电动汽车充电桩防电池反接电路设计

袁向凯 李桃柱 寇亚超

摘 要：随着大家的环保意识越来越强以及国家政策对新能源汽车的大力支持下，充电桩也越来越多的步入人们的视野。本文介绍了一种直流智能快速充电桩的防电池反接技术，实现了防止当误操作或者非国标车辆接口接入充电桩时导致电池反接而引起的危险情况的发生，改善了充电系统的稳定性，提高了人身及车辆的安全性。

关键词：单片机；隔离；运算放大器；防反接；安全

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。

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，以免电池电压异常時损坏采样电路。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.

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：

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。

参考文献：

[1]康华光.电子技术基础模拟部分，高等教育出版社，2008.

[2]AVAGO公司，线性光电隔离器HCNR201数据手册.