一种直流充电桩的车载电池反接检测电路发明专利

专利名称：一种直流充电桩的车载电池反接检测电路

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201910687558.4

专利申请（专利权）人：宁波三星智能电气有限公司
权利人地址：浙江省宁波市江北区慈城镇枫湾路16号

专利发明（设计）人：方思敏,郭永亮,陈恢云,陈欢

专利摘要：本发明涉及一种直流充电桩的车载电池反接检测电路，通过设置运算放大器，运算放大器中的第一级运放为反相位放大电路，第二级运放、第三级运放和第四级运放均为同相位放大电路；利用运算放大器对车载电池的反接信号进行差分放大处理以及信号反向放大后，有用的负电压信号被放大，负电压信号的输出幅度在整个运算放大器的放大区间，再然后把经放大处理后的负电压信号输送给后一级的ADC模数转换模块；一旦直流充电桩与车载电池实现反接时，输出值Vout1为正值，判定此时的车载电池处于反接状态，从而及时终止该直流充电桩的充电启动操作，确保车载电池安全。

主权利要求：
1.一种直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，包括：
运算放大器OPA，该运算放大器OPA包括第一级运放、第二级运放、第三级运放和第四级运放；其中，第一级运放为反相位放大电路，第二级运放、第三级运放和第四级运放均为同相位放大电路；
处理器CPU，该处理器具备模数转换模块；
电阻R200，该电阻R200的一端用于连接车载电池的正极采样输入端，电阻R200的另一端分别连接第一级运放的负输入端和电阻R199的一极，电阻R199的另一端连接第一级运放的输出端；
电阻R207，该电阻R207的一端用于连接车载电池的负极采样输入端，电阻R207的另一端分别连接第一级运放的正输入端、电容C127和电阻R198；电容C127的另一极和电阻R198的另一端分别接地；
电阻R210，该电阻R210的一端连接第一级运放的输出端，电阻R210的另一端连接第二级运放的正输入端；第二极运放的负输入端分别连接电阻R214和电阻R220，电阻R214的另一端接地，电阻R220的另一端连接第二级运放的输出端；其中：第三级运放的正输入端连接有电阻R211，电阻R211的另一端连接第二级运放的输出端；第三级运放的负输入端分别连接有电阻R213和电阻R221；电阻R221的另一端连接第三级运放的输出端；
第四级运放的正输入端连接有电阻R206，电阻R206的另一端连接第三级运放的输出端，第三级运放的输出端连接处理器CPU的一输入端；第四级运放的负输入端分别连接电阻R196、电阻R197、电阻R208和电容C129；电阻R197的另一端连接第二负载端，电阻R208的另一端、电容C129的另一端和电阻R213的另一端分别接地；电阻R196的另一端分别连接电阻R195和第四级运放的输出端；电阻R195的另一端连接处理器CPU的另一个输入端；其中：电阻R198的电阻值与电阻R199的电阻值相等，电阻R200的电阻值与电阻R207的电阻值相等；
第二级运放、第三级运放和第四级运放的放大倍数均至少为3.3倍。
2.根据权利要求1所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，所述电阻R198的电阻值大于所述电阻R200的电阻值。
3.根据权利要求2所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，所述运算放大器OPA的电压输入端VCC连接有第一负载端，第一负载端的负载值为5V，所述第二负载端的负载值为5V。
4.根据权利要求3所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，所述电阻R200与电阻R207的阻值均为10kΩ；所述电容C127的电容量为0.1uF，电阻R198的阻值为
33kΩ；所述电阻R199的阻值为33kΩ，电阻R210的阻值为10kΩ，电阻R220的阻值为33kΩ，电阻R214的阻值为10kΩ；所述电阻R196的阻值为33kΩ，电阻R195的阻值为100kΩ，电阻R206的阻值为10kΩ，电阻R211的阻值为10kΩ，电阻R213的阻值为10kΩ，电阻R221的阻值为33kΩ；所述电阻R197的阻值为10kΩ，电阻R208的阻值为10kΩ，电容C129的电容量为0.1uF。
5.根据权利要求1所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，所述第二级运放、第三级运放和第四级运放的放大倍数均为3.3倍。
6.根据权利要求1 5任一项所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，~所述车载电池的反接电压为50V 500V。
~
7.根据权利要求6所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，所述运算放大器OPA的电压输入端VCC连接有第一负载端，第一负载端的负载值为5V，所述第二负载端的负载值为5V。
8.根据权利要求1 5任一项所述的直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，~所述运算放大器OPA型号为OPA4330。 说明书 : 一种直流充电桩的车载电池反接检测电路技术领域[0001] 本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种直流充电桩的车载电池反接检测电路。背景技术[0002] 随着电动汽车行业的不断发展，满足电动汽车充电需求的直流充电桩产品越来越多。[0003] 在给电动汽车充电阶段，为确保电动汽车的电池(又称为车载电池)安全，根据充电桩技术规程，直流充电桩启动充电前，必须对所接入电动汽车的电池极性进行测试，以防止接入的电池极性与该直流充电桩的高压直流输出极性相反，导致电动汽车的电池燃爆事故发生，致使整个电动汽车报废。[0004] 为了实现针对直流充电桩所接入车载电池的反接检测，现在主要采取如下两种车载电池反接检测电路方式来实现：[0005] 第一种车载电池反接检测电路方式，是令具有正、负值的车载电池电压信号先输入到直流充电桩的运算放大器进行调理和放大处理，然后将经运算放大器放大处理后的信号输送给后一级的ADC模数转换模块。一旦检测到出现负压达到预设负压阈值时，就终止该直流充电桩的充电启动操作。但是，这种车载电池反接检测电路中的运算放大器必须采用正负电源供电，导致整体上的检测电路复杂，升高了成本，电路中无用的正电压信号占一半放大区间。[0006] 第二种车载电池反接检测电路方式，是令具有正、负值的车载电池电压信号先加偏置提升到0V以上，然后再将经偏置提升后的电压信号输送给后一级的ADC模数转换模块。一旦检测到出现负压达到预设负压阈值时，就终止该直流充电桩的充电启动操作。但是，这种车载电池反接检测电路中的正、负电压信号经放大后正值输出，与带正负值放大的输出相比，电压信号的输出幅度降低一半，并且无用的正电压信号占一半放大区间，负信号放大区间被压缩，这比第一种车载电池反接检测电路的检测精度更低。发明内容[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种直流充电桩的车载电池反接检测电路。[0008] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种直流充电桩的车载电池反接检测电路，其特征在于，包括：[0009] 该运算放大器OPA包括第一级运放、第二级运放、第三级运放和第四级运放；其中，第一级运放为差分反相位放大电路，第二级运放、第三级运放和第四级运放均为同相位放大电路；[0010] 处理器CPU，该处理器具备模数转换模块；[0011] 电阻R200，该电阻R200的一端用于连接车载电池的正极采样输入端，电阻R200的另一端分别连接第一级运放的负输入端和电阻R199的一极，电阻R199的另一端连接第一级运放的输出端；[0012] 电阻R207，该电阻R207的一端用于连接车载电池的负极采样输入端，电阻R207的另一端分别连接第一级运放的正输入端、电容C127和电阻R198；电容C127的另一极和电阻R198的另一端分别接地；[0013] 电阻R210，该电阻R210的一端连接第一级运放的输出端，电阻R210的另一端连接第二级运放的正输入端；第二极运放的负输入端分别连接电阻R214和电阻R220，电阻R214的另一端接地，电阻R220的另一端连接第二级运放的输出端；其中：[0014] 第三级运放的正输入端连接有电阻R211，电阻R211的另一端连接第二级运放的输出端；第三级运放的负输入端分别连接有电阻R213和电阻R221；电阻R221的另一端连接第三级运放的输出端；[0015] 第四级运放的正输入端连接有电阻R206，电阻R206的另一端连接第三级运放的输出端，第三级运放的输出端连接处理器CPU的一输入端；第四级运放的负输入端分别连接电阻R196、电阻R197、电阻R208和电容C129；电阻R197的另一端连接第二负载端，电阻R208的另一端、电容C129的另一端和电阻R213的另一端分别接地；电阻R196的另一端分别连接电阻R195和第四级运放的输出端；电阻R195的另一端连接处理器CPU的另一个输入端；[0016] 所述电阻R198的电阻值与电阻R199的电阻值相等，所述电阻R200的电阻值与电阻R207的电阻值相等。[0017] 改进地，在所述直流充电桩的车载电池反接检测电路中，所述电阻R198的电阻值大于所述电阻R200的电阻值。[0018] 再改进，在所述直流充电桩的车载电池反接检测电路中，所述第一负载端的负载值为5V，所述第二负载端的负载值为5V。[0019] 进一步地，在所述直流充电桩的车载电池反接检测电路中，所述电阻R200与电阻R207的阻值均为10kΩ；所述电容C127的电容量为0.1uF，电阻R198的阻值为33kΩ；所述电阻R199的阻值为33kΩ，电阻R210的阻值为10kΩ，电阻R220的阻值为33kΩ，电阻R214的阻值为10kΩ；所述电阻R196的阻值为33kΩ，电阻R195的阻值为100kΩ，电阻R206的阻值为10kΩ，电阻R211的阻值为10kΩ，电阻R213的阻值为10kΩ，电阻R221的阻值为33kΩ；所述电阻R197的阻值为10kΩ，电阻R208的阻值为10kΩ，电容C129的电容量为0.1uF。[0020] 优选地，在所述直流充电桩的车载电池反接检测电路中，所述第一级运放、第二级运放、第三级运放和第四级运放的放大倍数均至少为3.3倍。[0021] 优选地，所述第一级运放、所述第二级运放、第三级运放和第四级运放的放大倍数均至少为3.3倍。[0022] 改进地，在所述直流充电桩的车载电池反接检测电路中，所述车载电池的反接电压为50V～500V。[0023] 进一步地，所述第一负载端的负载值为5V，所述第二负载端的负载值为5V。[0024] 再改进，在所述直流充电桩的车载电池反接检测电路中，所述运算放大器OPA型号为OPA4330。[0025] 与现有技术相比，本发明的优点在于：[0026] 首先，本发明中的车载电池反接检测电路通过设置运算放大器，运算放大器中的第一级运放为差分反相位放大电路，第二级运放、第三级运放和第四级运放均为同相位放大电路；利用运算放大器对车载电池的反接信号进行差分放大处理以及信号反向放大后，有用的负电压信号被放大，负电压信号的输出幅度在整个运算放大器的放大区间，再然后把经放大处理后的负电压信号输送给后一级的ADC模数转换模块；[0027] 由于车载电池正接电压信号，进行差分放大处理后，不管输入为多少，整个车载电池反接检测电路的输出为零，视为无用输入信号被丢弃；一旦直流充电桩与车载电池实现反接时，第一级运放的输出端的输出值Vout1为正值，判定此时的车载电池处于反接状态，从而及时终止该直流充电桩的充电启动操作，确保车载电池安全；[0028] 其次，相对于传统的采用带正、负电源供电的车载电池反接检测电路相比，该发明中的车载电池反接检测电路省去了加设负电源电路，简化了整个检测电路，提高了测试精度。附图说明[0029] 图1为本发明实施例中直流充电桩的车载电池反接检测电路示意图。具体实施方式[0030] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。[0031] 如图1所示，本实施例提供一种直流充电桩的车载电池反接检测电路。具体地，该直流充电桩的车载电池反接检测电路包括：[0032] 该运算放大器OPA包括第一级运放、第二级运放、第三级运放和第四级运放；其中，第一级运放为反相位放大电路，第二级运放、第三级运放和第四级运放均为同相位放大电路；第一负载端的负载值为5V；第一级运放、第二级运放、第三级运放和第四级运放的放大倍数均至少为3.3倍；比如说，第一级运放、第二级运放、第三级运放和第四级运放的放大倍数均为3.3倍；该运算放大器OPA型号可以采用OPA4330；[0033] 处理器CPU，该处理器CPU具备模数转换模块；[0034] 电阻R200，该电阻R200的一端用于连接车载电池的正极采样输入端，电阻R200的另一端分别连接第一级运放的负输入端和电阻R199的一极，电阻R199的另一端连接第一级运放的输出端；该第一级运放的输出端用于连接直流充电桩的控制器(图中未示出)，该控制器能够根据第一级运放的输出端的电压值Vout1情况执行命令该直流充电桩终止对车载电池的充电启动操作；[0035] 电阻R207，该电阻R207的一端用于连接车载电池的负极采样输入端，电阻R207的另一端分别连接第一级运放的正输入端、电容C127和电阻R198；电容C127的另一极和电阻R198的另一端分别接地；[0036] 电阻R210，该电阻R210的一端连接第一级运放的输出端，电阻R210的另一端连接第二级运放的正输入端；第二极运放的负输入端分别连接电阻R214和电阻R220，电阻R214的另一端接地，电阻R220的另一端连接第二级运放的输出端；其中：[0037] 第三级运放的正输入端连接有电阻R211，电阻R211的另一端连接第二级运放的输出端；第三级运放的负输入端分别连接有电阻R213和电阻R221；电阻R221的另一端连接第三级运放的输出端；[0038] 第四级运放的正输入端连接有电阻R206，电阻R206的另一端连接第三级运放的输出端，第三级运放的输出端连接模数转换模块的一输入端；第四级运放的负输入端分别连接电阻R196、电阻R197、电阻R208和电容C129；电阻R197的另一端连接第二负载端，电阻R208的另一端、电容C129的另一端和电阻R213的另一端分别接地；电阻R196的另一端分别连接电阻R195和第四级运放的输出端；电阻R195的另一端连接模数转换模块的另一个输入端；第二负载端的负载值为5V。其中，为了便于检测，在本实施例中，电阻R198的电阻值与电阻R199的电阻值相等，电阻R200的电阻值与电阻R207的电阻值相等。例如，电阻R198的电阻值大于电阻R200的电阻值。车载电池的反接电压为50V～500V。各电路元器件的参数设置如下：[0039] 电阻R200＝10KΩ，电阻R207＝10KΩ，电阻R198＝33KΩ，电阻R199＝33KΩ，电阻R210＝10KΩ，电阻R220＝33KΩ，电阻R214＝10KΩ；[0040] 电阻R195＝100KΩ，电阻R196＝33KΩ，电阻R206＝10KΩ，电阻R211＝10KΩ，电阻R213＝10KΩ，电阻R221＝33KΩ，电阻R197＝10KΩ，电阻R208＝10KΩ；C127＝0.1uF，C129＝0.1uF。[0041] 以下结合图1，对本实施例中车载电池反接检测电路对电动汽车的车载电池反接检测原理说明如下：[0042] 针对直流充电桩与车载电池实现正接时，该车载电池反接检测电路的电阻R200的一端连接车载电池的正极采样输入端，该车载电池反接检测电路的电阻R207的一端连接车载电池的负极采样输入端，由此可以采集得到车载电池的正极采样电压值Vp和车载电池的负极采样电压值Vn(Vp、Vn为采样电压，差分电压输入)；[0043] 通过设置该车载电池反接检测电路，且因电阻R198的电阻值R198与电阻R199的电阻值R199相等，即R198＝R199，Vout1＝(Vn‑Vp)*R198/R199；[0044] 此时，即车载电池正接时，Vp>Vn，Vn‑Vp为负值，由于运算放大器采用了单电源供电，该单电源不能输出负电压，因此，当车载电池正接时，输出值Vout1总为零，该输出值Vout1视为无用输入信号被丢弃；[0045] 针对直流充电桩与车载电池实现反接时，Vp[0046] 由于第二级运放、第三级运放均为同相位放大电路，相应的电压输出值为Vout2、Vout3和Vout4；输出电压信号Vout3和Vout4送模数转换模块处理，且Vout4比Vout3有更高的输出幅度，从而进一步提高针对车载电池反接检测的灵敏度。[0047] Vp、Vn差分信号经过四级运放放大，总放大倍数为118.6，对50V车载电池反接电压对应Vp、Vn差分电压为2mV，提供给后级ADC转换电压为237mV，满足最低电池反接电压分辨率要求；[0048] Vp、Vn差分信号经过四级运放放大，总放大倍数为118.6，对500V车载电池反接电压对应Vp、Vn差分电压为20mV，提供给后级ADC转换电压为2370mV，满足高电池反接电压测试范围要求。[0049] 处理器CPU内部的模数转换模块，采样速率设置为2048，从启动模数转换到转换完成、滤波处理、给出电池反接测试判断结果，用时5ms，满足测试速度要求。[0050] 对车载电池的反接判断阈值可通过软件配置，测试判断灵活、方便，适合不同车辆和不同地方对电池反接的要求，实测电池反接电压，从50V到500V，电路都能做出准确判断，无误判和漏判。

专利地区：浙江

专利申请日期：2019-07-29

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN110470996B