一种电池模拟电路和车辆BMS模拟单元的制作方法

本实用新型涉及车辆BMS模拟领域，尤其是一种电池模拟电路和车辆BMS模拟单元。

背景技术：

车辆BMS模拟单元，是用于模拟电动汽车内部的充电系统，遵循国标规定的充电接口要求，对充电桩的控制导引信号进行检测，并按照GB/T27930-2015协议执行充电流程。

车辆BMS模拟单元主要包含控制导引及辅助电源检测电路、电池模拟电路和BMS通信电路，电池模拟电路一般选用电池模拟器来实现，然而，目前，电池模拟器的市场售价非常高，无形中增加了车辆BMS模拟单元的成本。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种电池模拟电路和车辆BMS模拟单元，用于降低电池模拟电路的成本，进而降低车辆BMS模拟单元的成本。

本实用新型所采用的技术方案是：一种电池模拟电路，包括交流电输入端、整流滤波电路、PWM反激电路、PWM控制电路和直流电输出端，所述交流电输入端与整流滤波电路的输入端连接，所述PWM反激电路包括第一开关管和高频变压器，所述电池模拟电路还包括电压反馈电路，所述整流滤波电路的输出端与高频变压器的第一输入端连接，所述第一开关管的正输出端与高频变压器的第二输入端连接，所述PWM控制电路的第一输入端与第一开关管的负输出端连接以检测流过第一开关管的电流，所述PWM控制电路的输出端与第一开关管的控制端连接以输出驱动信号驱动第一开关管，所述高频变压器的输出端与电压反馈电路的输入端连接，所述高频变压器的输出端与直流电输出端连接，所述电压反馈电路的输出端与PWM控制电路的第二输入端连接。

进一步地，所述电压反馈电路包括第一反馈分压电阻、第二反馈分压电阻、可控精密稳压源、第一电容、第一电阻、第二电阻和隔离光耦，所述高频变压器的输出端与第一反馈分压电阻的一端连接，所述第一反馈分压电阻的另一端与第二反馈分压电阻的一端、可控精密稳压源的参考极、第一电容的一端均连接，所述第二反馈分压电阻的另一端与可控精密稳压源的阳极连接，所述可控精密稳压源的阳极接地，所述可控精密稳压源的阴极、第一电容的另一端均与隔离光耦的输入负端连接，所述隔离光耦的输入负端与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与第一电阻的一端、隔离光耦的输入正端均连接，所述第一电阻的另一端与电源连接，所述隔离光耦的输出负端接地，所述隔离光耦的输出正端与PWM控制电路的第二输入端连接。

进一步地，所述高频变压器包括第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一初级绕组的第一连接端作为高频变压器的第一输入端与整流滤波电路的输出端连接，所述第一初级绕组的第二连接端作为高频变压器的第二输入端与第一开关管的正输出端连接，所述第一次级绕组的连接端与第一反馈分压电阻的一端、直流电输出端均连接；所述第二初级绕组的连接端与直流电源连接，所述第二次级绕组的连接端与第一电阻的另一端连接。

进一步地，所述第一初级绕组与第一次级绕组的匝数比为40：85。

进一步地，所述PWM反激电路还包括第一输出整流二极管和第二输出整流二极管，所述高频变压器的输出端与第一输出整流二极管的正极连接，所述第一输出整流二极管的负极与第二输出整流二极管的正极连接，所述第二输出整流二极管的负极与直流电输出端连接。

进一步地，所述PWM控制电路包括LD7535型号的PWM控制器。

进一步地，所述第一开关管为NMOS管，所述第一开关管的控制端为NMOS管的栅极，所述第一开关管的正输出端为NMOS管的漏极，所述第一开关管的负输出端为NMOS管的源极。

本实用新型所采用的另一技术方案是：一种车辆BMS模拟单元，包括充电枪座、第一直流继电器、第二直流继电器、CAN信号转换电路、信号调理电路、处理器和所述的电池模拟电路，所述充电枪座用于与充电枪连接，所述充电枪座的直流输出母线DC+与第一直流继电器的第一动触点连接，所述第一直流继电器的第二动触点与电池模拟电路的直流电输出端连接，所述充电枪座的直流输出母线DC-与第二直流继电器的第一动触点连接，所述第二直流继电器的第二动触点与电池模拟电路的直流电输出端连接；所述充电枪座的CAN通信线与CAN信号转换电路连接，所述CAN信号转换电路与处理器连接，所述充电枪座的控制导引线CC2、辅助电源线均与信号调理电路连接，所述信号调理电路的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与第一直流继电器的控制端、第二直流继电器的控制端均连接。

进一步地，所述处理器为单片机。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型中一种电池模拟电路，包括交流电输入端、整流滤波电路、PWM反激电路、PWM控制电路、电压反馈电路和直流电输出端，PWM反激电路包括第一开关管和高频变压器，设置电压反馈电路实现反馈调节，并利用整流滤波电路、PWM反激电路、PWM控制电路实现电源转换，输出直流电压，克服现有技术中电池模拟器成本高昂的技术问题，降低了电池模拟电路的成本。另外，本实用新型中一种车辆BMS模拟单元，包括充电枪座、第一直流继电器、第二直流继电器、CAN信号转换电路、信号调理电路、处理器和电池模拟电路，由于具有成本低的电池模拟电路，进而可以降低车辆BMS模拟单元的成本，克服现有技术中车辆BMS模拟单元成本较高的技术问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型中一种电池模拟电路的一具体实施例电路图；

图2是本实用新型中一种车辆BMS模拟单元的一具体实施例结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种电池模拟电路，参考图1，图1是本实用新型中一种电池模拟电路的一具体实施例电路图，包括交流电输入端1、整流滤波电路2、PWM反激电路3、PWM控制电路4和直流电输出端6，进一步地，电池模拟电路还包括电压反馈电路5，PWM反激电路3包括第一开关管Q1和高频变压器T1，交流电输入端1与整流滤波电路2的输入端连接，整流滤波电路2的输出端与高频变压器T1的第一输入端连接，第一开关管Q1的正输出端与高频变压器T1的第二输入端连接，PWM控制电路4的第一输入端与第一开关管Q1的负输出端连接以检测流过第一开关管Q1的电流，PWM控制电路4的输出端与第一开关管Q1的控制端连接以输出驱动信号驱动第一开关管Q1，高频变压器T1的输出端与电压反馈电路5的输入端连接，高频变压器T1的输出端与直流电输出端6连接，电压反馈电路5的输出端与PWM控制电路4的第二输入端连接。

本实施例中，电压反馈电路用于分压反馈PWM反激电路的输出端的电压信号至PWM控制电路，设置电压反馈电路实现反馈调节，并利用整流滤波电路、PWM反激电路、PWM控制电路实现交流-直流电源转换，以输出直流电压，克服现有技术中电池模拟器成本高昂的技术问题，降低了电池模拟电路的成本，另外，采用高频变压器，电池模拟电路的体积小。

作为技术方案的进一步改进，参考图1，交流电输入端1包括L端、N端和PE端，L端还串联有保险丝FU1A用于过载保护，N端串联有负温度系数热敏电阻用于防止电流对电路造成冲击。整流滤波电路2包括整流桥(即D1A、D2A、D3A和D4A)，用于将输入的交流电信号整流成直流信号；本实施例中，第一开关管Q1为NMOS管，第一开关管Q1的控制端为NMOS管的栅极，第一开关管Q1的正输出端为NMOS管的漏极，第一开关管Q1的负输出端为NMOS管的源极。具体地，可采用STF5NK100Z型号的NMOS管，其Vds耐压1000V，可承受更高的电压。另外，高频变压器T1包括第一初级绕组、第二初级绕组、第一次级绕组和第二次级绕组，第一初级绕组的第一连接端(图1中T1的1脚)作为高频变压器T1的第一输入端与整流滤波电路2的输出端连接，第一初级绕组的第二连接端(图1中T1的4脚)作为高频变压器T1的第二输入端与第一开关管Q1的正输出端连接，第一次级绕组的连接端(图1中T1的14脚)与电压反馈电路5的输入端、直流电输出端均连接；第二初级绕组的连接端(图1中T1的6和7脚)与直流电源连接，第二次级绕组的连接端(图1中T1的8和9脚)与电压反馈电路5的输入端连接以为其供电。第一初级绕组与第一次级绕组的匝数比为40：85，则电池模拟电路可实现升压转换，其中，交流电输入端1的输入电压范围为220～380VAC，在合理设置电池模拟电路的元器件的参数后，直流电输出端6中VH+、VH-的输出电压可达到500V。此外，PWM反激电路3还包括第一输出整流二极管D9A和第二输出整流二极管D11A，高频变压器T1的输出端(图1中T1的14脚)与第一输出整流二极管D9A的正极连接，第一输出整流二极管D9A的负极与第二输出整流二极管D11A的正极连接，第二输出整流二极管D11A的负极与直流电输出端6连接。本实施例中，电池模拟电路的输出电压高，而且高频变压器T1的反射电压对第一开关管Q1和输出整流二极管有应力影响，因此输出整流二极管反向耐受电压需要很高，例如可承受1350V的电压，因此，本实施例中，采用两个1000V的输出整流二极管US1M(D9A和D11A)串联。另外，本实施例中，PWM控制电路包括LD7535型号的PWM控制器U1A。交流电输入端1输入的交流电经过整流桥整流后，经过限流电阻R7A和R8A作为U1A启动电源，芯片启动后，由第二次级绕组输出为U1A提供电源，本实施例中，经过第二次级绕组后输出15V的电压至电压反馈电路5。

作为技术方案的进一步改进，参考图1，电压反馈电路5为光耦隔离反馈电路，具体地，电压反馈电路5包括第一反馈分压电阻、第二反馈分压电阻、可控精密稳压源U2A、第一电容C8A、第一电阻R20A、第二电阻R21A和隔离光耦OP1A，本实施例中，第一反馈分压电阻为依次串联的电阻RH1A-RH7A和可调节电阻RES1A，可调节电阻RES1A的电阻范围为0-50KΩ，第二反馈分压电阻为串联的电阻RH8A和RH9A，电阻RH1A-RH9A采用高精度电阻，以保证电池模拟电路的输出电压的精度，电阻RH1A-RH9A的阻值均为200KΩ；可控精密稳压源U2A为TL431可控精密稳压源。高频变压器T1的输出端即图1中第一次级绕组的连接端14脚，经过输出整流二极管(D9A和D11A)后与第一反馈分压电阻的一端(即电阻RH1A的一端)连接，第一反馈分压电阻的另一端(即可调节电阻RES1A的一端)与第二反馈分压电阻的一端(即电阻RH8A的一端)、可控精密稳压源U2A的参考极、第一电容C8A的一端均连接，第二反馈分压电阻的另一端(即电阻RH9A的一端)与可控精密稳压源U2A的阳极连接，可控精密稳压源U2A的阳极接地，可控精密稳压源U2A的阴极、第一电容C8A的另一端均与隔离光耦OP1A的输入负端连接，隔离光耦OP1A的输入负端与第二电阻R21A的一端连接，第二电阻R21A的另一端与第一电阻R20A的一端、隔离光耦OP1A的输入正端均连接，第一电阻R20A的另一端与电源(+15V)连接，隔离光耦OP1A的输出负端接地，隔离光耦OP1A的输出正端与PWM控制电路4的第二输入端(即PWM控制器U1A的com端)连接。其中，使可控精密稳压源TL431的供电回路和分压参考分开，可以降低电路的功耗。

一种车辆BMS模拟单元，参考图1和图2，图2是本实用新型中一种车辆BMS模拟单元的一具体实施例结构框图；包括充电枪座、第一直流继电器K1、第二直流继电器K2、CAN信号转换电路、信号调理电路、电池模拟电路和处理器及其外围电路，充电枪座用于与充电枪连接，充电枪座的接口包含直流输出母线(DC+,DC-)、CAN通信线(S+,S-)、控制导引线(CC1，CC2)和辅助电源线(A+,A-)；其中充电枪座的直流输出母线DC+与第一直流继电器K1的第一动触点连接，第一直流继电器K1的第二动触点与电池模拟电路的直流电输出端(即VH+)连接，充电枪座的直流输出母线DC-与第二直流继电器K2的第一动触点连接，第二直流继电器K2的第二动触点与电池模拟电路的直流电输出端(即VH-)连接；充电枪座的CAN通信线(S+,S-)与CAN信号转换电路连接，CAN信号转换电路与处理器连接，充电枪座的控制导引线CC2、辅助电源线(A+,A-)均与信号调理电路连接，信号调理电路的输出端与处理器的输入端连接，处理器的输出端与第一直流继电器K1的控制端、第二直流继电器K2的控制端均连接以控制继电器的通断。本实施例中，处理器为单片机，可选用STM32F207ZET6型号的单片机来实现。CAN信号转换电路用于做信号转换以实现充电桩与处理器的CAN通信；信号调理电路用于将控制导引线CC2输入的信号、辅助电源线(A+,A-)输入的信号做转换以供处理器识别和处理，采用现有的CAN信号转换电路和信号调理电路即可实现。

具体地，测试时，直流充电桩引出的充电枪插接到车辆BMS模拟单元的充电枪座上，车辆BMS模拟单元的工作过程如下(工作过程与国家公布的充电机与电池管理系统之间的通信流程标准即GB/T 27930-2015标准相同，未做改进)：充电桩的控制导引线CC2和辅助电源的输入信号经过信号调理电路转换成标准信号后输入至处理器进行处理，处理器根据信号调理电路输入的信号对充电桩的控制导引线CC2和辅助电源进行检测，确认是否充电桩插枪及其辅助电源是否供电，充电桩的控制导引线CC2未插入充电枪座时为悬空，插入充电枪座后变为低电平，而充电桩的辅助电源为12V电源。另外，车辆BMS模拟单元通过CAN总线和充电桩通信以进行报文传输，处理器可在BCP报文里设置固定的电池电压，充电桩接收BCP报文，同时，处理器控制第一直流继电器K1、第二直流继电器K2开关闭合，接通电池模拟电路的信号，测试充电过程中充电桩对电池电压的检测判断功能是否正常；充电桩通过直流输出母线(DC+、DC-)检测电池模拟电路的输出电压，当检测到电池模拟电路的输出电压与BCP报文中设置的电池电压在一定范围内时，表示电池模拟电路的输出电压正常，充电桩可以进行后续工作，充电桩输出电源为模拟电池电路进行充电；充电桩通过CAN总线通知处理器，充电桩的电池电压检测功能正常。

至此，利用车辆BMS模拟单元可模拟直流充电桩与车载电池之间的充电过程，以完成对直流充电桩的功能检测。本方案中的车辆BMS模拟单元，由于具有成本低廉的电池模拟电路，可有效降低其成本。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。