CN206884764U - 一种智能化快速主动式充电机 - Google Patents

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孙东炯
余绍华
王维斌
潘光亮
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Abstract

一种智能化快速主动式充电机，包括输入电源单元、逆变输出单元和内部设置数据存储与处理单元的微处理器、辅助电源输出电路、输入过欠压保护电路和输出过流过压保护电路的检测控制单元，所述充电机可通过对存储与处理单元中的数据进行比对和分析，生成优化的充电方式和充电曲线；并依据充电方式和充电曲线主动控制充电电压和充电电流的大小，实时向上位机和整车通讯***上传充电电压、充电电流、充电时间、充电电量、充电方式以及SOC剩余电量，具有能够达到快速均衡充电，提高电池的充电效率，缩短电池充电时间，延长电池寿命的目的。

Description

一种智能化快速主动式充电机
技术领域
本实用新型涉及新能源电动车辆充电机领域，具体为一种智能化快速主动式充电机。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，传统燃油汽车广泛应用所引起的能源供应紧缺和环境污染等问题日益突出，节能减排已深入人心，各国纷纷加快发展新能源车辆尤其是电动车辆的步伐。与传统内燃式车辆加油方式不同，电动车辆的能量补给方式是通过电网对车载蓄电池进行充电，而充电机作为电动车辆充电的必备部件，是电动车辆不可缺少的子***之一。
传统的铅酸电池充电机，特别是大容量大功率充电机主要采用工频可控硅或磁饱和方式，具有体积大、重量大、功耗大、效率低、功率因数低和充电方式单一等缺点，而最近几年发展的锂电池充电机，充电方式需要被动接受BMS指令进行充电，虽然充电安全有一定提高，但由于BMS本身***复杂，故障率高，SOC剩余电量计算误差较大，容易造成欠充电和过充电，甚至不充电，因此发展一种智能化快速主动式充电机改善我国当前电动汽车及其充电设施发展相对落后是电动车辆产业发展壮大的基础，具有十分重要的意义。
实用新型内容
为克服上述不足，本实用新型的目的在于提供一种能够为无BMS***的铅酸电池和锂电池进行快速、安全、可靠充电的智能化快速主动式充电机，达到缩短充电时间、自动均衡充电，防止电池组失衡、提高电池使用寿命。
本实用新型采取的技术方案如下：
一种智能化快速主动式充电机，包括：
输入电源单元，主要对接入电源进行整流与滤波处理的；
逆变输出单元，主要将输入的高压直流电转换为蓄电池充电所需要直流电源；
和通过实时检测输入输出电路参数以达到主动控制充电机充电电压和充电电流的检测控制单元，其特征在于：所述检测控制单元包括内部设置数据存储与处理单元的微处理器、辅助电源输出电路、输入过欠压保护电路和输出过流过压保护电路，所述微处理器实时采集输入过欠压保护电路和输出过流过压保护电路的参数并存储在数据存储与处理单元内。
优选的，所述检测控制单元还包括CAN通讯电路，所述CAN通讯电路实时向上位机和整车通讯***上传充电电压、充电电流、充电时间、充电电量、充电方式以及SOC 剩余电量。
优选的，所述逆变输出单元包含移相全桥转换电路、高频整流滤波电路、蓄电池连接检测控制电路，电压电流采样反馈闭环电路、移相控制驱动电路和全桥驱动电路组成，并按顺序进行单项闭环连接。
优选的，所述输入电源单元包含三相交流电源输入EMI滤波器、防浪涌抗雷击电路，三相三桥并联式整流电路、预充电启动电路、无源PFC滤波电路相连接。
优选的，所述无源PFC滤波电路还与逆变输出单元的移相全桥转换电路和监测控制单元的辅助电源输出电路相连接。
优选的，蓄电池连接检测控制电路与充电机外部的蓄电池相连接。
优选的，蓄电池连接检测控制电路还与输出过流过压保护电路相连接。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于
1、充电机可通过微处理器内部数据存储与处理单元中存储的数据进行比对和分析，生成优化的充电方式和充电曲线。
2、通过优化的充电方式和充电曲线可主动控制充电电压和充电电流的大小，并实时向上位机和整车通讯***上传充电电压、充电电流、充电时间、充电电量、充电方式以及SOC剩余电量。
3、可自行对每一次的充电数据进行储存，作为下次充电的数据之一。
4、能够达到快速均衡充电，提高电池的充电效率，缩短电池充电时间，延长电池寿命的目的。
附图说明
图1：充电机内部原理框图
图2：三相交流电源输入EMI滤波器和防浪涌抗雷击电路
图3：三相三桥并联式整流电路
图4：预充电启动电路
图5：无源PFC滤波电路
图6：移相全桥转换电路
图7：全桥驱动电路
图8：移相控制驱动电路。
附图标号：I、输入电源单元；II、逆变输出单元；III、检测控制单元；
1、三相交流电源输入EMI滤波器；2、防浪涌抗雷击电路；3、三相三桥并联式整流电路；4、预充电启动电路；5、无源PFC滤波电路；6、移相全桥转换电路；7、高频整流滤波电路；8、蓄电池连接检测控制电路；9、电压电流采样反馈闭环电路；10、移相控制驱动电路；11、全桥驱动电路；12、辅助电源输出电路；13、输入过欠压保护电路；14、微处理器；15、数据存储与处理单元；16、CAN通讯电路；17、输出过流过压保护电路。
具体实施方式
下面结合附图对本充电机作具体说明：
如附图1所示：一种智能化快速主动式充电机，包括输入电源单元I、逆变输出单元II和检测控制单元III组成。
其输入电源单元包括：三相交流电源输入EMI滤波器1、防浪涌抗雷击电路2，三相三桥并联式整流电路3、预充电启动电路4、无源PFC滤波电路5组成，将输入的三相380V 交流电整流为高压直流电源，为后级逆变电路提供安全稳定的输入直流电源；同时将三相交流电源输入EMI滤波器1和防浪涌抗雷击电路2相连接，能够防止外部静电、雷击等高压损坏充电机，防止充电机对外部设备和电网干扰。
逆变输出单元包括移相全桥转换电路6、高频整流滤波电路7和蓄电池连接检测控制电路8，电压电流采样反馈闭环电路9、移相控制驱动电路10和全桥驱动电路11组成，将输入的高压直流电转换为蓄电池充电所需要的直流电源。其中移相全桥转换电路6 一端和高频整流滤波电路7相连接，另一端和全桥驱动电路11相连接，并通过移相控制驱动电路10和电压电流采样反馈闭环电路9，实现零电流和零电压的谐振转换，最大优点是开关损耗小和开关管电压电流应力小，能够以最大效率输出直流电源，实现高效、快速、主动和安全充电。
检测控制单元包括：辅助电源电路12、输入过欠压保护电路13、STM32ARM微处理器14、数据存储与处理15、CAN通讯电路16和输出过流过压保护电路17组成，通过实时检测输入输出各电路参数以及达到主动控制充电机充电电压和充电电流。所述STM32 ARM微处理器14采用32位CortexTM-M0内核单片机、内部有大容量flash存储器，能够实时存储达100次的充电数据，方便快速进行数据存储与处理15，为下次充电提供数据支持。
充电时，具有以下步骤：
步骤A：所述蓄电池连接检测控制电路8检测并采集蓄电池电量信息并传输至微处理器14；
步骤B：通过微处理器14与数据存储与处理单元15中内部存储的数据进行比对和分析，生成优化的充电方式和充电曲线；
步骤C：通过微处理器14控制电压电流采样反馈闭环电路9、设定移相控制驱动电路10PWM点空比的大小，达到主动控制充电电压和充电电流的大小；
步骤D：通过微处理器14控制的CAN通讯电路16，实时向上位机和整车通讯***上传充电电压、充电电流、充电时间、充电电量、充电方式以及SOC剩余电量；
步骤E：微处理器14将本次充电数据进行保存，作为下次充电的数据之一。具体的电路连接如附图2至附图8所示，包括：
如附图2所示：三相交流电源输入EMI滤波器1和防浪涌抗雷击电路2相连接电路中， L1和L2为三相共模电感、共模X电容、差模Y电容和压敏电阻共同完成抗干扰和抵制传导辐射干扰源，保护充电机在异常情况下仍然可靠运行。
如附图3所示：三相三桥并联式整流电路3中使用三只单相整流桥组成一个三相整流桥，提高输入电流和功率，并方便安装。
如附图4所示预充电启动电路4，一端连接三相三桥并联式整流电路3，另一端连接无源PFC滤波电路5，通过四只电阻串联对后级无源PFC滤波电路5进行充电，当后级滤波电容的电能充满后，再闭合继电器，将四只串联电阻短路，此方法能够有效避免输入交流电源接通瞬间输入电流过大而损坏充电机。
如附图5所示无源PFC滤波电路5，输入功率电感的应用，能够提高充电机的功率因数，降低谐波分量，提高电网电能利用率，稳定的直流输入电源也能提高移相全桥转换电路6的转换效率，降低充电机整机功耗。
如附图6、附图7和附图8所示，移相全桥转换电路6、全桥驱动电路11、和高频整流滤波电路7组成移相全桥逆变输出转换电路。采用TI公司UCC28950移相控制驱动电路 10确保在宽负载电流和宽输入电压范围内依然能够进行零电压和零电流导通和关断，减小开关管电压应力，降低开关管损耗，提高整机输出效率和输出功率。
整个充电***为实时存储和取样数据的充电反馈控制***，微处理器通过实时检测充电过程中的电流、电压及温度监测与以往的充电数据进行综合优化的充电管理过程，有效地避免了充电过程中过流、过压及过热现象，充电均衡性好，有利于延长电池的使用寿命。
尽管上文对本实用新型的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能化快速主动式充电机，包括：
输入电源单元(I)，主要对接入电源进行整流与滤波处理的；
逆变输出单元(II)，主要将输入的高压直流电转换为蓄电池充电所需要直流电源；
和通过实时检测输入输出电路参数以达到主动控制充电机充电电压和充电电流的检测控制单元(III)，其特征在于：所述检测控制单元(III)包括内部设置数据存储与处理单元(15)的微处理器(14)、辅助电源输出电路(12)、输入过欠压保护电路(13)和输出过流过压保护电路(17)，所述微处理器(14)实时采集输入过欠压保护电路(13)和输出过流过压保护电路(17)的参数并存储在数据存储与处理单元(15)内。
2.根据权利要求1所述的智能化快速主动式充电机，其特征在于：所述检测控制单元(III)还包括CAN通讯电路(16)，所述CAN通讯电路(16)实时向上位机和整车通讯***上传充电电压、充电电流、充电时间、充电电量、充电方式以及SOC剩余电量。
3.根据权利要求1所述的智能化快速主动式充电机，其特征在于：所述逆变输出单元(II)包含移相全桥转换电路(6)、高频整流滤波电路(7)、蓄电池连接检测控制电路(8)，电压电流采样反馈闭环电路(9)、移相控制驱动电路(10)和全桥驱动电路(11)组成，并按顺序进行单项闭环连接。
4.根据权利要求1所述的智能化快速主动式充电机，其特征在于：所述输入电源单元(I)包含三相交流电源输入EMI滤波器(1)、防浪涌抗雷击电路(2)，三相三桥并联式整流电路(3)、预充电启动电路(4)、无源PFC滤波电路(5)相继连接。
5.根据权利要求4所述的智能化快速主动式充电机，其特征在于：所述无源PFC滤波电路(5)还与逆变输出单元(II)的移相全桥转换电路(6)和监测控制单元(III)中的辅助电源输出电路(12)相连接。
6.根据权利要求3所述的智能化快速主动式充电机，其特征在于：蓄电池连接检测控制电路(8)与充电机外部的蓄电池相连接。
7.根据权利要求3所述的智能化快速主动式充电机，其特征在于：蓄电池连接检测控制电路(8)还与输出过流过压保护电路(17)相连接。
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CN106379187A (zh) * 2016-09-30 2017-02-08 合肥协力仪表控制技术股份有限公司 一种智能化快速主动式充电机及其充电方法
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