基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電的製造方法
2023-06-03 04:54:36
專利名稱:基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，包括三相交流輸入電路、三相可控整流電路、直流濾波電路、直流輸出開關電路、主控制器和觸控螢幕，主控制器包括DSP處理器，以及連接DSP處理器的存儲器、電源、電壓電流測量電路、輸入檢測電路、輸出控制電路、輸出驅動電路、RS485通信接口和CAN通信接口，電壓電流測量電路連接三相可控整流電路的輸入輸出端，輸入檢測電路分別連接三相可控整流電路和直流輸出開關電路，輸出控制電路分別連接三相交流輸入電路和直流輸出開關電路，輸出驅動電路連接三相可控整流電路，RS485通信接口連接觸控螢幕。與現有技術相比，本實用新型具有操作方便、可控性強、安全性能好等優點。
【專利說明】基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種充電機，尤其是涉及一種基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機。
【背景技術】
[0002]國內目前充電機生產廠較多，大多數廠家的用戶對象為傳統用戶，比如汽車啟動電池，叉車電池，電瓶車電池，程控交換機備用電源電池，電力操作電源備用電池等，但這些與軌道交通用的動力電池都有所不同，一般充電電池的充電電壓約為幾十伏不等，而軌道交通用的動力電池的高壓充電電壓約為1300V，為了保證軌道交通用的動力電池穩定充電，要求對應的充電機能夠高壓輸出、輸出電壓電流更穩定、便於實時監控，以及可調節控制參數，可調用查看歷史運行參數和故障信息。一般充電機的主電路主要有工頻變壓器整流式，可控矽調壓式，開關電源式等等，採用的充電曲線有恆壓，恆流，脈衝，涓流等等，這些曲線要麼獨立設置，要麼自動按流程運行。傳統充電機存在以下缺陷:
[0003]I)對電池的狀態不了解時，不能對電池進行檢測判斷，不知如何選擇充電方式。
[0004]2)充電模式的單一化，輸出電壓可控性差，不能滿足對多品種電池的充電。
[0005]3)不能檢測電池的溫度及容量，無法優化充電曲線，導致充電低效或者影響電池壽命O
[0006]目前，市面上的充電機顯示控制部分實現方式有三種:液晶按鍵組合控制方式、PC機控制方式、觸控螢幕控制方式。觸控螢幕控制方式與液晶按鍵組合控制方式相比，具有較好的人機互動界面、觸控效率高，還提供了較高的安全性能、抗惡劣氣候性能和耐磨性。如果只採用PC機控制方式的話，同時軌道交通用的充電機離PC機有一段距離，那麼對操作人員來說，是極其不方便的。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷，並考慮了功能需求、成本等各個方面，而提供一種基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，可用於控制、顯示充電過程中的實時數據、運行參數以及故障信息等的顯示。
[0008]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0009]一種基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，連接電池組，包括依次連接的三相交流輸入電路、三相可控整流電路、直流濾波電路和直流輸出開關電路，還包括主控制器和觸控螢幕，所述主控制器包括DSP處理器，以及連接DSP處理器的存儲器、電源、電壓電流測量電路、輸入檢測電路、輸出控制電路、輸出驅動電路、RS485通信接口和CAN通信接口，所述電壓電流測量電路連接三相可控整流電路的輸入輸出端，所述輸入檢測電路分別連接三相可控整流電路和直流輸出開關電路，所述輸出控制電路分別連接三相交流輸入電路和直流輸出開關電路，所述輸出驅動電路連接三相可控整流電路，所述RS485通信接口連接觸控螢幕，所述CAN通信接口連接電池組的BMS系統。
[0010]所述三相交流輸入電路包括依次連接的三相空氣開關、三相緩衝電路、三相隔離降壓變壓器和三相電感。
[0011]所述三相可控整流電路包括組成三相全橋整流電路的六個IGBT、用於檢測流過IGBT電流的交流霍爾傳感器、用於驅動IGBT的驅動板和並聯於三相全橋整流電路直流輸出兩端的吸收電容，所述驅動板連接輸出驅動電路，所述交流霍爾傳感器連接輸入檢測電路。
[0012]所述IGBT的型號為FF300R17ME4，所述驅動板的型號為2SP0115T2A0-17。
[0013]所述DSP處理器為TMS320F280X系列DSP。
[0014]所述存儲器為EEPROM。
[0015]所述主控制器還包括連接DSP處理器的時鐘電路和復位電路。
[0016]該充電機還包括用於遠程控制的上位機，所述上位機通過無線網絡連接DSP處理器。
[0017]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點:
[0018]I)本實用新型採用觸控螢幕設置，具有較好的人機互動界面、觸控效率高，還提供了較高的安全性能、抗惡劣氣候性能和耐磨性。
[0019]2)本實用新型通過主控制器與電池組的BMS (Battery Management System)系統進行通信，動態檢測電池的狀態:單體最高電壓、單體最高溫度、電池組電壓等參數，優化充電曲線，使充電低耗高效，延長電池使用壽命。
[0020]3)本實用新型中DSP處理器通過電壓電流測量電路採集數據，進行參數設置後，通過輸出驅動電路對三相可控整流電路中的IGBT進行控制，實現輸出不同的充電曲線，可適用於不同類型電池組的供電模式。
[0021]4)本實用新型中輸入檢測電路用於檢測三相可控整流電路中IGBT以及直流輸出開關電路是否正常開關，若出現故障，則將相應的故障信息反饋回DSP處理器，進而提示操作人員，可以有效的防止電路故障導致進一步危害，具有一定的預警功能。
[0022]5)本實用新型中設置輸出控制電路，觸控螢幕或上位機向DSP處理器發送控制命令後，DSP處理器進而通過輸出控制電路對充電機的輸入輸出進行打開或斷開，實現充電機輸入輸出的自動化。
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型結構示意圖；
[0024]圖2為本實用新型中主控制器的結構示意圖；
[0025]圖3為本實用新型中三相可控整流電路的結構示意圖；
[0026]圖4為本實用新型中直流濾波電路的結構示意圖。
[0027]圖中:1、三相交流輸入電路，2、三相可控整流電路，3、直流濾波電路，4、直流輸出開關電路，5、主控制器，6、觸控螢幕，7、電池組，8、BMS系統，51、DSP處理器，52、存儲器，53、電源，54、電壓電流測量電路，55、輸入檢測電路，56、輸出控制電路，57、輸出驅動電路，58、RS485通信接口，59、CAN通信接口，60、時鐘電路，61、復位電路。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。
[0029]如圖1所示，一種基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機包括依次連接的三相交流輸入電路1、三相可控整流電路2、直流濾波電路3和直流輸出開關電路4，直流輸出開關電路4連接電池組7，實現電池組7的恆流恆壓充電，還包括主控制器5和觸控螢幕6，如圖2所示，主控制器5包括DSP處理器51，以及連接DSP處理器51的存儲器52、電源53、電壓電流測量電路54、輸入檢測電路55、輸出控制電路56、輸出驅動電路57、RS485通信接口 58和CAN通信接口 59，電壓電流測量電路54連接三相可控整流電路2的輸入輸出端，輸入檢測電路55分別連接三相可控整流電路2和直流輸出開關電路4，輸出控制電路56分別連接三相交流輸入電路I和直流輸出開關電路4，輸出驅動電路57連接三相可控整流電路2，RS485通信接口 58連接觸控螢幕6，CAN通信接口 59連接電池組7的BMS系統8。DSP處理器51實時採樣三相交流電壓、三相交流電流以及直流輸出電壓、直流輸出電流，進行三相全橋PWM整流升壓控制。電壓電流測量電路54、輸入檢測電路55、輸出控制電路56和輸出驅動電路57為現有的電路結構。該充電機還包括用於遠程控制的上位機，上位機通過無線網絡連接DSP處理器51。
[0030]三相交流輸入電路I包括依次連接的三相空氣開關、三相緩衝電路、三相隔離降壓變壓器和三相電感。三相空氣開關選用額定電流80A即可。三相緩衝電路由緩衝電阻和緩衝接觸器組成，緩衝電阻選用100R/10W正陽鋁殼電阻，緩衝接觸器由主、輔接觸器組成，主接觸器最大耐受電流(Iinmax)為58.3A。
[0031]如圖3所示，三相可控整流電路2包括組成三相全橋整流電路的六個絕緣柵雙極型電晶體IGBT、用於檢測流過IGBT電流的交流霍爾傳感器、用於驅動IGBT的驅動板和並聯於三相全橋整流電路直流輸出兩端的吸收電容，驅動板連接輸出驅動電路57，交流霍爾傳感器連接輸入檢測電路55。由於直流母線電壓高達1300V，因此功率器件IGBT要選擇耐壓1700V以上功率管，流過IGBT最大電流為:
[0032]I_igbt = Pin/((380/1.15)*(270/400))/1.732 = 33371/223/1.732 = 86.4A
[0033]IGBT選擇一般按2.5倍電流選取，即216A，因此選用IGBT的型號為FF300R17ME4。交流霍爾傳感器檢測流過IGBT電流，因為IGBT最大電流86.4A，所以選取額定電流100A的傳感器。驅動板選擇與英飛凌型號FF300R17ME4配套的驅動，則選取2SP0115T2A0-17的Concept驅動模塊作為IGBT驅動。功率器件開關都會產生相應的浪湧電壓，浪湧電壓過高會損壞功率器件運行，因此功率器件直流輸入端需加個吸收電路降低開關的浪湧電壓，通常添加一個Iuf容值的高壓無感電容。考慮到母線電壓1300V，選取EPCOS 1700V/luf吸收電容。
[0034]如圖4所示，直流濾波電路3主要由直流支撐電容與母排構成，直流母線高達1300V，通常的電解電容都不足以滿足系統要求。需要採用高耐壓的薄膜電容，選用EPCOS的 MKP DC-LINK 1300V/360UF。
[0035]直流輸出開關電路4包括設於直流母線正極的防反二極體和設於直流母線正負極上的通斷接觸器和繼電器，用於控制直流輸出和防止電流反灌。
[0036]如圖2所示，DSP處理器51為TMS320F280X系列DSP。主控制器5還包括連接DSP處理器51的時鐘電路60和復位電路61，時鐘電路60、電源53以及復位電路61是DSP CPU正常工作必備電路，是保證DSP處理器51正常工作基本電路。存儲器52為EEPROM (Electrical Iy Erasable Programmable Read-Only Memory)，是為存儲設置參數、系統參數以及運行參數記錄配置的存儲單元。電壓電流測量電路54採樣輸入、輸出的電壓、電流信號，送入DSP處理器51實現充電的各種模式控制，同時在觸控螢幕6或上位機上顯示出運行過程中的設備各電壓、電流參數。輸入檢測電路55主要實現輸入開關量檢測信號，如IGBT故障信號、啟動按鈕信號等。輸出控制電路56主要是控制三相交流輸入電路I的輸入、繼電器以及通斷接觸器通斷等。輸出驅動電路57實現DSP PWM信號的電平轉換以及直通互鎖和IGBT驅動模塊的結構轉換。通信模塊包含兩部分，一個是RS485通信接口58，負責與觸控螢幕6顯示系統通訊，通過這個通訊鏈路把系統各種需要顯示上傳到觸控螢幕6顯示出來，另一個是CAN通信接口 59，主要實現與動力應急牽引電池模組BMS系統8通訊，獲取電池的相關信息。
【權利要求】
1.一種基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，連接電池組，包括依次連接的三相交流輸入電路、三相可控整流電路、直流濾波電路和直流輸出開關電路，其特徵在於，還包括主控制器和觸控螢幕，所述主控制器包括DSP處理器，以及連接DSP處理器的存儲器、電源、電壓電流測量電路、輸入檢測電路、輸出控制電路、輸出驅動電路、RS485通信接口和CAN通信接口，所述電壓電流測量電路連接三相可控整流電路的輸入輸出端，所述輸入檢測電路分別連接三相可控整流電路和直流輸出開關電路，所述輸出控制電路分別連接三相交流輸入電路和直流輸出開關電路，所述輸出驅動電路連接三相可控整流電路，所述RS485通信接口連接觸控螢幕，所述CAN通信接口連接電池組的BMS系統。2.根據權利要求1所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，所述三相交流輸入電路包括依次連接的三相空氣開關、三相緩衝電路、三相隔離降壓變壓器和三相電感。3.根據權利要求1所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，所述三相可控整流電路包括組成三相全橋整流電路的六個IGBT、用於檢測流過IGBT電流的交流霍爾傳感器、用於驅動IGBT的驅動板和並聯於三相全橋整流電路直流輸出兩端的吸收電容，所述驅動板連接輸出驅動電路，所述交流霍爾傳感器連接輸入檢測電路。4.根據權利要求3所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，所述IGBT的型號為FF300R17ME4，所述驅動板的型號為2SP0115T2A0-17。5.根據權利要求1所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，所述DSP處理器為TMS320F280X系列DSP。6.根據權利要求1所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，所述存儲器為EEPROM。7.根據權利要求1所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，所述主控制器還包括連接DSP處理器的時鐘電路和復位電路。8.根據權利要求1所述的基於觸控螢幕的軌道交通智能高壓充電機，其特徵在於，該充電機還包括用於遠程控制的上位機，所述上位機通過無線網絡連接DSP處理器。
【文檔編號】H02J7-00GK204290399SQ201420766602
【發明者】朱雲閣, 張志虎, 李偉 [申請人]上海航天有線電廠有限公司