一种用于新能源汽车的大电流极性反转系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于新能源汽车的大电流极性反转系统。


背景技术：

2.当下新能源汽车为了使充电进度和续航里程的数据更加准确，同时为了得到更精准的速度控制反馈而使用了高精度的电流传感器，高精度的电流传感器为新能源汽车bms电池管理系统提供精度高达3
‰
的测量。为了得到更加准确的电流数据，电流传感器需要经过校准，而且正负两个方向均需要单独校准。而电流传感器测量的电流值范围跨度大，从
±
1a到
±
3000a，这就需要准确可靠的不断反转电流的极性。传统的电流极性反转方案有继电器、h桥等。但传统方案存在如下缺点：1、市面上暂无3000a级大电流极性反转方案，作为市场龙头的lem公司最大也只能达到2000a。2、传统极性反转方案使用寿命短，开关速率低。


技术实现要素：

3.本发明提出一种用于新能源汽车的大电流极性反转系统，极大地扩宽了电流范围，提高了开关速率，提高了使用寿命和可靠性。
4.本发明通过以下技术方案实现：一种用于新能源汽车的大电流极性反转系统，包括上位机、柜体、pcb板、四个nmos管模组、控制电路、散热机构和温控机构，pcb板设置在柜体内，四个nmos管模组和控制电路均设置在pcb板上，其中两个nmos管模组的上端连接，另两个nmos管模组的下端连接，两nmos管模组的下端分别与另两nmos管模组的上端对应连接，nmos管模组包括多个并联的nmos管，各nmos管的栅极均连接有驱动电阻，控制电路包括分别与四个nmos管模组连接的四个控制模块，控制模块包括与nmos管模组连接的第一pmos管，上位机与控制电路连接，温控机构包括设置在柜体内的多个红外温度传感器，散热机构设置在柜体上，pcb板采用tg≥170℃的板材，pcb板上采用大面积实心对称覆铜以使pcb走线保持对称，pcb板上具有与nmos管模组连接的引出端，该引出端由6-10mm的紫铜制成，柜体具有供紫铜与外界连接的让位孔。
5.进一步的，所述nmos管模组的各nmos管的栅极与源极之间并联有下拉电阻和稳压二极管，稳压二极管阴极与nmos管的栅极连接、阳极与nmos管的源极连接。
6.进一步的，所述驱动电阻取值为15ω至20ω。
7.进一步的，四个所述nmos管模组矩阵排列，其中两横向相邻nmos管模组的各nmos管的漏极连接在一起，另两横向相邻nmos管模组的各nmos管的源极连接在一起，两纵向相邻nmos管模组中，一nmos管模组的各nmos管的源极与另一nmos管模组的各nmos管的漏极连接。
8.进一步的，所述控制模块还包括第二pmos管，第一pmos管的栅极与上位机连接，第一pmos管的漏极与第二pmos管的栅极连接，第二pmos管的漏极与对应的nmos管的栅极连接。
9.进一步的，所述柜体为长方体，所述散热机构包括设置在所述nmos管模组和控制电路上的大面积铝型材散热片、设置在长方体相对的两顶板和一侧板上的散热风扇。
10.进一步的，所示温控机构还包括数显控制器和继电器，所述红外温度传感器与数显控制器输入端连接，数显控制器输出端与继电器连接，两所述相邻nmos管模组的各nmos管的漏极连接在一起且作为输入端，继电器连接在外部供电电源与输入端之间，数显控制器根据红外温度传感器反馈的数据控制继电器动作，以切断或者保持外部供电电源与输入端之间的连接。
11.进一步的，所述控制电路具有rj45网络接口和rs232接口。
12.进一步的，所述nmos管模组包括10个并联的nmos管，单个nmos管的导通电阻为540uω、连续漏极电流为479a。
13.本发明具有如下有益效果：1、本发明在pcb板上设置有四个nmos管模组，其中两个nmos管模组的上端连接，另两个nmos管模组的下端连接，两nmos管模组的下端分别与另两nmos管模组的上端连接，nmos管模组包括多个并联的nmos管，各nmos管的栅极均连接有驱动电阻，控制电路包括分别与四个nmos管模组连接的四个控制模块，各控制模块均包括第一pmos管，pcb板采用tg≥170℃的板材，且pcb板上采用大面积实心对称覆铜，使pcb走线保持对称，多个超低导通电阻的nmos管并联，能够极大地扩宽电流范围，解决现有技术中无法做到3000a级大电流极性反转的缺陷，且通过上述布置尽可能地减小时间常数，以加快开关速度，开关次数也实现基本不受限制，还有效减小电流分布不均匀的情况，很大程度上降低了不同nmos管的导通电阻不一致的影响，进而避免因分流不均匀而使得部分nmos管负载过大而被烧毁的情况，pcb板的耐热性、耐潮湿性、耐化学性、耐稳定性等特征也得到提高和改善，更有利于延长整个系统的使用寿命，引出端则由6-10mm的紫铜制成，能够保证系统达到大电流的载流能力，最后散热机构和温控机构的设置，能够有效给nmos管模组和pcb板散热，从而提高系统的可靠性。
附图说明
14.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
15.图1为本发明的结构示意图。
16.图2为本发明的四个nmos管模组和控制电路的电路图。
17.图3为本发明其中一个nmos管模组的电路图。
18.图4为本发明其中一个控制模块的电路图。
19.图5为本发明的温控机构的原理框图。
20.图6为本发明pcb板的覆铜示意图。
21.其中，1、柜体；11、让位孔；2、pcb板；3、nmos管模组；4、控制模块；51、散热风扇；52、散热孔；7、数显控制器；8、继电器；9、红外温度传感器；10、外部供电电源。
具体实施方式
22.如图1至图6所示，用于新能源汽车的大电流极性反转系统包括上位机、柜体1、pcb板2、四个nmos管模组3、控制电路、散热机构和温控机构。柜体1为长方体，pcb板2设置在柜
体1内，其采用tg≥170℃的板材，配合六层板的layout设计充分保证了良好的通流能力并提高了耐热性。pcb板2上采用大面积实心对称覆铜以使pcb走线保持对称，以最大程度上降低不同mos管的导通电阻不一致的影响。将allegro软件的pcb布线导入ansysicepak（包括pcb的尺寸、器件的布局、pcb板2布线和过孔信息等），利用icepak可以精确预测pcb的温度分布及各ic器件的结温，借助icepak的分析可以减少设计成本、提高产品的一次成功率，提高产品的性能和可靠性。pcb板2具有与nmos管模组3连接的引出端，该引出端由8mm的紫铜制成以降低电阻，柜体1具有供紫铜与外界连接的让位孔11。
23.四个nmos管模组3和控制电路均设置在pcb板2上，其中两个nmos管模组3的上端连接，另两个nmos管模组3的下端连接，两nmos管模组3的下端分别与另两nmos管模组3的上端对应连接。每个nmos管模组3包括十个并联的nmos管q1-q10(在图2和图3中，每个nmos管模组3的nmos管均以q1-q10表示)，单个nmos管的导通电阻为540uω、连续漏极电流为479a，理论上最大可以达到4790a的通流能力，而目前国内外市场上最大载流量只有2000a。而大面积对称覆铜能够保证同一模组所有的nmos管参数一致，避免由于参数的差别导致分流不均匀使得部分nmos管负载过大烧毁。
24.更具体地，四个nmos管模组3矩阵排列，其中两横向相邻nmos管模组3的各nmos管的漏极连接在一起，另两横向相邻nmos管模组3的各nmos管的源极连接在一起，对于两纵向相邻的nmos管模组3，其中一个nmos管模组3的各nmos管的源极与另一个nmos管模组3的各nmos管的漏极连接，从该连接点引出作为引出端，两对两纵向相邻的nmos管模组3分别引出两引出端，两横向相邻nmos管模组3的各nmos管的漏极连接在一起且作为输入端，另两横向相邻nmos管模组3的各nmos管的源极连接在一起且接地。
25.对于各nmos管模组3，各nmos管的栅极与控制电路之间均连接有驱动电阻，以防止各个nmos管的寄生振荡，驱动电阻由r1-r10表示，各nmos管均由独立的驱动电路驱动，驱动电阻取值如果过小可能起不到防止nmos管寄生振荡的作用，但如果取大了，开关速度会变慢，故本实施例中驱动电阻取值为20ω。一般的nmos管的栅极-源极电压（vgs）不能超过20v，为了保证vgs不至于过高导致nmos管损坏，且nmos管栅极对静电比较敏感，故在nmos管的栅极和源极并联了一个稳压二极管，稳压二极管阴极与nmos管的栅极连接、阳极与nmos管的源极连接。在各nmos管的栅极与源极之间并联有下拉电阻，可以防止nmos管的误导通。稳压二极管由d1-d10表示，下拉电阻由r11-r20表示。
26.控制电路包括分别与四个nmos管模组3连接的四个控制模块4，上位机分别与四个控制模块4连接，具体地，控制模块4包括与nmos管模组3连接的第一pmos管和第二pmos管，第一pmos管的栅极与上位机连接，第一pmos管的漏极与第二pmos管的栅极连接，第二pmos管的漏极与对应的nmos管的栅极连接。控制电路具有rj45网络接口和rs232接口，以方便与上位机的连接。第一pmos管由q11表示，第二pmos管由q12表示。
27.温控机构包括设置在柜体1内的多个红外温度传感器9、数显控制器7和继电器8，红外温度传感器9与数显控制器7输入端连接，数显控制器7输出端与继电器8控制端连接，继电器8连接在外部供电电源10与由两相邻nmos管模组3的各nmos管的漏极连接形成的输入端之间，红外温度传感器9监测各nmos管的温度，数显控制器7根据红外温度传感器9反馈的数据控制继电器8动作，以切断或者保持外部供电电源10与该输入端之间的连接，当红外温度传感器9反馈的数据超过数显控制器7预设的温度时，数显控制器7控制继电器8动作以
切断外部供电电源10与该输入端的连接。本实施例中，红外温度传感器9为pt100温度传感器。
28.散热机构则包括设置在nmos管模组3和控制电路上的大面积齿形铝型材散热片、设置在长方体相对的两顶板和一侧板上的多个散热风扇51、以及设置在长方体相对的两侧板上的多个散热孔52。
29.工作时，系统的输入端通过继电器8接外部供电电源10，两个引出端分别与新能源汽车上的被测电流传感器的两个端点连接，该外部供电电源10指为新能源汽车充电的电源，上位机通过rj45或rs232接口与控制电路进行通信（即分别与图2中的h_drv_l、h_drv_r、l_drv_l、l_drv_r端连接，图4中示出了h_drv_l端的位置，从而可推出图2中h_drv_r、l_drv_l、l_drv_r端的位置），控制电路接收到上位机的指令后，向对应的nmos管模组3发出开关信号，打开对应的nmos管模组3后，再打开外部供电电源10开关，当需要反转电流极性时，先关闭外部供电电源10开关，再控制对应的nmos管模组3关闭，四个nmos管模组3矩阵排列，位于矩阵对角线的两个nmos管模组3同时打开或者关闭。
30.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。