一種基於冗餘的直流充電樁BMS電路及通信方法與流程
2023-06-05 17:27:56
本發明專利涉及傳導式非車載電動汽車充電技術，為新能源電動汽車進行充電的直流充電樁用bms通信系統，包括電路及其通信方法。
背景技術：
隨著我國經濟技術的發展，能源耗竭、短缺、生態環境汙染已經使人類感到了危機，且面臨著嚴峻挑戰，所以發展綠色能源勢在必行。特別最近幾年，發展電動汽車，倡導綠色出行，實現交通能源全面轉型，已成為全球交通行業中的趨勢。在我國政府的大力推動支持下，電動汽車已經取得了一定的成績，當然也被國務院確定為戰略性新興產業。現今根據國家頒布的充電標準，非車載傳導式充電作為我國目前新能源汽車充電的首選充電方式，直流充電樁作為其中的一個分支，在市場中具有廣泛的應用，直流充電樁中的bms通信負責控制整個充電流程的正常進行，提高bms通信的穩定性以及使用壽命具有重大意義。
bms通信是指傳導式充電方式的電動汽車非車載充電機與bms之間的通信，是基於控制器區域網（can）的通信，國家標準對其通信做出了相關的規定，鑑於使用環境的複雜性以及非車載充電機和電動汽車之間的can電路的不穩定性，對其進行深入研究，找到一種能夠提高通信穩定性的方法，目前基於公交公司的非車載充電機應用基本上是全天不輪休式充電,現有技術缺點是只有一路bms通信電路，電路的抗幹擾保護措施不足，當其損壞後整樁處於無法充電狀態。如何提高通信電路的穩定性，進一步地提高非車載充電機的在線率，降低維修難度。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的缺點，本發明專利的目的在於提供一種基於冗餘的直流充電樁bms電路及通信方法，適合於傳導式充電非車載直流充電機、直流充電樁，具有高強度隔離以及抗幹擾保護，具有良好的控制策略。
為了達到上述目的，本發明專利採取的技術方案為：
一種基於冗餘的直流充電樁bms電路，包括cpu、顯示器、後臺系統、bms通信電路1和bms通信電路2，其中cpu一端與bms通信電路1和bms通信電路2連接，另一端與顯示屏連接，在cpu與顯示屏之間設有告警通信線與後臺系統連接；
所述bms通信電路1和bms通信電路2分別由can控制器（u15、u18）、can收發器（u17、u20）、磁耦隔離（u16、u19）、共模電感（l1、l2）、保護電路（t7、t8）、匹配電阻（r41、r42、r43、r45）、隔離電源（u14）以及外圍電路組成；
主電路為cpu通過spi總線（spi1_miso、spi1_mosi、spi1_sck）、片選信號線（spi1_cs1、spi1_cs2）以及控制線（spi1_int1、spi1_int2）分別連接到can控制器（u15、u18）的pin12、pin13、pin14、pin15、pin16引腳，r158、c127和r159、c137組成can控制器（u15、u18）的上電復位電路，上電復位電路通過pin17和pin18與can控制器連接；
r132、y2、c109、c110和r133、y3、c111、c112組成can控制器（u15、u18）的時鐘電路，該時鐘電路通過pin7和pin8引腳與can控制器（u15、u18）連接；
can控制器（u15、u18）的pin1、pin2引腳分別連接至磁耦隔離（u16、u19）的pin4、pin5用於串行數據的收發；
隔離電源（u14）通過磁耦隔離（u16、u19）的輸出端pin16引腳與vdd連接，磁耦隔離（u16、u19）的pin13、pin12引腳分別連接至can收發器（u17、u20）的pin1、pin4引腳用於串行數據的收發，can收發器（u17、u20）的pin7、pin6引腳分別連接至共模電感（l1、l2）的兩個引腳，共模電感（l1、l2）的另外兩個引腳作為can電路的輸出通過保護電路（t7、t8）連接至can總線；
匹配電阻（r42、r43）與總線並聯；匹配電阻（r41、r45）分別與can收發器的pin5引腳連接至匹配電阻（r42、r43）之間。
進一步地，所述c140、c141作為can控制器（u15、u18）輸入電源濾波電容；
c124、c125、c128、c131作為磁耦隔離（u16、u19）輸入電源的濾波電容；
c129、c130、c132、c133作為can總線的濾波電容分別連接至兩個can收發器（u17、u20）的輸出can總線上；
保護電路（t7、t8）連接至can總線和地之間。
進一步地，採用兩路可自動切換的bms通信電路——bms通信電路1和bms通信電路2，上電後開始檢測兩路bms通信電路是否正常：
1）當兩路bms通信電路都正常時，此時bms通信電路1進行正常工作；
2）當檢測到任何一路bms通信電路異常，對該路異常情況進行處理，並對該路狀態位進行置位；
bms通信電路1進行正常工作時實時檢測兩路通信電路是否正常，當檢測到bms通信電路2異常時，直接進入bms通信電路2異常處理流程，此時bms通信電路1進行正常工作；
bms通信電路1進行正常工作時實時檢測兩路通信電路是否正常，當檢測到正在工作的bms通信電路1異常時，實時切換到bms通信電路2進行工作，同時對bms通信電路1進行異常處理流程，並實時檢測當前bms通信電路工作狀態；
bms通信電路2進行正常工作時，實時檢測當前兩路bms通信電路工作狀態，當檢測到bms通信電路2工作異常，而此時bms通信電路1異常狀態置位，進入停機服務並進行系統檢修；
bms通信電路2進行正常工作時，實時檢測當前兩路bms通信電路工作狀態，當檢測到bms通信電路2工作異常，而此時bms通信電路1恢復正常，自動切換到bms通信電路1進行工作，同時對bms通信電路2進行異常處理流程；
如上所述進行循環處理，保證兩路bms通信電路的正常工作和異常情況下的處理。
本發明的有益效果為：本發明實現了提供一種基於冗餘的直流充電樁bms電路及通信方法,「充電樁」即「非車載充電機」、「非車載直流充電機」，實現了智能控制策略具有智能控制並自動切換兩路bms通信電路，採用隔離電源以及保護電路和濾波電路，解決了基於公交公司的非車載充電機應用基本上是全天不輪休式充電，現有技術只有一路bms通信電路，電路的抗幹擾保護措施不足，當其損壞後整樁處於無法充電狀態等。採用本發明即提高了通信電路的穩定性，進一步地提高非車載充電機的在線率，降低維修難度，為電動汽車非車載充電機提供了方便。
附圖說明
圖1為本發明專利的電路原理圖；
圖2為本發明專利的系統cpu連接方法示例圖；
圖3為本發明專利的控制策略流程圖；
圖3中b1為bms通信電路1，b2為bms通信電路2。
具體實施方式
下面將結合實施例中的附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明專利保護的範圍。
如圖1、圖2和圖3所示，本發明為一種基於冗餘的直流充電樁bms電路及通信方法，包括cpu、顯示器、後臺系統、bms通信電路1和bms通信電路2，其中cpu一端與bms通信電路1和bms通信電路2連接，另一端與顯示屏連接，在cpu與顯示屏之間設有告警通信線與後臺系統連接，目的是檢測bms通信電路1和bms通信電路2是否異常。
所述bms通信電路1和bms通信電路2分別由can控制器（u15、u18）、can收發器（u17、u20）、磁耦隔離（u16、u19）、共模電感（l1、l2）、保護電路（t7、t8）、匹配電阻（r41、r42、r43、r45）、隔離電源（u14）以及外圍電路組成；
主電路為cpu通過spi總線（spi1_miso、spi1_mosi、spi1_sck）、片選信號線（spi1_cs1、spi1_cs2）以及控制線（spi1_int1、spi1_int2）分別連接到can控制器（u15、u18）的pin12、pin13、pin14、pin15、pin16引腳，r158、c127和r159、c137組成can控制器（u15、u18）的上電復位電路，上電復位電路通過pin17和pin18與can控制器的輸入端連接；
r132、y2、c109、c110和r133、y3、組成can控制器（u15、u18）的時鐘電路，r132和y2與r133和y3分別並聯在時鐘電路上，c109、c110和c111、c112作為時鐘電路的濾波電容，該時鐘電路通過pin7和pin8與can控制器（u15、u18）輸出端連接；
can控制器（u15、u18）的pin1、pin2引腳分別連接至磁耦隔離（u16、u19）的pin4、pin5引腳用於串行數據的收發；
隔離電源（u14）通過磁耦隔離（u16、u19）的輸出端pin16引腳與vdd連接，c100和c101並聯作為隔離電源（u14）的輸入電源的濾波電容，並與隔離電源（u14）的pin1、pin2連接；c102和c103並聯作為隔離電源（u14）的輸入電源的濾波電容，並與隔離電源（u14）的pin3、pin4連接；
磁耦隔離（u16、u19）的pin13、pin12引腳分別連接至can收發器（u17、u20）的pin1、pin4引腳用於串行數據的收發，can收發器（u17、u20）的pin7、pin6引腳分別連接至共模電感（l1、l2）的兩個引腳，共模電感（l1、l2）的另外兩個引腳作為can電路的輸出通過保護電路（t7、t8）連接至can總線；
匹配電阻（r42、r43）與總線並聯；匹配電阻（r41、r45）分別與can收發器的pin5引腳連接至匹配電阻（r42、r43）之間；
進一步地，所述c140、c141作為can控制器（u15、u18）輸入電源濾波電容；
c124、c125、c128、c131作為磁耦隔離（u16、u19）輸入電源的濾波電容；
c129、c130、c132、c133作為can總線的濾波電容分別連接至兩個can收發器（u17、u20）的輸出can總線上；
can總線的一端連接can收發器（u17、u20）的pin6、pin7引腳，另一端連接保護電路（t7、t8）和地之間。
進一步地，採用兩路可自動切換的bms通信電路——bms通信電路1和bms通信電路2，上電後開始檢測兩路bms通信電路是否正常：
1）當兩路bms通信電路都正常時，此時bms通信電路1進行正常工作；
2）當檢測到任何一路bms通信電路異常，對該路異常情況進行處理，並對該路狀態位進行置位；
bms通信電路1進行正常工作時實時檢測兩路通信電路是否正常，當檢測到bms通信電路2異常時，直接進入bms通信電路2異常處理流程，此時bms通信電路1進行正常工作；
bms通信電路1進行正常工作時實時檢測兩路通信電路是否正常，當檢測到正在工作的bms通信電路1異常時，實時切換到bms通信電路2進行工作，同時對bms通信電路1進行異常處理流程，並實時檢測當前bms通信電路工作狀態；
bms通信電路2進行正常工作時，實時檢測當前兩路bms通信電路工作狀態，當檢測到bms通信電路2工作異常，而此時bms通信電路1異常狀態置位，進入停機服務並進行系統檢修；
bms通信電路2進行正常工作時，實時檢測當前兩路bms通信電路工作狀態，當檢測到bms通信電路2工作異常，而此時bms通信電路1恢復正常，自動切換到bms通信電路1進行工作，同時對bms通信電路2進行異常處理流程；
如上所述進行循環處理，保證兩路bms通信電路的正常工作和異常情況下的處理。
can控制器（u15、u18）採用mcp2515，磁耦隔離（u16、u19）採用adum1412arwz，can收發器（u17、u20）採用tja1040t，電感（l1、l2）採用wcm-3216-222t，cpu採用stm32f103zet6，保護器件（t7、t8）採用smbj12ca，隔離電源u14採用f1205s-2wr2。
電阻r158=r159=5.1k，電阻r132=r133=2mω，晶振y2=y3=8mhz，電容c109=c110=c111=c112=20pf，電容c129=c130=c132=c133=100pf，電容c124=c125=c127=c128=c131=c137=c140=c141=0.01uf，電容c100=c102=100nf，電容c101=c103=10uf，電阻r42=r43=60ω，
本發明專利的工作原理為：採用兩路可自動切換的bms通信電路——bms通信電路1和bms通信電路2，上電後開始檢測兩路bms通信電路是否正常
1）當兩路bms通信電路都正常時，此時bms通信電路1進行正常工作；
2）當檢測到任何一路bms通信電路異常，對該路異常情況進行處理，並對該路狀態位進行置位；
bms通信電路1進行正常工作時實時檢測兩路通信電路是否正常，當檢測到bms通信電路2異常時，直接進入bms通信電路2異常處理流程，此時bms通信電路1進行正常工作；
bms通信電路1進行正常工作時實時檢測兩路通信電路是否正常，當檢測到正在工作的bms通信電路1異常時，實時切換到bms通信電路2進行工作，同時對bms通信電路1進行異常處理流程，並實時檢測當前bms通信電路工作狀態；
bms通信電路2進行正常工作時，實時檢測當前兩路bms通信電路工作狀態，當檢測到bms通信電路2工作異常，而此時bms通信電路1異常狀態置位，進入停機服務並進行系統檢修；
bms通信電路2進行正常工作時，實時檢測當前兩路bms通信電路工作狀態，當檢測到bms通信電路2工作異常，而此時bms通信電路1恢復正常，自動切換到bms通信電路1進行工作，同時對bms通信電路2進行異常處理流程；
如上所述進行循環處理，保證兩路bms通信電路的正常工作和異常情況下的處理。
本發明實現了提供一種基於冗餘的直流充電樁bms電路及通信方法,「充電樁」即「非車載充電機」、「非車載直流充電機」，實現了智能控制策略具有智能控制並自動切換兩路bms通信電路，採用隔離電源以及保護電路和濾波電路，解決了基於公交公司的非車載充電機應用基本上是全天不輪休式充電，現有技術只有一路bms通信電路，電路的抗幹擾保護措施不足，當其損壞後整樁處於無法充電狀態等。採用了隔離電源+磁耦隔離的方式對通信電路進行數據隔離，通過共模電感l1和l2，保護器件t7、t8對外部數據電路進行濾波保護，採用本發明即提高了通信電路的穩定性，進一步地提高非車載充電機的在線率，降低維修難度，為電動汽車非車載充電機提供了方便。