CN213243623U - 一种新能源汽车的锂电池充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种新能源汽车的锂电池充电系统，通过在锂电池组模块中设置调制电路，将锂电池组的串数值转换为相应的频率脉冲信号，将该频率脉冲信号与脉宽调制器输出的控制信号进行调制后叠加在充电电流中，该调制信号被充电器中的解调电路采集并解调，获得原始的频率脉冲信号，MCU芯片对该频率脉冲信号进行频率识别，根据其频率即可得知锂电池组的串数，并且根据该频率输出控制信号调整开关电源输出的充电电流大小；通过在解调电路设置第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器实现电流‑电压转换，第二电压比较器实现解调功能，以获得锂电池组的串数。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池充放电技术领域，尤其涉及一种新能源汽车的锂电池充电系统。
背景技术
目前，新能源汽车的锂电池组充电系统一般有充电器和锂电池组模块，充电器根据锂电池组的串数将市电转换相应充电所需的充电电压。由于充电器和锂电池组模块是两个独立的模块，为保证充电器根据锂电池组的串数调整充电器输出电压以适应电池组的变化，通常需要在充电器和锂电池组模块中加入通信功能，常用手段是增设通信线路实现充电器和锂电池组模块通信。由于这种方式增加了线路，导致系统线路增加，系统的功率损耗增加。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种新能源汽车的锂电池充电系统，采用一根DC充电电源线同时传输充电电流和脉冲信号，降低系统的功率损耗。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种新能源汽车的锂电池充电系统，采用一根DC充电电源线同时传输充电电流和脉冲信号，降低系统的功率损耗。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种新能源汽车的锂电池充电系统，其包括充电器和锂电池组模块，充电包括开关电源、MCU芯片和解调电路；
锂电池组模块包括锂电池组、调制电路和脉宽调制器；
开关电源的输入端输入220V市电，开关电源的输出端通过DC充电电源线与锂电池组的正极电性连接，锂电池组的负极接地，调制电路的输入端与脉宽调制器的PWM输出端电性连接，调制电路的输出端与解调电路的输入端电性连接，解调电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接，MCU芯片的I/O口与开关电源的控制端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，调制电路包括：电阻R22、二极管D4、MOS管Q2和与门；
开关电源的输出端通过DC充电电源线分别与电阻R22的一端和二极管D4的正极电性连接，二极管D4的负极与锂电池组的正极电性连接，电阻R22的另一端与MOS管Q2的漏极电性连接，MOS管Q2的源极接地，脉宽调制器将要发送的频率脉冲信号输入至与门的第一输入端，脉宽调制器输出控制信号至与门的第二输入端，与门的输出端与MOS管Q2的栅极电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，解调电路包括第一电压比较器和第二电压比较器；
第一电压比较器的输入端与调制电路的输出端电性连接，第一电压比较器的输出端通过第二电压比较器与MCU芯片的模拟输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一电压比较器包括：电阻R23-R26、电容C4、电容C5和运算放大器AD8017；
调制电路的输出端分别与电阻R23的一端、电阻R24的一端和电阻R25的一端电性连接，电阻R23的另一端接地，电阻R24的另一端与运算放大器AD8017的引脚2电性连接，电阻R25的另一端与运算放大器AD8017的引脚3电性连接，运算放大器AD8017的引脚1通过第二电压比较器与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电容C5的一端与运算放大器AD8017的引脚2电性连接，电容C5的另一端接地，电容C4的一端与运算放大器AD8017的引脚3电性连接，电容C4的另一端接地，电阻R26并联在电容C4的两端。
在以上技术方案的基础上，优选的，第二电压比较器包括：电阻R27-R30和运算放大器OPA2322；
运算放大器AD8017的引脚1与运算放大器OPA2322的引脚5电性连接，电阻R29的一端与运算放大器OPA2322的引脚5电性连接，电阻R29的另一端与电源电性连接，运算放大器OPA2322的引脚6分别与电阻R27的一端和电阻R28的一端电性连接，电阻R28的另一端接地，电阻R27的另一端与电源电性连接，运算放大器OPA2322的引脚7与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电阻R30的一端与电源电性连接，电阻R30的另一端与运算放大器OPA2322的引脚7电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，锂电池组模块还包括若干组均衡电路；
均衡电路的输入端与脉宽调制器的PWM输出端电性连接，均衡电路的输出端与锂电池的正极和负极相连。
本实用新型的一种新能源汽车的锂电池充电系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过在锂电池组模块中设置调制电路，将锂电池组的串数值转换为相应的频率脉冲信号，将该频率脉冲信号与脉宽调制器输出的控制信号进行调制后叠加在充电电流中，该调制信号被充电器中的解调电路采集并解调，获得原始的频率脉冲信号，MCU芯片对该频率脉冲信号进行频率识别，根据其频率即可得知锂电池组的串数，并且根据该频率输出控制信号调整开关电源输出的充电电流大小；
(2)通过在解调电路设置第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器实现电流-电压转换，第二电压比较器实现解调功能，以获得锂电池组的串数。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种新能源汽车的锂电池充电系统的结构图；
图2为本实用新型一种新能源汽车的锂电池充电系统中调制电路的电路图；
图3为本实用新型一种新能源汽车的锂电池充电系统中解调电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种新能源汽车的锂电池充电系统，其包括充电器和锂电池组模块。
锂电池组模块，包括锂电池组，在锂电池组充放电过程中对锂电池组进行安全保护。本实施例中，锂电池组模块包括锂电池组、调制电路和脉宽调制器。
锂电池组，包括若干个串联的锂电池，锂电池组的串数不同，则所需充电电流不同。本实施例中，并不限定锂电池组的串数。锂电池组的正极与充电器输出端电性连接，锂电池组的输出端接地。
脉宽调制器，产生PWM波用以驱动调制电路工作。本实施例中，脉宽调制器可以采用现有技术实现，不限定其型号。脉宽调制器的PWM输出端与调制电路的输入端电性连接。
调制电路，产生脉冲电流，脉冲电流频率叠加在充电器输出的充电电流上，不同频率代表不同的控制信号，充电器接收到该脉冲电流后，根据其频率即可得知锂电池组的串数，从而调节充电器输出的充电电流。本实施例中，调制电路的输入端与脉宽调制器的PWM输出端电性连接。优选的，如图2所示，调制电路包括：电阻R22、二极管D4、MOS管Q2和与门；具体的，开关电源的输出端通过DC充电电源线分别与电阻R22的一端和二极管D4的正极电性连接，二极管D4的负极与锂电池组的正极电性连接，电阻R22的另一端与MOS管Q2的漏极电性连接，MOS管Q2的源极接地，脉宽调制器将要发送的频率脉冲信号输入至与门的第一输入端，脉宽调制器输出控制信号至与门的第二输入端，与门的输出端与MOS管Q2的栅极电性连接。其中，二极管D4为肖特基二极管，可降低二极管所产生的压降损耗，以及避免脉冲电流经过锂电池组模块而降低充电线路上的脉冲电流幅度，同时可以有效防止锂电池组、电阻R22和MOS管Q2形成放电回路，使电流只能单向通过；当充电器与锂电池组模块通信时，脉宽调制器输出的控制信号为高电平，要发送的频率脉冲信号与该高电平相与后输出至MOS管Q2的栅极，控制MOS管Q2导通和关断，同时产生相应频率的脉冲电流，该脉冲电流频率叠加在充电器输出的充电电流上，不同频率代表不同的控制信号，充电器接收到该脉冲电流后，根据其频率即可得知锂电池组的串数，从而调节充电器输出的充电电流。
充电器，根据锂电池组的串数调整充电器输出电压以适应电池组的变化。本实施例中，充电器包括开关电源、MCU芯片、解调电路。
开关电源，根据MCU芯片的调控提供锂电池组模块充电所需的充电电流。本实施例中，开关电源的输入端输入220V市电，开关电源的输出端通过DC充电电源线与锂电池组的正极电性连接，锂电池组的负极接地。本实施例中，开关电源可以采用市面上的AC/DC开关电源，属于现有技术，在此不再累述。
解调电路，接收调制电路产生的脉冲电流，并将该脉冲电流发送至MCU芯片。优选的，本实施例中，解调电路包括第一电压比较器和第二电压比较器。
第一电压比较器，将脉冲电流转换为电压信号。第一电压比较器的输入端与调制电路的输出端电性连接，第一电压比较器的输出端通过第二电压比较器与MCU芯片的模拟输入端电性连接。优选的，如图3所示，本实施例中，第一电压比较器包括：电阻R23-R26、电容C4、电容C5和运算放大器AD8017；具体的，调制电路的输出端分别与电阻R23的一端、电阻R24的一端和电阻R25的一端电性连接，电阻R23的另一端接地，电阻R24的另一端与运算放大器AD8017的引脚2电性连接，电阻R25的另一端与运算放大器AD8017的引脚3电性连接，运算放大器AD8017的引脚1通过第二电压比较器与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电容C5的一端与运算放大器AD8017的引脚2电性连接，电容C5的另一端接地，电容C4的一端与运算放大器AD8017的引脚3电性连接，电容C4的另一端接地，电阻R26并联在电容C4的两端。电阻R23为采样电阻，电阻R25、电阻R26和电容C4起到分压作用；电阻R24和电容C5起到滤波作用。当脉冲电流信号到达时，运算放大器AD8017的同相输入端电压高于其反相输入端电压，运算放大器AD8017输出高电平。
第二电压比较器，防止干扰信号引起电流抖动造成误判断。优选的，如图3所示，第二电压比较器包括：电阻R27-R30和运算放大器OPA2322；具体的，运算放大器AD8017的引脚1与运算放大器OPA2322的引脚5电性连接，电阻R29的一端与运算放大器OPA2322的引脚5电性连接，电阻R29的另一端与电源电性连接，运算放大器OPA2322的引脚6分别与电阻R27的一端和电阻R28的一端电性连接，电阻R28的另一端接地，电阻R27的另一端与电源电性连接，运算放大器OPA2322的引脚7与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电阻R30的一端与电源电性连接，电阻R30的另一端与运算放大器OPA2322的引脚7电性连接。其中，当脉冲电流信号到达时，第一电压比较器输出高电平，则第二电压比较器也输出高电平，这样将叠加在充电电流上的微弱电流脉冲信号还原成原始的频率脉冲信号，再将检测出的频率脉冲信号输出至MCU芯片的模拟输入端，MCU芯片进行频率识别，并且输出控制信号调整开关电源输出的充电电流大小。
本实施例的工作原理为：当充电器与锂电池组模块通信时，脉宽调制器将要发送的频率脉冲信号输入至与门的第一输入端，脉宽调制器输出控制信号至与门的第二输入端，且控制信号为高电平，要发送的频率脉冲信号与该高电平相与后输出至MOS管Q2的栅极，控制MOS管Q2导通和关断，同时产生相应频率的脉冲电流，该脉冲电流频率叠加在充电器输出的充电电流上，被第一电压比较器采集并转换为电压信号，该电压信号经过第二电压比较器将叠加在充电电流上的微弱电流脉冲信号还原成原始的频率脉冲信号，再将检测出的频率脉冲信号输出至MCU芯片的模拟输入端，MCU芯片进行频率识别，并且输出控制信号调整开关电源输出的充电电流大小。
本实施例的有益效果为：通过在锂电池组模块中设置调制电路，将锂电池组的串数值转换为相应的频率脉冲信号，将该频率脉冲信号与脉宽调制器输出的控制信号进行调制后叠加在充电电流中，该调制信号被充电器中的解调电路采集并解调，获得原始的频率脉冲信号，MCU芯片对该频率脉冲信号进行频率识别，根据其频率即可得知锂电池组的串数，并且根据该频率输出控制信号调整开关电源输出的充电电流大小；
通过在解调电路设置第一电压比较器和第二电压比较器，第一电压比较器实现电流-电压转换，第二电压比较器实现解调功能，以获得锂电池组的串数。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新能源汽车的锂电池充电系统，其包括充电器和锂电池组模块，其特征在于：所述充电器包括开关电源、MCU芯片和解调电路；
所述锂电池组模块包括锂电池组、调制电路和脉宽调制器；
所述开关电源的输入端输入220V市电，开关电源的输出端通过DC充电电源线与锂电池组的正极电性连接，锂电池组的负极接地，调制电路的输入端与脉宽调制器的PWM输出端电性连接，调制电路的输出端与解调电路的输入端电性连接，解调电路的输出端与MCU芯片的模拟输入端电性连接，MCU芯片的I/O口与开关电源的控制端电性连接。
2.如权利要求1所述的一种新能源汽车的锂电池充电系统，其特征在于：所述调制电路包括：电阻R22、二极管D4、MOS管Q2和与门；
所述开关电源的输出端通过DC充电电源线分别与电阻R22的一端和二极管D4的正极电性连接，二极管D4的负极与锂电池组的正极电性连接，电阻R22的另一端与MOS管Q2的漏极电性连接，MOS管Q2的源极接地，脉宽调制器将要发送的频率脉冲信号输入至与门的第一输入端，脉宽调制器输出控制信号至与门的第二输入端，与门的输出端与MOS管Q2的栅极电性连接。
3.如权利要求1所述的一种新能源汽车的锂电池充电系统，其特征在于：所述解调电路包括第一电压比较器和第二电压比较器；
所述第一电压比较器的输入端与调制电路的输出端电性连接，第一电压比较器的输出端通过第二电压比较器与MCU芯片的模拟输入端电性连接。
4.如权利要求3所述的一种新能源汽车的锂电池充电系统，其特征在于：所述第一电压比较器包括：电阻R23-R26、电容C4、电容C5和运算放大器AD8017；
所述调制电路的输出端分别与电阻R23的一端、电阻R24的一端和电阻R25的一端电性连接，电阻R23的另一端接地，电阻R24的另一端与运算放大器AD8017的引脚2电性连接，电阻R25的另一端与运算放大器AD8017的引脚3电性连接，运算放大器AD8017的引脚1通过第二电压比较器与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电容C5的一端与运算放大器AD8017的引脚2电性连接，电容C5的另一端接地，电容C4的一端与运算放大器AD8017的引脚3电性连接，电容C4的另一端接地，电阻R26并联在电容C4的两端。
5.如权利要求4所述的一种新能源汽车的锂电池充电系统，其特征在于：所述第二电压比较器包括：电阻R27-R30和运算放大器OPA2322；
所述运算放大器AD8017的引脚1与运算放大器OPA2322的引脚5电性连接，电阻R29的一端与运算放大器OPA2322的引脚5电性连接，电阻R29的另一端与电源电性连接，运算放大器OPA2322的引脚6分别与电阻R27的一端和电阻R28的一端电性连接，电阻R28的另一端接地，电阻R27的另一端与电源电性连接，运算放大器OPA2322的引脚7与MCU芯片的模拟输入端电性连接，电阻R30的一端与电源电性连接，电阻R30的另一端与运算放大器OPA2322的引脚7电性连接。
6.如权利要求1所述的一种新能源汽车的锂电池充电系统，其特征在于：所述锂电池组模块还包括若干组均衡电路；
所述均衡电路的输入端与脉宽调制器的PWM输出端电性连接，均衡电路的输出端与锂电池的正极和负极相连。
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