一种基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统

摘要

本发明提供的基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统，主控单元通过隔离采样单元与电能转换单元电连接，主控单元通过SPI总线与人机交互单元电连接；电能转换单元将外部交流电转换为隔离的直流电后，通过主控单元的控制传递给外部负载电池；主控单元通过CAN总线接收外部负载电池的状态参数，并对该状态参数进行实时监控，传输给人机交互单元进行展示。该系统重点用于展示对外部负载电池的充电管理功能，采用了微处理器技术、射频刷卡技术、电流采集技术技术、高低压隔离技术技术、人机接口技术等，实现了对外部负载电池充电过程的状态参数进行实时监控和显示，实现控制外部负载电池的充电功能，能够向人们直观地展示充电桩的功能和原理。

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统。

背景技术

我国是一个世界汽车生产和销售大国，在能源问题和环境污染问题不断加剧的今天，发展新能源汽车已经是落实国家节能减排、发展低碳经济要求的重要战略。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

新能源汽车的发展也促进了充电桩技术的发展，但是目前在充电桩技术的学习过程中，缺少一种充电桩技术的演示和开发系统，能够向人们直观地展示充电桩的功能，提供编程接口，并可用于相关知识的学习及二次开发。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统，能够向人们直观地展示充电桩的功能并提供开发接口。

一种基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统，包括：主控单元、隔离采样单元、人机交互单元以及电能转换单元；

其中，主控单元通过隔离采样单元与电能转换单元电连接，主控单元通过SPI总线与人机交互单元电连接；

电能转换单元用于将外部交流电转换为隔离的直流电后，通过主控单元的控制传递给外部负载电池；

主控单元用于通过CAN总线接收外部负载电池的状态参数，并对该状态参数进行实时监控，并传输给人机交互单元进行展示。

优选地，所述隔离采样单元包括AD芯片AD1、基准电压芯片U17和运放放大器OP1；

其中，AD芯片AD1的输入端连接所述电能转换单元；

基准电压芯片U17的输入端接5V电源，基准电压芯片U17的输出端连接至运放放大器OP1的正向输入端，运放放大器OP1的反向输入端连接至其输出端，运放放大器OP1的输出端输出2.5V参考电压，运放放大器OP1的输出端连接至AD芯片AD1的参考电压输入端。

优选地，所述AD芯片AD1的型号为ADS1256,基准电压芯片U17的型号为REF5025，运放放大器OP1的型号为OPA350。

优选地，所述隔离采样单元还包括驱动芯片U10和采样电阻R112；

驱动芯片U10的第一输入端依次通过电阻R42、磁珠FB3连接至采样电阻R112的高端；驱动芯片U10的第二输入端依次通过电阻R43、磁珠FB4连接至采样电阻R112的低端；电阻R42和磁珠FB3的中间节点通过电容C88连接至电阻R43和磁珠FB4的中间节点；驱动芯片U10的第一输入端、第二输入端分别通过电容C108、电容C107接地；

驱动芯片U10的第一输出端通过电阻R97连接至AD芯片AD1的第一输入端，驱动芯片U10的第二输出端通过电阻R98连接至AD芯片AD1的第二输入端，电阻R97和AD芯片AD1中第一输入端的中间节点通过电容C44连接至电阻R98和AD芯片AD1中第二输入端的中间节点。

优选地，驱动芯片U10的型号为AMC1200。

优选地，所述充电演示系统还包括与所述主控单元电连接的射频刷卡单元；所述主控单元通过射频刷卡单元对RFID卡进行识别与擦写，从而进行充电计费模拟。

优选地，所述外部交流电用于给所述充电原理演示系统供电。

优选地，所述状态参数包括电压、电流、温度和SOC。

优选地，所述主控单元还用于接收用户录入的选择指令，选择模拟对象，根据模拟对象切换运行不同的场景，场景包括SOC、无线刷卡、高精度电流采集或CAN通讯。

由上述技术方案可知，本发明提供的充电演示系统，重点用于展示对外部负载电池的充电管理功能，采用了微处理器(MC9S12XET256MAL)技术、射频刷卡(125KHz和13.56MHz双兼容)技术、电流采集技术(隔离全差动高速线性光耦)技术、高低压隔离技术(整流AC-DC、斩波DC-DC)技术、人机接口(CAN通讯+OLED触摸显示)技术等，实现了外部负载电池充电过程的状态参数进行实时监控和显示，实现控制外部负载电池的充电功能，该系统可以模拟充电桩中对新能源汽车的充电状态显示、计费结算等操作，能够向人们直观地展示充电桩的功能，并提供控制器编程接口，可用于二次开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例提供的充电演示系统的模块框图。

图2为本发明实施例提供的隔离采样单元的电路图一。

图3为本发明实施例提供的隔离采样单元的电路图二。

图4为本发明实施例提供的AMC1200的数据处理示意图。

图5为本发明实施例提供的AMC1200的输入阻抗电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

实施例：

一种基于新能源汽车充电过程的充电原理演示系统，参见图1，包括：主控单元、隔离采样单元、人机交互单元以及电能转换单元；

其中，主控单元通过隔离采样单元与电能转换单元电连接，主控单元通过SPI总线与人机交互单元电连接；

电能转换单元用于将外部交流电转换为隔离的直流电后，通过主控单元的控制传递给外部负载电池；

主控单元用于通过CAN总线接收外部负载电池的状态参数，并对该状态参数进行实时监控，并传输给人机交互单元进行展示。所述状态参数包括电压、电流、温度和SOC。

具体地，该充电演示系统重点用于展示对外部负载电池的充电管理功能，采用了微处理器(MC9S12XET256MAL)技术、射频刷卡(125KHz和13.56MHz双兼容)技术、电流采集技术(隔离全差动高速线性光耦)技术、高低压隔离技术(整流AC-DC、斩波DC-DC)技术、人机接口(CAN通讯+OLED触摸显示)技术等，实现了对外部负载电池充电过程的状态参数进行实时监控和显示，实现控制外部负载电池的充电功能，该系统可以模拟充电桩中对新能源汽车的充电状态显示、计费结算等操作，能够向人们直观地展示充电桩的功能，还可以实现学习者自主编程及二次开发。

参见图2，所述隔离采样单元包括AD芯片AD1、基准电压芯片U17和运放放大器OP1；

其中，AD芯片AD1的输入端连接所述电能转换单元；

基准电压芯片U17的输入端接5V电源，基准电压芯片U17的输出端连接至运放放大器OP1的正向输入端，运放放大器OP1的反向输入端连接至其输出端，运放放大器OP1的输出端输出2.5V参考电压，运放放大器OP1的输出端连接至AD芯片AD1的参考电压输入端。

所述AD芯片AD1的型号为ADS1256,基准电压芯片U17的型号为REF5025，运放放大器OP1的型号为OPA350。

具体地，该系统的基准电压芯片使用REF5025，REF5025为低噪声、低漂移、非常高精度的电压参考器，具有优秀的温度漂移(3ppm/℃)、最高精度误差＜0.05％、标准误差＜0.1％、极低噪声3μVPP/V和良好的长期稳定性。

基准电压后端采用高速单电源轨对轨运放放大器OPA350，OPA350具有轨至轨输入、轨至轨输出(10mV范围内)、高带宽(38MHz)、高转换速率(22V/μs)、低噪声(5nV/√Hz)、低总谐波失真(THD)+噪声(0.0006％)、单位增益稳定等优点。

基准电压芯片U17的第6脚输出高精度、低噪声、低漂移的2.5V电压到运放放大器OP1的第3脚，构成虚开状态，运放放大器OP1的第6脚输出经过消除噪声的2.5V基准电压(低总谐波失真(THD)+噪声(0.0006％))，该2.5V基准电压经过电解电容C62和旁路滤波电容C63后，给到AD芯片AD1第4脚，AD芯片AD1第4脚和第5脚构成AD芯片AD1(ADS1256)内部参考基准电压。

参见图3，所述隔离采样单元还包括驱动芯片U10和采样电阻R112；

驱动芯片U10的第一输入端依次通过电阻R42、磁珠FB3连接至采样电阻R112的高端；驱动芯片U10的第二输入端依次通过电阻R43、磁珠FB4连接至采样电阻R112的低端；电阻R42和磁珠FB3的中间节点通过电容C88连接至电阻R43和磁珠FB4的中间节点；驱动芯片U10的第一输入端、第二输入端分别通过电容C108、电容C107接地；

驱动芯片U10的第一输出端通过电阻R97连接至AD芯片AD1的第一输入端，驱动芯片U10的第二输出端通过电阻R98连接至AD芯片AD1的第二输入端，电阻R97和AD芯片AD1中第一输入端的中间节点通过电容C44连接至电阻R98和AD芯片AD1中第二输入端的中间节点。

驱动芯片U10的型号为AMC1200。

具体地，AMC1200的采样端拥有±250mv输入电压范围、非常低的非线性(在+5V供电时最大输出误差＜0.075％)、正输出和负输出电压值低偏移误差＜1.5mV、低噪声典型值(3.1mVRMS)、输入带宽＞60kHz、采样后端处理放大后数据固定增益＝8(0.5％精度)、采样脚单端内部阻抗＞1000兆欧、具有高共模抑制比108dB和具有认证的电隔离参数(通过了UL1577和IEC60747-5-2认证)，隔离电压(4000VPEAK)、工作电压(1200VPEAK)和瞬态免疫(10kv/μsmin)。

参见图4、5，该隔离采样单元没有公共参考电源，大电流通过电阻R112(低漂移高精密合金电阻)回地，在电阻R112两端产生电压压差，驱动芯片U10的第2脚经过电容C108、电阻R42、电容C88和磁珠FB3后连接采样电阻R112的高端，驱动芯片U10芯片的第3脚经过电容C107、电阻R43、电容C88和磁珠FB4后连接采样电阻R112的低端，其中磁珠FB3和磁珠FB4用于消噪，电容C88、电阻R42、电阻R43、电容C107和电容C108等元器件构成RC阻容滤波，驱动芯片U10内部自动处理其第2脚和第3脚两端电压，其内部高端与低端压差电阻为28千欧，第7脚和第6脚输出经过处理和放大8倍的电压信号(开路状态，第7脚和第6脚输出电压2.5V),然后经过电阻R97、电阻R98和电容C44滤波后送入AD芯片AD1第10脚和第11脚。

优选地，所述外部交流电为工频交流电，用于给所述充电原理演示系统供电。

优选地，所述充电演示系统还包括与所述主控单元电连接的射频刷卡单元；所述主控单元通过射频刷卡单元对RFID卡进行识别与擦写，从而进行充电计费模拟。

所述充电演示系统还包括与所述主控单元电连接的CAN总线单元。

优选地，所述主控单元还用于接收用户录入的选择指令，选择模拟对象，根据模拟对象切换运行不同的场景，场景包括SOC、无线刷卡、高精度电流采集或CAN通讯。

具体地，该充电演示系统将以上模块集成于一块电路板上，模块布置紧凑、体积小，既可以用来整体模拟充电桩充电过程的状态测量与监控，也可以通过无线刷卡、CAN协议通讯、液晶触摸控制等方式来对充电工作情景的模拟，从而方便学习和研究人员掌握充电桩运行及电池管理技术。

综上所述，该充电演示系统具有以下优点：

1、实现了系统的微型化和单板化。该系统在电动汽车充电桩(EVSE)小型化原理的前提下，大大减小了系统体积和质量，体积可小于0.1m

2、该系统的软件可在线更改或者通过按键切换。该系统采用ISP(在线系统编程)技术，保留在线程序修改功能，使用者可随时将自己编写的程序烧录进系统，方便二次开发。也可以一次烧录后利用电路板上的功能按键进行选择，根据模拟对象的不同切换运行不同的程序，分别进行SOC、无线刷卡、高精度电流采集、CAN通讯等不同场景的实验。

3、该系统可以作为教学用具使用。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。