一种电动汽车快速充电机的保护控制系统的制作方法

本发明属于汽车快速充电机技术领域，特别是一种电动汽车快速充电机的保护控制系统。

背景技术：

随着电动汽车行业的发展，对于快速充电设施的需求越来越大，采用电力电子变换技术的电动汽车快速充电机的功率水平通常在百千瓦左右，快速充电机工作于频繁的人为开启与关闭的场合，并且其负载特性随时间波动较大，间歇式的大功率运行对于快速充电机中的变压器和功率开关器件如整流二极管、igbt等的稳定运行提出很大的挑战，快速充电机主电路运行的可靠性和安全性是其设计过程中需要着重考虑的问题。因而，需要综合考虑主电路的多重保护控制机制，并提供快速合理的故障处理策略。

对于电动汽车快速充电机主电路拓扑中的保护电路，除了常见的输入欠压保护、输入过压过流保护、缺相保护、短路保护、输出过压过流保护之外，由于igbt的驱动器不能进行过流保护，所以应具有功率开关管的硬件过流保护电路；此外，在高压大功率场合，功率开关管和变压器的温升是影响电源工作可靠性和工作性能的重要因素，因而还应设计有多路温度检测和保护电路。多种保护电路的加入也会对系统的稳定性产生一定的影响，设计其综合控制策略时，需要重视各保护电路之间的关联性，以确保设计的保护电路能可靠、安全的运行。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种电动汽车快速充电机的保护控制系统。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种电动汽车快速充电机的保护控制系统，该系统与包括依次由断路器qf、ac/dc转换模块、直流母线及功率开关管驱动dc/dc模块构成的主电路连接，该系统包括dsp主控制模块及分别与dsp主控制模块连接的输入保护模块、温度检测与保护模块、功率开关管过流保护模块、电压电流采样模块、断路器驱动模块、触摸显示模块及通信模块；

其中，所述触摸显示模块与dsp主控制模块相连，用于显示dsp传输来的参数数字量；

其中，所述通讯模块与dsp主控制模块通信数据端相连，通讯模块用于建立本系统与远程监控平台之间的数据联系，实现本系统的数据上传与远程监控平台的控制指令下发；

其中，所述断路器驱动模块连接在主电路的断路器qf与dsp主控制模块之间，接收dsp主控制模块发送的断路器qf开关信号并驱动断路器qf产生相应的动作；

其中，所述电压电流采样模块的采集端分别与主电路的ac/dc转换模块输入端、直流母线及dc/dc模块的输出端连接，采集的数据包括充电机的输入交流电压和电流、直流母线电压及充电机的输出电压和电流，该模块的数据端与dsp主控制模块连接，将采集数据传输到dsp主控制模块；

其中，所述功率开关管过流保护模块连接在充电机主电路的功率开关管dc/dc驱动模块与dsp主控制模块之间，当功率开关管过流保护模块产生过流信号时，功率开关管过流保护模块将产生关断信号送至充电机主电路功率开关管dc/dc驱动模块，实现快速关断功率开关管的功能，同时，功率开关管过流保护模块将发出功率开关管的过流故障中断信号至dsp主控制模块，dsp主控制模块转至过流保护处理；

其中，所述温度检测与保护模块采用基于msp430微处理器的多路测温控制电路，该模块中匹配有多路铂热电阻传感器及相应的电信号转换电路、多路开关芯片、低通滤波电路、同相放大电路、电压跟随器、a/d转换芯片和msp430主处理芯片；msp430微处理器定时采样各路温度信号值，将其与多路温度预设限值相比较，若超出限制值，msp430微处理器将向dsp主控制模块发出温度故障中断信号，dsp主控制模块进行相应中断，处理温度过高故障，断开充电机主电路的断路器qf。

而且，所述通讯模块制有标准的rs485通信接口和提供modbus—rtu通信协议。

而且，所述电压电流采样模块分别由电流采样电路和电压采样电路结构，被测电压和电流分别采用霍尔电压和电流传感器隔离转换后经采样电阻采样，得到弱电电压，后经电压跟随器进入dsp主控制模块的adc引脚。

而且，所述电压电流采样模块采集充电机的输出电压和电流后将采集数据传送至dsp主控制模块，在dsp主控制模块中内置有电压和电流限值，采集的电压，电流值与内置的限值进行比较，如超出限值dsp主控制模块则产生软件中断，dsp主控制模块转至给出过压过流故障中断指令，断开充电机主电路的断路器qf。

而且，当功率开关管过流保护模块的保护控制系统运行时，dsp主控制模块调取过流信号限值，经d/a转化后与功率开关管上流过电流的采样值vin进行比较，当vin大于过流限值参考电压vref时，将产生过流信号

而且，所述dsp主控制模块除进行输入保护、功率开关管过流保护、温度检测与保护、输出保护之外，模块中还集成有充电机主电路断路器qf强制关断电路，通过按钮和硬件电路可靠关断充电机断路器qf，实现紧急关断保护的功能。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明提出了全面的电动汽车快速充电机硬件保护电路和软件保护控制策略，基本覆盖快速充电机运行中可能出现的故障，并对其中的关键元器件如变压器、功率开关管提供了可靠的保护策略，另外，本系统的各保护模块采用模块化设计，可扩展性好，保护参数由人为设置，可以适用于不同型号的快速充电机；

2、本发明实现了保护系统检测数据以及故障信息的实时显示，并可送至远程监控中心，实现了电动汽车快速充电机运行状态的实时在线检测、故障保护和自动处理；

3、本发明通过对本保护控制系统的故障数据的分析找出电动汽车快速充电机中易发生故障的模块并采取相应的优化措施，改善电动汽车充电机本体设计，以提高充电机运行可靠性。

附图说明

图1为电动汽车快速充电机保护控制系统的结构示意图；

图2为电流采样电路；

图3为电压采样电路；

图4为基于fpga的过流信号产生与保护电路；

图5为基于msp430的多路测温控制电路。

具体实施方式

以下对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。

一种电动汽车快速充电机的保护控制系统，如图1所示，该系统与包括依次由断路器qf、ac/dc转换模块、直流母线、功率开关管驱动dc/dc模块及电动汽车电池构成的主电路连接，该系统包括dsp主控制模块及分别与dsp主控制模块连接的输入保护模块1、温度检测与保护模块2、功率开关管过流保护模块3、电压电流采样模块4、断路器驱动模块5、触摸显示模块6及通信模块7。

其中，所述触摸显示模块与dsp主控制模块相连，用于显示dsp传输来的参数数字量；

在本发明的具体实施中，所述显示dsp传输来的参数数字量包括但不限于：电压电流采样模块采集的输入电压和电流、直流母线电压、输出电压和电流、温度检测与保护模块的多路温度数据和系统时间，并且所述触摸显示模块还带有触屏输入功能，用于对保护参数进行设置，包括输入侧电压电流限值、功率开关管过流限值、输出电压电流限值、多路温度检测与保护的温度限值。

其中，所述通讯模块与dsp主控制模块通信数据端相连，通讯模块用于建立本系统与远程监控平台之间的数据联系，实现本系统的数据上传与远程监控平台的控制指令下发；

在本发明的具体实施中，所述通讯模块制有标准的rs485通信接口和提供modbus—rtu通信协议。

其中，所述断路器驱动模块连接在主电路的断路器qf与dsp主控制模块之间，接收dsp发送的断路器qf开关信号并驱动断路器qf产生相应的动作；

其中，所述电压电流采样模块的采集端分别与主电路的ac/dc转换模块输入端、直流母线及dc/dc模块的输出端连接，采集的数据包括充电机的输入交流电压和电流、直流母线电压及充电机的输出电压和电流，该模块的数据端与dsp主控制模块连接，将采集数据传输到dsp主控制模块；

在本发明的具体实施中，如图2和3所示，所述电压电流采样模块分别为电流采样电路和电压采样电路结构，被测电压和电流分别采用霍尔电压和电流传感器隔离转换后经采样电阻采样，得到弱电电压，后经电压跟随器进入dsp主控制模块的adc引脚。电压电流采样模块具有良好的扩展性，可以根据充电机的需求增加或减少所需采集的电气量。

在本发明的具体实施中，所述电压电流采样模块采集充电机的输出电压和电流后将采集数据传送至dsp主控制模块，在dsp主控制模块中进一步设置有输出保护模块，在输出保护模块中设置有电压和电流的限值，输出保护模块将采集输出的电压，电流值与内置的限值进行比较，如超出限值则产生dsp软件中断，dsp主控制模块转至输出过压过流故障中断处理程序，断开充电机主电路断路器。

其中，所述功率开关管过流保护模块连接在充电机主电路的功率开关管dc/dc驱动模块与dsp主控制模块之间，当功率开关管过流保护模块产生过流信号时，基于fpga的硬件保护电路将产生关断信号送至充电机主电路功率开关管dc/dc驱动模块，实现快速关断功率开关管的功能，同时，功率开关管过流保护模块将发出功率开关管的过流故障中断信号至dsp主控制模块，dsp主控制模块转至相应的过流保护处理程序，确认排除故障后复位过流保护电路；

在本发明的具体实施中，过流信号产生电路如图4所示，功率开关管过流保护模块的保护控制系统运行时，dsp主控制模块调取过流信号限值，经d/a转化后与功率开关管上流过电流的采样值vin进行比较，当vin大于过流限值参考电压vref时，将产生过流信号

其中，所述温度检测与保护模块采用基于msp430微处理器的多路测温控制电路，如图5所示，该模块中匹配有多路铂热电阻传感器及相应的电信号转换电路、多路开关芯片、低通滤波电路、同相放大电路、电压跟随器、a/d转换芯片和msp430主处理芯片；msp430定时采样各路温度信号值，将其与多路温度预设限值相比较，若超出限制值，msp430处理器将向dsp主控制模块发出温度故障中断信号，dsp主控制模块转至相应中断程序处理温度过高故障，断开充电机主电路的断路器qf，等待排除故障后复位温度检测与保护模块。

在本发明的具体实施中，所述dsp主控制模块除进行输入保护、功率开关管过流保护、温度检测与保护、输出保护之外，模块中还集成有充电机主电路断路器强制关断电路，可以人为通过按钮和硬件电路可靠关断充电机断路器，实现紧急关断保护的功能。