本發(fā)明屬于汽車快速充電機技術領域，特別是一種電動汽車快速充電機的保護控制系統(tǒng)。

背景技術：

隨著電動汽車行業(yè)的發(fā)展，對于快速充電設施的需求越來越大，采用電力電子變換技術的電動汽車快速充電機的功率水平通常在百千瓦左右，快速充電機工作于頻繁的人為開啟與關閉的場合，并且其負載特性隨時間波動較大，間歇式的大功率運行對于快速充電機中的變壓器和功率開關器件如整流二極管、igbt等的穩(wěn)定運行提出很大的挑戰(zhàn)，快速充電機主電路運行的可靠性和安全性是其設計過程中需要著重考慮的問題。因而，需要綜合考慮主電路的多重保護控制機制，并提供快速合理的故障處理策略。

對于電動汽車快速充電機主電路拓撲中的保護電路，除了常見的輸入欠壓保護、輸入過壓過流保護、缺相保護、短路保護、輸出過壓過流保護之外，由于igbt的驅動器不能進行過流保護，所以應具有功率開關管的硬件過流保護電路；此外，在高壓大功率場合，功率開關管和變壓器的溫升是影響電源工作可靠性和工作性能的重要因素，因而還應設計有多路溫度檢測和保護電路。多種保護電路的加入也會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，設計其綜合控制策略時，需要重視各保護電路之間的關聯(lián)性，以確保設計的保護電路能可靠、安全的運行。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，而提出一種電動汽車快速充電機的保護控制系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的：

一種電動汽車快速充電機的保護控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)與包括依次由斷路器qf、ac/dc轉換模塊、直流母線及功率開關管驅動dc/dc模塊構成的主電路連接，該系統(tǒng)包括dsp主控制模塊及分別與dsp主控制模塊連接的輸入保護模塊、溫度檢測與保護模塊、功率開關管過流保護模塊、電壓電流采樣模塊、斷路器驅動模塊、觸摸顯示模塊及通信模塊；

其中，所述觸摸顯示模塊與dsp主控制模塊相連，用于顯示dsp傳輸來的參數(shù)數(shù)字量；

其中，所述通訊模塊與dsp主控制模塊通信數(shù)據(jù)端相連，通訊模塊用于建立本系統(tǒng)與遠程監(jiān)控平臺之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，實現(xiàn)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳與遠程監(jiān)控平臺的控制指令下發(fā)；

其中，所述斷路器驅動模塊連接在主電路的斷路器qf與dsp主控制模塊之間，接收dsp主控制模塊發(fā)送的斷路器qf開關信號并驅動斷路器qf產(chǎn)生相應的動作；

其中，所述電壓電流采樣模塊的采集端分別與主電路的ac/dc轉換模塊輸入端、直流母線及dc/dc模塊的輸出端連接，采集的數(shù)據(jù)包括充電機的輸入交流電壓和電流、直流母線電壓及充電機的輸出電壓和電流，該模塊的數(shù)據(jù)端與dsp主控制模塊連接，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絛sp主控制模塊；

其中，所述功率開關管過流保護模塊連接在充電機主電路的功率開關管dc/dc驅動模塊與dsp主控制模塊之間，當功率開關管過流保護模塊產(chǎn)生過流信號時，功率開關管過流保護模塊將產(chǎn)生關斷信號送至充電機主電路功率開關管dc/dc驅動模塊，實現(xiàn)快速關斷功率開關管的功能，同時，功率開關管過流保護模塊將發(fā)出功率開關管的過流故障中斷信號至dsp主控制模塊，dsp主控制模塊轉至過流保護處理；

其中，所述溫度檢測與保護模塊采用基于msp430微處理器的多路測溫控制電路，該模塊中匹配有多路鉑熱電阻傳感器及相應的電信號轉換電路、多路開關芯片、低通濾波電路、同相放大電路、電壓跟隨器、a/d轉換芯片和msp430主處理芯片；msp430微處理器定時采樣各路溫度信號值，將其與多路溫度預設限值相比較，若超出限制值，msp430微處理器將向dsp主控制模塊發(fā)出溫度故障中斷信號，dsp主控制模塊進行相應中斷，處理溫度過高故障，斷開充電機主電路的斷路器qf。

而且，所述通訊模塊制有標準的rs485通信接口和提供modbus—rtu通信協(xié)議。

而且，所述電壓電流采樣模塊分別由電流采樣電路和電壓采樣電路結構，被測電壓和電流分別采用霍爾電壓和電流傳感器隔離轉換后經(jīng)采樣電阻采樣，得到弱電電壓，后經(jīng)電壓跟隨器進入dsp主控制模塊的adc引腳。

而且，所述電壓電流采樣模塊采集充電機的輸出電壓和電流后將采集數(shù)據(jù)傳送至dsp主控制模塊，在dsp主控制模塊中內(nèi)置有電壓和電流限值，采集的電壓，電流值與內(nèi)置的限值進行比較，如超出限值dsp主控制模塊則產(chǎn)生軟件中斷，dsp主控制模塊轉至給出過壓過流故障中斷指令，斷開充電機主電路的斷路器qf。

而且，當功率開關管過流保護模塊的保護控制系統(tǒng)運行時，dsp主控制模塊調取過流信號限值，經(jīng)d/a轉化后與功率開關管上流過電流的采樣值vin進行比較，當vin大于過流限值參考電壓vref時，將產(chǎn)生過流信號

而且，所述dsp主控制模塊除進行輸入保護、功率開關管過流保護、溫度檢測與保護、輸出保護之外，模塊中還集成有充電機主電路斷路器qf強制關斷電路，通過按鈕和硬件電路可靠關斷充電機斷路器qf，實現(xiàn)緊急關斷保護的功能。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1、本發(fā)明提出了全面的電動汽車快速充電機硬件保護電路和軟件保護控制策略，基本覆蓋快速充電機運行中可能出現(xiàn)的故障，并對其中的關鍵元器件如變壓器、功率開關管提供了可靠的保護策略，另外，本系統(tǒng)的各保護模塊采用模塊化設計，可擴展性好，保護參數(shù)由人為設置，可以適用于不同型號的快速充電機；

2、本發(fā)明實現(xiàn)了保護系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)以及故障信息的實時顯示，并可送至遠程監(jiān)控中心，實現(xiàn)了電動汽車快速充電機運行狀態(tài)的實時在線檢測、故障保護和自動處理；

3、本發(fā)明通過對本保護控制系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)的分析找出電動汽車快速充電機中易發(fā)生故障的模塊并采取相應的優(yōu)化措施，改善電動汽車充電機本體設計，以提高充電機運行可靠性。

附圖說明

圖1為電動汽車快速充電機保護控制系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為電流采樣電路；

圖3為電壓采樣電路；

圖4為基于fpga的過流信號產(chǎn)生與保護電路；

圖5為基于msp430的多路測溫控制電路。

具體實施方式

以下對本發(fā)明實施例做進一步詳述：需要強調的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的技術方案得出的其它實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種電動汽車快速充電機的保護控制系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)與包括依次由斷路器qf、ac/dc轉換模塊、直流母線、功率開關管驅動dc/dc模塊及電動汽車電池構成的主電路連接，該系統(tǒng)包括dsp主控制模塊及分別與dsp主控制模塊連接的輸入保護模塊1、溫度檢測與保護模塊2、功率開關管過流保護模塊3、電壓電流采樣模塊4、斷路器驅動模塊5、觸摸顯示模塊6及通信模塊7。

其中，所述觸摸顯示模塊與dsp主控制模塊相連，用于顯示dsp傳輸來的參數(shù)數(shù)字量；

在本發(fā)明的具體實施中，所述顯示dsp傳輸來的參數(shù)數(shù)字量包括但不限于：電壓電流采樣模塊采集的輸入電壓和電流、直流母線電壓、輸出電壓和電流、溫度檢測與保護模塊的多路溫度數(shù)據(jù)和系統(tǒng)時間，并且所述觸摸顯示模塊還帶有觸屏輸入功能，用于對保護參數(shù)進行設置，包括輸入側電壓電流限值、功率開關管過流限值、輸出電壓電流限值、多路溫度檢測與保護的溫度限值。

其中，所述通訊模塊與dsp主控制模塊通信數(shù)據(jù)端相連，通訊模塊用于建立本系統(tǒng)與遠程監(jiān)控平臺之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，實現(xiàn)本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳與遠程監(jiān)控平臺的控制指令下發(fā)；

在本發(fā)明的具體實施中，所述通訊模塊制有標準的rs485通信接口和提供modbus—rtu通信協(xié)議。

其中，所述斷路器驅動模塊連接在主電路的斷路器qf與dsp主控制模塊之間，接收dsp發(fā)送的斷路器qf開關信號并驅動斷路器qf產(chǎn)生相應的動作；

其中，所述電壓電流采樣模塊的采集端分別與主電路的ac/dc轉換模塊輸入端、直流母線及dc/dc模塊的輸出端連接，采集的數(shù)據(jù)包括充電機的輸入交流電壓和電流、直流母線電壓及充電機的輸出電壓和電流，該模塊的數(shù)據(jù)端與dsp主控制模塊連接，將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)絛sp主控制模塊；

在本發(fā)明的具體實施中，如圖2和3所示，所述電壓電流采樣模塊分別為電流采樣電路和電壓采樣電路結構，被測電壓和電流分別采用霍爾電壓和電流傳感器隔離轉換后經(jīng)采樣電阻采樣，得到弱電電壓，后經(jīng)電壓跟隨器進入dsp主控制模塊的adc引腳。電壓電流采樣模塊具有良好的擴展性，可以根據(jù)充電機的需求增加或減少所需采集的電氣量。

在本發(fā)明的具體實施中，所述電壓電流采樣模塊采集充電機的輸出電壓和電流后將采集數(shù)據(jù)傳送至dsp主控制模塊，在dsp主控制模塊中進一步設置有輸出保護模塊，在輸出保護模塊中設置有電壓和電流的限值，輸出保護模塊將采集輸出的電壓，電流值與內(nèi)置的限值進行比較，如超出限值則產(chǎn)生dsp軟件中斷，dsp主控制模塊轉至輸出過壓過流故障中斷處理程序，斷開充電機主電路斷路器。

其中，所述功率開關管過流保護模塊連接在充電機主電路的功率開關管dc/dc驅動模塊與dsp主控制模塊之間，當功率開關管過流保護模塊產(chǎn)生過流信號時，基于fpga的硬件保護電路將產(chǎn)生關斷信號送至充電機主電路功率開關管dc/dc驅動模塊，實現(xiàn)快速關斷功率開關管的功能，同時，功率開關管過流保護模塊將發(fā)出功率開關管的過流故障中斷信號至dsp主控制模塊，dsp主控制模塊轉至相應的過流保護處理程序，確認排除故障后復位過流保護電路；

在本發(fā)明的具體實施中，過流信號產(chǎn)生電路如圖4所示，功率開關管過流保護模塊的保護控制系統(tǒng)運行時，dsp主控制模塊調取過流信號限值，經(jīng)d/a轉化后與功率開關管上流過電流的采樣值vin進行比較，當vin大于過流限值參考電壓vref時，將產(chǎn)生過流信號

其中，所述溫度檢測與保護模塊采用基于msp430微處理器的多路測溫控制電路，如圖5所示，該模塊中匹配有多路鉑熱電阻傳感器及相應的電信號轉換電路、多路開關芯片、低通濾波電路、同相放大電路、電壓跟隨器、a/d轉換芯片和msp430主處理芯片；msp430定時采樣各路溫度信號值，將其與多路溫度預設限值相比較，若超出限制值，msp430處理器將向dsp主控制模塊發(fā)出溫度故障中斷信號，dsp主控制模塊轉至相應中斷程序處理溫度過高故障，斷開充電機主電路的斷路器qf，等待排除故障后復位溫度檢測與保護模塊。

在本發(fā)明的具體實施中，所述dsp主控制模塊除進行輸入保護、功率開關管過流保護、溫度檢測與保護、輸出保護之外，模塊中還集成有充電機主電路斷路器強制關斷電路，可以人為通過按鈕和硬件電路可靠關斷充電機斷路器，實現(xiàn)緊急關斷保護的功能。