專利名稱：一種帶can通訊功能的車載動力電池充電器的制作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及充電控制技術領域，尤其涉及混合動力或者純電驅動汽車上 一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器。
背景技術：
當前普遍使用的燃油發(fā)動機汽車最為嚴重的問題就是污染環(huán)境，隨著環(huán)保意識的 增強，各種混合動力或者純電驅動汽車脫穎而出，并且已在國外得到普及?；旌蟿恿蛘呒冸婒寗悠囈云湮廴拘　⒐?jié)能環(huán)保等優(yōu)點成為汽車行業(yè)新的發(fā)展 方向。混合動力汽車，尤其是純電驅動汽車是以車載電源為動力，用電機驅動車輪行駛，本 身不排放污染大氣的有害氣體，并且還可以充分利用晚間用電低谷時富余的電力充電，使 發(fā)電設備日夜都能充分利用，大大提高了其經濟效益。但是混合動力或者純電驅動汽車多數(shù)采用動力電池作為能源系統(tǒng)，該動力電池不 同于一般的小功率電池，在充電過程中，電流可高達十幾安培，電壓大約在300伏左右，一 般的充電器不能滿足這種大功率電池的要求；充電器作為動力汽車的一個重要組成部分， 必須滿足車載使用，而現(xiàn)有的充電器在重量、體積、安全性等方面都受到一定的限制，不能 滿足車載要求；而且動力電池的價格昂貴，在充電過程中必須要有專門的車載動力電池充 電器對充電過程進行保護，對電量進行控制，否則充電過程中可能會存在過充或溫度過高， 就有可能損壞電池的性能，目前還沒有專門的車載動力電池充電器來進行控制，并且現(xiàn)有 的充電器也不能滿足快速充電的需求。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器，在充電 控制裝置中配置有CAN(Controller Area Network，控制器局部網)CAN通訊控制回路，使得 整個充電控制裝置具有CAN通訊功能、電池狀態(tài)自檢功能及充電過程自動優(yōu)化控制功能。本實用新型通過這樣的技術方案解決上述的技術問題本實用新型提供一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器，車載動力電池充電 器包括一個充電控制器、用于判斷電池的工作參數(shù)并輸出用于控制電池充電的控制信號， 并可傳輸電池的工作參數(shù)或者對車載動力電池充電器的參數(shù)進行修改；所述充電控制器至 少包括測量輸入回路、程序控制單元、CAN通訊控制回路；測量輸入回路與程序控制單元相連，接收來自電池的工作信號，并將所述的工作 信號發(fā)送給程序控制單元；程序控制單元分別與測量輸入回路、以及CAN通訊控制回路連接，程序控制單元 內保存預設標準工作信號，其還包括模數(shù)轉換模塊，模數(shù)轉換模塊與測量輸入回路連接，用 于將接收到的工作信號轉換為相應的數(shù)字信號，并通過與預設標準工作信號比較來判斷電 池當前的工作參數(shù)，并輸出相應的控制信號；CAN通訊控制回路通過控制器局部網總線CANBUS與程序控制單元連接，用于控制
3程序控制單元傳輸電池的工作參數(shù)或者對車載動力電池充電器的參數(shù)進行修改。作為進一步改進，所述車載動力電池充電器還包括一個與程序控制單元連接的數(shù) 模轉換模塊，用于將程序控制單元輸出的控制信號轉換為模擬控制信號。 作為進一步改進，所述的工作信號包括充電電壓信號、充電電流信號、及電池溫度信號。作為進一步改進，所述車載動力電池充電器還包括一個與測量輸入回路連接的按 鈕，控制車載動力電池充電器啟動或者停止工作，開關信號作為工作信號發(fā)送至測量輸入 回路。作為進一步改進，所述測量輸入回路中包括霍爾傳感器，對來自電池的工作電壓 現(xiàn)隔離信號采樣。作為進一步改進，CAN通訊控制回路還包括高速光耦，可對通過控制器局部網總線 傳輸?shù)男盘栠M行光電隔離。作為進一步改進，所述車載動力電池充電器還包括輸出控制模塊及狀態(tài)指示器， 輸出控制模塊接收到數(shù)模轉換模塊輸出的模擬控制信號后，驅動狀態(tài)指示器，以顯示充電 器的工作參數(shù)。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有的優(yōu)點在于1、本車載動力電池充電器配套簡單，并且有效提高了充電控制的性能，可以對大 功率的電源系統(tǒng)進行控制；2、可以在充電前和充電中對電池進行檢查，隨時監(jiān)控當前充電狀態(tài)，縮短充電時 間，極好地保護了動力電池；3、配置了包含光電隔離模塊的CAN通訊模塊，使其具有CAN通訊功能，成本低廉且 通信實時性好，此外，還具有電池自檢功能，判斷電池的工作參數(shù)，并根據(jù)當前電池工作參 數(shù)發(fā)出最佳充電控制信號，以進行充電過程自動優(yōu)化控制功能。

圖1為電源管理系統(tǒng)的結構示意圖。圖2為本實用新型一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器的結構示意圖。圖3為本實用新型一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器的測量輸入回路的 結構示意圖。圖4為本實用新型開關電源控制器的結構示意圖。圖5為本實用新型軟開關回路的電路示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
。請參閱圖1，本實用新型提供一種帶CAN通訊功能的充電控制器1，用于控制電池4 充電，監(jiān)控電池4的各項工作參數(shù)，并將電池4的工作參數(shù)傳送至車載顯示屏供用戶參考。所述電源管理系統(tǒng)至少包括一個充電器和一個與充電器連接的電池4，充電器包 括依次串聯(lián)的充電控制器1、開關電源控制器2及軟開關回路3。充電控制器1主要用于采 集充電器輸出的工作信號判斷電池4的工作參數(shù)，并根據(jù)預設的標準值進行比較分析，輸出控制信號控制開關電源控制器工作；同時充電控制器1還可以將電池4目前的工作參數(shù) 傳送到車載顯示屏上供用戶參考。開關電源控制器用于比較控制信號和從電池4采集的工 作信號輸出脈沖控制信號，以實現(xiàn)對軟開關回路的控制。一、車載動力電池充電器充電控制器1包括按鈕11、狀態(tài)指示器12、測量輸入回路13、程序控制單元14、 CAN通訊控制回路15、數(shù)模轉換模塊16、及輸出控制模塊17。車載動力電池充電器還包括 一個電源回路(未圖示)，其采用開關多路輸出直流電源，為車載動力電池充電器提供穩(wěn)壓 工作電源。按鈕11便于用戶控制充電器啟動或停止工作，用于發(fā)送開關信號。測量輸入回路13用于采集開關信號和充電器輸出的工作信號，并將所述的工作 信號發(fā)送給程序控制單元14。所述的工作信號包括充電電壓信號、充電電流信號、電池4溫 度信號及開關信號電池溫度信號。請參閱圖2，測量輸入回路13包括限流電阻31、霍爾傳感器32和運算放大器33。 霍爾傳感器32分別與限流電阻31及運算放大器33相連。充電器輸出的充電電壓信號、充電電流信號及電池4溫度信號經過限流電阻31限 流后到達霍爾傳感器32中，電池溫度信號及充電器的充電電壓和充電電流，實現(xiàn)隔離信號 采樣，并將采集到的充電電壓和充電電流信號發(fā)送給運算放大器33，運算放大器33對采集 到的工作信號進行功率放大，并轉換為程序控制單元14可接收的標準信號。作為一種改進，在本實用新型中應用的霍爾傳感器32，采用LEM公司的霍爾電壓 傳感器LV25和霍爾電流傳感器LA25分別采集充電電壓和電流。程序控制單元14內可保存用戶預設的充電器輸出的工作信號和開關信號的標準 值，也可以通過外部鍵盤輸入以更改標準值。程序控制單元包括一個與測量輸入回路13連 接的模數(shù)轉換模塊，用于接收來自開關信號或充電器輸出的工作信號并將上述工作信號轉 換為相應的數(shù)字信號，程序控制單元通過與預設標準值的比較、分析及邏輯運算，以判斷電 池4當前的工作參數(shù)，以下分別具體說明A.當接收到開關信號，則程序控制單元14發(fā)出相應的開關控制信號。B.當接收到充電電壓信號或者充電電流信號，程序控制單元14可對這些信號與 用戶內設的充電電壓和充電電流進行比較和分析，得到一個電池4充電的電壓或電流控制 信號；或者通過一段時間充電電壓和電流變化的記錄，判斷電池4當前充電狀態(tài)，給出相應 的電壓或電流控制信號。C.當接收到電池4溫度信號，程序控制單元14可和預設的溫度信號進行比較，電 池溫度信號溫度是否正常，發(fā)出用于保護充電器的控制信號。D.此外，程序控制單元14還可根據(jù)接收到不同的信號計算出電池4充電速度、電 池4需要充電的時間、電池4使用性能等外部控制信號，并發(fā)送到車載顯示屏。CAN通訊控制回路15通過CAN (Controller Area Network，控制器局部網)總線 與程序控制單元14連接。當程序控制單元14發(fā)送外部控制信號到車載顯示屏或者外圍其 他設備時，或者，當程序控制單元14接收外部鍵盤或者其他設備傳送的信號時，例如用戶 通過鍵盤輸入充電器輸出的工作信號和開關信號的標準值時，均可經由CAN通訊控制回路 15傳送。CAN通訊控制回路15還包括高速光耦，可對信號進行光電隔離，避免信號傳輸過程中免受電氣干擾。數(shù)模轉換模塊16通過高速SPI接口與程序控制單元14相連，接收程序控制單 元14發(fā)出的控制信號，并將其轉換為模擬控制信號，模擬控制信號可發(fā)送至輸出控制模塊 17，同時也可發(fā)送至PWM控制器。輸出控制模塊17接收到數(shù)模轉換模塊16輸出的模擬控制信號后，驅動狀態(tài)指示 器12，以顯示充電器的工作參數(shù)。按下按鈕11，充電控制器1開始工作，測量輸入回路13采集開關信號，充電電壓信 號、充電電流信號和電池4溫度信號。程序控制單元14讀取到開關信號后進行轉換、分析 并輸出開關控制信號至輸出控制模塊17，由輸出控制模塊17驅動狀態(tài)指示器12上的指示 燈亮起。充電器輸出的充電電壓信號、電流信號及電池4溫度信號通過測量輸入回路13的 限流電阻3電池溫度信號霍爾傳感器32對這些信號進行隔離采樣后，經運算放大器33放 大處理后轉換為0-5V的程序控制單元14可接收的工作信號。程序控制單元14對接收到 的工作信號進行轉換、比較和分析給出相應的控制信號經由數(shù)模轉換模塊16輸出至開關 電源控制器2，同時計算出電池4充電速度、需要充電的時間、電池4的使用性能等外部控制 信號，并通過CAN通訊控制回路6輸出到外部車載顯示屏或其他車載外圍設備。二、開關電源控制器及軟開關回路請參閱圖4，所述的開關電源控制器2包括PWM控制器和與PWM控制連接的驅動隔 離電路。PWM控制器與充電控制器1連接，其至少包括運算放大器和反饋電路，運算放大器 包括兩個輸入端，正相輸入端連接來自充電控制器1內的數(shù)模轉換器6輸出的模擬控制信 號，負相輸入端連接來自充電器輸出的充電電壓信號或充電電流信號。運算放大器的正相 輸入端與充電控制器1的數(shù)模轉換器6之間設有設定回路電阻R1，運算放大器的負相輸入 端與充電器輸出之間設有檢測回路電阻R2。反饋電路設置在運算放大器的輸出端和負相輸 入端之間，包括反饋電阻R3、R4及反饋電容Cl，反饋電阻R3及Cl串聯(lián)組成的電路與反饋 電阻R4并聯(lián)。PWM控制器的正相和負相輸入端的模擬控制信號和充電電壓信號或充電電流信號 進行比較，計算出電壓偏差，通過反饋電路采用比例積分反饋控制得到脈沖控制信號，實現(xiàn) 充電過程的電流或電壓的反饋閉環(huán)控制，并將脈沖控制信號發(fā)送給軟開關回路3。進一步，PWM控制器還設有頻率設定電容C5、頻率設定電阻R5、由電容C6和電阻 R6組成的第一延時回路，由電容C7和電阻R7組成的第二延時回路。PWM控制器輸出的脈沖控制信號通過頻率設定電容C5及頻率設定電阻R5獲得到 固定頻率的脈沖控制信號，并且根據(jù)第一延時回路獲取超前橋臂的延時時間，根據(jù)第二延 時回路獲取滯后橋臂的延時時間。PWM控制器將得到的脈沖控制信號和計算出來的延時時間通過驅動隔離電路發(fā)送 給軟開關回路3。驅動隔離電路用于把PWM控制器和場效應管之間的控制電壓和高壓隔離 開，以保證器件的安全。請參閱圖5，軟開關回路3中包括四個場效應管，每個場效應管并聯(lián)一個電容和二 極管。即超前橋臂場效應管Tl并聯(lián)二極管Dl和電容Cl ；超前橋臂場效應管T3并聯(lián)二極 管D3和電容C3，滯后橋臂場效應管T2并聯(lián)二極管D2和電容C2，滯后橋臂場效應管T4并
6聯(lián)二極管D4和電容C4。此外，還包括主變壓器T、飽和電抗器LK、用于整流的二極管D5和 D6，以及用于濾波電感Lf和電容Cf。脈沖控制信號輸入到軟開關回路33中，通過超前橋臂場效應管Tl和T3，滯后橋臂 場效應管T2和T4得到高頻交流電流，經過阻斷電容Cb、主變壓器T、飽和電抗器LK構成回 路，從而在主變壓器T的原邊處產生受控的交流電，而主變壓器T的副邊處的電流經過整流 二極管D5、D6，電感Lf，電容Cf的整流和濾波后得到需要的直流充電電源，作為電池4的充
電電源 ο軟開關回路3通過改變超前橋臂和滯后橋臂對角線上的場效應管來調節(jié)輸出電 壓，根據(jù)從開關電源電路2中接收到的超前橋臂和滯后橋臂的延時時間讓超前橋臂領先于 滯后橋臂一個相位，其實質就是在利用諧振過程中對并聯(lián)電容的充放電來讓某一橋臂快速 升到電源電壓或者降到零值，而使同一橋臂即將開通的并接二極管導通，并使該管的端電 壓為0。當場效應管開通時，并聯(lián)的電容電壓為0，由于主回路的電流不能突變，導致并聯(lián) 在場效應管上的二極管導通，造成該場效應管在開通時兩端電壓為0，實現(xiàn)了零電壓導通， 即零電壓開關控制；當場效應管關斷時，由于電容兩端電壓不能突變，所以關斷是零電壓關 斷，有效克服了場效應管溫度過高的缺點，減少損耗與干擾。本實用新型在主回路中采用移相控制軟開關脈沖寬度調制的直流/直流全橋轉 換器，可以實現(xiàn)全橋轉換器的零電壓開關，使用開關電源專業(yè)芯片控制全橋轉換的大功率 場效應管，由充電控制電路有效地控制主回路實現(xiàn)軟開關動作，實現(xiàn)充電電壓或電流控制 的反饋控制，使充電達到最佳效果。本實用新型在充電控制器1中使用PIC18系列單片機為主控制器，配置光電隔離 模塊及CAN通訊模塊62，使得其具有CAN通訊功能，電池4狀態(tài)自檢功能，充電過程自動優(yōu) 化控制功能?？梢栽诔潆娗盎虺潆娭袑﹄姵?進行檢查，根據(jù)當前電池4狀態(tài)給出最佳充 電控制值，可以實現(xiàn)電流控制、電壓控制或功率控制等幾種不同的充電方法，還可以根據(jù)使 用情況實現(xiàn)恒充、浮充、涓充、均充等。在充電過程中隨時對動力電池4進行監(jiān)控，防止動力 電池4在充電過程中電池4溫度過高或存在過充，不僅縮短了充電時間，而且其結構簡單， 工作可靠，簡化了系統(tǒng)的配套并提高了性能。以上所述僅為本實用新型的較佳實施方式，本實用新型的保護范圍并不以上述實 施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據(jù)本實用新型所揭示內容所作的等效修飾或變 化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
權利要求一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器，其特征在于車載動力電池充電器包括一個充電控制器、用于判斷電池的工作參數(shù)并輸出用于控制電池充電的控制信號，并可傳輸電池的工作參數(shù)或者對車載動力電池充電器的參數(shù)進行修改；所述充電控制器至少包括測量輸入回路、程序控制單元、CAN通訊控制回路；測量輸入回路與程序控制單元相連，接收來自電池的工作信號，并將所述的工作信號發(fā)送給程序控制單元；程序控制單元分別與測量輸入回路、以及CAN通訊控制回路連接，程序控制單元內保存預設標準工作信號，其還包括模數(shù)轉換模塊，模數(shù)轉換模塊與測量輸入回路連接，用于將接收到的工作信號轉換為相應的數(shù)字信號，并通過與預設標準工作信號比較來判斷電池當前的工作參數(shù)，并輸出相應的控制信號；CAN通訊控制回路通過控制器局部網總線CANBUS與程序控制單元連接，用于控制程序控制單元傳輸電池的工作參數(shù)或者對車載動力電池充電器的參數(shù)進行修改。
2.根據(jù)權利要求1所述的車載動力電池充電器，其特征在于所述車載動力電池充電 器還包括一個與程序控制單元連接的數(shù)模轉換模塊，用于將程序控制單元輸出的控制信號 轉換為模擬控制信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的車載動力電池充電器，其特征在于所述的工作信號包括充 電電壓信號、充電電流信號、及電池溫度信號。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的車載動力電池充電器，其特征在于所述車載動力電池 充電器還包括一個與測量輸入回路連接的按鈕，控制車載動力電池充電器啟動或者停止工 作，并發(fā)送開關信號作為工作信號發(fā)送至測量輸入回路。
5.根據(jù)權利要求4所述的車載動力電池充電器，其特征在于所述測量輸入回路中包 括霍爾傳感器，對來自電池的工作電壓現(xiàn)隔離信號采樣。
6.根據(jù)權利要求1所述的車載動力電池充電器，其特征在于CAN通訊控制回路還包括 高速光耦，可對通過控制器局部網總線傳輸?shù)男盘栠M行光電隔離。
7.根據(jù)權利要求1所述的車載動力電池充電器，其特征在于所述車載動力電池充電 器還包括輸出控制模塊及狀態(tài)指示器，輸出控制模塊接收到數(shù)模轉換模塊輸出的模擬控制 信號后，驅動狀態(tài)指示器，以顯示充電器的工作參數(shù)。
專利摘要本實用新型提供一種帶CAN通訊功能的車載動力電池充電器，尤其涉及應用于混合動力或純電驅動汽車上，其可用于判斷電池的工作參數(shù)并輸出控制電池充電的控制信號，并可向外圍設備傳輸電池的工作參數(shù)或者外圍設備對車載動力電池充電器的參數(shù)進行修改。車載動力電池充電器包括測量輸入回路、程序控制單元、CAN通訊控制回路；測量輸入回路與程序控制單元相連，接收來自電池的工作信號；程序控制單元分別與測量輸入回路及CAN通訊控制回路連接，以判斷電池當前的工作參數(shù)并輸出控制信號；CAN通訊控制回路通過控制器局部網總線與程序控制單元連接，控制程序控制單元與外圍設備的信號交互。該車載動力電池充電器可以實現(xiàn)對大功率動力電池的控制，在充電過程中隨時監(jiān)控，對電池進行保護。
文檔編號G01R15/20GK201623508SQ20092028600
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月22日 優(yōu)先權日2009年12月22日
發(fā)明者李秋武 申請人:廉廉機電科技發(fā)展(上海)有限公司