分享基于CAN总线的车载智能电源管理系统的制作方法

将乐信息网 http://www.jianglexinxi.cn 2020-10-19 02:43 出处:网络
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本发明涉及电源控制技术领域,特别涉及一种车载智能电源管理系统,适用于应用can总线技术的汽车。



背景技术:

近年来,随着车辆的应用领域不断扩展,特别是各类特种车辆例如救护车、消防车、警车、工程救险车、军事监理车等的广泛使用以及对车辆功能要求的逐步提升,车辆内的电气设备也越来越多并由最初的单一设备逐渐到多种设备集成,在提升功能性及乘坐舒适性的同时,也大幅增加了用电功率的要求,给车载电源管理也提出了更高的要求。

传统的车辆的配电方式基于继电器、接触器、空气开关和保险丝,大多是手动开关控制总路,多数电源无法控制到特定输出接口,无法获得电源系统的详细工作状态,负载管理尤其困难,因而设计一种智能高效的电源管理系统成为发展的需要。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术中传统车辆电源管理智能化程度不够,管理不便的问题,提供一种基于can总线的车载智能电源管理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于can总线的车载智能电源管理系统,包括智能车载管理电源、智能直流分配盒、智能逆变器和电池盒;智能车载电源与智能直流分配盒、智能逆变器和电池盒通过can通信总线连接;智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口与被供电设备的输入接口相连接;智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口的传感器构成监视网络的末端节点;智能车载电源对系统内各节点采集到的数据进行融合处理和存储,并由以太网通信接口上报至设备管理构件将被供电设备的工作状态采样数据显示在控制终端计算机上;智能车载电源用于提供车载设备所需的直流电,对电池盒内的电池组进行充电管理,与控制终端计算机上的电源管理软件进行以太网通信;智能直流分配盒用于进行直流供电设备的电力分配;智能逆变器用于产生和分配设备所需的交流电;电池盒用于提供不间断直流供电。

进一步的,所述智能车载电源包括:ac/dc模块,与交流输入接口连接,用于输出直流电;dc/dc充电模块,与ac/dc模块的直流电输出接口以及电池盒的直流电输入接口连接,用于为电池组充电;线性稳压模块,与直流电输入设备连接,用于输出电压稳定的直流电并为电池组充电;交流选择模块,包含单片机并与固态继电器、直流接触器、交流缓启动、ac/dc模块、dc/dc模块和线性稳压模块相连接,用于完成整机的采样、控制和保护功能;显示模块,与交流选择模块之间采用can通信,用于完成车载电源输入、输出、故障状态指示以及电池电量指示;i/o扩展模块,与交流选择模块之间采用can通信,用于完成配电开关状态采集,配电输出状态指示,同时通过一路独立的can总线通信上报车载电源状态信息至设备管理构件。

优选的,所述交流输入接口包括:市电交流接口、外置发电机接口和硅整流发电机接口。

进一步的,所述智能直流分配盒包括:智能配电控制模块,与智能车载电源通过can2总线相连接,用于对相应的输出电压、电流进行监控,并提供输出过压、过流、过温等保护,并将采样信息及故障信息通过can1总线上传至智能配电控制模块;智能功率模块,与直流电输入接口经反接二极管连接并通过can1总线与智能功率模块间通信,通过can2总线与智能车载电源通信,用于对直流分配盒内部各模块综合处理并显示。

进一步的,所述智能逆变器包括:升压模块,与直流电输入接口连接并与逆变模块连接,用于将直流输入变换成高压直流电,高压直流电再经过逆变模块变换成稳定的交流电,交流电经过滤波净化处理后,输出给交流用电设备使用;dsp控制模块,dsp控制模块与升压模块间进行双向通信连接,用于完成直流接触器控制、升压模块开关机控制和逆变模块开关机控制,完成对直流输入电压、交流输出电压、交流输出电流和整机温度的采样,并对采样结果做相应处理以完成相应的保护功能;显示模块,与dsp控制模块之间采用can通信连接,用于完成逆变电源的直流输入、交流输出以及故障状态指示。

进一步的,所述升压模块包括:升压斩波电路,升压斩波电路上连接有与直流输入滤波器相连接的输入端和与逆变电路相连接的输出端,所述升压斩波电路由充电电路、滤波电抗器、斩波电流互感器、并联二极管组、二极管保护电容、吸收电路、并联mosfet管组和并联电容组构成,所述充电电路的一端与直流电输入接口第一输入端连接,另一端与滤波电抗器和直流电输入接口第二输入端分别连接,用于为升压斩波电路充电;所述滤波电抗器的一端与充电电路连接,另一端与斩波电流互感器和并联二极管组分别连接,用于调节通过电压;所述斩波电流互感器的一端与滤波电抗器连接,另一端与吸收电路和并联mosfet管组分别连接,用于检测流经并联mosfet管组的电流大小;所述并联二极管组的一端与滤波电抗器、斩波电流互感器、二极管保护电容分别连接,另一端与第一输出端连接,用于防止反向电流;所述二极管保护电容的一端与并联二极管组连接,另一端与第一输出端连接,用于保护并联二极管组,在并联二极管组导通和反向截止时起缓冲作用,防止尖峰电压击穿;所述吸收电路与并联mosfet管组并联,一端与斩波电流互感器连接,另一端与第二输出端连接,用于保护并联mosfet管组在开通和关断时不被击穿;所述并联mosfet管组与吸收电路并联,一端与斩波电流互感器连接,另一端与第二输出端连接,用于控制导通和截止;所述并联电容组的一端与第一输出端连接,另一端与第二输出端连接,用于充电。

进一步的,所述充电电路由与第一电阻并联的空气开关及与二者串联的支撑电容器构成。

优选的,所述空气开关由并联的直流接触器与第一二极管构成。

优选的,所述支撑电容器由并联的第一电容和第二电容构成。

进一步的,所述并联二极管组由两组并联的二极管构成。

进一步的,所述吸收电路由并联的电容和二极管构成。

进一步的,所述并联mosfet管组由并联的第一mosfet管和第二mosfet管构成。

优选的,所述第一mosfet管和第二mosfet管的栅极g与串联的电阻和二极管连接,并通过电阻与源极s连接。

进一步的,所述并联电容组由并联的两个电容构成。

本发明的有益效果是:以智能车载电源、智能直流分配盒和智能逆变器为核心,利用can总线通信实现了对车辆电源状态信息的监视和控制。智能车载电源与智能直流分配盒、智能逆变器和电池组通过can通信总线连接。智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口的传感器构成监视网络的各个末端节点,智能车载电源对系统内各节点采集到的数据进行融合处理和存储,并统一由以太网接口上报至电源管理软件。系统内所有电源输出接口的工作状态采样数据可实时显示在控制终端计算机上。提高了车载设备电源状态监控、管理的易操作性和可靠性,不但对车载设备提供了必需的供电保障,同时也为汽车的状态监测、故障诊断、综合保障提供充足的信息资源。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的车载智能电源管理系统总体结构示意图;

图2是本发明智能直流分配盒原理框图;

图3是本发明智能逆变器原理框图;

图4是本发明智能逆变器升压模块中的升压斩波电路图。

图中:100、充电电路,101、吸收电路。

具体实施方式

现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明一种基于can总线的车载智能电源管理系统,其系统总体结构如图1所示。该系统包括一台智能车载管理电源、三台智能直流分配盒、一台智能逆变器和一台电池盒,能将交流输入、硅整流发电机输入和电池盒内的电池组输入供电变换成设备所需要的电源输出形式。

基于can总线的车载智能电源管理系统内部各部件的连接关系为,智能车载电源与智能直流分配盒、智能逆变器和电池盒通过can通信总线连接;智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口与被供电设备的输入接口相连接;智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口的传感器构成监视网络的末端节点;智能车载电源对系统内各节点采集到的数据进行融合处理和存储,并由以太网通信接口上报至设备管理构件将被供电设备的工作状态采样数据显示在控制终端计算机上。

基于can总线的车载智能电源管理系统内部各部件的功能说明如下:

智能车载电源用于提供车载设备所需的dc24v直流电,对电池盒内的电池组进行充电管理,与控制终端计算机上的电源管理软件进行以太网通信。

智能直流分配盒用于进行dc24v直流供电设备的电力分配。

智能逆变器用于产生和分配设备所需的ac220v交流电。

电池盒用于提供不间断直流供电。

基于can总线的车载智能电源管理系统具备不少于三路电源输入接口:交流输入时,额定值为220v/50hz,允许范围为176v~264v,频率为50hz±3.5hz;硅整流发电机输入时,额定电压为28v,允许范围为24.5v~31.5v;电池盒内电池组输入时,额定电压为24v,锂离子蓄电池组允许范围为21.0v~29.4v。

基于can总线的车载智能电源管理系统具备不少于50路dc24v直流电源输出接口:交流输入时,输出电压为dc25.5v±0.5v,源效应不大于2%,负载效应不大于3%,输出纹波有效值不大于20mv;硅整流发电机输入和电池盒内电池组输入时,输出电压不大于dc25.2v±0.5v,输出纹波有效值不大于20mv。交流输入时,车载电源功率因数不小于0.93。

基于can总线的车载智能电源管理系统中的智能车载电源包括:ac/dc模块、dc/dc充电模块、线性稳压模块、交流选择模块、显示模块、i/o扩展模块以及辅助电源模块、以太网转换器、交流滤波器、断路器、电连接器。

智能车载电源电力输入由交流市电、外置发电机和硅整流发电机和锂电池组提供。

智能车载电源各模块间的连接关系及功能为:ac/dc模块,与交流输入接口连接,用于输出dc25.5v直流电;dc/dc充电模块,与ac/dc模块的直流电输出接口以及电池盒的直流电输入接口连接,用于为电池组充电;线性稳压模块,与直流电输入设备连接,用于输出不高于dc25.2v的直流电并为电池组充电;交流选择模块,包含单片机并与固态继电器、直流接触器、交流缓启动、ac/dc模块、dc/dc模块和线性稳压模块相连接,用于完成整机的采样、控制和保护功能;显示模块,与交流选择模块之间采用can通信,用于完成车载电源输入、输出、故障状态指示以及电池电量指示;i/o扩展模块,与交流选择模块之间采用can通信,用于完成配电开关状态采集,配电输出状态指示,同时通过一路独立的can总线通信上报车载电源状态信息至设备管理构件。

智能直流分配盒的原理框图如图2所示,智能直流分配盒内部模块主要包括:智能配电控制模块、智能功率模块、电连接器、反接二极管。智能直流分配盒将输入的直流电,通过相应功率的智能功率模块分配给直流用电设备使用,通过can总线接收配电控制信号,完成直流设备的控制和状态显示功能,并设有配电输出短路和过流保护功能。

智能直流分配盒各模块间的连接关系及功能为:智能配电控制模块,与智能车载电源通过can2总线相连接,用于对相应的输出电压、电流进行监控,并提供输出过压、过流、过温等保护,并将采样信息及故障信息通过can1总线上传至智能配电控制模块;智能功率模块,与直流电输入接口经反接二极管连接并通过can1总线与智能功率模块间通信,通过can2总线与智能车载电源通信,用于对直流分配盒内部各模块综合处理并显示。

智能逆变器的原理框图如图3所示,智能逆变器内部的模块主要包括:升压模块、dsp控制模块、逆变模块、显示模块、直流接触器、交、直流滤波器、电连接器。逆变电源将输入的dc24v直流电经滤波净化处理,经隔离升压组件变换成高压直流电,最后经逆变组件变换为符合要求的ac220v交流输出给交流用电设备使用。

智能逆变器各模块间的连接关系及功能为:升压模块,与直流电输入接口连接并与逆变模块连接,用于将直流输入变换成高压直流电,高压直流电再经过逆变模块变换成稳定的交流电,交流电经过滤波净化处理后,输出给交流用电设备使用;dsp控制模块,dsp控制模块与升压模块间进行双向通信连接,用于完成直流接触器控制、升压模块开关机控制和逆变模块开关机控制,完成对直流输入电压、交流输出电压、交流输出电流和整机温度的采样,并对采样结果做相应处理以完成相应的保护功能;显示模块,与dsp控制模块之间采用can通信连接,用于完成逆变电源的直流输入、交流输出以及故障状态指示。

本实施例中,智能逆变器中的升压模块包括:升压斩波电路,升压斩波电路上连接有与直流输入滤波器相连接的输入端和与逆变电路相连接的输出端,所述升压斩波电路由充电电路100、滤波电抗器l1、斩波电流互感器u1、并联二极管组、二极管保护电容c3、吸收电路101、并联mosfet管组和并联电容组构成,充电电路100的一端与24v直流电输入接口为正极的第一输入端j1连接,另一端与100μh/20a的滤波电抗器l1和24v直流电输入接口为负极的第二输入端j2分别连接,用于为升压斩波电路充电,充电电路100由与100ω/40w的第一电阻r1并联的空气开关及与二者串联的支撑电容器构成,空气开关由并联的型号为3tf300的直流接触器km1与型号为1n4007的第一二极管d1构成,支撑电容器由并联的10μf/250v的第一电容c1和2.2mf/200v的第二电容c2构成,闭合空气开关后控制直流接触器km1断开,直流电压通过第一电阻r1为支撑电容充电,充电完成后闭合直流接触器km1,逆变器开始工作;

滤波电抗器l1的一端与充电电路100连接,另一端与变化比为100/1a的斩波电流互感器u1和并联二极管组分别连接,用于调节通过电压;

斩波电流互感器u1的一端与滤波电抗器l1连接,另一端与吸收电路101和并联mosfet管组分别连接,用于检测流经并联mosfet管组的电流大小;

并联二极管组由两组并联的二极管构成,其中一组二极管组由相互并联的60a/300v的第二二极管d2及60a/300v的第二二极管d2’构成,另一组二极管组由相互并联的60a/300v的第三二极管d3及60a/300v的第三二极管d3’构成,两组二极管组之间并联。所述并联二极管组的一端与滤波电抗器l1、斩波电流互感器u1、二极管保护电容c3分别连接,另一端与140v直流电第一输出端p1连接,用于防止反向电流。

二极管保护电容c3的参数为2*2.2nf,其一端与并联二极管组连接,另一端与140v直流电第一输出端p1连接,用于保护并联二极管组,在并联二极管组导通和反向截止时起缓冲作用,防止尖峰电压击穿。

吸收电路101由并联的电容c0和二极管d0构成,c0的参数为2*2.2nf,吸收电路101与并联mosfet管组并联,一端与斩波电流互感器u1连接,另一端与140v直流电第二输出端p2连接,用于保护并联mosfet管组在开通和关断时不被击穿。

并联mosfet管组由并联的参数为250v/55a的第一mosfet管m1和参数为250v/55a的第二mosfet管m2构成,并联mosfet管组与吸收电路101并联,其一端与斩波电流互感器u1连接,另一端与140v直流电第二输出端p2连接,用于控制导通和截止。第一mosfet管m1的栅极g与串联的5ω的第四电阻r4、10ω的第五电阻r5和第四二极管d4连接,并通过1kω的第六电阻r6与其源极s连接;第二mosfet管m2的栅极g与串联的5ω的第七电阻r7、10ω的第八电阻r8和第五二极管d5连接,并通过1kω的第九电阻r9与源极s连接。

并联电容组由三个并联的电容构成,分别是10μf的第四电容c4、10μf的第五电容c5和10μf的第六电容c6,并联电容组的一端与140v直流电第一输出端p1连接,另一端与140v直流电第二输出端p2连接,用于充电。

本发明以智能车载电源、智能直流分配盒和智能逆变器为核心,利用can总线通信实现了对车辆电源状态信息的监视和控制。智能车载电源与智能直流分配盒、智能逆变器和电池组通过can通信总线连接。智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口的传感器构成监视网络的各个末端节点,智能车载电源对系统内各节点采集到的数据进行融合处理和存储,并统一由以太网接口上报至电源管理软件。系统内所有电源输出接口的工作状态采样数据可实时显示在控制终端计算机上。提高了车载设备电源状态监控、管理的易操作性和可靠性,不但对车载设备提供了必需的供电保障,同时也为汽车的状态监测、故障诊断、综合保障提供充足的信息资源。

以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。


技术特征:

1.一种基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于:包括智能车载管理电源、智能直流分配盒、智能逆变器和电池盒;智能车载电源与智能直流分配盒、智能逆变器和电池盒通过can通信总线连接;智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口与被供电设备的输入接口相连接;智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口的传感器构成监视网络的末端节点;智能车载电源对系统内各节点采集到的数据进行融合处理和存储,并由以太网通信接口上报至设备管理构件将被供电设备的工作状态采样数据显示在控制终端计算机上;

智能车载电源用于提供车载设备所需的直流电,对电池盒内的电池组进行充电管理,与控制终端计算机上的电源管理软件进行以太网通信;

智能直流分配盒用于进行直流供电设备的电力分配;

智能逆变器用于产生和分配设备所需的交流电;电池盒用于提供不间断直流供电。

2.如权利要求1所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述智能车载电源包括:

ac/dc模块,与交流输入接口连接,用于输出直流电;

dc/dc充电模块,与ac/dc模块的直流电输出接口以及电池盒的直流电输入接口连接,用于为电池组充电;

线性稳压模块,与直流电输入设备连接,用于输出电压稳定的直流电并为电池组充电;

交流选择模块,包含单片机并与固态继电器、直流接触器、交流缓启动、ac/dc模块、dc/dc模块和线性稳压模块相连接,用于完成整机的采样、控制和保护功能;

显示模块,与交流选择模块之间采用can通信,用于完成车载电源输入、输出、故障状态指示以及电池电量指示;

i/o扩展模块,与交流选择模块之间采用can通信,用于完成配电开关状态采集,配电输出状态指示,同时通过一路独立的can总线通信上报车载电源状态信息至设备管理构件。

3.如权利要求2所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述交流输入接口包括:市电交流接口、外置发电机接口和硅整流发电机接口。

4.如权利要求1所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述智能直流分配盒包括:

智能配电控制模块,与智能车载电源通过can2总线相连接,用于对相应的输出电压、电流进行监控,并提供输出过压、过流、过温等保护,并将采样信息及故障信息通过can1总线上传至智能配电控制模块;

智能功率模块,与直流电输入接口经反接二极管连接并通过can1总线与智能功率模块间通信,通过can2总线与智能车载电源通信,用于对直流分配盒内部各模块综合处理并显示。

5.如权利要求1所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述智能逆变器包括:

升压模块,与直流电输入接口连接并与逆变模块连接,用于将直流输入变换成高压直流电,高压直流电再经过逆变模块变换成稳定的交流电,交流电经过滤波净化处理后,输出给交流用电设备使用;

dsp控制模块,dsp控制模块与升压模块间进行双向通信连接,用于完成直流接触器控制、升压模块开关机控制和逆变模块开关机控制,完成对直流输入电压、交流输出电压、交流输出电流和整机温度的采样,并对采样结果做相应处理以完成相应的保护功能;

显示模块,与dsp控制模块之间采用can通信连接,用于完成逆变电源的直流输入、交流输出以及故障状态指示。

6.如权利要求5所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述升压模块包括:升压斩波电路,升压斩波电路上连接有与直流输入滤波器相连接的输入端和与逆变电路相连接的输出端,所述升压斩波电路由充电电路、滤波电抗器、斩波电流互感器、并联二极管组、二极管保护电容、吸收电路、并联mosfet管组和并联电容组构成,所述充电电路的一端与直流电输入接口第一输入端连接,另一端与滤波电抗器和直流电输入接口第二输入端分别连接,用于为升压斩波电路充电;所述滤波电抗器的一端与充电电路连接,另一端与斩波电流互感器和并联二极管组分别连接,用于调节通过电压;所述斩波电流互感器的一端与滤波电抗器连接,另一端与吸收电路和并联mosfet管组分别连接,用于检测流经并联mosfet管组的电流大小;所述并联二极管组的一端与滤波电抗器、斩波电流互感器、二极管保护电容分别连接,另一端与第一输出端连接,用于防止反向电流;所述二极管保护电容的一端与并联二极管组连接,另一端与第一输出端连接,用于保护并联二极管组,在并联二极管组导通和反向截止时起缓冲作用,防止尖峰电压击穿;所述吸收电路与并联mosfet管组并联,一端与斩波电流互感器连接,另一端与第二输出端连接,用于保护并联mosfet管组在开通和关断时不被击穿;所述并联mosfet管组与吸收电路并联,一端与斩波电流互感器连接,另一端与第二输出端连接,用于控制导通和截止;所述并联电容组的一端与第一输出端连接,另一端与第二输出端连接,用于充电。

7.如权利要求6所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述充电电路由与第一电阻并联的空气开关及与二者串联的支撑电容器构成。

8.如权利要求7所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述空气开关由并联的直流接触器与第一二极管构成。

9.如权利要求7所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述支撑电容器由并联的第一电容和第二电容构成。

10.如权利要求6所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述并联二极管组由两组并联的二极管构成。

11.如权利要求6所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述吸收电路由并联的电容和二极管构成。

12.如权利要求6所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述并联mosfet管组由并联的第一mosfet管和第二mosfet管构成。

13.如权利要求12所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述第一mosfet管和第二mosfet管的栅极g与串联的电阻和二极管连接,并通过电阻与源极s连接。

14.如权利要求6所述的基于can总线的车载智能电源管理系统,其特征在于,所述并联电容组由并联的两个电容构成。

技术总结
本发明涉及一种基于CAN总线的车载智能电源管理系统,以智能车载电源、智能直流分配盒和智能逆变器为核心,利用CAN总线通信实现了对车辆电源状态信息的监视和控制。智能车载电源与智能直流分配盒、智能逆变器和电池组通过CAN通信总线连接。智能直流分配盒和智能逆变器各输出接口的传感器构成监视网络的各个末端节点,智能车载电源对系统内各节点采集到的数据进行融合处理和存储,并统一由以太网接口上报至电源管理软件。系统内所有电源输出接口的工作状态采样数据可实时显示在控制终端计算机上。提高了车载设备电源状态监控、管理的易操作性和可靠性,对车载设备提供了必需供电保障,也为汽车的状态监测、故障诊断、综合保障提供充足的信息资源。

技术研发人员:章丽红
受保护的技术使用者:常州工业职业技术学院
技术研发日:2020.03.26
技术公布日:2020.06.26

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