一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，包括充電電池、與充電電池連接的弱電控制與保護(hù)模塊、與弱電控制與保護(hù)模塊連接的功率因數(shù)校正模塊，所述充電電池與功率因數(shù)校正模塊之間還連接有諧振逆變整流模塊，所述諧振逆變整流模塊上設(shè)有與弱電控制與保護(hù)模塊連接的功率器件驅(qū)動(dòng)模塊。能夠克服現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電機(jī)充電效率低、可靠性低、對(duì)電網(wǎng)污染大等缺點(diǎn)，充電效率高，使用安全穩(wěn)定。
【專利說明】一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及汽車領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車工業(yè)的發(fā)展對(duì)石油資源需求的急劇增加和對(duì)環(huán)境嚴(yán)重的負(fù)面影響日益引起人們的關(guān)注，世界各國的政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正在加大對(duì)電動(dòng)汽車開發(fā)投入的力度，以加速電動(dòng)汽車的商品化步伐。電動(dòng)汽車的成敗關(guān)鍵之一是蓄電池系統(tǒng)，這固然與蓄電池本身的技術(shù)發(fā)展有關(guān)，然而作為其能量再次補(bǔ)充的充電機(jī)也是一個(gè)至關(guān)重要的設(shè)備，它必須具有充電時(shí)間短、對(duì)蓄電池使用壽命影響小以及充滿判斷準(zhǔn)確的特點(diǎn)，因此研制性能優(yōu)良、運(yùn)行可靠的電動(dòng)汽車蓄電池快速充電系統(tǒng)是十分必要的，在盡可能不影響蓄電池使用壽命的前提下，希望能采用最大的充電電流，在短時(shí)間內(nèi)將電池容量充足，并且在這個(gè)過程中，電池既不產(chǎn)生大量氣體，又不使電池內(nèi)部溫度過高。
[0003]在我國大中城市都普遍存在著十分嚴(yán)重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題，電動(dòng)汽車是一種非常理想的中速和短途的日常交通工具，因此在我國有著得天獨(dú)厚的發(fā)展條件和廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)歐美和日本等先進(jìn)國家的經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行電動(dòng)汽車的開發(fā)和制造的同時(shí)，必須開發(fā)電動(dòng)汽車充電機(jī)，為電動(dòng)汽車的推廣提供條件。進(jìn)行電動(dòng)汽車的推廣示范是一項(xiàng)很有意義的工作，為了作好推廣電動(dòng)汽車這項(xiàng)工作，就必須進(jìn)行電動(dòng)汽車充電機(jī)及其充電管理系統(tǒng)的開發(fā)。
[0004]在實(shí)際使用中，電動(dòng)汽車的充電場(chǎng)合大致可以分為四種:(I)車載應(yīng)急充電；(2)家庭或公共場(chǎng)所充電；(3)充電樁充電；(4)充電站充電。便攜式充電機(jī)是車載應(yīng)急充電和家庭充電的有效工具，也是充電樁和充電站的有效補(bǔ)充，它利用220V的單相交流電作為輸入電源，功率小于5個(gè)千瓦，可以用家庭電網(wǎng)和一般的民用電網(wǎng)供電，是私人電動(dòng)汽車的理想充電工具。目前我國存在的少量便攜式電動(dòng)汽車充電機(jī)普遍存在以下幾個(gè)問題:(1)不具備對(duì)蓄電池的智能充電功能，擴(kuò)展性差，人機(jī)界面不好；(2)充電控制策略落伍，導(dǎo)致了電池的壽命短、效率低和可維護(hù)性差；(3 )功率因數(shù)低，諧波電流大，對(duì)電網(wǎng)污染大，不能滿足電磁兼容要求；(4)可靠性差，功率電路由于采用硬開關(guān)技術(shù)，功率器件的電流、電壓開關(guān)應(yīng)力大，工作不可靠。因此開發(fā)新一代的便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)是很有意義的一件事情。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，能夠克服現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電機(jī)充電效率低、可靠性低、對(duì)電網(wǎng)污染大等缺點(diǎn)，充電效率高，使用安全穩(wěn)定。
[0006]為解決上述充電機(jī)現(xiàn)有的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下方案:一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，包括充電電池、與充電電池連接的弱電控制與保護(hù)模塊、與弱電控制與保護(hù)模塊連接的功率因數(shù)校正模塊，所述充電電池與功率因數(shù)校正模塊之間還連接有諧振逆變整流模塊，所述諧振逆變整流模塊上設(shè)有與弱電控制與保護(hù)模塊連接的功率器件驅(qū)動(dòng)模塊。功率因數(shù)校正模塊和諧振逆變整流模塊能夠有效的解決充電機(jī)對(duì)電網(wǎng)污染問題和低效率問題。
[0007]作為優(yōu)選，所述功率因數(shù)校正模塊包括依次連接的輸入電網(wǎng)、工頻整流器、磁集成電感、交錯(cuò)并聯(lián)雙boost電路、濾波器,所述交錯(cuò)并聯(lián)雙boost電路上連接交錯(cuò)并聯(lián)PFC控制器。
[0008]作為優(yōu)選，所述充電電池包括電動(dòng)汽車用的串聯(lián)或并聯(lián)的電池組。
[0009]作為優(yōu)選，所述諧振逆變整流模塊包括IGBT全橋逆變器、串聯(lián)諧振元件、高頻變壓器、高頻整流橋。
[0010]作為優(yōu)選，所述功率器件驅(qū)動(dòng)模塊包括圖騰柱功放電路、死區(qū)關(guān)斷MOS管、驅(qū)動(dòng)隔離變壓器、加速關(guān)斷電路。采用單獨(dú)的圖騰柱功放電路產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)隔離變壓器進(jìn)行放大與隔離，然后再經(jīng)過一個(gè)波形整形電路，以驅(qū)動(dòng)諧振逆變整流模塊內(nèi)的IGBT全橋逆變器，可以有效地防止其他部分電路對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的干擾，以及做到良好的強(qiáng)弱電隔離。
[0011]作為優(yōu)選，所述弱電控制與保護(hù)模塊包括ARM處理芯片、連接在ARM處理芯片上的IXD顯示模塊、通信單元、鍵盤單元、充放電控制模塊、連接在ARM處理芯片上并與充電電池連接的溫度采集電路和低壓端電壓電流采集電路、連接在ARM處理芯片上并與功率器件驅(qū)動(dòng)模塊連接的諧振變換器控制電路和過流保護(hù)模塊、連接在ARM處理芯片上并與功率因數(shù)校正模塊連接的高壓端電壓電流采集模塊。
[0012]有益效果:
[0013]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案提供一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，采用了功率因數(shù)校正模塊和諧振逆變整流模塊，有效地克服了傳統(tǒng)電動(dòng)汽車充電機(jī)充電效率低、可靠性低、對(duì)電網(wǎng)污染大的不足,充電效率高,使用安全穩(wěn)定。
[0014]說明書附圖
[0015]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型所利用的磁集成技術(shù)；
[0017]圖3為本實(shí)用新型功率因數(shù)校正電路主回路示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型功率因數(shù)校正電路控制回路示意圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型諧振逆變整流電路不意圖；
[0020]圖6為本實(shí)用新型諧振逆變器控制電路示意圖；
[0021]圖7為本實(shí)用新型功率器件驅(qū)動(dòng)電路示意圖；
[0022]圖8為本實(shí)用新型弱電控制與保護(hù)電路示意圖；
[0023]圖9為本實(shí)用新型充電控制示意圖；
[0024]圖10為本實(shí)用新型充電策略示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，包括充電電池2、與充電電池2連接的弱電控制與保護(hù)模塊5、與弱電控制與保護(hù)模塊5連接的功率因數(shù)校正模塊1，所述充電電池2與功率因數(shù)校正模塊I之間還連接有諧振逆變整流模塊3，所述諧振逆變整流模塊3上設(shè)有與弱電控制與保護(hù)模塊5連接的功率器件驅(qū)動(dòng)模塊4。所述功率因數(shù)校正模塊I包括依次連接的輸入電網(wǎng)12、工頻整流器13、磁集成電感14、交錯(cuò)并聯(lián)雙boost電路15、濾波器16，所述交錯(cuò)并聯(lián)雙boost電路15上連接交錯(cuò)并聯(lián)PFC控制器11。所述充電電池2包括電動(dòng)汽車用的串聯(lián)或并聯(lián)的電池組。所述諧振逆變整流模塊3包括IGBT全橋逆變器31、串聯(lián)諧振元件32、高頻變壓器33、高頻整流橋34。所述功率器件驅(qū)動(dòng)模塊4包括圖騰柱功放電路41、死區(qū)關(guān)斷MOS管42、驅(qū)動(dòng)隔離變壓器43、加速關(guān)斷電路44。所述弱電控制與保護(hù)模塊5包括ARM處理芯片53、連接在ARM處理芯片53上的IXD顯示模塊51、通信單元52、鍵盤單元54、充放電控制模塊510、連接在ARM處理芯片53上并與充電電池2連接的溫度采集電路55和低壓端電壓電流采集電路57、連接在ARM處理芯片53上并與功率器件驅(qū)動(dòng)模塊4連接的諧振變換器控制電路56和過流保護(hù)模塊58、連接在ARM處理芯片53上并與功率因數(shù)校正模塊I連接的高壓端電壓電流采集模塊59。
[0026]便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)的主要功率變換電路經(jīng)過是AC-DC-AC-AC-DC，其中AC-DC中高功率因數(shù)PFC的實(shí)現(xiàn)和DC-AC高頻逆變電路的實(shí)現(xiàn)是本實(shí)用新型的兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
[0027]本實(shí)用新型采用了臨界模式CRM, Critical Mode下的交錯(cuò)并聯(lián)Boost功率因數(shù)校正方式，PFC的雙電感的實(shí)現(xiàn)采用磁集成技術(shù)，具體實(shí)現(xiàn)見圖2，PFC的功率回路的實(shí)現(xiàn)電路見圖3，PFC的控制回路的實(shí)現(xiàn)電路見圖4，本實(shí)用新型的PFC電路，由于工作于CRM電流臨界模式，PFC的續(xù)流二極管可實(shí)現(xiàn)ZCS即零電流關(guān)斷，消除二極管的反向恢復(fù)應(yīng)力和反向恢復(fù)損耗；由于采用并聯(lián)PFC技術(shù)，采用兩個(gè)開關(guān)器件來分流，因此主功率器件的電流應(yīng)力相對(duì)較小，提高主回路的工作可靠性和穩(wěn)定性；因?yàn)椴捎媒诲e(cuò)PFC技術(shù)，兩個(gè)主功率開關(guān)管交錯(cuò)導(dǎo)通，因此電網(wǎng)輸入電流的諧波較小，對(duì)電網(wǎng)的諧波污染較小。磁性元件在PFC電路中扮演著一個(gè)非常重要的角色，如何減小磁性元件體積和提高其效率是設(shè)計(jì)PFC電路的一個(gè)關(guān)鍵問題，本實(shí)用新型采用磁集成技術(shù)來設(shè)計(jì)交錯(cuò)PFC的電感，采用磁集成技術(shù)可以有效地減小磁性元件的體積和損耗，提高功率密度和工作效率，改善輸出紋波，如圖2所示，在磁集成技術(shù)中，中心柱磁通相互抵消，降低磁心損耗。磁集成技術(shù)比磁分立技術(shù)有更小的體積、更低成本、低噪音、高效率、高可靠性、耗材少。
[0028]本實(shí)用新型使用專用的CRM交錯(cuò)并聯(lián)PFC控制芯片，控制回路見圖4，控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，工作性能穩(wěn)定?？刂齐娐肥筆FC始終工作在CRM電流臨界狀態(tài)，同時(shí)本實(shí)用新型又調(diào)整電感電流的過零檢測(cè)濾波時(shí)間常數(shù)，使主功率管MOSFET工作于ZVS零電壓開通狀態(tài)或部分ZVS零電壓開通狀態(tài)，降低MOSFET的開通損耗，而且當(dāng)負(fù)載很輕時(shí)在兩個(gè)交錯(cuò)并聯(lián)PFC中關(guān)閉一個(gè)PFC回路，自動(dòng)切換到單個(gè)PFC工作方式，當(dāng)負(fù)載進(jìn)一步減輕時(shí)，單個(gè)PFC由CRM工作方式切換到DCM電流斷續(xù)工作狀態(tài)，當(dāng)負(fù)載加重時(shí)，工作方式自動(dòng)的反向變化，自動(dòng)啟動(dòng)關(guān)閉的一路PFC。這樣的軟開關(guān)操作和工作方式管理模式可大大減少電路中功率器件的損耗和工作可靠性，提高PFC電路的工作效率，以此來提高充電效率。
[0029]在本實(shí)用新型中的PFC電路部分，由于功率較大，存在較大的高頻脈動(dòng)電流，而功率主回路和弱電控制電路是共地的，即弱電地和強(qiáng)電地直接相連，這將對(duì)PFC弱電控制部分嚴(yán)重的干擾，繼而使控制信號(hào)紊亂，造成PFC電路運(yùn)行的不穩(wěn)定，以至炸管。因此本實(shí)用新型中PFC電路中的各元器件合理布局，元器件的連線科學(xué)布線，尤其注意功率地和信號(hào)地的共地問題。
[0030]功率器件驅(qū)動(dòng)模塊也是便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，要能很好的驅(qū)動(dòng)IGBT，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備的條件是:提供足夠的正向電壓、提供足夠大的瞬時(shí)功率或者說瞬時(shí)電流、盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間、足夠強(qiáng)大的輸入輸出隔離性能，而且要求價(jià)格經(jīng)濟(jì)。本實(shí)用新型選擇變壓器驅(qū)動(dòng)方式以節(jié)省成本，具體電路見圖7，但用一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器來產(chǎn)生四路驅(qū)動(dòng)信號(hào)存在一個(gè)問題，就是在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)期間，由于變壓器存在磁復(fù)位問題，會(huì)使驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平的不確定性和過沖問題，這種過沖會(huì)造成逆變橋發(fā)生直通炸管，為了解決這個(gè)問題，本實(shí)用新型在驅(qū)動(dòng)變壓器的副邊設(shè)計(jì)了波形整理電路，用一個(gè)由穩(wěn)壓管組成的閾值控制電路去控制一個(gè)MOSFET的導(dǎo)通，當(dāng)變壓器的副邊輸出電壓低于穩(wěn)壓管的閾值時(shí)，MOSFET不會(huì)導(dǎo)通，輸出電壓不會(huì)傳遞到IGBT的門極，這樣IGBT就不會(huì)導(dǎo)通，確保死區(qū)期間器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零電位。
[0031]本實(shí)用新型所采用的諧振逆變整流主電路拓?fù)涫谴?lián)諧振，其具體的實(shí)現(xiàn)電路見圖5，串聯(lián)諧振有兩種可能的運(yùn)行方式:1、當(dāng)逆變器的開關(guān)頻率fs小于0.5倍的諧振頻率fr時(shí)fs〈0.5fr,電路工作于斷續(xù)電流模式，即DCM模式。2、當(dāng)fs>0.5fr時(shí)，電路工作于連續(xù)電流模式，即CCM模式。當(dāng)開關(guān)頻率小于諧振頻率的一半時(shí)，即工作于DCM模式，串聯(lián)諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有恒流源的特性，即在負(fù)載電阻變化時(shí)，輸出電流幾乎不變，輸出電壓與其成比例變化，因此，電路具有較強(qiáng)的抗短路保護(hù)能力。另外DCM的工作方式是一種自然的軟開關(guān)方式，軟開關(guān)對(duì)于工作在高頻狀態(tài)的充電機(jī)是非常有必要的，充電機(jī)的高頻化有很多優(yōu)點(diǎn)，t匕如濾波器、變壓器體積和重量減小，可以帶來充電裝置的小型化、輕量化，也因此節(jié)約了生產(chǎn)成本。但是它也會(huì)帶來一些缺點(diǎn)，比如開關(guān)損耗的增加，開關(guān)噪音的增加，使開關(guān)器件發(fā)熱量增大，給器件的散熱和保護(hù)帶來了困難，嚴(yán)重時(shí)將燒壞開關(guān)管。本實(shí)用新型使諧振逆變器工作于DCM狀態(tài)，使功率器件工作于軟開關(guān)狀態(tài)，降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，保證充電機(jī)電源變換電路的高效可靠工作。
[0032]在主電路的設(shè)計(jì)中，考慮到安規(guī)設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型在直流母線與地之間還設(shè)置了放電電阻，當(dāng)充電機(jī)斷電后，能夠迅速將電容中的能量消耗掉，防止電容兩端的高壓危險(xiǎn)，對(duì)于放電電阻的選擇必須經(jīng)過精確的計(jì)算，否則將造成電能的浪費(fèi)，降低整機(jī)的效率。在充電機(jī)的運(yùn)行過程中，諧振電感由于工作在高頻條件下，往往會(huì)發(fā)熱嚴(yán)重，所以本實(shí)用新型在諧振電感制作材料的選擇上經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，確保諧振電感不會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而對(duì)充電機(jī)的正常運(yùn)行造成威脅。
[0033]本實(shí)用新型中的串聯(lián)諧振逆變電路的控制電路，是由專門的IC芯片產(chǎn)生，其具體實(shí)現(xiàn)電路見圖6，芯片的外圍電路簡(jiǎn)單，而且輸出信號(hào)高電平為15V，這樣對(duì)于IGBT驅(qū)動(dòng)就不需要再增加一級(jí)升壓電路了。該專用IC的輸出信號(hào)是定寬調(diào)頻的，即PFM方式，選用PFM芯片而不是PWM芯片，是因?yàn)橄鄬?duì)于PWM而言，PFM的響應(yīng)速度更快。信號(hào)產(chǎn)生電路采用專用IC而不是采用微處理器產(chǎn)生，是為了能夠使驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生盡量穩(wěn)定，提高抗干擾能力。因?yàn)橹挥糜布a(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于用軟硬件聯(lián)合來產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)更不易出錯(cuò)和受干擾。采用驅(qū)動(dòng)變壓器，能夠提供足夠的電氣隔離，防止強(qiáng)電與弱電的相互干擾，而且僅一個(gè)變壓器就能驅(qū)動(dòng)全橋中的所有開關(guān)管。在驅(qū)動(dòng)變壓器原邊與信號(hào)產(chǎn)生芯片輸出端口之間，本實(shí)用新型還增加了圖騰柱電路，目的是增加芯片輸出端口的驅(qū)動(dòng)能力，更為重要的是提供了變壓器原邊與信號(hào)產(chǎn)生芯片之間的電氣隔離，防止變壓器原邊飽和時(shí)，燒壞芯片。同時(shí)為了防止變壓器原邊由于直流成分造成的偏磁導(dǎo)致飽和，在圖騰柱輸出加上了隔直電容，以過濾掉直流成分，以上各點(diǎn)使驅(qū)動(dòng)模塊集驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、隔離于一身。[0034]目前大功率動(dòng)力電池都是很貴的，一個(gè)大電池比一個(gè)大功率電源要貴很多的。為了提高充電速度，同時(shí)也為了維持電池的壽命，在對(duì)蓄電池自身的特性，蓄電池充放電原理和目前各種充電方法以及快速充電方法充分研究的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型提出了四階段的智能充電算法，即修復(fù)性預(yù)充電一正負(fù)脈沖充電一恒壓充電一涓流充電，其示意圖見圖10。這樣的智能充電策略即能夠加快充電的速度，又能夠保護(hù)電池不受損壞。原因在于若電池經(jīng)歷過深度放電，而充電初始階段又就對(duì)其進(jìn)行大電流充電，會(huì)對(duì)電池造成損傷。當(dāng)電池的電壓上升到修復(fù)性預(yù)充電截至電壓時(shí)，可以對(duì)電池進(jìn)行大電流充電，以加快電池的充電速度。但大電流充電容易造成電池極化現(xiàn)象，析出大量氣體，電池溫度升高，電池內(nèi)部電解液沸騰的問題，這對(duì)電池的壽命是極為不利的。本實(shí)用新型在用正脈沖充電的同時(shí)，采用短暫的負(fù)脈沖使電池放電，可以有效的減緩極化現(xiàn)象，人為的打破電池接受充電電流大小的規(guī)律，使電池保持較高的可接受充電電流，同時(shí)還可以吸收熱能。所以本充電機(jī)第二階段采用了正負(fù)脈沖充電，使電池電量在經(jīng)過此階段后達(dá)到其容量的80%-90%，為保證此階段正脈沖充電時(shí)，充電電流恒定，正脈沖的電壓需不斷增高，而且正負(fù)脈沖充電的每一個(gè)周期內(nèi)分為正脈沖充電、負(fù)脈沖放電、停沖三個(gè)步驟，之所以加入停沖這一步是為了讓電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)盡可能完全，并有時(shí)間釋放產(chǎn)生的熱量。隨著充電的繼續(xù)，電池能接受的電流大小不斷減小，且通過第二階段快速的充電，盡管正負(fù)脈沖充電的方式已有效的減緩了電池極化現(xiàn)象，但由于充電電流大，通過不斷的累積，還是會(huì)產(chǎn)生電池極化現(xiàn)象加重，溫度升高的問題，所以當(dāng)電池電壓達(dá)到正負(fù)脈沖截至電壓時(shí)，本充電機(jī)將對(duì)電池進(jìn)行恒壓充電，使充電電流不斷減小。當(dāng)電池電壓達(dá)到恒壓截至電壓時(shí)，電池接近充滿，電池的電壓很高，電池接受電能的能力很弱，此時(shí)，本充電機(jī)將對(duì)電池進(jìn)行涓流充電，用很小的電流使電池完全充滿，并起到延長(zhǎng)電池壽命，養(yǎng)護(hù)電池的作用。電池的電壓是隨著充電時(shí)間的增長(zhǎng)而不斷增加的，當(dāng)電池電壓出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)時(shí)，表明電池已經(jīng)充滿，另外，為避免測(cè)量誤差等因素，本充電機(jī)將結(jié)合電池容量、溫度綜合決定停止充電的時(shí)刻。
[0035]由上所述，要實(shí)施四階段的智能充電策略，就必須實(shí)時(shí)測(cè)量電池的電壓，在電池電壓達(dá)到一定值時(shí)進(jìn)行充電階段的轉(zhuǎn)換；同時(shí)電池的溫度會(huì)影響電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率，因此電池溫度的高低，就會(huì)影響電池充電和放電的速率；所以本充電機(jī)將通過傳感器采集充電電流、電池電壓、電池溫度這三個(gè)量，通過控制電路的計(jì)算，結(jié)合功率變換及充放電模塊，才能夠?qū)崿F(xiàn)上述四階段的智能充電策略。具體示意圖見圖9，智能高效的充電策略是本實(shí)用新型的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
[0036]本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)中的弱電控制回路見圖8，核心處理器芯片將完成多個(gè)任務(wù)和多個(gè)數(shù)據(jù)處理算法，并且這些任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求非常強(qiáng)，比如高頻DC-AC電路要求以很高的頻率去對(duì)電壓電流傳感器采集到的信號(hào)量進(jìn)行高速運(yùn)算與比較、判斷充電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)所需要的一些算法、對(duì)故障判斷并作出快速響應(yīng)的過程，對(duì)實(shí)時(shí)性都有較高的要求。如果不能滿足這些方面的實(shí)時(shí)性，將對(duì)充電機(jī)產(chǎn)生不可逆反的損害。選擇具有高速運(yùn)算能力的處理芯片固然是解決這一問題的重要方面，同時(shí)軟件的設(shè)計(jì)也同樣重要。本實(shí)用新型將采用ARM處理芯片作為任務(wù)及數(shù)據(jù)處理的硬件核心，軟件將采用一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核來進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度與管理。從軟硬件兩方面來保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
[0037]便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，是一個(gè)集合了弱電和強(qiáng)電的復(fù)雜電子電氣系統(tǒng)，工作的環(huán)境也存在很多不可確定電磁干擾等問題。在本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)中已經(jīng)引入了抑制電磁干擾的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。而且，當(dāng)干擾過分嚴(yán)重或者出現(xiàn)異常故障時(shí)，本實(shí)用新型也能夠采取一定的措施，以迅速關(guān)閉便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，防止對(duì)充電機(jī)造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。本實(shí)用新型利用電壓電流傳感器采集來的信號(hào)量，經(jīng)過進(jìn)一步的信號(hào)調(diào)理，送入ARM處理芯片對(duì)其進(jìn)行比較、分析。當(dāng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)量異常時(shí)，如輸出過壓，過流。ARM處理芯片會(huì)立即響應(yīng)中斷，采取相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。在本實(shí)用新型的控制回路與保護(hù)模塊中，有強(qiáng)弱電上電指示、電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)電路頻率調(diào)節(jié)、溫度采集、通信接口、按鍵輸入、LCD顯示各個(gè)部分。充電機(jī)處于工作運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，一方面定時(shí)采集主回路中的一些電氣參數(shù)，通過A/D轉(zhuǎn)換通道將其讀入，判斷主回路的工作狀態(tài)和蓄電池的充電狀態(tài)，并通過一定算法得出充電策略，然后相應(yīng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的頻率；另一方面根據(jù)用戶的需求改變系統(tǒng)的設(shè)置，接受鍵盤輸入，并通過LCD實(shí)時(shí)顯示充電電流，充電電壓，故障、溫度等信息。通信接口，用于控制與保護(hù)模塊和上位PC通信，把采集到的電壓電流信息傳遞到上位機(jī)，以便于數(shù)據(jù)分析與圖形顯示。相比較現(xiàn)有的充電機(jī)，這樣做的目的是為了使本實(shí)用新型更加智能化和操作人性化。
[0038]散熱設(shè)計(jì)在本實(shí)用新型中被給予了充分的考慮，現(xiàn)有的充電機(jī)，很多是因?yàn)樯嵩O(shè)計(jì)的不合理才造成不能長(zhǎng)時(shí)間的工作。在充電機(jī)的功率因素校正模塊、IGBT、諧振電感、輸出濾波電容、高頻高功率變壓器部分都會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量如果不能及時(shí)的排到充電機(jī)外部，必將造成充電機(jī)內(nèi)部元器件的燒壞，所以本實(shí)用新型先采用熱量仿真軟件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出適合本實(shí)用新型的散熱器，再進(jìn)行散熱器的制作和安裝，并配合風(fēng)扇給充電機(jī)散熱。從器件的主動(dòng)散熱，到風(fēng)扇的輔助散熱兩方面保證充電機(jī)熱量的耗散。
[0039]本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，其特征在于:包括充電電池(2)、與充電電池(2)連接的弱電控制與保護(hù)模塊(5)、與弱電控制與保護(hù)模塊(5)連接的功率因數(shù)校正模塊(1)，所述充電電池(2)與功率因數(shù)校正模塊(I)之間還連接有諧振逆變整流模塊(3)，所述諧振逆變整流模塊(3)上設(shè)有與弱電控制與保護(hù)模塊(5)連接的功率器件驅(qū)動(dòng)模塊(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，其特征在于:所述功率因數(shù)校正模塊(I)包括依次連接的輸入電網(wǎng)(12 )、工頻整流器(13)、磁集成電感(14)、交錯(cuò)并聯(lián)雙boost電路(15)、濾波器(16)，所述交錯(cuò)并聯(lián)雙boost電路(15)上連接交錯(cuò)并聯(lián)PFC控制器(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，其特征在于:所述充電電池(2 )包括電動(dòng)汽車用的串聯(lián)或并聯(lián)的電池組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，其特征在于:所述諧振逆變整流模塊(3)包括IGBT全橋逆變器(31)、串聯(lián)諧振元件(32)、高頻變壓器(33)、高頻整流橋(34)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，其特征在于:所述功率器件驅(qū)動(dòng)模塊(4)包括圖騰柱功放電路(41)、死區(qū)關(guān)斷MOS管(42)、驅(qū)動(dòng)隔離變壓器(43)、力口速關(guān)斷電路(44)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電動(dòng)汽車智能充電機(jī)，其特征在于:所述弱電控制與保護(hù)模塊(5)包括ARM處理芯片(53)、連接在ARM處理芯片(53)上的IXD顯示模塊(51)、通信單元(52)、鍵盤單元(54)、充放電控制模塊(510)、連接在ARM處理芯片(53)上并與充電電池(2)連接的溫度采集電路(55)和低壓端電壓電流采集電路(57)、連接在ARM處理芯片(53)上并與功率器件驅(qū)動(dòng)模塊(4)連接的諧振變換器控制電路(56)和過流保護(hù)模塊(58)、連接在ARM處理芯片(53)上并與功率因數(shù)校正模塊(I)連接的高壓端電壓電流采集模塊(59)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203398811SQ201320321962
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月5日
【發(fā)明者】張浩然, 張爭(zhēng)龍, 沈建國 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)