电动汽车充电桩防电池反接电路设计

　1 系统原理概述
本系统通过精密电阻分压把比较高的电池电压缩小为测量电路可以承受的范围，然后经过运算放大器调理电路，负电压抬升电路，线性光耦隔离电路后进入单片机自带的ADC 模块进行采样。单片机对采集到的电压进行判断，如果检测到负压则闭锁输出接触器的闭合，并进行报警，通知车主或运维人员存在电池反接故障，禁止充电。同时也实现电池正常连接时电池电压的检测，然后控制充电模块在预充电阶段输出与电池电压相差不大的充电电压，以保护电动汽车的电池，延长使用寿命。

图1．1 防电池反接电路原理框图
注: 本框图只显示了防反接模块的原理，其它充电控制模块的原理在此略去。
2 硬件电路设计
2．1 电阻分压电路
此电路很简单，就是电学基本定律欧姆定律的运用，只需要根据所需电压计算出分压电阻的值即可。根据实际应用中，电池电压最高可能达到直流750V，我们在此取-800V～ 800VDC范围，稍大于电池电压，以免电池电压异常时损坏采样电路。要求经过分压后的电压在-5V ～ 5VDC 之间。所以我们选取5个150K 欧姆1%精度的电阻和1 个4．7K 欧姆1%精度的电阻进行分压。电路图见图2．2。
2．2 电压跟随电路
电压跟随器起缓冲隔离作用，由于电压跟随器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点，使得它对上一级电路呈现高阻状态，而对下一级电路呈现低阻状态，常用于中间级，以隔离前后级电路，消除它们之间的相互影响。在此我们选一颗四运放LM224 搭建跟随电路，LM224 是一款通用运算放大器，可工作于±1．5V～ ±16V 电源电压，其典型输入失调电压为3mV，输入输出动态范围可达到VCC-1．5V，主要参数完全符合系统要求。电路图见图2．2。
2．3 电压抬升电路
由于单片机内置ADC 无法对负电压进行采集，所以在前级处理阶段需要把电压进行抬升，以使正或负电压都在ADC可以采集的范围内。在此依然使用LM224 的其中一个部分进行搭建。另外抬升电压需要一个参考源，在此我们选择广泛应用的可调稳压器TL431 搭建电路使其输出一个2．5V 的参考电压。电路图见图2．2。
2．4 线性光耦隔离电路
简单的说，光耦隔离电路使被隔离的两部分电路之间没有电的直接连接，主要是防止因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部高压电路之间。在此选用一个高精度的线性隔离光耦HCNR201．此部分原理图见图2．1 和图2．2。
2．5 滤波和钳位电路
在信号通过隔离光耦之后，进入ADC 之前，我们需要加一级RC 低通滤波电路，消除一些毛刺杂波，在此根据经验选取电阻1k 欧姆，电容10nf。然后还需要加一级钳位电路，使进入ADC 的电压被钳制在0 ～ 3．3V 之间，以防损坏单片机，在此我们选取BAV199 集成双二极管。电路图见图2．2．

图2．1 防反接测量电路

图2．2 防反接测量电路
2．6 电路测试
下列分别测试-750V、-300V、300V、750V 输入电压时进入单片机ADC 的电压值。根据所测得电压计算测量误差如下:

标准值(V)	ADC测量值(V)	计算值(V)	误差
-750	3．194	-751．29	0．17%
-300	2．269	-301．198	0．4%
300	1．036	298．766	0．41%
750	0．111	748．861	0．15%

3 结语
本文介绍的电池反接检测电路，既可检测电池是否反接，还可以检测充电过程中的充电电压参数。电路采用完全隔离措施，使充电桩的运行更加可靠安全。对直流充电桩的开发有一定的现实意义。