專利名稱：車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方法，屬于蓄電池快速充電控制技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，對于電動自行車，摩托車用蓄電池(電池容量一般在20AH以下)的快速充 電技術(shù)已趨于成熟，以馬斯三定律為基礎(chǔ)的各種脈沖充電器廣泛應(yīng)用于市面，普遍被消費 者接受，實際的充電效果比較理想，各種快速充電站也相繼出現(xiàn)在各大超市，商場和重要交 通路口，給人們出行帶來極大地方便。另一方面，與之同步的電動汽車用動力電池組的快速充電技術(shù)受家用電網(wǎng)的功率 上限限制，這一技術(shù)難題一直難有突破，大多生產(chǎn)廠商還是在銷售電動汽車時配套傳統(tǒng)的 三段式充電器；但由于電動汽車用動力電池組的容量大都在120AH以上，而大多傳統(tǒng)充電 器的充電電流上限基本維持在20A左右，一組電池的充電時間至少要在8小時以上，顯然 不能滿足消費者的需求，而且電動汽車對于電池動力的需求遠比電動汽車和電動摩托車苛 刻，因此對于快速充電的要求也就更為迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對目前車用動力電池組充電技術(shù)現(xiàn)狀，提供一種 車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方法，以解決家用電網(wǎng)功率限制，充電時間 過長和電池易充壞的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該車用動力電池組無損傷快速充電 器，其特征在于包括輸入輸出過流欠壓保護模塊，功率因數(shù)校正模塊，半橋逆變模塊，半橋 驅(qū)動模塊，逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊，充電智能控制模塊，內(nèi)部供 電輔助電源模塊，信號數(shù)據(jù)通信模塊，充電器液晶顯示模塊，電動車綜合儀表和遠程控制； 輸入輸出過流欠壓保護模塊與功率因數(shù)校正模塊相連，功率因數(shù)校正模塊與半橋逆變模塊 相連，半橋驅(qū)動模塊與半橋逆變模塊相連，半橋逆變模塊與逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊相連，逆 變輸出整流穩(wěn)壓模塊連接待充電蓄電池，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊連接待充電蓄電池，充 電智能控制模塊分別與輸入輸出過流欠壓保護模塊，半橋驅(qū)動模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣 模塊和內(nèi)部供電輔助電源模塊相連，內(nèi)部供電輔助電源模塊還與輸入輸出過流欠壓保護模 塊，功率因數(shù)校正模塊，半橋驅(qū)動模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊相連，信號數(shù)據(jù)通信模塊 與充電智能控制模塊互連，信號數(shù)據(jù)通信模塊與充電器液晶顯示模塊相連，遠程控制接口 通過RS232數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連，電動車綜合儀表接口通過CAN_BUS數(shù) 據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連。所述功率因數(shù)校正模塊，包括升壓濾波電感Li、功率開關(guān)管Ql、Q3、功率管驅(qū)動芯 片U1、功率因數(shù)校正芯片U2、接口 J9、超快恢復(fù)二極管D1、電解電容C6、C7、Cll、C12、C17、 C26、隔直濾波電容 C15、C21、C22、C27、C29、C31、C32、功率電阻 Rl、R2、R5、R9、R13、R15 和電阻R11、R12、R21、R31、R32，升壓濾波電感Ll的接入端為接口 J3，輸出端與功率開關(guān)管Ql 的漏極相連；功率開關(guān)管Ql和Q3并聯(lián)在交流輸入端之間，功率開關(guān)管Ql的門極串接功率 電阻R2，功率開關(guān)管Q3的門極串接功率電阻R9，功率開關(guān)管Ql的門極和源極之間串聯(lián)電 阻R11，功率開關(guān)管Q3的門極和源極之間串聯(lián)電阻R12，功率開關(guān)管Ql和Q3的源極分別接 電源地；超快恢復(fù)二極管Dl的輸入端接功率開關(guān)管Q3的漏極，輸出端與電源地之間串聯(lián) 功率電阻Rl, R5和R13 ；電解電容Cll, C6，C12，C7分別并聯(lián)在380V/DC輸出端和電源地之 間；接口 J9串聯(lián)功率電阻R15后接電源地，接口 J9還依次串接有電阻R21，隔直濾波電容 C22入電源地；功率開關(guān)管驅(qū)動芯片Ul的1腳和6腳相連，且接在插座P5的4腳，并和電源 地之間分別串有電解電容C17和隔直濾波電容C15，功率開關(guān)管驅(qū)動芯片Ul的3腳接電源 地，7腳接在功率電阻R2，R9的輸入側(cè)，2腳接功率因數(shù)校正芯片U2的8腳；功率因數(shù)校正 芯片U2的3腳串接隔直濾波電容C22入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的1腳接電源地，6 腳接在功率電阻R5和R13之間，并串接隔直濾波電容C21入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2 的2腳串接隔直濾波電容C31入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的4腳串接電阻R31入電源 地，功率因數(shù)校正芯片U2的5腳一側(cè)依次串接電阻R32和隔直濾波電容C32入電源地，另 一側(cè)串接隔直濾波電容C29入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的7腳接插座P5的4腳，并分 別通過串接電解電容C26和隔直濾波電容C27入電源地。所述半橋驅(qū)動模塊，包括PWM輸出控制芯片U8、單通道高速光耦U9、U12、門極驅(qū)動 芯片U5及其外圍電路，其特征在于在PWM輸出控制芯片U8的9腳和1腳之間設(shè)補償器， 補償器包括電阻R67、R69，電容C48、C49、C52和C53，電阻R67和電容C48相串聯(lián)后再與電 容C52并接，電阻R67和電容C52—端接PWM輸出控制芯片U8的9腳，電容C48和電容C52 一端接PWM輸出控制芯片U8的1腳，PWM輸出控制芯片U8的1腳通過電容C53接地，電阻 R69和電容C49并接一端接PWM輸出控制芯片U8的1腳，另一端接芯片U4。所述逆變輸出整流模塊包括超快恢復(fù)二極管D4、D5、D7、D25、功率電阻R8、R17、隔 直濾波電容C3、C18、電解電容C13、C14、濾波穩(wěn)壓電感L3、功率電阻R8和隔直濾波電容C3 串聯(lián)后并接在超快恢復(fù)二極管D5的兩端，功率電阻R17和隔直濾波電容C18串聯(lián)后并接在 超快恢復(fù)二極管D7的兩端，超快恢復(fù)二極管D5的輸入側(cè)接半橋變壓器Tl的Tll端，輸出 側(cè)接濾波穩(wěn)壓電感L3的輸入側(cè)，超快恢復(fù)二極管D7的輸入側(cè)接半橋變壓器Tl的T13端， 輸出側(cè)接濾波穩(wěn)壓電感L3的輸入側(cè)，半橋變壓器Tl的T12端接電池負極側(cè)，超快恢復(fù)二極 管D4和D25并聯(lián)后接電池正極側(cè)，濾波穩(wěn)壓電感L3的輸出側(cè)接超快恢復(fù)二極管D4的輸入 側(cè)，超快恢復(fù)二極管D25的輸入側(cè)與信號地之間依次并接有電解電容C13和電解電容C14。所述蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊包括多段模擬開關(guān)U4、三極管Q7、Q8、Q9、電位器 R29、R60、隔直濾波電容 C24、電解電容 C25、電阻 R27、R33、R35、R36、R37、R38、R40、R41、R42、 R44、R45、R46、R54、R56、R58、R59、R65，多段模擬開關(guān)U4的內(nèi)部數(shù)字0 7表示八路開關(guān) 通道，外部數(shù)字1 16表示引腳，其中6腳接信號地，其特征在于多段模擬開關(guān)U4的15 腳一側(cè)接霍爾電流傳感器UlO的3腳，一側(cè)依次串接電阻R35，R38，R42，R46，R54，R58和電 位器R60入信號地，電池的正極側(cè)依次串接電阻R27，電位器R29，電阻R33，電阻R37，電阻 R40，電阻R44入信號地，插座P3的20腳接在電位器R29和電阻R33之間，插座P3的19腳 接在電阻R42和R46之間；多段模擬開關(guān)U4的4腳接在電阻R35和電阻R38之間，多段模 擬開關(guān)U4的5腳接在電阻R46和電阻R54之間，多段模擬開關(guān)U4的1腳接在電阻R38和電阻R42之間，多段模擬開關(guān)U4的12腳接在電阻R33和電阻R37之間，多段模擬開關(guān)U4 的13腳接在電阻R40和電阻R44之間，多段模擬開關(guān)U4的14腳接在電阻R54和電阻R58 之間，多段模擬開關(guān)U4的2腳接在電阻R58和電位器R60之間。所述電動車綜合儀表通過CAN_BUS數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連，其特 征在于CAN_BUS數(shù)據(jù)通信電路包括CAN收發(fā)器MU3、排阻MPl、插排MP2、蜂鳴器LSl、電位器 MR25、三極管 MQ4、隔直濾波電容 MClO、MC22、MC25、MC26、MC27、MC41、MC42、電解電容 MC19、 MC21、接口 MJ4、電阻MR17、MR18、MR20、MR26、CAN收發(fā)器MU3的1腳接中央處理單元MCU的 19腳，CAN收發(fā)器MU3的4腳接中央處理單元MCU的20腳，CAN收發(fā)器MU3的3腳接+5V，2 腳接信號地，8腳串接電阻MR17入信號地，CAN收發(fā)器MU3的6腳和7腳之間串接電阻MR20， CAN收發(fā)器MU3的7腳接接口 MJ4的1腳，CAN收發(fā)器MU3的6腳接接口 MJ4的2腳；+5V 與信號地之間分別串接電解電容MC19，MC21，隔直濾波電容MC41，MC22，MC25，MC26，MC42， 排阻MPl的1腳接+5V ；插排MP2的1腳接信號地，2腳接+5V，20腳接信號地，15腳接信號 地，19腳接+5V，4腳接中央處理單元MCU的30腳，插排MP2的5腳接中央處理單元MCU的 29腳，插排MP2的6腳接中央處理單元MCU的31腳，插排MP2的3腳和18腳之間串接電位 器MR25，插排MP2的17腳和19腳之間串接電阻MR26，插排MP2的15腳和17腳之間串接 隔直濾波電容MC27 ；三極管MQ4的基極串接電阻MR18接中央處理單元MCU的26腳，集電 極經(jīng)蜂鳴器LSl接信號地，發(fā)射極接+5V，+5V與信號地之間串接隔直濾波電容MC10。所述內(nèi)部供電輔助電源模塊采用小功率開關(guān)電源。輸入輸出過流欠壓保護模塊，加入整流橋保護措施，通過控制繼電器的通斷，改變 回路輸出阻抗，抑制電流尖峰對整流橋的沖擊；功率因數(shù)校正模塊旨在提升家庭電網(wǎng)的有 功功率效能；半橋逆變模塊采用雙功率管并聯(lián)驅(qū)動以增加后級可調(diào)整電流范圍；半橋驅(qū)動 模塊采用智能充電控制模塊，PWM輸出控制芯片和多段模擬開關(guān)的軟硬件相結(jié)合的控制方 式；逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊在加有LC網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，在蓄電池正極側(cè)輸入端并聯(lián)兩個齊 納二極管進行進一步的穩(wěn)壓操作；蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊采用0. 25W千分之一電阻分壓 和霍爾電流傳感器獲得充電狀態(tài)參數(shù)，并采用多段模擬可控開關(guān)實現(xiàn)充電流程的自適應(yīng)控 制。一種權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器的充電方法，其特征在 于具體步驟如下8. 1家用電網(wǎng)輸入后，充電器內(nèi)部進行過流欠壓情況判斷，若出現(xiàn)電路過流或是欠 壓情況，則轉(zhuǎn)入步驟8. 9，否則，轉(zhuǎn)入步驟8. 2 ；8. 2儀表盤顯示電網(wǎng)狀態(tài)正常，按鍵啟動內(nèi)部供電輔助電源控制開關(guān)，充電器內(nèi)部 充電控制模塊進行軟硬件初始化操作，轉(zhuǎn)入步驟8. 3 ；8. 3行蓄電池狀態(tài)檢測，判斷蓄電池有無短路或失效現(xiàn)象，若出現(xiàn)短路或失效現(xiàn)象 則儀表盤提示并預(yù)警，轉(zhuǎn)入步驟8. 9，否則，轉(zhuǎn)入步驟8. 4 ；8. 4充電器內(nèi)部充電控制模塊通過采樣的蓄電池狀態(tài)參數(shù)，判斷蓄電池是否虧電， 若是，則轉(zhuǎn)入步驟8. 5，否則，轉(zhuǎn)入步驟8. 9 ；8. 5充電器內(nèi)部充電控制模塊通過采樣的蓄電池狀態(tài)參數(shù)和家用電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)， 計算蓄電池可獲得的最大初始充電電流，若算出的充電電流值不足蓄電池容量值的1/20， 則轉(zhuǎn)入步驟8. 9，否則轉(zhuǎn)入步驟8. 6 ；
8. 6充電器內(nèi)部充電控制模塊根據(jù)獲得的充電電流值，采用慢脈沖的充電控制方 式進行蓄電池的快速充電過程，若充電過程中蓄電池的溫度采樣值一定時間內(nèi)持續(xù)超出充 電控制模塊中預(yù)設(shè)的蓄電池允許最大溫度值，則同時轉(zhuǎn)入步驟8. 8和步驟8. 3，否則，轉(zhuǎn)入 步驟8. 7 ；8. 7快速充電進行過程中若蓄電池的端電壓采樣值一定時間內(nèi)持續(xù)超出充電控制 模塊中預(yù)設(shè)的蓄電池低析氣率下允許的最大電壓值，則轉(zhuǎn)入步驟8. 3，如若不然，則繼續(xù)快 速充電過程；8. 8儀表盤發(fā)出溫度預(yù)警，充電過程暫停并提示是否按鍵停止內(nèi)部輔助電源供 電；8. 9充電器內(nèi)部充電控制模塊發(fā)出電平信號，控制繼電器使充電器主電路斷電。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方法所 具有的有益效果是①充分利用家用電網(wǎng)功率，提升有功功率效能15% 30% ；②充電過程嚴格監(jiān)控蓄電池溫度和電壓上限閾值，并進行輸出過流保護，3. 5小時 內(nèi)無損傷快速充電至蓄電池荷電量95%以上，達到快速充電而不損傷電池的目的；③對充電目標具有自適應(yīng)檢測的功能，充電控制部分采用傳感器的檢測信息(電 流，電壓)，構(gòu)成雙閉環(huán)控制；④充電目標參數(shù)采集通過CAN-BUS通信接口板實時輸出，便于與全車控制總線接 口和車用儀表系統(tǒng)的顯示和監(jiān)控。⑤充電器備有遠程控制接口，可以隨時進行充電策略的調(diào)整。


圖1本發(fā)明車用動力電池組無損傷快速充電器電路原理框圖；圖2輸入輸出過流欠壓保護模塊電路原理圖；圖3功率因數(shù)校正模塊電路原理圖；圖4半橋驅(qū)動模塊電路原理圖；圖5半橋逆變模塊電路原理圖；圖6逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊電路原理圖；圖7蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊電路原理圖；圖8充電智能控制模塊微處理器電路原理圖；圖9充電智能控制模塊復(fù)位電路原理圖；圖10CAN通訊電路原理圖；圖11按鍵及RS232數(shù)據(jù)傳送電路原理圖；圖12內(nèi)部供電輔助電源模塊電路原理圖；圖13插座引腳示意圖。圖14充電控制方法示意圖。圖15中央處理單元快充/標充轉(zhuǎn)換模塊的充電處理流程。附圖1-15是本發(fā)明的車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方法最佳實 施例。
其中圖2中RV1_RV3壓敏電阻；DVl雙極氣體放電管；Fl保險絲；Pl，P6，P7雙 針插座 Jl，J2，J3，J4，J6，J7，J8，Jll, J12，J18，J19 接口 ；RTl 防浪涌電阻；L2 共模濾波 電感；Bl隔離變壓器；BDl整流橋；U3NPN晶體管陣列；Kl繼電器；U13RS觸發(fā)器；U7高線性 模擬光耦；U6，Ull單電源供電雙運放；U14雙電壓比較器；D10，Dll, D12超快恢復(fù)二極管； D13，D14，D15，D16，D18，D20, D23，D24小信號肖特基二極管；D17普通塑封整流二極管；Cl, C4, C9, C37, C54, C55, C56, C57, C59, C61, C62, C63 隔直濾波電容；C23, C28 電解電容；R24, R26, R30, R34, R39, R43, R48, R51, R55, R57, R70, R71, R75, R80, R81 電阻；R25, R79 電位器；圖3中Ll升壓濾波電感；Q1，Q3功率開關(guān)管；Ul功率管驅(qū)動芯片；U2功率因數(shù)校 正芯片；J9 接口 ；Dl 超快恢復(fù)二極管；C6, C7，Cll, C12，C17，C26 電解電容；C15, C21，C22， C27, C29, C31, C32 隔直濾波電容；Rl, R2, R5, R9, R13, R15 功率電阻；Rll, R12, R21, R31, R32電阻；圖4中U8PWM輸出控制芯片；U9，U12單通道高速光耦；U5門極驅(qū)動芯片；UlO霍 爾電流傳感器；D19超快恢復(fù)二極管；QlO三極管；R28, R49，R50, R52，R53，R62，R63，R64， R66, R67, R69, R72, R73, R74, R76 電阻；C33, C36, C41, C42, C44, C47 電解電容；C30, C34, C35, C38, C39, C40, C43, C45, C46, C48, C49, C51, C52, C53, C58 隔直濾波電容；圖5中Q2，Q4，Q5，Q6超級功率晶體管；D3，D9齊納二極管；D2，D8高效整流二極 管；Tl 半橋變壓器；R3, R4, R7, RIO, R16, R18, R19, R22 功率電阻；R6, R14, R20, R23 電阻； C2，C16電解電容；C8, CIO, C19隔直濾波電容；圖6中:D4, D5，D7，D25超快恢復(fù)二極管；R8, R17功率電阻；C3, C18隔直濾波電 容；C13，C14電解電容；L3濾波穩(wěn)壓電感；圖7中U4多段模擬開關(guān)；Q7，Q8，Q9三極管；R29，R60電位器；C24隔直濾波電容； C25 電解電容；R27, R33, R35, R36, R37, R38, R40, R41, R42, R44, R45, R46, R54, R56, R58, R59, R65 電阻；圖 8 中=MCU 中央處理單元，MD2, MD3, MD4, MD5, MD6, MD7, MD8, MD9, MD10, MDll 快 速開關(guān)二極管；MC2，MC3，MC4，MC5，MC6，MC7，MC9濾波隔直電容；MC8電解電容；Yl晶振； MR6, MR14, MRl5, MR16 電阻；圖9中MJ2程序下載接口 ；MUlCPU監(jiān)視芯片；MDl小信號肖特基二極管；MSl按鈕 開關(guān)；MJl 接口 ；MCl 電解電容；MRl, MR2, MR3, MR4, MR5, MRl3 電阻；圖10中MU3CAN收發(fā)器；MPl排阻；MP2插排；LSl蜂鳴器；MR25電位器；MQ4三極 管；MC10, MC22, MC25, MC26, MC27, MC41, MC42 隔直濾波電容；MC19, MC21 電解電容；MJ4 接 口 ；MR17, MR18, MR20, MR26 電阻；圖11中MU4多通道RS-232驅(qū)動器，MDBl串行通訊口，MLEDl，MLED2，MLED3發(fā)光 二極管；KEY1，KEY2, KEY3, KEY4 按鍵；MRTl 熱敏電阻；MQ5，MQ6, MQ7 三極管；MC11，MC12, MC14, MC16, MC17, MC18, MC38, MC39 隔直濾波電容；MC15 電解電容；MR19, MR21, MR22, MR23, MR24, MR30, MR31, MR32 電阻；圖12中NT1反激變壓器；NU3離線電流模式控制器；NU4可控光耦；DSLEDl數(shù)字 發(fā)光二極管；NUl, NU2, NU5, NU6, NU7三端穩(wěn)壓電源；NQl可編程精密參考；NCI, NC2, NC5， NC9, NCl 1, NC12, NC13, NC21, NC22, NC24, NC25 電解電容；NC3, NC4, NC6, NC7, NC10, NC15, NC16，NC17，NC18，NC19，NC20，NC23，NC26，NC27 隔直濾波電容；NR6 功率電阻；NR1，NR2，NR3，NR4, NR5, NR7, NR8, NR9, NR10, NRll 電阻；NDl, ND4 超速開關(guān)二級管；ND2, ND3, ND4, ND5, ND6，ND7, ND8, ND9快速高效整流管；圖 13 中P3，P4，P5 插座。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1-15，對本發(fā)明的車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方 法做進一步詳細說明。如附圖1所示本發(fā)明車用動力電池組無損傷快速充電器包括輸入輸出過流欠壓保護模塊，功率 因數(shù)校正模塊，半橋逆變模塊，半橋驅(qū)動模塊，逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采 樣模塊，充電智能控制模塊，內(nèi)部供電輔助電源模塊，信號數(shù)據(jù)通信模塊，充電器液晶顯示 模塊，電動車綜合儀表，遠程控制；輸入輸出過流欠壓保護模塊與功率因數(shù)校正模塊相連， 功率因數(shù)校正模塊與半橋逆變模塊相連，半橋驅(qū)動模塊與半橋逆變模塊相連，半橋逆變模 塊與逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊相連，逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊連接蓄電池，蓄電池參數(shù)動態(tài)采 樣模塊連接蓄電池，充電智能控制模塊分別與輸入輸出過流欠壓保護模塊，半橋驅(qū)動模塊， 蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊和內(nèi)部供電輔助電源模塊相連，內(nèi)部供電輔助電源模塊還與輸入 輸出過流欠壓保護模塊，功率因數(shù)校正模塊，半橋驅(qū)動模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊相 連，信號數(shù)據(jù)通信模塊與充電智能控制模塊互連，信號數(shù)據(jù)通信模塊與充電器液晶顯示模 塊相連，遠程控制接口通過RS232數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連，電動車綜合儀 表接口通過CAN_BUS數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連。如附圖2所示輸入輸出過流欠壓保護模塊電路原理圖，NPN晶體管陣列U3的13腳接繼電器Kl 的一端，并和+12V電源之間串接超快恢復(fù)二極管D12 ；NPN晶體管陣列U3的8腳和9腳之 間接有電解電容C23，8腳接入信號地；插座Pl的1腳接交流輸入的N極，2腳通過繼電器 Kl接交流輸入的L極；高線性模擬光耦U7的1腳接電源地，高線性模擬光耦U7的2腳通 過電阻R48接入單電源供電雙運放U6的1腳，高線性模擬光耦U7的3腳接單電源供電雙 運放U6的8腳，高線性模擬光耦U7的4腳接單電源供電雙運放U6的2腳，高線性模擬光 耦U7的5腳接單電源供電雙運放Ull的3腳，高線性模擬光耦U7的6腳接單電源供電雙 運放Ull的8腳；單電源供電雙運放TO的1腳和2腳之間串聯(lián)隔直濾波電容C37，單電源供 電雙運放TO的3腳串接電阻R51入電源地，單電源供電雙運放U6的3腳和4腳之間串聯(lián) 電阻R57，單電源供電雙運放TO的4腳接電源地，單電源供電雙運放TO的5腳接電源地，單 電源供電雙運放U6的6腳和7腳相連；單電源供電雙運放Ull的1腳與2腳連接，單電源 供電雙運放Ull的3腳與4腳之間串聯(lián)電阻R55，單電源供電雙運放Ull的5腳接信號地， 單電源供電雙運放Ul 1的6腳和7腳相連，單電源供電雙運放Ull的8腳接+5V電源，并與 信號地之間串接有隔直濾波電容C63 ；雙電壓比較器U14的1腳接小信號肖特基二極管D23 的輸出側(cè)，并與信號地之間串接有隔直濾波電容C57，雙電壓比較器U14的2腳接current out端，并于信號地之間串接有隔直濾波電容C55，雙電壓比較器U14的3腳和8腳之間串 接有電阻R70，并和信號地之間串聯(lián)電位器R68，雙電壓比較器U14的4腳接信號地，6腳接 short端，雙電壓比較器U14的7腳接小信號肖特基二極管D24的輸出側(cè)，8腳接+5V電源，雙電壓比較器U14的5腳和8腳之間串聯(lián)電阻R80，且5腳和信號地之間串聯(lián)電位器R79， 雙電壓比較器U14的8腳和信號地之間串聯(lián)隔直濾波電容C59 ；RS觸發(fā)器U13的1腳通過 串聯(lián)電阻R71接+5V電源，并通過串接電阻R75接RSl端口，另外小信號肖特基二極管D23 和D24的輸入側(cè)也接在的RS觸發(fā)器U13的1腳，RS觸發(fā)器U13的3腳接Shutd端，RS觸發(fā) 器U13的6腳串接電阻R81接+5V，RS觸發(fā)器U13的1腳和6腳之間串接有隔直濾波電容 C56，C61 ；隔直濾波電容C56和C61之間接信號地。J6，J7為繼電器強電接口，用于控制防浪涌電阻RTl的接入時機，保護整流橋BDl 免受電網(wǎng)尖峰的破壞；插座Pl，P6，P7為繼電器弱電接口，由NPN晶體管陣列U3驅(qū)動而分 別控制市電電路的通斷，防浪涌電阻電路的通斷及散熱風(fēng)扇電路的通斷；隔離變壓器Bl用 于感應(yīng)電路的過流電壓，通過小信號肖特基二極管D13-D16進行整流并經(jīng)過濾波后，輸出 至雙電壓比較器U14 —側(cè)U14B的負反饋端，通過RS觸發(fā)器來控制Shutd端的高低電平，從 而控制PWM輸出控制芯片U8的關(guān)斷，從而實現(xiàn)對整個電路進行輸入過流保護，同時雙電壓 比較器U14的另一側(cè)U14A的負反饋端接入current out端進行輸出過流保護；通過單電源 供電雙運放TO，U11和高速線性光耦U7組成的電路接入整流輸出的正極側(cè)，并將輸出的A/ D值送入插座P3的14腳，等待中央處理器MCU進行電路的欠壓保護操作。如圖3所示功率因數(shù)校正模塊電路原理圖，升壓濾波電感Ll的接入端為接口 J3，輸出端與功 率開關(guān)管Ql的漏極相連；功率開關(guān)管Ql和Q3并聯(lián)在交流輸入端之間，功率開關(guān)管Ql的門 極串接功率電阻R2，功率開關(guān)管Q3的門極串接功率電阻R9，功率開關(guān)管Ql的門極和源極 之間串聯(lián)電阻R11，功率開關(guān)管Q3的門極和源極之間串聯(lián)電阻R12，功率開關(guān)管Ql和Q3的 源極分別接電源地；超快恢復(fù)二極管Dl的輸入側(cè)接功率開關(guān)管Q3的漏極，輸出端與電源地 之間串聯(lián)功率電阻R1，R5和R13 ；接口 J9串聯(lián)功率電阻R15后接電源地，接口 J9還依次串 接有電阻R21，隔直濾波電容C22入電源地；功率開關(guān)管驅(qū)動芯片Ul的1腳和6腳相連，且 接在插座P5的4腳，并和電源地之間分別串有電解電容C17和隔直濾波電容C15，功率開關(guān) 管驅(qū)動芯片Ul的3腳接電源地，7腳接在功率電阻R2，R9的輸入側(cè)，2腳接功率因數(shù)校正芯 片U2的8腳；功率因數(shù)校正芯片U2的3腳串接隔直濾波電容C22入電源地，功率因數(shù)校正 芯片U2的1腳接電源地，6腳接在功率電阻R5和R13之間，并串接隔直濾波電容C21入電 源地，功率因數(shù)校正芯片U2的2腳串接隔直濾波電容C31入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2 的4腳串接電阻R31入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的5腳一側(cè)依次串接電阻R32和隔直 濾波電容C32入電源地，另一側(cè)串接隔直濾波電容C29入電源地，功率因數(shù)校正芯片的7腳 接插座P5的4腳，并分別通過串接電解電容C26和隔直濾波電容C27入電源地。功率因數(shù)校正芯片U2通過3腳接入電路電流的參考電壓值和6腳接入的升壓后 的分壓電壓值，經(jīng)過內(nèi)部比較輸出門極驅(qū)動信號，并通過功率開關(guān)管驅(qū)動芯片Ui來控制功 率開關(guān)管Ql，Q3的開關(guān)時機，確保輸出電壓穩(wěn)定在380V/DC，即構(gòu)成所謂的雙閉環(huán)控制電 路，有效提高有功功率值，減少諧波污染。如圖4所示半橋驅(qū)動模塊電路原理圖，由PWM輸出控制芯片U8、單通道高速光耦U9、U12、門極 驅(qū)動芯片U5及其外圍電路組成，在PWM輸出控制芯片U8的9腳和1腳之間設(shè)補償器，補償 器包括電阻R67、R69，電容C48、C49、C52和C53，電阻R67和電容C48相串聯(lián)后再與電容C52并接，電阻R67和電容C52 —端接P麗輸出控制芯片U8的9腳，電容C48和電容C52 —端 接PWM輸出控制芯片U8的1腳，PWM輸出控制芯片U8的1腳通過電容C53接地，電阻R69 和電容C49并接一端接PWM輸出控制芯片U8的1腳，另一端接芯片U4。如圖5所示半橋逆變模塊電路原理圖，超級功率晶體管Q2和Q4并聯(lián)，Q2的漏極接380V/DC 輸入端，源極接門極驅(qū)動芯片U5的6腳，基極串接功率電阻R3后接在門極驅(qū)動芯片U5的 7腳，基極和源極之間串接電阻R6，Q3的漏極接380V/DC輸入端，源極接門極驅(qū)動芯片U5 的6腳，基極串接功率電阻RlO后接在門極驅(qū)動芯片U5的7腳，基極和源極之間串接電阻 R14 ；超級功率晶體管Q5和Q6并聯(lián)，Q5的漏極接接門極驅(qū)動芯片U5的6腳，源極接電源地， 基極串接功率電阻R16后接在門極驅(qū)動芯片U5的4腳，基極和源極之間串接電阻R20，Q6 的漏極接門極驅(qū)動芯片U5的6腳，源極接電源地，基極串接功率電阻R22后接在門極驅(qū)動 芯片U5的4腳，基極和源極之間串接電阻R23 ；380V/DC輸入端與門極驅(qū)動芯片U5的6腳 之間接有齊納二極管D3 ；高效整流管D2和電阻R4并聯(lián)后與隔直濾波電容ClO串聯(lián)并接在 380V/DC輸入端與門極驅(qū)動芯片U5的6腳之間；極驅(qū)動芯片U5的6腳與門極驅(qū)動芯片U5 的4腳之間接有齊納二極管D9 ；高效整流管D8和電阻R18并聯(lián)后與隔直濾波電容C19串 聯(lián)并接在極驅(qū)動芯片U5的6腳與門極驅(qū)動芯片U5的4腳之間；電解電容C12和C16串聯(lián) 后并接在380V/DC輸入端與電源地之間；電阻R7和電阻R19串聯(lián)后并接在380V/DC輸入端 與電源地之間；半橋變壓器Tl的初級側(cè)同名端串聯(lián)隔直濾波電容C8后一側(cè)接在電阻R7和 R19之間，另一側(cè)接在電解電容C2和C16之間，半橋變壓器Tl的次級側(cè)以同名端為首從上 到下依次接半橋變壓器Tl的Tll端，半橋變壓器Tl的T12端和半橋變壓器Tl的T13端。功率開關(guān)管Q2，Q4并聯(lián)，功率開關(guān)管Q5，Q6并聯(lián)，意在增大半橋變壓器Tl初級 側(cè)的負載電流，從而提升次級側(cè)輸出電流的調(diào)整范圍，節(jié)省充電時間；其中功率開關(guān)管Q2， Q4，Q5，Q6的門極和源極之間都加有負載電阻，目的是給功率開關(guān)管Q2，Q4，Q5，Q6內(nèi)部的 電容放電，抑制電流尖峰，防止功率開關(guān)管發(fā)熱嚴重而爆管，且半橋逆變電路的上下兩個橋 臂加有RDC的吸收網(wǎng)絡(luò)和齊納二極管D3，D9，有效地保證了半橋變壓器輸入端電流的穩(wěn)健 性，防止半橋變壓器Tl過熱和偏磁，磁飽和現(xiàn)象的發(fā)生。如圖6所示逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊電路原理圖，功率電阻R8和隔直濾波電容C3串聯(lián)后并接 在超快恢復(fù)二極管D5的兩端；功率電阻R17和隔直濾波電容C18串聯(lián)后并接在超快恢復(fù)二 極管D7的兩端；超快恢復(fù)二極管D5的輸入側(cè)接半橋變壓器Tl的Tll端，輸出側(cè)接濾波穩(wěn) 壓電感L3的輸入側(cè)；超快恢復(fù)二極管D7的輸入側(cè)接半橋變壓器Tl的T13端，輸出側(cè)接濾 波穩(wěn)壓電感L3的輸入側(cè)；半橋變壓器Tl的T12端接電池負極側(cè)；超快恢復(fù)二極管D4和D5 并聯(lián)后接電池正極側(cè)；濾波穩(wěn)壓電感L3的輸出側(cè)接超快恢復(fù)二極管D4的輸入側(cè)；超快恢 復(fù)二極管D5的輸入側(cè)與信號地之間依次并接有電解電容C13和電解電容C14。逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊在保留RDC吸收網(wǎng)絡(luò)的同時，在整流輸出端又加入一級電 容值較大的電解電容進行穩(wěn)流，并同時在輸出正極側(cè)并聯(lián)兩個超快恢復(fù)二極管D4，D25，確 保充電電壓的穩(wěn)健性和提高充電電路的安全系數(shù)。如圖7所示蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊電路原理圖，多段模擬開關(guān)U4的內(nèi)部數(shù)字0 7表示八路開關(guān)通道，外部數(shù)字1 16表示引腳，其中6腳接信號地；三極管Q7的集電極一側(cè)接多 段模擬開關(guān)U4的11腳，另一側(cè)串接電阻R36接+15V，三極管Q7的基極串接電阻R41后接 插座P3的16腳，三極管Q7的發(fā)射極接信號地；三極管Q8的集電極一側(cè)接多段模擬開關(guān) U4的10腳，另一側(cè)串接電阻R45接+15V，三極管Q8的基極串接電阻R56后接插座P3的17 腳，三極管Q8的發(fā)射極接信號地；三極管Q9的集電極一側(cè)接多段模擬開關(guān)U4的9腳，另一 側(cè)串接電阻R59接+15V，三極管Q9的基極串接電阻R65后接插座P3的8腳，三極管Q9的 發(fā)射極接信號地；多段模擬開關(guān)U4的7腳和8腳相接后入信號地，多段模擬開關(guān)U4的16 腳接+15V，+15V與信號地之間依次串接有隔直濾波電容C24和電解電容C25 ；多段模擬開 關(guān)U4的15腳一側(cè)接霍爾電流傳感器UlO的3腳，一側(cè)依次串接電阻R35，R38，R42，R46， R54，R58和電位器R60入信號地；電池的正極側(cè)依次串接電阻R27，電位器R29，電阻R33，電 阻R37，電阻R40，電阻R44入信號地；插座P3的20腳接在電位器R29和電阻R33之間，插 座P3的19腳接在電阻R42和R46之間；多段模擬開關(guān)U4的4腳接在電阻R35和電阻R38 之間，多段模擬開關(guān)U4的5腳接在電阻R46和電阻R54之間，多段模擬開關(guān)U4的1腳接在 電阻R38和電阻R42之間，多段模擬開關(guān)U4的12腳接在電阻R33和電阻R37之間，多段模 擬開關(guān)U4的13腳接在電阻R40和電阻R44之間，多段模擬開關(guān)U4的14腳接在電阻R54 和電阻R58之間，多段模擬開關(guān)U4的2腳接在電阻R58和電位器R60之間。采用三極管Q7，Q8和Q9控制多段模擬開關(guān)U4的9，10和11腳，保證了三個引腳 有足夠強度的信號，保證了多段模擬開關(guān)U4的工作穩(wěn)健性，另外多段模擬開關(guān)U4的14，15， 12，1，5，2，4引腳分別從串聯(lián)到信號地的精密電阻和精密電位器采樣獲得電壓信號，且電池 兩端并聯(lián)精密電阻和精密電位器相結(jié)合的分壓策略，使充電控制更加準確及時，提高了充 電效率。如圖8所示充電智能控制模塊微處理器電路原理圖，中央處理單元MCU的1腳接插座P3的8 腳，2腳接插座P3的17腳，4腳接插座P3的16腳，5腳接插座P3的15腳，35腳接插座P3 的20腳，36腳接插座P3的10腳，37腳接插座P3的19腳，38腳接插座P3的14腳，43腳 接插座P3的9腳，44腳接插座P3的18腳，33腳接信號地，10腳接信號地；中央處理單元 MCU的11腳與12腳之間串接電阻MR14，中央處理單元MCU的11腳與13腳之間串接電阻 MR15，中央處理單元MCU的11腳與14腳之間串接電阻MR16，中央處理單元MCU的11腳接 +5V ；中央處理單元M⑶的9腳串接電解電容MC8入信號地，中央處理單元MCU的6腳串接 電阻MR6入信號地，中央處理單元MCU的7腳串接隔直濾波電容MC7入信號地，中央處理單 元MCU的7腳串接隔直濾波電容MC9入信號地，中央處理單元MCU的7腳和8腳之間串接 晶振Yl，中央處理單元MCU的32腳接+5V。如圖9所示充電智能控制模塊復(fù)位電路原理圖，上電復(fù)位電路使用的是CPU監(jiān)視芯片MUl的 上電復(fù)位功能。如圖10所示CAN通訊電路原理圖，CAN收發(fā)器MU3的1腳接中央處理單元MCU的19腳，CAN收 發(fā)器MU3的4腳接中央處理單元MCU的20腳，CAN收發(fā)器MU3的3腳接+5V，2腳接信號地， 8腳串接電阻MR17入信號地，CAN收發(fā)器MU3的6腳和7腳之間串接電阻MR20，CAN收發(fā)器MU3的7腳接接口 MJ4的1腳，CAN收發(fā)器MU3的6腳接接口 MJ4的2腳。如圖11所示按鍵及RS232數(shù)據(jù)傳送電路原理圖，MLED1，MLED2，MLED3用于顯示充滿，故障和快 充狀態(tài)的指示燈，KEYl，KEY2，KEY3，KEY4四個按鍵用于啟動停止充電狀態(tài)，快速充電與標準 充電切換，內(nèi)部輔助電源啟動停止?fàn)顟B(tài)，數(shù)據(jù)通信模式通道選擇的控制。如圖12所示內(nèi)部供電輔助電源模塊電路原理圖，反激變壓器NTl次級側(cè)通過可編程精密參考 NQl獲得比較信號后，經(jīng)由可控光耦NU4將光電信號傳送給離線開關(guān)電源電流模式控制器 NU3，用以控制調(diào)整初級側(cè)輸入占空比，達到根據(jù)電路負載自動調(diào)整輸出的目的，此設(shè)計主 要是為了保證電路供電的穩(wěn)健性。如圖14所示為本發(fā)明充電控制方法示意圖，具體步驟如下1家用電網(wǎng)輸入后，充電器內(nèi)部進行過流欠壓情況判斷，若出現(xiàn)電路過流或是欠壓 情況，則轉(zhuǎn)入步驟9 ；否則，轉(zhuǎn)入步驟2 ；2儀表盤顯示電網(wǎng)狀態(tài)正常，按鍵啟動內(nèi)部供電輔助電源控制開關(guān)，充電器內(nèi)部充 電控制模塊進行軟硬件初始化操作，轉(zhuǎn)入步驟3 ；3進行蓄電池狀態(tài)檢測，判斷蓄電池有無短路或失效現(xiàn)象，若出現(xiàn)短路或失效現(xiàn)象 則儀表盤提示并預(yù)警，轉(zhuǎn)入步驟9 ；否則，轉(zhuǎn)入步驟4 ；4充電器內(nèi)部充電控制模塊通過采樣的蓄電池狀態(tài)參數(shù)，判斷蓄電池是否虧電，若 是，則轉(zhuǎn)入步驟5 ；否則，轉(zhuǎn)入步驟9 ；5充電器內(nèi)部充電控制模塊通過采樣的蓄電池狀態(tài)參數(shù)和家用電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)，計 算蓄電池可獲得的最大初始充電電流，若算出的充電電流值不足蓄電池容量值的1/20，則 轉(zhuǎn)入步驟9 ；否則轉(zhuǎn)入步驟6 ；6充電器內(nèi)部充電控制模塊根據(jù)獲得的充電電流值，采用慢脈沖的充電控制方式 進行蓄電池的快速充電過程，若充電過程中蓄電池的溫度采樣值一定時間內(nèi)持續(xù)超出充電 控制模塊中預(yù)設(shè)的蓄電池允許最大溫度值，則同時轉(zhuǎn)入步驟8和步驟3 ；否則，轉(zhuǎn)入步驟7 ；7快速充電進行過程中若蓄電池的端電壓采樣值一定時間內(nèi)持續(xù)超出充電控制模 塊中預(yù)設(shè)的蓄電池低析氣率下允許的最大電壓值，則轉(zhuǎn)入步驟3 ；如若不然，則繼續(xù)快速充 電過程；8儀表盤發(fā)出溫度預(yù)警，充電過程暫停并提示是否按鍵停止內(nèi)部輔助電源供電；9充電器內(nèi)部充電控制模塊發(fā)出電平信號，控制繼電器使充電器主電路斷電?，F(xiàn)就智能充電控制模塊的某一單元的工作過程進行一些具體描述如圖15所示，以淄博火炬電池充電過程為例，對本發(fā)明車用動力電池組無損傷快速充電器中 央處理單元快充/標充轉(zhuǎn)換模塊的充電處理流程部分進行說明，淄博火炬電池組6節(jié) 12V/120AH單體電池串聯(lián)，快充充電時間在3. 5小時 3. 7小時，標準充電時間在8小時以 上。具體充電處理流程如下智能充電控制模塊首先進行初始化操作，并檢測蓄電池是否接入電路，若否，則 返回智能充電控制模塊的初始化狀態(tài)；否則將進行人工選擇充電模式標準充電或快速充電 O若選擇標準充電則智能充電控制模塊判斷充電標志rimstate的值，確認為標準 充電模式后，先進行蓄電池故障檢測，一旦發(fā)現(xiàn)蓄電池短路或是其他故障則立即停止充電 過程；若智能充電控制模塊檢測蓄電池?zé)o故障，則首先進行電池的恢復(fù)性充電，并判斷充電 標志runstate的狀態(tài)值為0 ；時間判定若一分鐘時間未到，則顯示處理充電標志runstate 值，繼續(xù)恢復(fù)性充電；若一分鐘時間到，則充電標志runstate的值加2并顯示處理判斷充電 標志runstate值而進入23A的恒流充電階段，此時判斷蓄電池端電壓是否超過84. 6V (此 值為保守值，實際中此電壓的取值由智能充電控制模塊根據(jù)蓄電池實際參數(shù)獲得，一般為 84. 6V 87. 6V之間)，若超過此電壓閾值則充電標志runsta的值加1，經(jīng)顯示處理并判 斷其標志位數(shù)據(jù)值而進入15A恒流充電階段；否則顯示處理充電標志并判斷其標志位數(shù)據(jù) 值后繼續(xù)23A恒流充電過程；進入15A恒流充電過程時，依舊判斷蓄電池端電壓是否超出 84. 6V，若未超出則顯示處理充電標志并判斷其標志位數(shù)據(jù)繼續(xù)進行15A的恒流充電過程， 否則，充電標志runstate值加1，顯示處理并判斷充電標志位數(shù)值后進入恒壓充電階段，此 時改為判斷充電電流值是否小于5A(此值為保守值，實際中此電流的取值由智能充電控制 模塊根據(jù)蓄電池實際參數(shù)獲得，一般為蓄電池額定容量的1/20左右)，若否則繼續(xù)恒壓充 電過程，否則結(jié)束充電過程。若選擇快速充電，則智能充電控制模塊判斷充電標志runstate的值，確認為快速 充電模式后，先進行蓄電池故障檢測，一旦發(fā)現(xiàn)蓄電池短路或是其他故障則立即停止充電 過程；若智能充電控制模塊檢測蓄電池?zé)o故障，則首先進行電池的恢復(fù)性充電，并判斷充電 標志runstate的狀態(tài)值為0 ；時間判定若一分鐘時間未到，則顯示處理充電標志runstate 值，繼續(xù)恢復(fù)性充電；若一分鐘時間到，則充電標志runstate的值加1并顯示處理判斷充 電標志runstate值而進入46A的恒流慢脈沖充電階段，此時判斷蓄電池端電壓是否超過 84. 6V(此值為保守值，實際中此電壓的取值由智能充電控制模塊根據(jù)蓄電池實際參數(shù)獲 得，一般為84. 6V 87. 6V之間)，若超過此電壓閾值則充電標志runsta的值加1，經(jīng)顯示 處理并判斷其標志位數(shù)據(jù)值而進入32A恒流慢脈沖充電階段；否則顯示處理充電標志并判 斷其標志位數(shù)據(jù)值后繼續(xù)46A恒流慢脈沖充電過程；進入32A恒流慢脈沖充電過程時，依 舊判斷蓄電池端電壓是否超出84. 6V，若未超出則顯示處理充電標志并判斷其標志位數(shù)據(jù) 繼續(xù)進行32A的恒流慢脈沖充電過程，否則，充電標志runstate值加1，進入20A恒流慢脈 沖充電過程時，依舊判斷蓄電池端電壓是否超出84. 6V，若未超出則顯示處理充電標志并判 斷其標志位數(shù)據(jù)繼續(xù)進行20A的恒流慢脈沖充電過程，否則，充電標志runstate值加1，顯 示處理并判斷充電標志位數(shù)值后進入恒壓慢脈沖充電階段，此時改為判斷充電電流值是否 小于9A(此值為保守值，實際中此電流的取值由智能充電控制模塊根據(jù)蓄電池實際參數(shù)獲 得，一般為蓄電池額定容量的1/20左右)，若否則繼續(xù)恒壓充電過程，否則結(jié)束充電過程。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
一種車用動力電池組無損傷快速充電器，其特征在于包括輸入輸出過流欠壓保護模塊，功率因數(shù)校正模塊，半橋逆變模塊，半橋驅(qū)動模塊，逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊，充電智能控制模塊，內(nèi)部供電輔助電源模塊，信號數(shù)據(jù)通信模塊，充電器液晶顯示模塊，電動車綜合儀表接口和遠程控制接口；輸入輸出過流欠壓保護模塊與功率因數(shù)校正模塊相連，功率因數(shù)校正模塊與半橋逆變模塊相連，半橋驅(qū)動模塊與半橋逆變模塊相連，半橋逆變模塊與逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊相連，逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊連接待充電蓄電池，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊連接待充電蓄電池，充電智能控制模塊分別與輸入輸出過流欠壓保護模塊，半橋驅(qū)動模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊和內(nèi)部供電輔助電源模塊相連，內(nèi)部供電輔助電源模塊還與輸入輸出過流欠壓保護模塊，功率因數(shù)校正模塊，半橋驅(qū)動模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊相連，信號數(shù)據(jù)通信模塊與充電智能控制模塊互連，信號數(shù)據(jù)通信模塊與充電器液晶顯示模塊相連，遠程控制接口通過RS232數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連，電動車綜合儀表接口通過CAN_BUS數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器，其特征在于所述功率 因數(shù)校正模塊，包括升壓濾波電感Li、功率開關(guān)管Ql、Q3、功率管驅(qū)動芯片U1、功率因數(shù)校 正芯片U2、接口 J9、超快恢復(fù)二極管D1、電解電容C6、C7、C11、C12、C17、C26、隔直濾波電容 C15、C21、C22、C27、C29、C31、C32、功率電阻 Rl、R2、R5、R9、R13、R15 和電阻 Rll、R12、R21、 R31、R32，升壓濾波電感Ll的接入端為接口 J3，輸出端與功率開關(guān)管Ql的漏極相連，功率 開關(guān)管Ql和Q3并聯(lián)在交流輸入端之間，功率開關(guān)管Ql的門極串接功率電阻R2，功率開關(guān) 管Q3的門極串接功率電阻R9，功率開關(guān)管Ql的門極和源極之間串聯(lián)電阻R11，功率開關(guān)管 Q3的門極和源極之間串聯(lián)電阻R12，功率開關(guān)管Ql和Q3的源極分別接電源地，超快恢復(fù) 二極管Dl的輸入端接功率開關(guān)管Q3的漏極，輸出端與電源地之間串聯(lián)功率電阻Rl，R5和 R13 ；電解電容Cll，C6，C12，C7分別并聯(lián)在380V/DC輸出端和電源地之間；接口 J9串聯(lián)功 率電阻R15后接電源地，接口 J9還依次串接有電阻R21，隔直濾波電容C22入電源地；功率 開關(guān)管驅(qū)動芯片Ul的1腳和6腳相連，且接在插座P5的4腳，并和電源地之間分別串有電 解電容C17和隔直濾波電容C15，功率開關(guān)管驅(qū)動芯片Ul的3腳接電源地，7腳接在功率電 阻R2，R9的輸入側(cè)，2腳接功率因數(shù)校正芯片U2的8腳，功率因數(shù)校正芯片U2的3腳串接 隔直濾波電容C22入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的1腳接電源地，6腳接在功率電阻R5 和R13之間，并串接隔直濾波電容C21入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的2腳串接隔直濾 波電容C31入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的4腳串接電阻R31入電源地，功率因數(shù)校正 芯片U2的5腳一側(cè)依次串接電阻R32和隔直濾波電容C32入電源地，另一側(cè)串接隔直濾波 電容C29入電源地，功率因數(shù)校正芯片U2的7腳接插座P5的4腳，并分別通過串接電解電 容C26和隔直濾波電容C27入電源地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器，所述半橋驅(qū)動模塊，包 括PWM輸出控制芯片U8、單通道高速光耦U9、U12、門極驅(qū)動芯片U5及其外圍電路，其特征 在于在PWM輸出控制芯片U8的9腳和1腳之間設(shè)補償器，補償器包括電阻R67、R69，電容 C48、C49、C52和C53，電阻R67和電容C48相串聯(lián)后再與電容C52并接，電阻R67和電容C52 一端接PWM輸出控制芯片U8的9腳，電容C48和電容C52 —端接PWM輸出控制芯片U8的 1腳，PWM輸出控制芯片U8的1腳通過電容C53接地，電阻R69和電容C49并接一端接PWM輸出控制芯片U8的1腳，另一端接芯片U4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器，其特征在于所述逆變 輸出整流模塊包括超快恢復(fù)二極管D4、D5、D7、D25、功率電阻R8、R17、隔直濾波電容C3、 C18、電解電容C13、C14、濾波穩(wěn)壓電感L3、功率電阻R8和隔直濾波電容C3串聯(lián)后并接在超 快恢復(fù)二極管D5的兩端，功率電阻R17和隔直濾波電容C18串聯(lián)后并接在超快恢復(fù)二極管 D7的兩端，超快恢復(fù)二極管D5的輸入側(cè)接半橋變壓器T1的T11端，輸出側(cè)接濾波穩(wěn)壓電 感L3的輸入側(cè)，超快恢復(fù)二極管D7的輸入側(cè)接半橋變壓器T1的T13端，輸出側(cè)接濾波穩(wěn) 壓電感L3的輸入側(cè)，半橋變壓器T1的T12端接電池負極側(cè)，超快恢復(fù)二極管D4和D25并 聯(lián)后接電池正極側(cè)，濾波穩(wěn)壓電感L3的輸出側(cè)接超快恢復(fù)二極管D4的輸入側(cè)，超快恢復(fù)二 極管D25的輸入側(cè)與信號地之間依次并接有電解電容C13和電解電容C14。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器，所述蓄電池參數(shù)動態(tài)采 樣模塊包括多段模擬開關(guān)U4、三極管Q7、Q8、Q9、電位器R29、R60、隔直濾波電容C24、電解 電容 C25、電阻 R27、R33、R35、R36、R37、R38、R40、R41、R42、R44、R45、R46、R54、R56、R58、 R59、R65，多段模擬開關(guān)U4的內(nèi)部數(shù)字0 7表示八路開關(guān)通道，外部數(shù)字1 16表示引 腳，其特征在于多段模擬開關(guān)U4的15腳一側(cè)接霍爾電流傳感器U10的3腳，一側(cè)依次串 接電阻R35，R38，R42，R46，R54，R58和電位器R60入信號地，電池的正極側(cè)依次串接電阻 R27，電位器R29，電阻R33，電阻R37，電阻R40，電阻R44入信號地，插座P3的20腳接在電 位器R29和電阻R33之間，插座P3的19腳接在電阻R42和R46之間，多段模擬開關(guān)U4的4 腳接在電阻R35和電阻R38之間，多段模擬開關(guān)U4的5腳接在電阻R46和電阻R54之間， 多段模擬開關(guān)U4的1腳接在電阻R38和電阻R42之間，多段模擬開關(guān)U4的12腳接在電阻 R33和電阻R37之間，多段模擬開關(guān)U4的13腳接在電阻R40和電阻R44之間，多段模擬開 關(guān)U4的14腳接在電阻R54和電阻R58之間，多段模擬開關(guān)U4的2腳接在電阻R58和電位 器R60之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器，其特征在于所述電動 車綜合儀表接口通過CAN_BUS數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連，其特征在于CAN_ BUS數(shù)據(jù)通信電路包括CAN收發(fā)器MU3、排阻MP1、插排MP2、蜂鳴器LSI、電位器MR25、三極 管 MQ4、隔直濾波電容 MC10、MC22、MC25、MC26、MC27、MC41、MC42、電解電容 MC19、MC21、接口 MJ4、電阻MR17、MR18、MR20、MR26、CAN收發(fā)器MU3的1腳接中央處理單元MCU的19腳，CAN 收發(fā)器MU3的4腳接中央處理單元MCU的20腳，CAN收發(fā)器MU3的3腳接+5V，2腳接信號 地，8腳串接電阻MR17入信號地，CAN收發(fā)器MU3的6腳和7腳之間串接電阻MR20，CAN收 發(fā)器MU3的7腳接接口 MJ4的1腳，CAN收發(fā)器MU3的6腳接接口 MJ4的2腳；+5V與信號 地之間分別串接電解電容MC19，MC21，隔直濾波電容MC41，MC22，MC25，MC26，MC42，排阻MP 1 的1腳接+5V ；插排MP2的1腳接信號地，2腳接+5V，20腳接信號地，15腳接信號地，19腳 接+5V，4腳接中央處理單元MCU的30腳，插排MP2的5腳接中央處理單元MCU的29腳，插 排MP2的6腳接中央處理單元MCU的31腳，插排MP2的3腳和18腳之間串接電位器MR25， 插排MP2的17腳和19腳之間串接電阻MR26，插排MP2的15腳和17腳之間串接隔直濾波 電容MC27 ；三極管MQ4的基極串接電阻MR18接中央處理單元MOT的26腳，集電極經(jīng)蜂鳴 器LSI接信號地，發(fā)射極接+5V，+5V與信號地之間串接隔直濾波電容MC10。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器，其特征在于所述內(nèi)部供電輔助電源模塊采用小功率開關(guān)電源。
8. —種權(quán)利要求1所述的車用動力電池組無損傷快速充電器的充電方法，其特征在 于具體步驟如下`8. 1家用電網(wǎng)輸入后，充電器內(nèi)部進行過流欠壓情況判斷，若出現(xiàn)電路過流或是欠壓情 況，則轉(zhuǎn)入步驟8. 9，否則，轉(zhuǎn)入步驟8. 2 ；`8. 2儀表盤顯示電網(wǎng)狀態(tài)正常，按鍵啟動內(nèi)部供電輔助電源控制開關(guān)，充電器內(nèi)部充電 控制模塊進行軟硬件初始化操作，轉(zhuǎn)入步驟8. 3 ；`8. 3進行蓄電池狀態(tài)檢測，判斷蓄電池有無短路或失效現(xiàn)象，若出現(xiàn)短路或失效現(xiàn)象則 儀表盤提示并預(yù)警，轉(zhuǎn)入步驟8. 9，否則，轉(zhuǎn)入步驟8. 4 ；`8. 4充電器內(nèi)部充電控制模塊通過采樣的蓄電池狀態(tài)參數(shù)，判斷蓄電池是否虧電，若 是，則轉(zhuǎn)入步驟8. 5，否則，轉(zhuǎn)入步驟8. 9 ；`8. 5充電器內(nèi)部充電控制模塊通過采樣的蓄電池狀態(tài)參數(shù)和家用電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)，計算 蓄電池可獲得的最大初始充電電流，若算出的充電電流值不足蓄電池容量值的1/20，則轉(zhuǎn) 入步驟8. 9，否則轉(zhuǎn)入步驟8. 6 ；`8. 6充電器內(nèi)部充電控制模塊根據(jù)獲得的充電電流值，采用慢脈沖的充電控制方式進 行蓄電池的快速充電過程，若充電過程中蓄電池的溫度采樣值一定時間內(nèi)持續(xù)超出充電控 制模塊中預(yù)設(shè)的蓄電池允許最大溫度值，則同時轉(zhuǎn)入步驟8. 8和步驟8. 3，否則，轉(zhuǎn)入步驟 8. 7 ；`8. 7快速充電進行過程中若蓄電池的端電壓采樣值一定時間內(nèi)持續(xù)超出充電控制模塊 中預(yù)設(shè)的蓄電池低析氣率下允許的最大電壓值，則轉(zhuǎn)入步驟8. 3，如若不然，則繼續(xù)快速充 電過程；`8. 8儀表盤發(fā)出溫度預(yù)警，充電過程暫停并提示是否按鍵停止內(nèi)部輔助電源供電； 8. 9充電器內(nèi)部充電控制模塊發(fā)出電平信號，控制繼電器使充電器主電路斷電。
全文摘要
一種車用動力電池組無損傷快速充電器及充電控制方法，屬于蓄電池快速充電控制技術(shù)領(lǐng)域。包括輸入輸出過流欠壓保護模塊，功率因數(shù)校正模塊，半橋逆變模塊，半橋驅(qū)動模塊，逆變輸出整流穩(wěn)壓模塊，蓄電池參數(shù)動態(tài)采樣模塊，充電智能控制模塊，內(nèi)部供電輔助電源模塊，電動車綜合儀表接口和遠程控制接口；電動車綜合儀表接口通過CAN_BUS數(shù)據(jù)通信模式與信號數(shù)據(jù)通信模塊相連。充電控制方法為家用電網(wǎng)過流欠壓情況判斷，儀表盤顯示電網(wǎng)狀態(tài)，蓄電池狀態(tài)檢測，計算蓄電池可獲得的最大初始充電電流，采用慢脈沖的充電控制方式進行蓄電池的快速充電過程等。具有不受家用電網(wǎng)功率限制，充電時間短和保護電池等優(yōu)點。
文檔編號H02J7/10GK101938160SQ20101027581
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者劉東林, 劉洪娥, 王任超, 秦玲, 高小群, 高述轅 申請人:山東申普汽車控制技術(shù)有限公司