CN207612084U - 一种电动汽车智能充电机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电动汽车智能充电机，包括交流端整流滤波电路(101)、LLC谐振变换器(102)、直流端滤波电路(103)、继电器(104)、DSP中央控制器(105)、MOSFET驱动电路(106)和采样电路(107)，所述交流端整流滤波电路(101)、LLC谐振变换器(102)、直流端滤波电路(103)、继电器(104)、DSP中央控制器(105)、MOSFET驱动电路(106)依次连接，所述采样电路(107)分别连接直流端滤波电路(103)的输入端、LLC谐振变换器(102)的输出端和DSP中央控制器(105)。与现有技术相比，本实用新型具有充电效率高、速度快、结构简单、制造成本低等优点。

Description

一种电动汽车智能充电机
技术领域
本实用新型涉及一种充电机，尤其是涉及一种电动汽车智能充电机。
背景技术
在应对全球能源安全、金融危机、油价攀升和气候变化等问题时，电动汽车(EV)和混合电动力汽车(HEV)已经逐渐成为各国解决这些问题的重要措施之一。自2009年以来我国连续多年都是汽车产销量世界第一，在这骄傲数据的背后是传统汽车带来的环境、能源、社会等问题，所以我国政府十分重视新能源汽车的发展。电动汽车智能充电***能为电动汽车提供便利的能源补充方式，有利于促进电动汽产业发展。
因为汽车充电机要求特殊，通常对汽车充电机有非常苛刻的要求，例如：大功率、高效率、高功率密度、防尘防水、抗震、宽电压输入、电磁兼容好等，因此研究大功率充电机对电动汽车的研制有重大的理论和现实意义。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车智能充电机。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电动汽车智能充电机，包括交流端整流滤波电路、LLC谐振变换器、直流端滤波电路、继电器、DSP中央控制器、MOSFET驱动电路和采样电路，所述交流端整流滤波电路、LLC谐振变换器、直流端滤波电路、继电器、DSP中央控制器、MOSFET驱动电路依次连接，所述采样电路分别连接直流端滤波电路的输入端、LLC谐振变换器的输出端和DSP中央控制器。
进一步地，所述DSP中央控制器包括ADC接口、脉冲频率输出接口和I/O接口，所述ADC接口与采样电路连接，所述脉冲频率输出接口与MOSFET驱动电路连接，所述I/O接口与继电器连接。
进一步地，所述DSP中央控制器为加载有混沌粒子群-pid算法的中央控制器。
进一步地，所述LLC谐振变换器包括依次连接的半桥开关电路、谐振回路和变压器。
进一步地，所述采样电路包括依次连接的传感器单元、信号调整子电路、信号放大子电路和A/D转换子电路。
进一步地，所述DSP中央控制器采用TMS320F2812芯片。
进一步地，所述交流端整流滤波电路为EMI整流滤波电路。
进一步地，该充电机还包括与DSP中央控制器连接的人机交互模块。
进一步地，所述人机交互模块包括显示器和键盘。
进一步地，所述DSP中央控制器还包括用于连接上位机的CAN接口。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
(1)本实用新型采用LLC谐振变换器对充电状态进行开关控制，通过DSP中央控制器的反馈控制，在工作过程中在全负载范围内实现软开关，极大的降低了MOSFET开关管的损耗，提高了充电机转换效率。
(2)本实用新型通过采集交流输入和直流输出的电压、电流信息对LLC谐振变换器的开关状态进行控制，实现智能充电。
(3)本实用新型采用的DSP中央控制器为加载有混沌粒子群-pid算法的中央控制器，可以根据充电机充电情况在线实时调控输出电压、电流等，有效提高充电效率和速度。
(4)本实用新型可靠性高，对电网污染低。
(5)本实用新型结构简单、制造成本低、使用方便。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为LLC谐振变换器原理图；
图3为采样电路结构图；
图4为本实用新型所采用的混沌粒子群-pid算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供一种电动汽车智能充电机，包括交流端整流滤波电路101、LLC谐振变换器102、直流端滤波电路103、继电器104、DSP中央控制器105、MOSFET驱动电路106和采样电路107，交流端整流滤波电路101、LLC谐振变换器102、直流端滤波电路103、继电器104、DSP中央控制器105、MOSFET驱动电路106依次连接，采样电路107分别连接直流端滤波电路103的输入端、LLC谐振变换器102的输出端和DSP中央控制器105。
该充电机为电动汽车的高压动力电池3充电的过程为：220V交流侧电网电压输入经过交流端整流滤波电路101转变为直流信号，经LLC谐振变换器102进行DC/DC变换，再经过直流端滤波电路103经继电器104后输入高压动力电池充电。交流侧电网电压、电流信号、输入动力电池充电的直流电压、电流信号通过采样单元经A/D转换输入DSP中央控制器105，DSP中央控制器105运算得出当前的PFM频率，输出PFM波控制MOSFET驱动电路106的MOSFET开关。
DSP中央控制器105包括ADC接口501、脉冲频率(PFM频率)输出接口502和I/O接口503，ADC接口501与采样电路连接，脉冲频率输出接口502与MOSFET驱动电路106连接，I/O接口503与继电器104连接。
DSP中央控制器105为加载有混沌粒子群-pid算法的中央控制器。
如图2所示，LLC谐振变换器102包括依次连接的半桥开关电路、谐振回路和变压器。电网中220V交流信号经整流滤波后变成直流信号进入LLC谐振电路的半桥开关电路，此时直流电压或电流信号通过半桥开关电路变成交流电压或者电流信号后，接着进入谐振回路，通过谐振回路之后产生了频率较高的电压、电流信号，之后经过变压器后再到整流滤波环节。
如图2所示，Vdc为输入电压，开关电路为半桥结构，Q1、Q2为开关管，开关管的驱动信号为一对互补PWM波，其占空比为50％，驱动信号是带有死区时间的Tdead，二极管D1、D2为Q1、Q2的体二极管，C1、C2为开关管的寄生电容。谐振电路的谐振网络由电容Cr、电感Lr和变压器励磁电感Lm组成，其中Cr也起隔直的作用。T是理想变压器，N为变压器匝数比。由D3、D4构成全波整流电路，电容Co为滤波电容。
该谐振电路在两个谐振频率，可以工作的不同的谐振状态，有Cr与Lm串联谐振，以及Cr、Lr和Lm共同串并联谐振。
当能量从变压器一次侧传输到二次侧时，整流二极管导通，原边Lm的电流线性增加，Lm的电压被副边电压钳位保持恒定，此时仅Lr，Cr参与谐振，此时谐振频率为：
当能量停止从变压器原边向变压器副边传输时，副边二极管截止，此时三个谐振元件一块谐振，谐振频率为：
如图3所示，采样电路107包括依次连接的传感器单元、信号调整子电路、信号放大子电路和A/D转换子电路。采样电路107的主要作用是采集输入输出电压、电流、温度参数等信息。传感器单元包括温度传感器、输入电压传感器、输入电流传感器、输出电压传感器和输出电流传感器。先用温度传感器、输入电压传感器、输入电流传感器、输出电压传感器和输出电流传感器对电路回路中输入、输出情况进行检测，由于传感器检测参数信息为模拟信号且很微弱，经过信号调整器调整后通过放大电路进行增强，再通过A/D转换后将检测到的模拟信号转换为数字信号，数字化后的数据信号再传入DSP中，各个传感器检测到的数据信号被存于DSP的存储器的不同地址中，同时DSP中的时钟模块记下数据存储的时间。
某些实施例中，DSP中央控制器105可以采用TI公司的TMS320F2812芯片。
某些实施例中，交流端整流滤波电路101为EMI整流滤波电路。
某些实施例中，该充电机还包括与DSP中央控制器105的I/O接口503连接的人机交互模块108，实现显示和参数设定功能。人机交互模块108包括显示器和键盘。
某些实施例中，DSP中央控制器105还包括用于连接上位机2的CAN接口504。
上述充电机应用的高压动力电池单元可为多个单体电池串并联而形成的电池模块。
上述充电机DSP中央控制器105中加载的混沌粒子群-pid算法的原理如图4所示，为一种现有的智能优化方法，具体方案为：
step1：假定Kp、Ki、Kd取值范围为[a,b]，粒子群的粒子个数为N，则粒子群在开始的时候有N个3维粒子(X1,X2,...,XN)，Kp、Ki、Kd可以认为是每个粒子在该空间内的坐标。设置合适的Object，iter，初始ω和学习因子c1，c2。
step2：选择合适的指标来衡量PID控制器的优劣，即为适应度函数J，J的计算值越小，就表明PID参数整定的越优秀。
step3：首先把粒子初值坐标给Kp、Ki、Kd。然后经过适应度函数计算，记下当寻优迭代k次时，当前粒子最优个体的位置坐标和粒子群中最优个体的位置记下每次寻优迭代中粒子群的平均适应度值为
step4：若个体的此时适应度值比粒子群的平均适应度值要大，那么根据就公式更新粒子的移动速度与粒子的位置坐标。如果比粒子群的小则把该个体xi＝(xip,xii,xid)相应的PID数值代入式x'i＝(xi-a)/(b-a)中，把它映射到[0,1]内可得x'i，然后执行混沌运算，接着代回公式映射到Kp、Ki、Kd取值区间[a,b]内。
step5：重新计算每个微粒个体的适应度值和微粒群的适应度值。
step6：记下重新计算后的微粒个体最优位置坐标和微粒群的最优位置坐标。
step7：判断是否达到最大次数或已经收敛，是则停止寻优输出全局最优解，否就进入step4。
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车智能充电机，其特征在于，包括交流端整流滤波电路(101)、LLC谐振变换器(102)、直流端滤波电路(103)、继电器(104)、DSP中央控制器(105)、MOSFET驱动电路(106)和采样电路(107)，所述交流端整流滤波电路(101)、LLC谐振变换器(102)、直流端滤波电路(103)、继电器(104)、DSP中央控制器(105)、MOSFET驱动电路(106)依次连接，所述采样电路(107)分别连接直流端滤波电路(103)的输入端、LLC谐振变换器(102)的输出端和DSP中央控制器(105)。
2.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述DSP中央控制器(105)包括ADC接口(501)、脉冲频率输出接口(502)和I/O接口(503)，所述ADC接口(501)与采样电路连接，所述脉冲频率输出接口(502)与MOSFET驱动电路(106)连接，所述I/O接口(503)与继电器(104)连接。
3.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述DSP中央控制器(105)为加载有混沌粒子群-pid算法的中央控制器。
4.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述LLC谐振变换器(102)包括依次连接的半桥开关电路、谐振回路和变压器。
5.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述采样电路(107)包括依次连接的传感器单元、信号调整子电路、信号放大子电路和A/D转换子电路。
6.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述DSP中央控制器(105)采用TMS320F2812芯片。
7.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述交流端整流滤波电路(101)为EMI整流滤波电路。
8.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，还包括与DSP中央控制器(105)连接的人机交互模块(108)。
9.根据权利要求8所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述人机交互模块(108)包括显示器和键盘。
10.根据权利要求1所述的电动汽车智能充电机，其特征在于，所述DSP中央控制器(105)还包括用于连接上位机(2)的CAN接口(504)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109600047A (zh) * 2018-12-27 2019-04-09 上海电力学院 一种dc/dc电路中llc模块的参数优化方法
CN110350795A (zh) * 2019-06-24 2019-10-18 深圳市瀚强科技股份有限公司 一种控制电路

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