换电路，控制器和半桥驱动电路，控制器上还连接有复位电路。一种适用V2G的电动汽车能量管理系统具有功率因素高、工作频率高、体积小和谐波量小的特点，其放电能量可以全部回馈电网，提高了能量的利用率，同时其能够实时监测电池状态及容量，对电池组实施有效的管理，确保电池及电动汽车的性能安全以及提高电池的使用效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体地说是涉及一种适用V2G的电动汽车能量管理系统。
背景技术
随着汽车保有量的逐年增加，汽车尾气的大量排放已逐渐成为造成大气污染的主要原因之一，同时雾霾天气频繁发生，石油等不可再生资源的日益消耗，传统汽车行业面临巨大冲击，而电动汽车以其使用清洁能源、尾气零排放等优点成为低碳能源供应、交通运输节能的重要举措，对缓解能源供需矛盾、改善环境有着重要的推动作用。
电动汽车接入电网，既可作为可控负荷，同时其动力电池可理解为电网中的一个个移动的分布式储能电源。V2G是指电动车辆的能量在受控状态下实现与电网的双向交换，其中电动汽车不但从电网获得能量，而且可以实现在必要时电动汽车向电网反送电，来提高电网运行的可靠性。V2G下，可以有效实现削峰填谷的控制目标，平衡电网负荷。电动汽车作为能够移动的储能单元已成为智能电网的重要组成部分，如何实现电网与电动汽车之间能量交互则是关键环节，这对分析电动汽车储能对能量双向流动的影响及其对电网方面的影响都有很大帮助。
电动汽车的充放电系统能量研究对电动汽车性能实验方案的确立、经济性能分析标准的确定具有深远的意义。动力电池组是电动汽车的主要能量源，为电动汽车提供行驶能量，同时也为车载电器设备提供必要的能量
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述技术方案的不足，提供一种适用V2G的电动汽车能量管理系统，该能量管理系统具有功率因素高、工作频率高、体积小和谐波量小的特点，其放电能量可以全部回馈电网，提高了能量的利用率，同时其能够实时监测电池状态及容量，对电池组实施有效的管理，确保电池及电动汽车的性能安全以及提高电池的使用效率。
为解决上述技术问题，本实用新型包括电池监测部分和电池充放电主回路部分，所述电池监测部分用于监测电动汽车蓄电池的运行状态，所述电池充放电主回路部分用于接收和处理所述电池监测部分的输出信号，进而控制电动汽车蓄电池的充放电状态，电池充放电主回路部分包括依次电连接的PWM整流器，滤波电路，双向DC/DC变换器，所述PWM整流器交流电输入端与交流电网电连接，PWM整流器的直流电输出端与滤波电路电连接，电池监测部分包括电动汽车蓄电池检测芯片、电压正弦波放大电路、电流正弦波放大电路、信号调理电路、 A/D转换电路、控制器和半桥驱动电路，所述控制器上还连接有复位电路。
作为优选的技术方案，所述复位电路中包括依次串联在供电电源和接地端之间的充电电阻和电容，电容两端并联有一个保护电阻和复位开关，所述复位电路通过电容和充电电阻之间的并联连接点与控制器电连接。
作为优选的技术方案，所述电压正弦波放大电路包括电压跟随器和电压反向放大电路，所述电压跟随器包括由三极管构成的共集电路，共集电路输入高阻抗，输出低阻抗，信号由三极管的基极输入，射极输出，三极管的基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。
作为优选的技术方案，所述电流正弦波放大电路包括电流跟随器和电流反向放大电路，所述电流跟随器包括由三极管构成的共集电路，共集电路输入高阻抗，输出低阻抗，信号由三极管的基极输入，射极输出，三极管的基极电流与集电极电流相位相同，即输入电流与输出电流同相。
作为优选的技术方案，所述信号调理电路和A/D转换电路将电动汽车蓄电池检测芯片采集到的电压信号和电流信号转化为控制器所能识别的数字量。
作为优选的技术方案，所述控制器选用TMS320F28335芯片，TMS320F28335 芯片连接供电电路，供电电路包括AMS1117型稳压器，采用双电源供电，其中一个电源为该芯片的内部逻辑电路提供电压,另一个电源作为该芯片的备用电源。
作为优选的技术方案，所述半桥驱动电路包括IR2104芯片，半桥驱动电路内部为被动式泵荷升压，IR2104是一个高压驱动芯片,驱动一个半桥MOSFET， IR2104芯片引脚8、引脚6为高电压供电，引脚7为高压端驱动输出，引脚5 为低压端驱动输出，引脚4为数字电路供电，半桥驱动电路的上下桥臂交替导通。
由于采用了上述技术方案，能量管理系统中的选用电压型PWM整流器和双向DC/DC变换器，更好地提高能量利用率，双向DC/DC变换器可以更好地充分利用能量，本能量管理系统可以改善电能质量，保持系统稳定，提高能量的利用率，实现经济效益的最大化。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1是本实用新型实施例的电池监测部分的电路图；
图2是本实用新型实施例的控制器的电源供电的电压转换电路图；
图3是本实用新型实施例中复位电路的电路图；
图4是本实用新型实施例的电压正弦放大电路的电路图；
图5是本实用新型实施例的电流正弦放大电路的电路图；
图6是本实用新型实施例的A/D转换电路和信号调理电路的电路图；
图7是本实用新型实施例的外接RSM管脚连接图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
参照附图1，该适用V2G的电动汽车能量管理系统包括电池监测部分和电池充放电主回路部分，电池监测部分用于监测电动汽车蓄电池的运行状态，电池监测部分包括电动汽车蓄电池检测芯片、电压正弦波放大电路、电流正弦波放大电路、信号调理电路、A/D转换电路、控制器和半桥驱动电路，控制器上还连接有复位电路。
电动汽车蓄电池检测芯片选取了独立的型号为DS2438的电池检测芯片，该芯片内部的温度传感器可以测量电动汽车蓄电池的温度值，确保的电动汽车蓄电池的使用寿命；利用该芯片可以检测电动汽车蓄电池当前的电压以及流过的电流，还可以对电动汽车蓄电池的剩余电量进行实时监测，向电池充放电主回路部分发出适当的充、放电信号。
半桥驱动电路包括IR2104芯片，半桥驱动电路内部为被动式泵荷升压， IR2104是一个高压驱动芯片,驱动一个半桥MOSFET，IR2104芯片引脚8、引脚6 为高电压供电，引脚7为高压端驱动输出，引脚5为低压端驱动输出，引脚4 为数字电路供电，半桥驱动电路的上下桥臂交替导通，当开关Q2关断时Vs端的电压就会升高，由于电容C10两端的电压不能突变，因此引脚8的电平接近于引脚8和引脚1的电压之和，而引脚8和引脚6之间的电压还是接近引脚1 电压，当开关Q2导通时，电容C10作为一个浮动的电压源驱动开关Q2；而电容 C10在开关Q2导通其间损失的电荷在下一个周期又会得到补充，这种自举供电方式就是利用引脚6的电平在高低电平之间不停地摆动来实现的。
如图4所示，电压正弦波放大电路包括左侧的电压跟随器和右侧的电压反向放大电路，电压跟随器包括由三极管构成的共集电路，信号由三极管的基极输入，射极输出，它的电压增益是一，三极管的基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相，共集电路输入高阻抗，输出低阻抗，电压跟随器中三极管正相输入端3处的电压与电压跟随器中三极管输出端1处的电压相等，所以电压跟随器是实现输出电压跟随输入电压变化的，而输入的电阻高，输出的电阻低，能起到阻抗匹配的作用，使得后一级电路更好的工作，后一级是反相放大电路，电压反向放大电路中的三级管的输出端7电压为U0，电压反向放大电路中的三级管的正相输入端5和反相输入端6的电压相等，流过电阻 R11的电流由电压跟随器中三极管输出端1和电压反向放大电路中的三级管的反相输入端6的电压决定，流过电阻R31的电流同流过电阻R11的电流相等，电压反向放大电路中的三级管的输出端7电压U0由电压反向放大电路中的三级管的反相输入端6的电压和流过电阻R31的电流决定，当电压反向放大电路中的三级管的反相输入端6的输入电压上升时，输出会被反相，向负方向大幅度放大，反向放大电路中的滑动变阻器可调节电压反向放大电路中的三级管的正相输入端5的输入电压，进而影响输出电压波形。
如图5所示，电流正弦波放大电路包括电流跟随器和电流反向放大电路，电流跟随器包括由三极管构成的共集电路，共集电路输入高阻抗，输出低阻抗，信号由三极管的基极输入，射极输出，三极管的基极电流与集电极电流相位相同，即输入电流与输出电流同相，电流正弦波放大电路工作原理与电压正弦波放大电路的工作原理类似，不同之处在于电压正弦波放大电路的输入信号为电压信号，而电流正弦波放大电路输入的信号为电流信号。
如图6所示，本系统在处理电池检测芯片采集到的信号时，需要借助信号调理电路和A/D转换电路将电动汽车蓄电池检测芯片采集到的电压信号和电流信号转化为控制器所能识别的数字量，A/D转换电路也可以称作模数转换电路，调理电路即将采集的模拟量转化为控制器的芯片所能识别的数字量，具体是指，在A/D转换期间，为了使输入信号不变，保持在开始转换时的值，电动汽车蓄电池检测芯片开启，进行采样；采样一段时间后，电动汽车蓄电池检测芯片开启断开，电动汽车蓄电池检测芯片开启进入保持模式，才是模数转换真正开始工作；信号调理电路把模拟量分为若干小份的量来组成数字量以便数字系统识别，所以量化的作用就是为了用数字量更精确表示模拟量，最后将离散幅值经过量化进行编码成二进制数字。
如图2所示，供电电路包括AMS1117型稳压器，它能提供较为稳定的3V输出电压，性能稳定。为了获取3V电压，可以采取5V电压转换的方法，采用双电源供电，其中一个电源为该芯片的内部逻辑电路提供电压,另一个电源作为该芯片的备用电源，
控制器选用TMS320F28335芯片，TMS320F28335芯片外扩了内外存储空间和数据显示功能，有32位的运算精度以及300MIPS的系统处理能力，TMS320F28335 芯片集成了123KB的Flash储存器，4KB的引导ROM，数学运算表以及2KB的 OTRPOM，因此能大大改善其应用的灵活性。
如图3所示，复位电路中包括依次串联在供电电源和接地端之间的充电电阻和电容，电容两端并联有一个保护电阻和复位开关，复位电路通过电容和充电电阻之间的并联连接点与控制器电连接，当复位开关S10按下时，将电容C26 上的电荷通过S10串联的保护电阻释放掉，使电容C26上的电压降为0；当复位开关S10松开时，由于电容C26上的电压不能突变，所以通过充电电阻R22进行充电，充电时间由充电电阻R22和电容C26乘积值决定，这样就可以实现手动按钮复位。
如图7所示，考虑到TMS320F28335芯片收集的数据较多，对处理存储容量有一定要求，故外接了一块RSM来扩展容量，选用了64K的CY7C1021的片外RAM，将其A0-A15引脚直接与TMS320F28335芯片的XA0-XA15数据线相连，IO0-IO15 与TMS320F28335芯片的XDO-XD15地址线相连。
电池充放电主回路部分用于接收和处理电池监测部分的输出信号，进而控制电动汽车蓄电池的充放电状态，电池充放电主回路部分包括依次电连接的PWM 整流器，滤波电路，双向DC/DC变换器，PWM整流器交流电输入端与交流电网电连接，PWM整流器的直流电输出端与滤波电路电连接，PWM整流器在电动汽车蓄电池反向放电时，也可以为PWM逆变器，当电动汽车蓄电池剩余容量经电池监测部分检测低于最低充电容量时，本系统内的控制器对电动汽车蓄电池发出充电指令，连通电网与电动汽车蓄电池，电信号通过三相PWM整流器对电网侧传来的三相交流电信号进行整流，经过滤波电路进行滤波，双向DC/DC变换器起降压作用，最后对电池组进行充电。当电动汽车蓄电池剩余容量经电池监测部分检测为较高容量时，本系统内的控制器对电动汽车蓄电池发出放电指令，连通电网与电动汽车蓄电池，电动汽车蓄电池内的电信号双向DC/DC变换器进行升压，然后经滤波电路进行滤波，最后通过三相PWM整变器对电网进行回馈输电。
该能量管理系统具有功率因素高、工作频率高、体积小和谐波量小的特点，其放电能量可以全部回馈电网，提高了能量的利用率，同时其能够实时监测电池状态及容量，对电池组实施有效的管理，确保电池及电动汽车的性能安全以及提高电池的使用效率。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：包括电池监测部分和电池充放电主回路部分，所述电池监测部分用于监测电动汽车蓄电池的运行状态，所述电池充放电主回路部分用于接收和处理所述电池监测部分的输出信号，进而控制电动汽车蓄电池的充放电状态，电池充放电主回路部分包括依次电连接的PWM整流器，滤波电路，双向DC/DC变换器，所述PWM整流器交流电输入端与交流电网电连接，PWM整流器的直流电输出端与滤波电路电连接，电池监测部分包括电动汽车蓄电池检测芯片、电压正弦波放大电路、电流正弦波放大电路、信号调理电路、A/D转换电路、控制器和半桥驱动电路，所述控制器上还连接有复位电路。
2.如权利要求1所述的适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：所述复位电路中包括依次串联在供电电源和接地端之间的充电电阻和电容，电容两端并联有一个保护电阻和复位开关，所述复位电路通过电容和充电电阻之间的并联连接点与控制器电连接。
3.如权利要求1所述的适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：所述电压正弦波放大电路包括电压跟随器和电压反向放大电路，所述电压跟随器包括由三极管构成的共集电路，共集电路输入高阻抗，输出低阻抗，信号由三极管的基极输入，射极输出，三极管的基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。
4.如权利要求1所述的适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：所述电流正弦波放大电路包括电流跟随器和电流反向放大电路，所述电流跟随器包括由三极管构成的共集电路，共集电路输入高阻抗，输出低阻抗，信号由三极管的基极输入，射极输出，三极管的基极电流与集电极电流相位相同，即输入电流与输出电流同相。
5.如权利要求1所述的适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：所述信号调理电路和A/D转换电路将电动汽车蓄电池检测芯片采集到的电压信号和电流信号转化为控制器所能识别的数字量。
6.如权利要求1所述的适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：所述控制器选用TMS320F28335芯片，TMS320F28335芯片连接供电电路，供电电路包括AMS1117型稳压器，采用双电源供电，其中一个电源为该芯片的内部逻辑电路提供电压,另一个电源作为该芯片的备用电源。
7.如权利要求1所述的适用V2G的电动汽车能量管理系统，其特征在于：所述半桥驱动电路包括IR2104芯片，半桥驱动电路内部为被动式泵荷升压，IR2104是一个高压驱动芯片,驱动一个半桥MOSFET，IR2104芯片引脚8、引脚6为高电压供电，引脚7为高压端驱动输出，引脚5为低压端驱动输出，引脚4为数字电路供电，半桥驱动电路的上下桥臂交替导通。
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| GR01 | Patent grant | ||
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