袁向凱 李桃柱 寇亞超

摘 要：隨著大家的環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)以及國(guó)家政策對(duì)新能源汽車的大力支持下，充電樁也越來越多的步入人們的視野。本文介紹了一種直流智能快速充電樁的防電池反接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了防止當(dāng)誤操作或者非國(guó)標(biāo)車輛接口接入充電樁時(shí)導(dǎo)致電池反接而引起的危險(xiǎn)情況的發(fā)生，改善了充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了人身及車輛的安全性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；隔離；運(yùn)算放大器；防反接；安全

1 系統(tǒng)原理概述

本系統(tǒng)通過精密電阻分壓把比較高的電池電壓縮小為測(cè)量電路可以承受的范圍，然后經(jīng)過運(yùn)算放大器調(diào)理電路，負(fù)電壓抬升電路，線性光耦隔離電路后進(jìn)入單片機(jī)自帶的ADC模塊進(jìn)行采樣。單片機(jī)對(duì)采集到的電壓進(jìn)行判斷，如果檢測(cè)到負(fù)壓則閉鎖輸出接觸器的閉合，并進(jìn)行報(bào)警，通知車主或運(yùn)維人員存在電池反接故障，禁止充電。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)電池正常連接時(shí)電池電壓的檢測(cè)，然后控制充電模塊在預(yù)充電階段輸出與電池電壓相差不大的充電電壓，以保護(hù)電動(dòng)汽車的電池，延長(zhǎng)使用壽命。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 電阻分壓電路

此電路很簡(jiǎn)單，就是電學(xué)基本定律歐姆定律的運(yùn)用，只需要根據(jù)所需電壓計(jì)算出分壓電阻的值即可。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中，電池電壓最高可能達(dá)到直流750V，我們?cè)诖巳?800V～800VDC范圍，稍大于電池電壓，以免電池電壓異常時(shí)損壞采樣電路。要求經(jīng)過分壓后的電壓在-5V～5VDC之間。所以我們選取5個(gè)150K歐姆1%精度的電阻和1個(gè)4.7K歐姆1%精度的電阻進(jìn)行分壓。電路圖見圖2.2。

2.2 電壓跟隨電路

電壓跟隨器起緩沖隔離作用，由于電壓跟隨器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)，使得它對(duì)上一級(jí)電路呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，而對(duì)下一級(jí)電路呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，常用于中間級(jí)，以隔離前后級(jí)電路，消除它們之間的相互影響。在此我們選一顆四運(yùn)放LM224搭建跟隨電路，LM224是一款通用運(yùn)算放大器，可工作于±1.5V～±16V電源電壓，其典型輸入失調(diào)電壓為3mV，輸入輸出動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到VCC-1.5V，主要參數(shù)完全符合系統(tǒng)要求。電路圖見圖2.2。

2.3 電壓抬升電路

由于單片機(jī)內(nèi)置ADC無(wú)法對(duì)負(fù)電壓進(jìn)行采集，所以在前級(jí)處理階段需要把電壓進(jìn)行抬升，以使正或負(fù)電壓都在ADC可以采集的范圍內(nèi)。在此依然使用LM224的其中一個(gè)部分進(jìn)行搭建。另外抬升電壓需要一個(gè)參考源，在此我們選擇廣泛應(yīng)用的可調(diào)穩(wěn)壓器TL431搭建電路使其輸出一個(gè)2.5V的參考電壓。電路圖見圖2.2。

2.4 線性光耦隔離電路

簡(jiǎn)單的說，光耦隔離電路使被隔離的兩部分電路之間沒有電的直接連接，主要是防止因有電的連接而引起的干擾，特別是低壓的控制電路與外部高壓電路之間。在此選用一個(gè)高精度的線性隔離光耦HCNR201.此部分原理圖見圖2.1和圖2.2。

2.5 濾波和鉗位電路

在信號(hào)通過隔離光耦之后，進(jìn)入ADC之前，我們需要加一級(jí)RC低通濾波電路，消除一些毛刺雜波，在此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取電阻1k歐姆，電容10nf。然后還需要加一級(jí)鉗位電路，使進(jìn)入ADC的電壓被鉗制在0～3.3V之間，以防損壞單片機(jī)，在此我們選取BAV199集成雙二極管。電路圖見圖2.2.

2.6 電路測(cè)試

下列分別測(cè)試-750V、-300V、300V、750V輸入電壓時(shí)進(jìn)入單片機(jī)ADC的電壓值。根據(jù)所測(cè)得電壓計(jì)算測(cè)量誤差如下：

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的電池反接檢測(cè)電路，既可檢測(cè)電池是否反接，還可以檢測(cè)充電過程中的充電電壓參數(shù)。電路采用完全隔離措施，使充電樁的運(yùn)行更加可靠安全。對(duì)直流充電樁的開發(fā)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分，高等教育出版社，2008.

[2]AVAGO公司，線性光電隔離器HCNR201數(shù)據(jù)手冊(cè).