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火辣西米秀

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2025-03-07
发表了主题帖：扫地机器人电池技术的革新与趋势

本帖最后由火辣西米秀于 2025-3-7 08:29 编辑随着科技的不断进步和智能化生活的普及，扫地机器人作为智能家居的重要组成部分，已经深入千家万户，成为现代家庭清洁的得力助手。然而，扫地机器人的续航能力一直是制约其性能提升的关键因素之一。本文将深入探讨扫地机器人电池技术的革新与未来发展趋势，为读者呈现一个更加智能、高效、环保的扫地机器人新时代。电池技术的革新目前，扫地机器人主要采用的电池技术包括镍氢电池（Ni-MH）、锂电池以及锂聚合物电池（Li-Po）等。这些电池技术各有优缺点，但总体上存在着能量密度低、体积大、重量重、寿命短等问题。这些问题不仅限制了扫地机器人的续航能力，也影响了其工作效率和用户体验。利聚合物电池（Li-Po）近年来，锂聚合物电池以其高能量密度、轻薄、安全、耐高温等优点，逐渐成为扫地机器人电池技术的新宠。锂聚合物电池具有更高的能量密度，可以在相同体积和重量下提供更长的续航时间。同时，锂聚合物电池还具有更好的安全性和稳定性，可以有效避免因过充、过放等问题导致的电池损坏和安全隐患。固体电池的探索固态电池是近年来备受关注的一种新型电池技术。与传统液态电解质电池相比，固态电池采用固态电解质替代了液态电解质，从而提高了电池的安全性和稳定性。此外，固态电池还具有更高的能量密度和更长的寿命，可以为扫地机器人提供更加持久和稳定的动力支持。虽然固态电池目前还处于研发阶段，但其潜力巨大，未来有望成为扫地机器人电池技术的重要发展方向。无线充电技术的应用无线充电技术的出现为扫地机器人电池技术带来了革命性的变革。传统的有线充电方式需要用户手动连接电源和扫地机器人，不仅操作繁琐，而且容易损坏充电接口。而无线充电技术则可以实现无需线缆连接的自动充电，大大提高了充电的便捷性和安全性。同时，无线充电技术还可以实现扫地机器人在工作过程中的随时充电，从而有效延长了扫地机器人的续航时间。随着无线充电技术的不断完善和普及，未来扫地机器人将实现更加智能化、自动化的充电方式。电池技术发展趋势能量密度持续提升未来扫地机器人电池技术的发展将重点关注能量密度的提升。通过采用新型材料、优化电池结构等手段，不断提高电池的能量密度，从而在保持体积和重量的前提下提供更长的续航时间。这将使扫地机器人能够覆盖更大的清扫面积、应对更复杂的清扫任务，为用户带来更加便捷和高效的清洁体验。安全性与稳定性增强随着用户对扫地机器人安全性的要求不断提高，电池技术的安全性和稳定性将成为未来发展的重要方向。通过采用固态电解质、热管理技术等手段，提高电池的安全性和稳定性，避免因过充、过放、短路等问题导致的电池损坏和安全隐患。同时，还需要加强电池管理系统的研发和应用，实现对电池状态的实时监控和智能管理，确保扫地机器人在各种工作环境下都能安全稳定运行。智能化与自动化的推进随着人工智能技术的不断发展，未来扫地机器人将实现更加智能化和自动化的清洁功能。通过集成先进的传感器、算法和控制系统，使扫地机器人能够自动识别环境、规划清扫路径、避开障碍物等，实现真正意义上的智能清洁。同时，无线充电技术的广泛应用也将使扫地机器人在充电过程中实现更加智能化和自动化的管理，提高充电效率和便捷性。环保与可持续性的追求随着环保意识的不断提高，未来扫地机器人电池技术的发展也将更加注重环保和可持续性。通过采用环保材料、优化生产工艺等手段，降低电池生产过程中的环境污染和资源消耗。同时，还需要加强对废旧电池的回收和利用工作，实现资源的循环利用和环境的可持续发展。扫地机器人电池技术的革新与发展是推动扫地机器人性能提升和用户体验改善的关键因素之一。未来随着科技的不断进步和智能化生活的普及，我们有理由相信扫地机器人将在电池技术方面实现更大的突破和创新。让我们共同期待一个更加智能、高效、环保的扫地机器人新时代的到来！
2025-03-06
发表了主题帖：人形机器人电池的进化论

本帖最后由火辣西米秀于 2025-3-6 08:45 编辑电池是人形机器人的“生命线”。但目前，电池续航和电机功率密度两大难题正阻碍人形机器人产业化落地。此前特斯拉曾展现用人形机器人组装电池的场景，其实特斯拉人形机器人电池Pack系统采用的就是2个圆柱电芯成组，这个在名称为《Vertical energy storage device enclosure and systems thereof for a robot》的特斯拉专利库能够找到，特斯拉称该电池Pack系统能量2.3KWh，电压52V，采用63个电芯，在计算机系统和电池Pack系统的下方都是散热翅片，在两个散热翅片中间有一个共用的风道，采用风扇主动抽风的方式，对计算机系统和电池Pack系统同时进行抽风降温。有机构猜测，该电池组是将容量较高的松下21700电芯进行串联，或者是定制类方案。这也使得特斯拉在能源方面的布局受到人们的广泛关注。2月11日，特斯拉上海储能超级工厂建设项目在上海自贸区临港新片区正式投产。这是特斯拉在美国本土以外的首个储能超级工厂项目，其生产的商用储能电池将供应全球市场。据介绍，工厂初期规划年产商用储能电池1万台，预计将在2025年第一季度实现量产。特斯拉自2015年起开设储能业务，目前已开发出针对个人家庭用户、商业用户、公共事业用户的多款产品。在2023年3月特斯拉召开的投资者日活动上，特斯拉公司首席执行官马斯克重申了“宏图计划”——推动家用、商用、工业、交通都转向可持续能源，储能产品则是可持续能源商用的底部支撑。此前，马斯克称将在2026年将人形机器人产量提升至5万-10万台，2027年增至100万台，如果基于每台人形机器人平均配备2kWh电池容量的基础测算，那么到2027年，特斯拉人形机器人的锂电池需求有望突破5GWh。因此，业界猜测，除了新能源汽车，新工厂生产的储能电池，将有一部分能够应用于人形机器人产品。 ▍人形机器人电池的瓶颈目前，业界人形机器人通常使用由圆柱形锂离子电池组成的电池组，安装在机器人的躯干内为机器人提供续航。从系统架构来看，当前人形机器人用锂电池普遍采用48—58V系统电压，以13-16串3-9并的电池组结构为主。但是受限于人形机器人的整体布局，电池体积受限，大多数人形机器人的使用续航仅局限在3—6小时，部分产品甚至更低。而且当锂电池过充时，过量嵌入的锂离子可能会永久固定于晶格中，导致电池循环寿命变短。这类传统电池无疑局限了人形机器人的生产力，因为在搬运物品和移动的高频作业过程中，每执行一次动作，都要进行放电，这就要求电池具备2—3C以上的放电倍率，以支撑频繁的动作需求。而且在工业化的应用中，这种放电行为是高频且持续发生的，所以电池不可能持续运行，热管理对人形机器人来说也是一个重点课题。《机器人报告》的编辑史蒂夫·克劳指出：“大多数人形机器人运行时间仅有差不多一个半小时，然而，充电时间则需要长达一个小时。这迫使工厂或仓库必须为每项任务配备两台或更多机器人轮换使用。这是企业在实际运营中采用人形机器人的最大障碍。他们必须找到延长电池续航时间的解决方案。” 例如美国位于俄勒冈州的Agility Robotics公司研发的Digit双足人形机器人，能够搬运约30磅重的物品，但每次充满电后的工作时间仍只有一个半到两个小时，而充电则需要50分钟到一小时。工程团队一直在努力提升Digit机器人的电池续航能力，他们在机器人躯干中尽可能多地装入圆柱形电池，包括采用石墨阳极的镍锰钴电池，这种电池是当前锂离子电池中能量密度最高的选择之一。 Agility Robotics的CTO普拉斯·维拉加普迪表示，他们现在的重点是提高机器人电池的充电速度，目标是形成充电10分钟、工作100分钟的循环。同时，Digit机器人还尝试加入类似特斯拉的动能回收系统，让人形机器人在搬运重物时，回收部分行走和手臂动作产生的能量，维拉加普迪解释道，“我们尝试在充电量和工作时间之间找到平衡，确保机器人能在工作周期内保持稳定的效率。” 国内也有类似企业推出了新的电池方案。例如【魔法原子】公司的人形机器人MagicBot，双臂搬运负重达到惊人的20公斤，续航达到5个小时，远超业内平均水平。又例如【广汽集团】推出的第三代具身智能人形机器人GoMate，有媒体报道称，该机器人得益于采用了全固态电池，GoMate的续航能力能达到6小时，而且大幅降低了能耗，相比同类产品节能达80%以上。还有例如软通动力旗下子公司【软通天擎】1月16日发布的天鹤C1，该机器人可持续运行4小时以上，其内部采用创明-安能可电池系统，配备全极耳准固态电芯，内阻精确控制低至3mΩ，在保证电池性能的基础上，有效减轻电池重量，搭配先进的电源管理算法，以及高达10000mAh的电池容量，组成一套国际领先的机器人能源解决方案，不仅能实时精准监控电池状态，还能够为机器人提供持久续航保障、安全可靠保障。当然，在能源系统迭代但不稳定的阶段，电池能源密度不够用数量来凑依然是可行的做法。例如具身智能公司【跨维智能】新发布的W1机器人能达到8小时续航，他们采取的就是轮式底盘，这种结构设计能将搭载锂电池的部位下移，20公斤重的电池放在底盘上，不仅能让机器人作业时重心整体下沉，提高了作业稳定性与安全性，还有效增加了作业续航。 ▍人形机器人能源概念企业动态不久前，摩根士丹利的一份报告指出，在机器人电池方面，宁德时代、亿纬锂能、LG新能源、三星SDI等公司已经有着进一步的创新，其实在中国，更多的企业已经在酝酿着电池技术与机器人融合的变革性技术。例如早在1月份，就有锂电上市公司透露了机器人客户。蔚蓝锂芯就提到宇树科技是其机器人/机器狗锂电池应用领域的客户。欣旺达也表示，公司的电池可以提供给机器人使用，对新兴市场机会始终保持密切关注。圣阳股份也提到，公司生产的圆柱锂电池适用于机器人领域。除了传统锂电池，在理论中，固态电池具备极高的能量密度，安全性和循环寿命等方面都将优于传统的液态锂电池，续航能力远超传统电池，而且体积更小，十分钟即可充满电，使用寿命长达 20 年。在极端气候条件下，固态电池依旧稳定放电，安全性高，这将使得固态电池在电动汽车、储能系统、可穿戴设备（AI 眼镜和 AI 耳机等）、人形机器人、高端消费电子及低空等都具有更广泛的应用前景。无论是半固态和硫化物全固态，目前的产业化进展仍处于中试或小批量生产阶段。当前该技术尚未实现大规模商业化落地应用，短期内其生产成本依然较高，也存在一些安全性问题，但有望在2025年左右呈现一定爆发性。在这个领域，中国企业也正处于领先阶段。例如长虹能源在碱性锌锰电池和锂电池领域均拥有国际领先的核心技术，公司掌握超高性能碱锰电池技术，10年保质期碱锰电池技术。2024年长虹电源研制了一款用于机器人领域的低温锂离子电池组，这款系统重量仅为10.55千克的低温锂离子电池组，系统能量密度可达250瓦时每千克，常温循环寿命可达1000次以上，在零下40摄氏度的低温下也可以实现15安放电，放电容量效率达90%以上。此外，该款低温锂离子电池组内置智能BMS管理装置，具备自身健康管理、寿命预测、故障预警等功能。由此可见，在人形机器人储能电池这个领域，照着特斯拉“抄作业”已经并非唯一解。
2025-03-04
发表了主题帖：移动机器人电源（锂电池自身）的控制逻辑

移动机器人的电源控制逻辑是其稳定运行的关键之一。在这将探讨移动机器人电源的控制逻辑，包括电源管理、充电策略和电源监控等方面。电源管理 1. 电源选择：移动机器人通常配备多种电源供应方式，如电池、外部电源适配器等。电源管理系统需要根据当前的电源状态和任务需求，自动选择最合适的电源。 2. 电源分配：移动机器人的不同部件可能需要不同的电源电压和电流。电源管理系统需要合理分配电源，以确保各个部件正常工作。 3. 休眠模式：为了延长电池寿命，电源管理系统可以在机器人不工作或低负载时，将其切换到休眠模式。充电策略 1. 充电控制：充电过程需要严格控制，以避免过充、过放和过热等问题。电源管理系统需要根据电池的状态和充电设备的能力，自动调整充电电流和电压。 2. 快速充电：为了提高机器人的工作效率，快速充电技术可以在短时间内为电池充满电。电源管理系统需要支持快速充电协议，并确保充电过程的安全性。 3. 均衡充电：在充电过程中，电池各单体之间可能存在电压不均衡的情况。均衡充电技术可以通过调整充电电流，使各单体的电压趋于一致，延长电池寿。电源监控 1. 电池状态监测：电源管理系统需要实时监测电池的剩余电量、电压、电流和温度等参数，以便及时调整充电策略和预测电池寿命。 2. 故障检测：电源管理系统需要检测电源系统的故障，如电池短路、过压、欠压等，并及时采取保护措施，确保机器人的安全。 3. 数据记录：电源管理系统可以记录电源相关的数据，如充电次数、充电时间、放电深度等，以便分析电池的健康状况和优化充电策略。总结：移动机器人电源的控制逻辑涉及多个方面，包括电源管理、充电策略和电源监控等。合理的电源控制逻辑可以提高机器人的工作效率、延长电池寿命，并确保机器人的安全运行。
2025-03-03
发表了主题帖：机器人电源管理系统

本帖最后由火辣西米秀于 2025-3-3 09:15 编辑变电站巡检机器人电源系统研究变电站运规要求运行人员进行日常巡检工作，每天或定期采集大量的运行数据。这种人工方式存在劳动强度大，容易使人产生厌烦，检测质量分散，主观因素多，巡检不到位难以监控，巡检结果数字化不便等缺陷，不符合智能电网的发展方向。为了解决这个问题，兼顾变电站的运行方式，变电站巡检机器人部分替代人工巡检已经成为一种趋势。变电站巡检机器人采用自主或遥控方式，通过红外热像仪对电气设备、设备连接处和电力线路进行温度检测：使用可见光摄像机对运行设备的外观异常和线路中悬挂的异物进行识别检测；通过分析拾音器采集回来的设备声音，确定设备的运行情况。巡检机器人后台系统对巡检数据进行对比和趋势分析，及时发现电网运行的事故隐患和故障先兆，如：异物、损伤、发热、漏油等。巡检机器人为提高变电站的数字化程度和全方位监控的自动化水平，确保设备安全可靠运行发挥了重要作用。电源系统是为巡检机器人提供动力的心脏部分，电源系统是否正常工作直接影响到机器人内部设备的稳定运行。巡检机器人要在变电站长期值守、完全自治，就必须配备一套自动化水平高、稳定性强的电源系统。本文提出一种状态监测全面，自动化程度较高，交互性好，实用性强，适用于巡检机器人长期自主运行的电源系统。该系统全面监测电压、电流、电量及温度，具有过放、过充、欠压等多重保护，实现机器人内部温度自动调节及电池自动充电，非易失性存储命令执行及异常发生时的状态，能够满足变电站巡检机器人的功能需求。本文详细论述了其功能结构及工作原理，并给出了部分电路原理图。 1.系统设计变电站巡检机器人电源系统功能结构如图1所示。电源系统以单片机为核心，通过外围接口和驱动控制等电路实现状态检测、电源输出及充电过程控制、信息交互等功能。通过串口通信实现与工控机命令执行及状态反馈的交互。通过检测芯片监测电压、电流、电量及温度等信息，实现机器人运行状态的实时监控。保护电池和电路安全，包括对电池过放、过充保护，过流、过压保护和电路短路、浪涌保护等。当检测到电池电压过低时，电源系统上传告警信息并自动切断电池供电，从而防止电池过放。当检测到电池充电电量超过预定饱和值时，电源系统自动停止电池充电，从而防止电池过充，综合运用各种措施保证电池使用安全，延长电池使用寿命。电源系统控制充电机构实现自动充电，通过驱动电路控制继电器组实现电池充电、供电切换和设备电源单独控制。为了便于后续检查机器人运行状态，分析机器人运行故障，以事项形式存储命令执行和异常发生时的电源状态。控制散热风扇和电加热板使机器人本体内部温度达到电池及设备工作的适宜温度⋯。电源模块根据设备电压等级及功率要求，转换分配为各支路电源输出。指示灯显示电源系统通信、电量及支路电源等状态。功能模块设计电池选型巡检机器人的移动属性决定其适合采用无缆化的电池供电。电池的选用通常需要考虑如下几个因素： (1)电压等级：决定了机器人内部设备的电压适用范围； (2)电池容量：决定了机器人的工作时间和续航能力； (3)尺寸和重量：在某种程度上决定了机器人本体的尺寸和重量。根据变电站巡检任务的工作量，设计变电站巡检机器人最高速度为1．5 m／s，连续工作时间最长为3 h。根据机器人内部设备电压及功耗，计算出机器人静态工作电流2A，动态工作电流4A，最大工作电流10A，考虑电池裕量及衰减，机器人内部空间有限及移动设备自重不宜过重等限制，本文选用额定电压25．2 V，容量50 Ah的三元锂电池组。三元聚合物锂电池能量密度大，重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40％～50％，镍氢的20％～30％。单体电压高，自放电小，每月在10％以下。没有记忆效应，循环寿命高，在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。工作温度范围宽至一20～60℃。循环性能优越，可快速充放电，充电效率高达100％，不含有诸如镉、铅、汞等有害金属物质，对环境无污染。电源状态监测电源状态监测是电源系统的基本功能。主要包括对电池组总电压、电流、电量及温度等基本信息的采集。通过监测电池组的实时状态，实现对电池组的有效控制，提高电池使用安全及效率，延长电池使用寿命。电压、电流、电量检测 DS2438是美信公司推出的单总线智能电池监测芯片，具有体积小、硬件接线简单等优点，便于对电池组运行状态进行监测⋯。本文应用DS2438检测电源状态的原理图如图2所示。DS2438的Vad为电压输入端，DQ为数据读写端。DS2438片内集成有10位A／D转换器，测量范围是0～10 V，分辨率为10 mv。经过采样电阻分压和仪表放大器AD620阻抗匹配后，DS2438可以检测机器人电池、充电器及外供电源的电压值[”。vsens+、vseIls一为DS2438的电流输入端。通过测量采样电阻R2的两端电压，并将测量的电压值送至DS2438的电流寄存器，间接测量电池的输出电流或充电电流。电池电流等于电流寄存器中的值／“096+Rsens)，Rsens为采样电阻的阻值。DS2438利用集成电流累加器(ICA，IIltegmted Current Accumulator)对电池剩余电量进行跟踪。IcA保存着流经电池的总电流，通过与初始电量对比后，就可以得到电池的剩余电量。IcA寄存器存储空间有限，跟踪大容量电池组的剩余电量不够用。可以使用外部非易失性存储器扩展存储空间，提高DS2438跟踪剩余电量的适用范围。温度检测自动充电实时时钟及事项存储为了便于后续检查机器人运行状态，分析机器人运行故障，以事项形式非易失性存储命令执行和异常发生时的电源状态。状态信息主要包括：精确到秒的时间标签、电源状态标志、告警标志、继电器状态、电池充放电电流、外部供电电流、电池启动电压、外部供电电压、电池电压、充电器电压、温度信息等。每条事项记录22个字节，除状态信息外，还包括帧同步、命令字、执行状态、记录总数、事项召唤的起始地址及召唤个数等。集成器件FM31256可以非易失性存储几百条历史事项，为分析问题、排除故障发挥重要作用。蹦31256应用原理图如图4所示。蹦31256采用PC接口，内部具有256kb的串行非易失性存储器n⋯，擦写次数无限次，功耗低。片内实时时钟以BCD(Binary-CodedDecilnal，二一十进制代码)格式提供时间和日期信息，可以通过外部电池或电容供电防止掉电丢失，还可以用软件校准模式提高时间记录器的精确性。另外，刚31256片内有早期电源失效报警模块，PFI引脚电压与1．2 v参考电压进行比较，当PFI输入电压低于该阈值时，PF0引脚输出低电平。PFI信号上升时，比较器有100 Inv(最大)的滞后以降低噪声灵敏度，PFI的下降沿没有滞后。PFo输出可以作为系统判断电池电压的重要依据之一。变电站巡检机器人部分替代人工巡检已经成为一种必然趋势。机器人长期无人化自动巡检，为电网安全稳定运行发挥了重要作用。本文提出了一种应用于变电站巡检机器人的电源系统，对机器人全面监测电压、电流、电量及温度，全面记录历史事项信息，具有过放、过充、欠压等多重保护，实现机器人内部温度自动调节及电池自动充电。该系统状态监测全面，自动化程度高，交互性好，实用性强，适用于巡视机器人长期自主运行。自主水下机器人电源管理系统主要介绍了自主水下机器人的能源系统的设计。通过对几种常见的电池进行分析,最后选择了锂离子电池作为系统的主要能源。提出了一种的电源管理系统设计方案,系统以单片机为核心,充分利用单片机的资源,结合外围的传感器对中设备的电压、电流和温度等信息进行全程监控,并可以通过相应电路对系统进行控制,在系统出现各种故障时可以及时查找并处理故障。 1.电源管理系统主要功能主要功能介绍电源管理系统是能源系统的重要部分,它负责对的能源进行实时的监控和管理。由于大多时刻都是由主电源供电,所以这里只讨论对主电源部分进行的管理。电源管理的主要功能是通过采集各个耗电模块节点的电压、电流、和电池及测试点温度等信息通过计算得出系统剩余工作时间的估计值和系统的工作状态,通过接口与负责决策处理的中央工控机进行通信,通过对每一路情况的分析,为中央控制系统提供决策,同时通过驱动电路控制继电器对每一路分别进行相应的供电控制。在出现问题时应急处理模块启动,对故障进行处理保障顺利返航。电源管理系统结构如图3一2所示。各部分模块功能介绍系统分为四大功能模块数据采集模块、开关控制模块、电量计算模块、应急处理模块。电源管理系统从监控节点采集模拟量输入如电压、电流、温度等,进行电量计算同时通过接口接收工控机的指令,对数据预处理,对开关量如继电器通断状态进行相应操作,在出现故障时调用应急处理模块。（1）数据采集模块数据采集模块负责对电源输出的电压、电流、电池组与工作仓内大功率器件周围的温度等模拟量进行采集和预处理,为系统状态分析提供依据。（2）开关控制模块开关控制模块通过驱动电路控制继电器的开关,从而对每一个耗电设备的电力供应进行管理,同时便于在某一设备出现短路等故障时,不影响其他设备的供电。（3）电量计算模块电量计算模块采用每秒平均电流值作为当前单位时间的电量进行累加。存储下来后,根据电池总电量、己消耗电量和当前工作电流,可以计算出系统所能工作的剩余时间,可为整个系统的运行提供参考。（4）应急处理模块应急处理模块在电池电量不足时,结合电池组电压情况,通知工控机并及时切换备用电源,根据工控机指令关闭相应设备减少电源消耗,同时做好上浮准备。在总电流过流时,系统将关闭所有通路,并进入异常处理模式。在异常处理模式中,电源模块结合各测试点电流、温度值,快速查找出相应的故障通道,检测出并关闭故障通道,并向上级工控机报告状态。 2.电源管理系统硬件设计本文控制器选择ATMEL公司生产8位单片机AT89C52。AT89C52是一个高性能、低电压的COMS 8位单片机,片内含8K bytes的可反复擦写1000次以上的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器,其采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容MCS一51指令系统,足够满足系统设计的要求。 AT89C52正5V供电,有40个引脚,32个外部双向输入输出端口,3个16位可编程定时计数器,同时含有2个外中断口,2个全双工串行通信口,共6个中断源。时钟频率0一24M,2个读写口线,3级加密位,低功耗空闲和掉电模式,可软件设置睡眠和唤醒功能。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的存储器可有效地降低开发成本。电源管理系统连接图如图3一3所示。这里P0口负责各通路开关量控制,输出高低电平通过驱动电路控制继电器;P1口负责电压、电流信号的采集,P2.0口负责温度信号的采集。同时扩展RS232接口进行与工控机的通信,方便接受上位机指令。电压监测电压信号的采集即是对模拟数据量的采集,这里采用T1公司生产的12位ADC芯片TLC2543进行转换。 TLC2543具有11路模拟输入通道、正常温度范围内10us的转换速度、片内系统时钟,采样精度达到12位,线性误差士1LSB Max,片内系统时钟,自动采样和保持,输出数据可以设置单极性、双极性,数据长度、MSB、LSB都可以通过编程设置,外部时钟最高可达4.1MHZ,能提供较高精度且多通道的数据采集功能。信号以串行方式输出,只需要单片机4个引脚就可以对11路通道进行采集。TLC2543的引脚定义如图3一4所示。 AIN0-AIN10:11通道模拟输入。 DATA INPUT:串行数据输入。4位的串行地址选择模拟输入通道或者测试下次将要被转换的电压。串行数据MSB优先,在前4个上升沿被锁存。在四个地址位之后读到地址锁存器里面,I/O时钟驱动剩余的位按顺序排列。 DATA OUT:3态刀转换结果输出端口。在CS为高时输出端处于高阻态,在CS低时使能输出。当CS有效时输出端口从高阻态变为前一次转换结果的MSB/LSB逻辑电平。下一个I/O时钟下降沿驱动输出端变为下一个MSB/LSB逻辑电平(移位),其他数据位按顺序移位输出。 CS:片选,下降沿复位内部计数器和控制器,并使能数据输入、输出和I/O时钟。上升沿在一个设置时间内关闭数据输入和I/O时钟。 I/OCLOCK:输入输出时钟。由于各电压监测节点部分电压各不相同,要转换成TLC2543输入端要求的0一5信号,这里采用分压法,将电压信号经过分压然后接入到TLC2543的模拟输入端。电阻分压器产生一个中间电压接海水地。如图3一5所示。AIN10实时对这个电压进行监测,如果没有漏电漏水这个中间分压器应是预期的电压。如果有故障,该电压一般会被拉高或低。如果出现故障则通知工控机调用紧急处理模块。如果需要,每个负载都可以拥有自己独立的接地故障检测电路。由单片机P1.0一P1.3控制电压检测部分的输入、输出。P1.0口输入方波时钟,P1.1口输入监测的通道和输出数据类型,P1.2读入刃转换器的电压输出,P1.3口输入选通使能。电流监测电流信号的采集也是对模拟数据量的采集,采用LEM公司的电流传感器LTSR25一NP测量实时电流信号。LTSR25一NP是基于霍尔效应的带补偿的闭环多量程电流传感器,采用单极性电压供电,紧凑设计适合PCB安装,具有优秀的精确度、良好的线性度、无插入损耗、最佳的响应时间和抗电流过载能力。额定工作电流为25A,最高可测量电流80A。LTSR25一NP内部结构如图3一6所示。25度下的测量精度可达到士0.2%,完全满足系统设计的要求。 LTSR25一NP输入端有三种推荐连接模式。如图3一7所示。第一种模式是平行连接。这样可以测量最大的原边电流。第二种模式测量额定电流士12A的电流。第三种模式测量额定电流士8A的电流。虽然减少测量范围,但在小电流测量时提高了三倍精度。可以满足不同电流场合的需求。将该电流传感器分布于动力系统的五个电机和DC/DC模块输入端,可把采集到的电流转为0一5V的电压信号输出,然后通过单片机的P1.4一P1.7口所连接的TLC2543转换成数字量,送至单片机。通过各个节点电流量的累加,同时可得到电池产生的瞬时总电流值。温度检测温度检测传感器采用DALLAS公司生产一线式数字温度传感器DS18B20。DS18B20最大特点是独特的电源和信号复合在一起,仅使用一条微控制器口线,即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测量温度范围为一55℃---+125℃,在一10---+85℃范围内,精度为士0.5℃。适用电压为3V一5V,9一12位分辨率可调,含有用户可定义的EEPORM,设定的报警温度存在非易失存储器中,掉电后依然可以保存,每个芯片唯一编码,支持联网寻址,简单的网络化的温度感知,零功耗等待。只含有三个引脚VDD为电源电压供电,引脚GND为电源地线,DQ为数据输入输出。各个节点温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。它既可寄生供电也可由外部5V电源供电。外部电源供电模式连接如图3一8所示。这样做的好处是I/O线上不需要加强上拉,而且总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平。在转换期间可以允许在单线总线上进行其他数据往来。可以在单线总线上可以挂任意多片DS18B20进行采集。在寄生供电情况下,当总线为高电平时, DS18B20从总线上获得能量并储存在内部电容上,当总线为低电平时,由电容向DS18B20供电。如图3一9所示。这里采用外部电源供电模式。这里将其用一根系统总线连接于单片机P2.0口。将其分布于电池组和其他大功率器件附近,实时的对整个AUV系统的温度进行监控,为电源管理系统分析系统故障提供依据。串口通信串行通信在工业控制中非常重要,其中作为标准输入输出接口之一的RS一232C标准,已广泛应用于微机之间的通信、工业控制系统的远程数据传送等方面,有着广泛的应用价值和较高的研究价值。数据传输速率在0一20kb/s范围自主水下机器人能源与动力系统设计内。由于RS一232C标准对逻辑电平的定义为逻辑“1”的电平信号电压范围一15V一3V,逻辑“0”的电平信号电压范围+3V--+15V,高低电平用相反的电压表示至少有6V的电压差,极大提高数据传输的可靠性。由于单片机采用TTL,电平标准,因此在于工控机上采用RS一232C标准的接口通信时,需要进行电平转换,相关技术己经很成熟这里就不详细介绍。采用专门的转换芯片MAX232C,具体电路图如图3一10所示。TXD、RXD分别与单片机第11和10引脚相连。 3.电源管理系统软件设计根据设计要求,电源管理系统的软件总流程图如图3一11所示。 AUV下水前,系统上电后首先进行系统的初始化,这时各个设备处于关闭的状态下,数据采集模块依次对各个节点的电压情况进行检查,然后对漏电流情况进行测量,如果出现异常超过设定的闭值,则调用异常处理子程序,找出故障点,启动蜂鸣器报警同时等待工控机决策。便于在AUV下水前及时发现潜在问题。如果整个AUV电源系统正常,则下水后通过中断接收工控机的指令,根据工控机要求开启相应的设备,关闭长时间不用的设备,满足AUV整体低功耗的要求。并对各个测试点的电压、电流、温度情况进行实时监测,出现异常调用异常处理子程序。 A/D转换子程序由于电压量电流量都需要TLC2543进行A/D,这里对A/D的子程序进行讨论。因为AT89C52不带SPI接口,需要软件模拟,12个时钟信号从I/OCLOCK端依次加入,同时控制字从DATA IN引脚按位在时钟信号的上升沿送入TLC2543,同时上一周期转换结果,从DATA OUT引脚按位输出。TLC2543收到通道号的第4个时钟信号后,开始对选定通道进行模拟量采样。在第12时钟下降沿对本次采样的模拟量进行转换,存储在寄存器中,待下一个工作周期输出。因此在程序第一次采样输出的数据是无效的,应当舍去。信号采集子程序如下: 为了提高测量的精度,减小测量误差,对各个测量值采用多次测量求取平均值的软件滤波方法。模拟量测量时,同一时间连续测量多次,对测量值取平均,获得最佳的测量结果,防止因为模拟量的波动使得系统出现误操作。电量计算对于电量的检测由前面的分析可以知道,库仑计数法是对流出电池的电流进行积分的。然后通过总电量减去已经消耗的电量进而求得剩余电量,具体公式如下所示 Qr为剩余电量,q1为电池标称电量,即在约定电流和温度下处于理想状态时的所能放出的电量,Qt为己经使用的电量。K为电量加权系数。这种方法对于刚刚充满电量的新电池而言是很有效。但随着电池老化和自放电这种方法就显得不那么有效了。我们无法对自放电速度测量,通常用一个预定义的自放电速度公式来对其进行校正。这种方法并不是很精确,因为不同的电池自放电速度各不相同,其模型不能适用于所有的电池。另一个缺点是电池在完全完全充电以后立即进行完全放电才能对电池的总容量进行更新,进而使得实际电量在完成更新前可能会大幅降低。开路电压法是利用电池的电压与充电状态之间的相互关系进行电池电量监测的。这种方法只有在未对电池接入负载即电路开路时,电池电压才与充电状态或电池电量有很高的关联性,如果接入一个负载后,电池内部阻抗就会在其两端产生一个压降,电池的端电压在其放电过程中变化较大。使得我们无法在运行过程中利用端电压估计电池的剩余容量,这样就会产生较大的误差。在这里综合这库仑计数法与开路电压法的优点,进行以下的设计。首先采用开路电压法,因为当电池断电后,其端电压随着时间的推移会逐渐趋于稳定,这时的端电压与其容量的关系较为明确。在每次系统上电时,各个部分设备还没有运行时,根据电池上电时的开路电压情况参照电池放电曲线如图3一12所示设置相应的电压电量对应表,可以采用查表的方式得到开路电压所对应的SOC值,然后对当前的SOC做一定的修正和补偿,计算出的剩余电量。在系统工作后采用库仑计数法即由式3一2表示的方法对电池的电流进行实时监测通过积分求出系统消耗的电量,最后由3一1式得出当前系统的剩余电量。这样能够给出电池任意时刻的剩余电量值,便于我们对电池的电量进行长时间的记录和监测。系统可以将当前状态数值传送给工控机存储,便于通过分析实时的电压、电流与SOC的关系对今后的设计提供帮助。当剩余电量达到100Ah时候,电源管理系统通知机器人准备返航。温度采集 DS18B20的一线工作协议流程是:初始化--ROM操作指令--存储器操作指令--数据传输。具体的温度采集子程序流程如图3一13所示。主机控制DS18B20完成任何操作之前必须先初始化,通过信号线向DS18B20发送一个满足特定时序的负脉冲(480us一960us的低电平),接着主机释放总线进入接收状态, DS18B20检测I/O引脚,如未检测到高电平信号则主机重发复位脉冲,直到检测到I/O引脚上的上升沿之后,等待15一60us,然后发出存在脉冲(60一240us的低电平)。初始化成功后信号线上的所有的芯片都被复位。系统初始化程序如下: 接下来,用户通过信号线,发送一个特定的64位序列号编码。只有编码一致的DS18B20芯片才被激活进行采集。在用户发送序列号访问命令选定特定DS18B20芯片后,被选中的芯片便可以接受内存访问命令。单片机通过接口读入相应的温度值。主要介绍了自主水下机器人的能源系统的设计。通过对几种常见的电池进行分析,最后选择了锂离子电池作为系统的主要能源。提出了一种的电源管理系统设计方案,系统以单片机为核心,充分利用单片机的资源,结合外围的传感器对中设备的电压、电流和温度等信息进行全程监控,并可以通过相应电路对系统进行控制,在系统出现各种故障时可以及时查找并处理故障。同时综合开路电压与库仑计数法的优点,提出了一种实时准确检测电池剩余电量的方法,在电量不足是及时通知中央控制系统采取措施,具有很好的实用价值。智能家庭清扫机器人充电站的研究智能家庭清扫机器人系统由机器人和充电站两部分组成。机器人主要负责清扫地面，同时具有自动清扫，遥控控制，自动避障，检测台阶和楼梯，自动返回充电站充电，定时作，过流检测等功能；充电站主要负责与机器人的无线通讯，发射召回信号，对机器人进行充电。 1.家庭清扫机器人的结构组成智能家庭清扫机器人的总体结构如图 2-1 所示。智能家庭清扫机器人系统由机器人和充电站两部分组成。机器人主要负责清扫地面，同时具有自动清扫，遥控控制，自动避障，检测台阶和楼梯，自动返回充电站充电，定时工作，过流检测等功能；充电站主要负责与机器人的无线通讯，发射召回信号，对机器人进行充电。 2.通讯方式的选择通讯是指对具有一定距离的被控目标实施控制。按照传递通讯信号媒介不同，通讯技术可以分为无线通讯和有线通讯。有线通讯一般是利用金属导线或者光纤作为传输媒体，而无线通讯是利用无线电、红外光波、超声波等作为载体，不用导线，而在空间传输，所以实用价值比有线通讯更大。无线电通讯具有距离远并能够穿过墙壁等固体障碍物工作的特点，但也由于它会穿透墙壁，就有可能会干扰到其它用户和设备，同时它还易受其它电磁波的干扰，从而导致了误动作多、可靠性差。与无线电通讯相比，超声波通讯比较简单，其传播时有一定方向性和反射特性，因此它也被广泛使用，但其缺点是易受室内外超声波辐射干扰，并且各种声源的干扰均可能引起误动作。与以上两者相比较，红外通讯是目前最为广泛使用的通讯方式，它利用红外通讯器产生的红外线作为在空间传递信息的媒介，从而实现与设备之间的远距离通讯。利用红外光进行通讯具有以下特点： (1)频率高，波长短，所发射的能量集中； (2)红外线是人的肉眼看不见的光线，保密性强，选用它作为信息载体，装置工作时不存在视觉污染，且对人体没有伤害； (3)传播范围不受局限，不存在频率干扰问题，与无线电波方式相比，不必就频谱资源问题向有关部门进行申请和登记，易于实施； (4)具有良好的指向性，当传送设备和红外接收端口排成直线，左右偏差不超过一定角度的时候，红外装置运行效果最好； (5)目前产生和接收红外信号的技术己经比较成熟，组件体积小，成本低； (6)制作简单、易于产生和调制等优势。基于以上的分析，选择红外无线通讯。 3.智能家庭清扫机器人充电站的设计方案根据充电站总体功能的要求，研究确定了对接充电站硬件及软件的总体设计方案如下。系统硬件设计系统硬件结构如图 2-2 所示，主要由 5 个部分组成：单片机及其外围电路、专用遥控器、充电控制器、电源、红外线发射模块。 (1)单片机及其外围电路用户通过充电站上的按键来控制其工作，单片机根据用户的指令和机器人是否在站内充电来点亮相应的指示灯（红灯为工作指示灯，绿灯为快速充电中指示灯）。将红外编码信号的数据存储在内存中，在红外通讯中根据所要发射的信号类型来读取并输出信号同时再输出 39KHz 的载波信号供给红外线发射控制器使用。 (2)红外发射电路根据单片机输出的编码信号和载波信号来驱动红外发光二极管发射相应的信号。为了满足机器人对接充电的需要，将 F2B（对接信号）与其它的信号通过不同的发光二极管输出，为了增加充电站与机器人的通讯覆盖面积将 F1B（导航信号）发射管设计为 4 个并联。 (3)专用遥控器在使用充电站与机器人的通讯功能的时候，由于机器人是在整个室内移动的，而红外的穿透性是比较差的，这个时候一个遥控器就显得很有必要了。它利用和充电站一致的红外通讯协议来实现对处于任意位置机器人的前进、后退、左转、右转和召回的操作。 (4)电源模块充电站的供电电源是 220V 交流电，电源模块的作用在于将220V 的交流电转换为供给电池充电用的 19～22V 直流电，在通过稳压芯片供给控制系统 5V 的直流电。利用 KBL406（4A 的桥式整流电路）完成 220V 交流到直流的转换，并利用电容滤波形成直流脉动电压，再由 W7805 输出+5V来供给单片机应用系统。如图 2-3 所示。 (5)充电控制器机器人使用的是 10 节 1.2V/4000m Ah 的 Ni-MH（镍氢）电池。充电控制器采用快速充电率对电池充电，并在电池充足电后进入涓流充电模式，利用 BQ2002F（CMOS 镍氢/镍镉电池充电控制器）来实现。系统软件的设计充电站系统软件的设计包括以下 3 个方面： (1)红外线的通讯协议的制定及实现。 (2)红外线发射和接收应用程序设计，其中包括充电站和遥控器中的红外发射子程序，机器人本体的红外译码子程序。 (3)专用遥控器及充电站上按键控制开发。 4.充电站的单片机系统设计单片机系统是充电站的重要组成部分，负责读取用户的指令并向红外发射电路输出其所对应的编码信号。单片机的选择对于一个单片机应用系统来说，单片机的选型是一件重要而费心的事情，如果单片机型号选择的合适，单片机应用系统就会显得经济而又可靠；如果选择不当，将出现两种情况，一种是选择功能过强的单片机从而造成资源浪费，性能价格比下降；另一种就是选择功能过少的单片机，使单片机应用系统无法完成控制任务，达不到预先设计的功能。在单片机选型时，应把握以下三个原则： (1)芯片含有略大于设计要求的功能和 I/O 端口数量； (2)设计需求尽可能用芯片完成，少用外围器件； (3)尽量选用性价比高的品牌产品。选用了美国 SONIC 公司的 SNC5A8，其组成结构如图 3-1 所示。 SNC5A8 的主要特性如下： (1)单电源供电 2.4V～5.5V； (2)38.5KHz 红外载波信号； (3)两个独立的声音通道； (4)内置 PWM 直接驱动电路和固定电流 D/A 输出； (5)系统时钟：2MHz； (6)低电压复位。控制系统的组成 (1)时钟电路 SNC5A8 接收 RC 特性的振荡器作为系统时钟，这就简化了电路的设计。选用合适的电阻代替一般单片机系统中的阻容网络可以得到2MHz 的时钟信号。 (2)红外载波的加入 P33 脚通过方式设定可以输出 38.5KHz 的调制信号，也可以设定为逻辑 1,以便该引脚作为普通输出引脚，其内部结构如图 3-2所示。 (3)内存的扩展系统需要存储多达 50 种组合的红外信号的编码格式，这时 SNC5A8 的 10384×bit 的 ROM 就不能满足需要，这里外扩了一个存储容量8128 ×bit 的数据存储器 W27C010。单片机的系统扩展是通过单片机的片外引脚进行的，片外引脚呈现三总线结构，即地址总线(AB)、数据总线(DB)和控制总线(CB) 。根据系统的需要，设计地址总线 7 位，数据总线 8 位，由于只有一个 W27C010 外扩芯片，控制总线一直处于使能状态，这样就构成了 SNC5A8 外围存储扩展系统，单片机系统具体的电路图如图 3-3 所示。 5.充电控制器家庭清扫机器人的电源采用圆柱型密封镍氢电池。它由正极板、负极板、隔板、安全排气孔等部分组成。正极板的材料为 Ni OOH，负极板的材料为储氢合金。当镍氢电池过充电时，金属壳内的气体压力将逐渐上升。该压力达到一定数值后，顶盖上的限压安全排气孔打开，因此可以避免电池因气体压力过大而爆炸。 Ni-MH 电池的主要特性在常温(20℃)下，采用 1C（C 表示电池的标称容量）、0.2C 和 0.5C 充电速率时，电池电压随充入电量的变化规律如图 3-4 所示。镍氢电池充足电后，电压基本上保持不变，开始充电时，电池电压出现很小负增量。通常采用 1C 充电速率时，70min 以内，镍氢电池可以充足电，采用 0.2C 充电速率时，充电时间约为 7h。在常温（20℃）下，采用 3C、1C 和 0.2C 放电速率时，镍氢电池的电压随放电容量的变化规律如图 3-5 所示。由图可以看出，采用 0.2C 放电速率时，电压下降到 1.2V 时，镍氢电池已放出标称容量的 90%以上。采用大电流（放电速率为 3C）放电时，电池电压降到 1.2V 时，放出的容量还不到标称容量的20%。应当说明，镍氢电池的自放电率很小，在常温下，镍氢电池充足电后，放置 28 天，电池容量仍能保持在标称容量的 75%～80%之间。镍氢电池快速充电特性如图 3-6 所示。充足电后，电池电压开始下降，电池的温度和内部压力迅速上升。为了保证电池充足电又不过充，可以采用定时控制、电压控制和温度控制等多种方法。充电控制器设计为了保证在任何情况下，均能准确可靠地控制电池的充电状态，结合自身的特点，选用 BQ2002F 来构成对负电压增长率和最长充电时间同时检测的控制器。BQ2002F 快速充电集成电路是一种廉价的 CMOS 镍氢/镍镉充电控制器，电池充足电后，能够可靠地终止充电。采用可控的限流或恒流源，BQ2002F 不仅可以制作质优价廉的独立充电器，也能够制作机内充电器。该芯片可实现单只或多只镍氢/镍镉电池快速充电。为了保证充足电，快速充电结束后，还可增加补足充电过程。充足电后，为了补充因电池自放电而损失的电量，充电器将自动转入涓流充电过程。涓流充电速率可根据电池自放电的程度来选择。接入充电电源或者更换电池后，快速充电过程开始。为了保证安全充电，当电池的电压和充电时间到达一定的极限值，快速充电过程即结束。快速充电结束后，自动转入可选择的补足充电和涓流充电，涓流充电的速率可以预先设定，利用 INH 脚可以封锁快速充电。为了减小功耗，充电器在备用工作状态下，BQ2002F 工作于低功耗状态。 BQ2002F 构成的充电控制器的电路原理图如图 3-7 所示。充电站充电控制器的功能如下： (1)定时控制 BQ2002F 内部有个定时器，可通过 TM 端外接不同电平实现三种定时时间，三种状态的充电特性如表 3-1 所示。充电站中将 TM 端接分压电阻来选择第一种模式。 (2)电池电压检测 BQ2002F 的 BAT 端是电池电压检测端（电池电压是否超过允许最大值及检测 ∆− ）。在多个电池充电时，BAT 检测的为 R1、R2 组成的分压器的输出。R1、R2 与充电电池数 N 之间的关系为 R1/R2=N-1 。另外，由 R1、R2 组成的分压器的总阻值必须大于 200kΩ。由于所用的电池数为 10，选 R2 为 51K，则 R1=51K×9=459K，取标称值 R1 为 470K。 BQ2002F 的 CC 端为充电控制端。充电电流由三端可调稳压器 LM317T 组成恒流源提供 I=VREF/R=1.25V/0.625 Ω=2A，采用 4 个 5.2Ω 电阻并联来实现。受 CC 端控制，它内部有一个开关管，当开关管截止时，CC 端呈高阻抗，LM317T 通过 R4~R7、D1 向电池充电；当开关管导通时，LM317T 通过R4~R7、R5 及开关管形成回路，D1 的正极电压很低，停止充电。 BQ2002F 的 5V 电源由DCV 经限流电阻 R7、Q2 及稳压二极管 D2 稳压后提供，DCV 的值由电池数 N 决定， VDC≥18.5V ，取VDC 为19V~22V 的脉动电压。LED 为快充指示灯（绿色），当充电进入慢充或涓流时该灯并不显示，因此在使用时当灯熄灭后应适当再延长充电时间，以便电池得以充足电。 (3)温度检测由于电池是装在机器人内部的，在充电的时候并不与充电站之间有直接的热传递，因而在充电站内部的温度检测就没有意义了，这里将 TS 直接接高电平，不使用 BQ2002F 的温度检测控制功能。 6.供电电源充电站和其它家电一样通过 220V 交流电来工作的，而系统中元器件是工作在直流电压下的，这就需要能提供系统工作所需参数的直流电源。根据上一节中充电控制器的设计可以得知，电池所需充电电压要求大于18.5V，且是使用恒流源来实现充电的，电压则是可以在一定范围内波动的。这就可以省略一般仪器中使用的稳压电源，从而简化了电源的设计。这里设计了供电范围在 19V～22V 之间的充电电源，电路如图 3-8 所示。 7.红外发射和接收电路的设计红外发射电路的设计红外发射电路主要由红外发光二极管、调制电路和驱动电路组成，其功能是将存储在单片机中的对应按键的指令码通过发射电路传送给接收电路。红外发光二极管的选择红外发光二极管是只有一个 PN 结的半导体器件，它与普通二极管结构原理和制作工艺基本相同，只是所用材料不同。制作红外线发光二极管的材料一般为砷化镓(Ga As)、砷铝化镓(Ga Al As)等，制作好后采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。红外二极管的最大辐射强度一般在光轴的正前方，并随辐射方向与光轴夹角的增加而减小。在此选用圆形封装的发光管，其视角小，发射距离远。为增加发光强度，可以放置多个红外发光二极管。根据需要选用了台湾慧创就公司生产的两款红外发光二极管，其特性参数如表 3-2 所示。二者的区别在于光功率和半功率张角大小，在使用时由于对F1B 和 F2B 发光范围不同要求就在这点区别来实现。其中， F1B 选用IE0520HP，F2B 选用 IE15KA。红外调制及驱动电路设计从各种遥控编码电路或者单片机直接输出的编码信号，一般频率低，不便直接发射，并且抗干扰能力差。针对编码信号的这些特点，一般是将编码信号“装”到频率较高的载频信号上，这个“装”的过程称为二次编码也称调制。在调制电路中，载波信号的频率要远大于编码信号的频率，一般为几倍到几十倍。现在载波频率通常采用 38KHz～40KHz。采用这种方式的另一个好处就是提高了红外遥控系统的抗干扰性能。由于发射管发出的是脉动红外光，且具有特定的变化频率，而日光、灯光等光线都没有这些特性，因此通过接收电路可以使它们和红外光分离，滤掉有干扰作用的杂光，这样就保证了红外遥控系统在日光或者灯光下能可靠工作。调制过程的波形信号如图 3-9 所示。在这里由于选用的 SNC500 单片机是带有 38.5KHz 载波输出功能，这就省去了一般红外发射电路中的红外载波振荡器电路，驱动电路如图 3-10 所示。图 3-10 中 LED1～LED4 输出的 F1B 和召回信号，LED5 只输出 F2B 信号。将F1B 与 F2B 的发射电路分开的目的在于，二者由于功能的不同而要求不同的发射范围。如果使用同一发射电路，后面的处理就变得异常艰难，这里就使用不同的发射电路，从而便于后面光学装换电路的不同处理。光学转换红外线在空中传播时会不断衰减，这将影响到红外信号的作用范围。当红外光从红外发光二极管输出时，入射到光敏器件表面的辐射入射量 E (r)反比于两者距离的平方，即：随着距离的增加，红外辐射急剧下降。根据式 5-1，辐射入射量 E(r)在r=d 处为 E(r)，而在 2d 处，E(r) =1/4E(d)。为了提高辐射入射量，得到更长的传输距离，把光学透镜置于红外发射二极管前，如图 3-11 a)所示。当把红外发光二极管放在透镜焦点上时，将改变发射角度，使距离为 r 处的辐射入射量E(r)接近等于距离为 d 处的入射量 E(r) ，这样可以使传输距离显著增加。传输距离的增加是以缩小覆盖范围为代价的，而在本系统中对红外信号的距离和散射角度都是有要求的，这里就使用凹透镜来扩大散射角度，如图 3-11 b)所示。充电站上 F1B 的 4 个发射管分别做以上的两种处理，这样既可以增大传输距离也可以扩大散射角度。F2B 的发射管则是装在一个内部涂黑的管子里，使其传输距离和散射角度均减小，以提高对接精度。充电站发射管的外观图如 3-12 所示。其中上两个透镜为凸透镜、下两个透镜为凹透镜，均 F1B 和召回信号的输出。下面的孔为F2B 的输出口。红外接收电路红外接收电路的作用就是将红外通讯信号接收过来，通过放大、限幅和滤波，解调为原始信号后再发送给单片机进行处理。以往的接收电路都是由红外接收二极管与放大电路组成，而放大电路通常又是由一个叫 CX20106A 或者 KA2184 的集成块及若干电阻电容等组件组成。这样的接收电路联机焊接点较多，使用不够方便。机器人采用了一种用于红外遥控接收的小型一体化接收头 PIC1018SCL，它将红外接收管与放大电路集成为一体，这样做的优点是它体积小(大小与一只中功率三极管相当)，密封性好，灵敏度高，抗干扰性好并且价格低廉(市场售价只有四元钱左右)，可以说是接收红外信号的一种理想装置。 PIC1018SCL 仅有三个管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在 2.4～6.5V 之间，只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。它的主要功能包括放大、选频、解调几个部分，需要注意输入信号必须是已经被调制过的信号，而输出则是经过 SFH506-38 接收放大和解调后的原始信号，且红外接收头的输出有反向作用，即发射代码和接收代码是反向的，输出电平则兼容 TTL，CMOS。 PIC1018SCL 的输出信号接到单片机 I/O 脚上，以完成对红外编码信号的译码工作，要特别注意的是它的输出是反向的。 8.专用遥控器一般的设备上均有面板，其上有按键、旋钮等用来设定设备的工作状态或功能，家庭清扫机器人的充电站也不例外。它所使用的红外通讯协议与充电站是相同的，因而整个单片机主体系统是相同的；根据遥控器的特点，发射电路只采用简单的单管电路，键盘部分电路如图 3-13 所示。整个充电站的发射控制是相同，异处在于遥控器中除了具有前进、后退、左转、右转、召回功能以外，为了方便调试还加入了 F1B、F2B，同样使用两组发射管，考虑到遥控器的体积和两组发射管都是采用单管的形式。采用 3 节碱性电池共 4.5V 来供给遥控器使用。在按键的处理上，使用列扫描的方式来实现键值的读取。在无操作时 P1口为高电平，P20、P21 以交替的低电平进行扫描，这时其对应列线在有键按下时，相应的行线就为低电平，从而捕捉到按键值。在遥控器的外形设计上采用现有一款玩具遥控器的控制面板，具体外形如图 3-14 所示。图 3-14 中，单独的二极管为 F2B 所对应输出，中间的发射管为其它信号对应的输出。这样的遥控面板是经过专业设计和市场考验的，具有一定的通用性和合理性，在产品研发过程中使用这个方案可以减少研发的周期，同时也更符合市场用户的使用习惯，有一定的优越性。来源：萝卜库、机器人2025
2025-03-02
发表了主题帖：电路分析:机器人开关电源各单元电路结构及原理

本帖最后由火辣西米秀于 2025-3-5 08:48 编辑开关电源的解读是相通的，可以供做自动化技术的人参考。 1 电源电路原理图该电路实际上是一个比较典型的普通PWM开关电源电路。脉冲宽度的自动调节取决于反馈电平与振荡器三角波的比较。它是一个正激式隔离开关电源电路。隔离变压器包括三个绕组，第三绕组为芯片提供启动电路电源。电路使用了最简单的单管结构。开关管使用了MOSFET器件：2SK1939（2501），N沟道，功率100W。使用线性光电耦合器从输出端引回F/B电压及OVP过压反馈，F/B电压基准为基准电源器件。同时引入了过流保护电路等。它是一个非谐振式的变换器，即常规的硬开关。图1、图2是经过我们测绘后的该电源的原理图。电源输出电压为5VDC。下面具体分析各单元电路结构及原理。图1：开关电源原理图（输入、输出部分）图2：开关电源原理图（控制电路、变换器部分） 2 电路分解分析 2.1 输入电路图3：电源输入电路该电路包含滤波、浪涌抑制及全波整流电路。输入电路各电容C11、C12、C13用于滤波，滤除高频噪声；电抗器L11用于浪涌抑制；电容C14、C15、C18用于去耦。输入220VAC电压经过全波整流，产生变换器所需的直流电压，及提供控制电路电源。 TH为过流电阻，当发生过流时，器件熔断。 2.2 启动电路图4：电源启动电路启动电路是由输入整流电源提供芯片Vcc电源的电路。可以从隔离变压器原边或者第三边提供。输出电压一般为Vcc-2V。变压器T11的1、3绕组为原边主绕组，4、5为辅助绕组，6、7为副边输出绕组。电源去耦电容建议为10—47uF，启动电流不少于300uA。电路由辅助绕组供电，与常规的芯片启动电路有较大差别。C31及前面的两个二极管用于获得相对稳定的集电极直流偏压，基极偏置取自输入电路的直流电压。A、C点用于提供其它辅助控制的上偏电源。发射极下偏置18K电阻实际上是通过0欧电阻接到芯片7脚，并通过7脚并联0欧电阻到5脚（热沉端）接地的。 2.3 振荡电路图5：芯片振荡器外电路 Ron：充电电阻，Roff：放电电阻，CF充放电电容。芯片的上限频率是500KHz，这是一个可以通过外部阻容器件设置频率的震荡电路。 2.4 电源反馈比较和锁存电路下图是电源反馈部分的比较及锁存电路。图6：电源反馈比较及锁存电路该电路的F/B端为电源实际输出反馈端。输出电压Vo经分压采样，控制基准电源。基准电源的高低决定了线性光电耦合器的输出电流大小。从F/B端看，IF/B和VOUT是成线性关系的，这样就实现了电路的反馈调节。 2.5 过流、过压保护电路（1）VF反馈端：控制芯片输出Vout经过阻容滤波，反馈回VF端，用于过流保护。（2）OVP过压保护端：它取决于反馈电路中光电流的大小。因为它直接影响光电输出级的导通程度（Uce），从而直接影响到OVP电位。由后面的输出电路可以看出，这个保护点取决于一个稳压管的稳压值。当输出电压高于保护值时，OVP点电位高于门槛电平750mV，芯片进入保护状态。图7：过流、过压保护电路（3）检测端DET：该端被直接接地，因此F/B端不受此点控制。 DET被用于检测输出电压。如果DET不接地，则在它超过2.5VDC时，将F/B电位钳制在0VDC，从而使得占空比为0，电源处于保护状态。当它低于2.5VDC时，电源正常工作。 2.6 电流极限保护电路由于隔离变压器原边开关管是单向驱动的，所以只做正极限保护即可。变压器第三边绕组单向脉动信号经过二极管整流及RC滤波，送CLM+端，做为正极限过流保护。负电流极限被直接接地，不起作用。图8：电流极限保护电路常规情况下，CLM＋或CLM－的电压超过阈值（＋200mV/－200mV）时，过流信号将使输出截止，并且持续到下一个周期。下个周期将重新恢复，形成所谓“逐脉冲电流控制”。 2.7 通断控制电路及热沉端 ON/OFF端（7脚）为低电平时芯片才工作，阈值电压为2.4V。本电路被直接接地，不进行控制。图9：通断控制及热沉端电路热沉端也被直接接地，以获取较好的热稳定性。芯片的5、6、15、16脚内部是短接的，通过5脚接地。 2.8 断续检测控制电路本电源CT端（14脚）被接地，即断续电路不起作用。 2.9 芯片输出及隔离电路电源变换器部分是一个简单的单开关降压型隔离变换器。芯片的图腾柱输出脚2驱动MOSFET管栅极，开关管驱动隔离变压器原边绕组1-3，主绕组上并联的RC电路用于提供泄放通路。图10：芯片输出及隔离电路第三边绕组用于提供启动电源，如前述。 2.10 输出电路图11：输出电路原理图整流桥的上面两个二极管用于整流，下面两个用于提供在开关管关断期间电感的续流通路。电感器及电解电容用于滤波，加上两个二极管的续流作用，可以获得尽可能连续的电流。从输出电路看，这是一个Buck（降压）式开关电源。实际输出为5VDC。输出电压由光电1、基准电源及电位器控制，调节电位器可在一定范围内调整输出电压。光电2、稳压管部分用于获得反馈OVP信号，稳压管的稳压值决定了OVP保护动作点。 2.11 电源的等效变换器电路综合上面分析，电源的变换器等效电路如下：图12：电源的变换器等效电路这是一个单管隔离降压变换器，而且是一个传统的硬开关电路。为防止变压器磁饱和及快速恢复，原边使用了简单的R1C1释放电路。副边VD1整流，VD2续流，C2去耦，L、C4滤波，R3C3、R4为辅助泄放通路。 3 结语由于这类开关电源在其它设备上也经常用到，因此对它的彻底解析，也有助于我们高效地维护其它设备电源，并降低维护成本，减少停线时间，提高生产效率。同时通过测绘和详细的分析过程，也提升了维修人员自主解决复杂新技术问题的能力。
2025-02-25
发表了主题帖：科普 | 什么是充电枪？

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-25 08:29 编辑充电枪作为新能源汽车充电的必备设备之一，与新能源汽车的发展和充电设施的全面推广与普及息息相关，所以充电枪的好坏也在一定程度上影响着充电基础设施，可以说新能源汽车充电枪是十分重要。在电动汽车充电领域，我们常听到“充电枪”的术语。但其实许多人可能对于新能源汽车充电枪的了解不多。充换电头条（微信公众号：chd2005s）对充电枪的工作原理、类型、接口标准及发展趋势等进行了梳理和总结。新能源汽车充电枪的定义新能源汽车充电枪其实就是电动汽车充电接口，是连接充电站和电动汽车的充电装置，也是将电力从电源传输到汽车电池的工具，一般会称为充电枪或者充电插头，即指插入汽车充电端口对动力电池进行充电的装置。图片来源：星星充电充电枪的工作原理充电枪作为连接充电桩和电动汽车的中间纽带，主要承担充电时电力输送的功能。所以充电枪的工作原理根据交直流充电划分为两种。交流充电枪：在进行交流充电时，先是交流充电桩将电网的交流电通过交流枪送到车内的交流直流转换器，然后经过转换成直流电后再送达电池组，从而实现电动汽车交流充电。直流充电枪：进行直流充电时，直流桩本身将电网的三相电转换成直流电后，经过直流枪直接输送到电动车内的电池组进行充电。简单来说，交流充电经过交流枪将电力输送到车内的交直流转换器，转换成直流电后才能输送到电池组中，而直流充电则不需要那么麻烦，可以直接经由直流枪将电力输送到电池组中。从而实现对电动汽车的安全、高效充电。充电枪的优势 1、安全可靠：充电枪具备多重安全防护功能，如过流、过压、过温等保护，确保充电过程中的安全。同时，充电枪还具备防雷击、防水等功能，适应各种恶劣环境。 2、高效充电：充电枪采用高功率充电技术，大幅缩短充电时间。无论是家用充电桩还是公共充电桩，充电枪都能提供稳定的充电功率，让您的爱车迅速恢复动力。 3、环保节能：充电枪作为一种清洁能源设备，助力新能源汽车的发展，减少尾气排放，为地球环保事业贡献一份力量。充电枪的分类首先，充电枪分为交流枪AC（Alternating Current）和直流枪DC（Direct Current）交流枪也俗称慢充充电枪，其充电速度相对较慢，一般需要几个小时甚至更长时间才能将电池充满。主要用于家庭或商业场所的充电需求。直流枪也俗称为快充充电枪，其特点是功率高，电流大，充电速度快，主要适用于长途旅行或急需充电的情况。一般在用电需求大的地方都有布局例如高速公路等。但是直流充电枪的成本较高，且需要更大的电力供应，因此需要建设专门的充电站。东莞法法易专注于直流充电领域，提供完整的大功率液冷充电系统，助力快充的发展。图片来源：星星充电交流充电(AC)和直流充电(DC)的区别 1、外观不一样交流（AC）充电枪，国标枪头是7孔的，一般包括L、N交流电源两根线，PE 接地线，CC充电连接确认等等，且交流充电桩体型较小。直流（DC）充电枪，国标枪头是9孔的，除了PE 接地线之外，还有DC+、DC-直流电源正负极，CC1、CC2充电确认等等。且直流充电桩体型比较大（由于内部有一定数量的AC-DC电源模块，功率越高，模块数量越多，桩体越大）。不同国家充电枪标准 2、充电方式的区别交流充电（AC）：交流充电是将交流电直接输送给车辆，由车载充电机将交流电转换为直流电，再充入电池。这种转换过程中，车载充电器的功率大小限制了充电速度。直流充电（DC）：直流充电是通过充电站内部的大功率充电设备将交流电转换为直流电，直接对电池进行快速充电，绕过了车辆内部的充电器，能实现更高效率的能量转换和更快的充电速度。 3、设备构造的区别以及对新能源汽车充电是否有伤害交流充电枪结构相对简单，因为复杂的电能转换工作交给了车辆内部的充电器来完成。充电的最后阶段给电池组进行均衡，从而保证每节电芯都能尽量达到满电状态。慢充较为温和，对于延长电池寿命也有一定帮助。直流充电枪结构更为复杂，因为需要充电站内部的设备完成电能的转换工作，同时也需要更多的安全措施来保护电池。对于电池的质量要求很高，而且大电流下电池的反应条件过于苛刻剧烈，偏离平衡态较远，长期快充对于电池的寿命有一定的损失，安全系数会下降，必须要快慢充合理搭配。另外快充会存在一定虚电的成分，无法达到车辆标称的工况续航。充电枪的组成及内部模块 1、充电枪的结构新能源汽车充电枪主要由插头、插销、操作手柄、电缆、外壳等部分组成，插头与汽车充电接口连接，插销与充电桩连接，操作手柄用于控制插销的插入和拔出，电缆用于传输电能，外壳则起到保护内部元件的作用。供电插头国标随车充电枪（IC-CPD）的供电插头，与一般的家用电气的插头一样，有10A/16A 220V两种规格，目前市面上用的比较多的还是10A/220V的插头，一般为了充电的安全，会在插头内增加温度传感器。使用家用插头就可以让随车充电枪（IC-CPD）充电枪在普通的插座上给新能量汽车进行充电。线缆 IC-CPD中的线缆主要分为2部分，第一段为插头与控制保护盒之间的线缆，即图2红框中A部分所示，长度一般在20cm～1m不等，NB/T42077-2016中8.1项规定了插头和IC-CPD之间电缆的最大允许长度为1.7m。第二段为控制保护盒和车辆连接器之间的线缆，即图2红框中B部分所示，长度一般在3～4m不等，标准中对这部分的长度没有进行明确的要求。目前，市面上在售16A的IC-CPD线缆一般主要以5m/10m/15m这3种规格的长度为主，多采用优质纯铜电缆，A侧的线径一般为 0.75mm²，B侧的线径为2.5mm²。应具有阻燃抗冲击、防水耐高温等优点。 2、充电枪的内部模块 IC-CPD上的主要电子元器件包括继电器、MCU、漏电流保护装置、电流互感器、电压互感器等。 IC-CPD板卡上元器件示意框图充电枪每个孔的功能 1、交流充电枪 2、直流充电枪充电枪的接口标准全球主要有五大充电标准。五大标准接口分别是基于GB/T 20234-2023的中国标准、J1772的北美标准CCS1、IEC 62196的欧洲标准CCS2、CHAdeMO的日本标准和NACS的特斯拉标准。由于各地区的充电接口不一致，这也导致了在进行电动汽车充电接口的设计时需要满足不同地区或市场的充电标准的要求，否则就无法进行充电和不满足其标准法规的要求。 1、GB/T 20234-2023的中国标准我国规定国内生产的各品牌新能源汽车的充电接口必须符合国家标准GB/T 20234-2023，其中交流充电接口的最大电压为三相690V，电流最大250A ；而直流充电的最大电压为1500V，电流最大1000A 。此外新发布的GB/T 20234.4-2023标准中提出了新的标准插头，也就是大功率直流充电接口。 2、J1772的北美标准CCS1 北美的充电标准主要使用地区为美国和加拿大，其中日本的交流也采用美标J1772的标准。其交流最大电压为240V ，电流最大80A；直流最大电压为1000V ，电流最大400A 。 3、IEC 62196的欧洲标准CCS2 欧标交流最大电压为480V，电流最大63A；直流最大电压1000V，最大电流200A。 4、CHAdeMO的日本标准日本的直流充电使用CHAdeMO标准，目前采用CHAdeMO接口的国家除了日本外，其中大部分安装在欧洲（北欧居多）、美国和韩国。 5、特斯拉标准NACS 特斯拉自己开发了专用的充电接口，用于Tesla电动汽车的充电。并且在2022年11月11日公布了自己的NACS标准。直流充电最大电压为1000V，最大电流为400A；交流最大电压为240V ，电流最大80A。值得一提的是，NACS是交直流一体的插座，由于接口的限制，无法兼容有交流三相电。充电枪的使用场景 1、居家充电：充电枪可轻松连接家庭电源，为新能源汽车提供便捷的充电服务。无论是夜晚充电还是白天出行，都能满足您的充电需求。 2、公共充电：在商场、酒店、停车场等公共场所，充电枪为新能源车主提供便捷的充电服务。通过扫码支付或刷卡支付，即可轻松完成充电操作。 3、旅行充电：充电枪具有轻便易携的特点，非常适合长途旅行。在旅途中，您可以随时随地为新能源汽车充电，确保行车无忧。充电枪的使用注意事项 1、使用充电枪前，应检查充电枪是否完好，电缆是否有破损，操作手柄是否正常。 2、插入充电枪时，应确保插销完全插入插座，避免接触不良。 3、充电过程中，不要随意拉动充电枪，以防电缆断裂。 4、充电完成后，应先关闭操作手柄，再将插销从插座中拔出。 5、充电枪应存放在干燥、阴凉的地方，避免阳光直射和雨水浸湿。充电枪的发展趋势 1、更快的充电速度：一项主要趋势是提高充电速度，以减少充电时间。目前，快充技术已经有了显著的进步，未来可能会进一步改进。这将有助于提高电动汽车的实用性，让用户更方便快捷地进行长途旅行。 2、智能化和自动化：随着技术的发展，充电枪将变得更加智能化。未来的充电枪可能会配备更多传感器和通信技术，能够自动检测车辆的充电需求，并根据车型和电池状况进行优化充电。 3、更广泛的充电网络：充电基础设施的扩展是电动汽车普及的关键。政府和私人部门的投资将有助于建设更多的充电站，提供更广泛的充电服务。 4、高功率充电：未来可能会出现更高功率的充电技术，从而能够更快地向电动汽车充电。这有助于满足不断增长的电动汽车数量和需求。 5、可持续能源整合：由于对可持续能源的需求日益增加，充电基础设施可能会更多地整合太阳能、风能等可再生能源，以减少电动汽车充电过程中的碳足迹。充电枪所面临的挑战 1、充电标准的多样性：目前市场上存在不同类型的充电标准，例如CHAdeMO、CCS和Tesla的Supercharger标准等。这种多样性可能导致不同类型的车辆需要不同类型的充电枪，给用户和充电基础设施提供商带来一定的挑战。 2、能量密度和续航里程：随着电动汽车技术的进步，电池能量密度提高，续航里程增加，但在某些情况下，仍可能需要更短的充电时间和更高功率的充电设备。 3、充电基础设施成本：建设充电站和维护充电基础设施需要大量资金投入。虽然政府和私人部门在这方面进行了投资，但仍需要解决资金和经济可行性方面的问题。 4、充电设施的普及和覆盖范围：尽管充电基础设施在一些地区得到了改善，但在一些偏远地区或发展中国家可能仍然缺乏充电设施，这限制了电动汽车的普及和可靠性。 5、电网容量和稳定性：大规模的电动汽车充电可能对电网造成额外压力，特别是在高峰时段。在充电基础设施的发展中，需要确保电网能够稳定地满足增长的电力需求。总体来说，充电枪作为电动汽车充电的重要设备，未来将继续受到改进和发展。解决挑战并推动相关技术的创新将有助于加速电动汽车的普及和可持续交通的发展。充电枪的相关企业 1、普诺得普诺得是一家来自南京市的新能源充电设备生产商，在行业内已经拥有十几年的经验，在充电枪中属于高端品牌。它的产品不仅在国内很热销，还出口到了欧洲、日本、美国等海外市场。我们都知道欧盟认证比美国标准认证更加严苛，普诺得能拿到欧盟认证就证明了产品的可靠性是非常高的。 2、公牛公牛是公认的专业做电工产品的品牌大企业。公牛安全充电枪提供实时电流、实时电压、实时功率、已充电量、插头温度、控制器温度、接地状态等信息，让用户可以一目了然地掌握当前充电各项状况。它的控制盒可以对温度、电流、电压进行检测，过流过压欠压以及漏电都会自动关闭电源，同时它是通过CQC认证的，品质更有保障。 3、德力西德力西是一个电器生产的老品牌。生产汽车从电器的历史非常悠久，也积累了非常好的生产经验跟技术。在市场定价方面也非常合理，深受消费者的肯定。 4、挚达挚达科技是一家新能源汽车智能充电产品研发商，总部位于上海。主要做家用充电桩产品和车联网智能硬件的研发。是国内比较出名的智能充电设备研发商，挚达充电枪的质量比较好，价格也是随同质量一样好。 5、艾德迅湖南艾德迅公司成立于2011年，在电气设备和智能控制领域有着不懈的追求，自主研发的智能微型直流电源、交直流智能一体化电源、工业智能控制系统等领域赢得了行业广泛的尊重与赞誉。自2021年国家“双碳”战略明确起，公司开始在新能源领域布局，新能源汽车便携式充电枪、户外移动电源、家庭储能电源等项目陆续立项开发。 6、永贵电器浙江永贵电器股份有限公司是一家专注于各类电连接器、连接器组件及精密智能产品的研发、制造、销售和技术支持的国家高新技术企业。公司实施“技术+市场”两个同心战略，以连接器技术为同心，形成了轨道交通与工业、车载与能源信息、特种装备三大产业板块集群;以市场为同心，在轨道交通板块形成包括连接器、门系统、减振器、贯通道、计轴信号系统、受电弓、蓄电池箱在内的七大产品布局，内伸外延不断创造新的佳绩。 7、西比亚江苏西比亚新能源科技有限公司前身是江阴市电力设备配件厂，1968年创办，生产家庭用的插座和灯头。从2009年9月开始研发电动汽车充电传导接口——即充电插座、充电插头。现有二项发明专利，十五项实用新型专利，特别是网状型弹性片簧专利。它具有极小的接触电阻，插拔柔和，抗震动，耐冲力。网状型弹性片簧采用特种工艺处理，插拔稳定不变形360°旋转，可以热插拔，不产生电弧，可连续插拔多次。 8、巴斯巴巴斯巴公司于2010年4月在深圳成立，以新能源电动汽车发展为契机，从连接器研发与生产起步，到构筑整车电力系统，在八年多的时间内发展成为国家高新技术企业与新能源汽车行业标准制定的核心企业之一。公司产品均经过国家权威机构的检验和产品登记，质量体系和环境体系已通过ISO9001和ISO14001认证,并通过汽车行业管理体系IAFT 16949版认证。 9、康尼新能源南京康尼新能源汽车零部件有限公司专注于新能源汽车充电系统和连接系统的设计、制造、销售与服务，主要产品有充电桩、充电枪、放电枪、充电线、电源分配单元、高压连接器及高压线束等。康尼新能源组建了专业的市场和研发团队，致力于开发满足客户与市场需求的产品，截止2021年底，已累计获得106件专利授权。康尼新能源通过了IATF16949、ISO45001、ISO14001、ISO27001等体系认证，产品通过了CQC、TUV、CE/CB等认证。 10、小蜂充电充电枪小蜂充电主要产品有便携式充电器、交流充电桩、直流充电桩、社区运营充电桩等，获得国内外CE、KC、ROHS、UN、UL、IATF16949、ISO9000、国家强检等权威认证。2022年9月，入选央视《中国品牌故事》案例。小蜂充电（HIVEWALLBOX）3.5kW便携随车充，专为新能源汽车设计，通用充电器可为多品牌汽车提供快速充电体验。液晶大屏显示，充电状态一目了然，操作便捷。适配比亚迪、五菱MINI等多种车型，携带方便，是出行的得力助手。写在最后随着科技的不断发展，充电枪也在不断升级。未来的充电枪将更加智能化、网络化，为用户提供更加便捷、舒适的充电体验。充电枪作为新能源汽车的重要配件，不仅为车主提供了便捷、高效的充电服务，还为环保事业做出了积极贡献。随着科技的进步，充电枪将不断升级，为用户带来更加智能、舒适的充电体验。
2025-02-24
发表了主题帖：特斯拉要做电动汽车无线充电，深度技术解析

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-24 08:18 编辑特斯拉最近发布了即将推出的无线电动汽车充电站的详细信息，这一充电站在之前的 Robotaxi 发布会上已经亮相。特斯拉过去对无线充电的兴趣不大，但现在随着 Robotaxi 的推出，显然已经改变了策略。电动汽车依赖于传统的有线传导充电方式，而无线充电技术（Wireless Power Transfer, WPT）为这一问题提供了全新的解决方案。通过无线充电技术，电动汽车能够摆脱电缆束缚，实现更便捷的能量补给，这一次我们可能找到了无线充电的方案。 Part 1 无线充电技术基础无线充电技术的发展，电动汽车无线充电系统逐渐被推向市场，无线充电系统由地面发射端和车载接收端组成，通过非接触式耦合传输能量。地面端将电网的工频交流电转换为高频交流电，并通过地面发射线圈与车载接收线圈之间的磁场耦合作用，将能量传递到车载接收端，再通过电能转换装置将电能传输到电池。无线充电不仅消除了电缆连接的繁琐，还可以通过无线通信方式（如WiFi、蓝牙）实现地面端与车载端的智能交互。根据不同的能量传输方式，无线充电技术可以分为近距离无线充电和远距离无线充电。 ● 磁场耦合式无线充电：磁场耦合是目前电动汽车无线充电的主流技术。其工作原理类似于变压器，通过发射线圈与接收线圈之间的磁场谐振实现能量传输。磁场耦合式充电技术的传输距离通常在几厘米至几十厘米之间，效率较高。近年来，基于磁齿轮的无线充电技术也有所发展，通过电机驱动磁体运动，实现较低频率下的能量传输。 ● 电场耦合式无线充电：电场耦合通过两个分离的极板形成电容，传递电能。尽管电场耦合具有实现高频率和高效能量传输的潜力，但由于空气的介电常数较小，极板尺寸和传输距离的限制使其在电动汽车领域的应用较少。远距离无线充电利用射频、微波或激光传输电能，理论上可以实现数米甚至更远的充电距离，微波方式通过定向天线传输能量，可实现一对多设备同时充电，远距离无线充电在能量传输效率和安全性方面仍面临巨大挑战，尚未大规模商业应用。电动汽车无线充电系统的主要优势在于其便利性和自动化潜力，特别是在公共交通和共享车辆领域，车辆可以通过驻车或行驶时的地面感应装置进行自动充电，省去了人工插拔电缆的操作，现在我们找到了L4级别自动驾驶电动汽车的补能方式。无线充电的主要优势在于简化了充电过程。尽管给汽车充电并不是特别困难或耗时的任务，但特斯拉认为，随着自动驾驶技术的发展，无线充电将变得更加重要。如果汽车可以自动驾驶，那么 Robotaxi 回来以后，能够自行充电而无需人工干预将是非常方便的，早期的无线充电技术效率较低，但最新的解决方案，如磁共振充电，已经能达到与有线充电相当的效率，大约为95%。特斯拉新视频展示了无线充电板的工作情况，充电速率达到25千瓦，这个速度不如特斯拉超级充电网络的直流快速充电，但已经超过了典型的交流充电。 Part 2 电动汽车无线充电的系统构成电动汽车无线充电系统通常采用磁耦合的方式，其主要包括地面发射端和车载接收端。 ● 地面端负责将工频交流电转换为高频交流电，再通过发射线圈生成磁场， ● 车载端通过接收线圈将磁场能量还原为电能并传输至电池。无线充电系统的设计需要考虑多个因素，如功率传输效率、传输距离、安全性及电磁环境等。为了提高系统的可靠性，无线充电系统还需具备异物检测、活物检测、引导对齐等辅助功能。这些技术确保了充电过程的高效、安全。实现高效、安全的电能传输是电动汽车无线充电技术的核心。在功率变换电路中，高频逆变和高频整流技术是关键，直接影响系统的整体充电效率。未来，新型电力电子器件（如SiC、GaN等宽禁带半导体材料）的应用有望进一步提升系统的能量转换效率和传输功率。系统的控制技术也是无线充电的核心之一。频率跟踪、阻抗匹配及功率控制技术的优化能够确保系统在不同环境下的稳定运行。随着自动驾驶技术的发展，无线充电系统还需与智能泊车系统相结合，以实现车辆的自动对齐和精准充电。无线充电技术仍面临能量传输效率、设备互操作性和安全性等方面的挑战。未来，技术的发展方向主要集中在以下几个方面： ● 提高能量传输效率：通过改进磁耦合设计和采用新型半导体器件，这块问题不大。 ● 标准化：统一的技术标准和协议将有助于实现不同设备间的兼容性，推动无线充电技术的大规模推广，这块问题也不大。 ● 安全性与电磁辐射：未来的无线充电系统需进一步优化电磁兼容设计，确保其对周围环境和人体的安全。当然现在最大的可能可能需要对齐和引导，找到位置才能好的处理。通过车载摄像头和传感器采集周围环境的图像数据和距离数据，然后实时规划泊车路径并开始泊车。在泊车过程中，系统实时计算发射线圈和接收线圈之间的位置偏移矢量，并将该位置偏移矢量发送给电动汽车。电动汽车接收到位置偏移矢量后会暂停泊车。当接收到的位置偏移矢量在预设的时间内不发生变化时，系统重新规划泊车线路并继续泊车。当车辆到达目标位置后，再次暂停泊车，并判断泊车位置是否满足无线充电需求。通过在泊车过程中根据发射线圈和接收线圈之间的位置偏移矢量暂停和重新启动泊车。小结特斯拉的L4 级别的车辆对无线充电技术看来是比较刚需的。
2025-02-20
发表了主题帖：电动汽车充电通信协议深入解析：IEC-61851-24-2014标准的权威指南

摘要本文旨在深入分析电动汽车充电通信协议的理论基础和实际应用，重点探讨了IEC-61851-24-2014标准，包括其理论框架、关键术语、工作原理及安全机制。通过阐述充电通信的基本流程、信息交换机制、充电会话管理和安全通信要求，本文揭示了电动汽车充电通信协议在智能充电网络构建中的关键作用。文章还提供了实际应用案例分析，探讨了充电桩与车辆通信协议的实施，以及协议优化和未来发展趋势。最后，本文分析了面对全球兼容性和新兴技术融合时IEC-61851-24-2014标准的挑战与机遇，以及未来持续改进与发展的策略。关键字电动汽车；充电通信协议；IEC-61851-24-2014；智能充电网络；安全机制；技术标准 1. 电动汽车充电通信协议概述电动汽车（EV）行业迅猛发展，电动汽车充电通信协议成为关键性的基础设施之一。这些协议定义了电动汽车与充电站之间的通信方式，保证了充电过程的安全、有效和互操作性。在本章中，我们将深入探讨电动汽车充电通信协议的基础知识，其功能和重要性，并为接下来的章节，特别是IEC-61851-24-2014标准的详细探讨，打下坚实的基础。 2. IEC-61851-24-2014标准的理论基础 2.1 通信协议的基本概念 2.1.1 协议的定义与作用通信协议是网络设备之间交换信息时所遵循的规则和标准。它定义了数据的格式、传输速率、同步方式、寻址机制以及错误检测和恢复等内容。协议的作用是确保通信双方能够在复杂的网络环境中准确无误地交换信息，且能够理解对方所传递的数据含义。在电动汽车充电通信的背景下，协议需要适应不同的充电模式和需求，比如交流充电（AC）和直流快速充电（DC）。电动汽车的充电通信协议必须提供一种机制，以支持充电站和车辆之间的信息交换，并确保充电过程的安全和效率。 2.1.2 电动汽车充电协议的演变过程电动汽车充电通信协议的发展经历了多个阶段。初期，由于缺乏统一标准，不同厂商之间的充电设备和车辆之间往往存在兼容性问题。随着市场对标准化需求的提升，国际电工委员会（IEC）制定了IEC-61851系列标准，用于指导电动汽车充电系统的设计和使用。 IEC-61851-24-2014标准是其中的一个重要组成部分，它详细规定了电动汽车在充电时的通信过程。随着技术的进步和市场的发展，该标准也在不断更新，以适应新技术的融入和解决新出现的问题。 2.2 IEC-61851-24-2014标准框架 2.2.1 标准的主要组成部分 IEC-61851-24-2014标准由多个部分组成，其中第24部分专门针对电动汽车无线通信的要求。该标准定义了电动汽车无线充电系统的通信协议和接口要求，它确保了不同制造商生产的车辆和充电器之间能够进行有效的信息交换。标准的主要组成部分包括：通信协议要求：规定了消息的格式、通信序列和协议操作。数据元素定义：详细说明了用于通信的关键数据元素，例如电池状态、充电需求等。通信接口：定义了物理接口的标准，包括无线传输的技术要求。 2.2.2 标准的适用范围与目标 IEC-61851-24-2014标准的目标是确保电动汽车充电的互操作性，即任何符合该标准的电动汽车都可以在任何符合标准的充电站进行充电。其适用范围不仅限于特定国家或地区，而是旨在成为全球范围内广泛接受的标准。标准的适用范围包括：所有形式的电动汽车，包括插电式混合动力车和纯电动车。适用于各种充电模式，包括公共、家用和快充。适用于多种通信技术，包括近场通信（NFC）、无线局域网（WLAN）和其他无线技术。 2.3 标准中的关键术语与定义 2.3.1 关键术语解释 IEC-61851-24-2014标准中定义了一系列关键术语，以确保通信过程中的准确性和一致性。以下是一些关键术语的解释：充电模式（Charging Mode）：指的是充电过程所采用的技术和方法，例如交流充电（AC）和直流快充（DC）。会话（Session）：指一次完整的充电过程，从连接到断开的整个期间。充电点（Charging Point）：为电动汽车提供充电服务的设备或设施。 2.3.2 术语在通信过程中的作用在通信过程中，这些术语起到桥梁的作用，使得不同的系统和设备能够理解彼此的指令和状态。例如，通过“会话”这一概念，充电站能够识别何时开始对车辆进行充电，何时结束充电，并据此生成相关的计费信息。术语的使用确保了通信协议的标准化和规范化，简化了电动汽车充电网络的设计和实施过程。这不仅有利于制造商和运营商，也为最终用户带来了便利，因为它减少了用户在使用不同充电设备时可能遇到的困扰。以上内容构成了IEC-61851-24-2014标准的理论基础，为后续章节的深入探讨奠定了基础。通过这些理论基础，我们可以更进一步地了解充电通信协议的工作原理与实践，以及如何在实际应用中优化这些协议。 3. 充电通信协议的工作原理与实践 3.1 充电通信的基本流程 3.1.1 充电连接与识别过程在电动汽车充电过程中，充电通信协议首先负责充电连接与识别过程。这一过程包括车辆和充电设施之间的物理连接建立，以及随后的通信协议交互来识别对方的身份和能力。在物理连接阶段，车辆通过充电电缆与充电桩连接，而充电桩需要通过接口电路检测电缆的连接状态。一旦连接完成，通信协议介入，启动一个初始化的过程。在此过程中，充电桩会发送一系列的查询命令，来请求车辆提供其充电需求、充电模式及充电参数等信息。在识别阶段，车辆会回应充电桩的查询请求，发送相应的信息。包括电池管理系统（BMS）状态、充电口状态、支持的充电功率范围等。通信协议确保双方信息的准确交换，使充电桩可以评估并决定是否可以为该车辆提供充电服务。 3.1.2 通信协议在充电过程中的作用通信协议的使用为充电过程带来了两个主要好处：确保信息的正确传输和提供一个标准化的交互流程。通信协议确保信息在充电设施和电动汽车之间可以准确无误地传输。这不仅涉及到数据的准确传输，还包括数据传输的完整性、安全性和保密性。标准化的交互流程则为不同制造商生产的充电设施和电动汽车之间的兼容提供了基础。通过遵循相同的协议，无论是OEM厂商还是第三方供应商都能保证其产品能够相互“理解”，从而提供可靠的充电服务。充电协议还负责管理充电过程中的多种模式，如预充电模式、恒流模式和恒压模式等。它确保车辆在各个充电阶段可以正确地接收到充电设施发出的指令，并作出相应的反应，从而保证充电过程的顺利进行。 3.2 信息交换与协议交互 3.2.1 信息交换的机制与内容信息交换是充电通信协议工作的核心部分。信息交换的机制设计需要保障数据在车辆和充电设施之间高效、准确地传输。在电动汽车充电过程中，数据交换可能包括电压、电流、温度、剩余电量等信息。电动汽车充电通信协议定义了一系列的消息格式和传输规则，以确保数据交换的一致性。例如，通信开始时，充电桩会通过消息请求车辆的充电参数，车辆则响应以特定格式的消息，提供其最大充电电流、最大充电电压等信息。信息交换的过程不仅包括车辆和充电设施之间，也包括可能存在的中间系统，如充电站管理系统或电网运营商的控制系统。例如，车辆向充电设施请求充电服务时，充电设施可能会转发请求至电网运营商，以确认当前电网状态允许进行充电操作。 3.2.2 协议交互的示例与解析作为交互的示例，让我们考虑一个典型的充电会话。在这个会话中，首先车辆和充电设施通过物理连接建立通信链路。接着，双方开始进行一系列的握手过程，包括确定通信速率、确认所支持的协议版本等。在这个过程中，充电桩可能会发送一个初始化命令，车辆响应一个状态报告消息，其中包括车辆的充电需求和其他相关参数。如果充电桩确认可以满足这些需求，它将开始充电过程。否则，它可能会拒绝充电或请求车辆进行一些调整。例如，下面是一个简化的交互过程，展示了初始化和充电过程中的消息交换：充电桩发出Initiate消息以开始通信。车辆回应Status消息，提供其当前状态和充电需求。充电桩评估车辆状态，并发送Authorize消息授权充电。车辆收到授权后，发送Ready消息表示充电准备就绪。充电桩确认后，发送Start消息开始充电。在充电过程中，车辆和充电桩定期交换Status消息来更新彼此的充电状态信息。以上示例反映了信息交换和协议交互的基本流程，这些信息确保充电过程安全、可靠和高效。 3.3 充电会话管理与控制 3.3.1 会话管理的操作模式电动汽车充电会话的管理是确保充电操作安全、有效执行的关键。会话管理涵盖了从充电开始到结束的整个过程，包括会话的启动、监控、暂停、恢复和结束。操作模式包括预充电、主充电和充电结束三个主要阶段。预充电阶段，车辆和充电桩进行一系列的检查，确保安全和兼容性。一旦预充电阶段顺利完成，主充电阶段开始，充电功率逐渐增加至设定的最大值。在充电结束阶段，充电会话将被终止，车辆和充电设施进行最后的数据交换和状态更新。会话管理的具体操作模式根据不同的充电标准和协议有所区别。以IEC-61851-24-2014为例，该标准定义了多种充电模式，包括交流充电（AC）和直流充电（DC）的管理流程。例如，在直流快速充电中，会话管理包括了车辆和充电设施间多轮的通信交互，确保电压、电流等参数在安全的范围内。 3.3.2 控制命令与响应机制在充电会话管理中，控制命令和响应机制确保充电操作能够及时、准确地执行。每一个控制命令都伴随着一个预期的响应，如果预期的响应没有在规定的时间内到达，将触发相应的错误处理机制。控制命令由充电设施发起，可以是开始充电、暂停充电、调整充电参数等。车辆在接收到控制命令后，会按照协议规定的流程执行，并返回相应的响应消息。例如，充电设施可能会发送一个Pause命令来指示车辆暂停充电。车辆在收到命令后，立即暂停充电，并发送Paused状态消息给充电设施，确认暂停操作已完成。如果没有得到Paused状态，充电设施将不会继续后续的充电过程。控制命令与响应机制是充电通信协议可靠性的重要保证。错误的响应或无响应都将导致充电过程中的安全风险。因此，协议规定了详细的超时机制、错误检测和处理流程，确保充电会话的稳定和安全运行。 4. 充电通信协议的安全机制与实践 4.1 安全通信要求 4.1.1 安全通信的重要性在电动汽车充电系统中，确保数据传输的安全性是至关重要的。安全通信不仅涉及到用户的数据隐私，还包括充电桩与车辆之间的交易安全、车辆的充电安全以及整个充电基础设施的稳定运行。如果通信环节被恶意攻击，可能会导致用户信息泄露、充电中断甚至危及车辆安全。因此，安全通信要求是充电通信协议设计的核心部分，旨在提供一个安全可靠的通信环境。 4.1.2 安全通信协议的特点安全通信协议通常具备几个关键特点：首先是机密性，确保传输的数据不能被未授权的第三方访问或窃取；其次是完整性，确保信息在传输过程中未被篡改；第三是身份验证，确保通信双方的合法性；最后是不可否认性，确保通信双方不能否认他们发送或接收的信息。这些特点结合起来，形成了一个坚实的通信安全基础，是充电通信协议中不可或缺的一部分。 4.2 加密与认证机制 4.2.1 加密技术在通信中的应用加密技术是确保通信安全的重要手段之一。在电动汽车充电通信协议中，主要采用对称加密和非对称加密技术。对称加密使用同一密钥进行数据的加密和解密，虽然速度快，但密钥的分发和管理成为一大挑战。非对称加密使用一对密钥，一个是公钥用于加密，另一个是私钥用于解密，适用于身份验证和密钥交换。当前，加密技术如AES（高级加密标准）和RSA（一种非对称加密算法）常被用来增强电动汽车充电通信的安全性。 4.2.2 认证流程与方法认证机制主要是确保通信双方的真实身份。常见的认证方法包括数字签名、挑战-响应认证等。数字签名可以验证消息的完整性和发送者的身份，而挑战-响应认证可以验证双方是否持有预先共享的密钥。在充电通信协议中，使用PKI（公钥基础设施）是一个常见做法，通过数字证书来验证通信实体的身份。数字证书由权威的认证中心颁发，并包含证书持有者的公钥，以及证书颁发机构的数字签名。 4.3 错误处理与安全测试 4.3.1 错误检测与处理机制在电动汽车充电通信过程中，可能会发生各种错误，如数据丢失、顺序错乱、数据损坏等。错误检测与处理机制确保这些问题能够在不影响用户和系统安全的情况下得到妥善解决。通常使用校验和、奇偶校验位或更复杂的错误检测码（如CRC）来检测数据传输过程中的错误。一旦检测到错误，通信协议将采取重传策略或错误报告机制来处理错误，确保通信的可靠性。 4.3.2 安全性测试的方法与实践安全性测试是验证充电通信协议安全性的重要手段，包括渗透测试、模拟攻击、加密强度测试等。通过这些测试，可以发现系统存在的安全漏洞，并及时修复。安全性测试应当作为充电通信协议开发和部署的一个持续过程。在测试过程中，应当模拟各种攻击情景，确保所有可能的安全威胁都得到评估和解决。通过定期的安全性测试，充电通信协议的安全性可以得到有效保障，并且可以及时响应新出现的安全威胁。案例代码展示与分析以下是一个简单的示例，展示如何在电动汽车充电通信中使用RSA加密算法进行身份认证： from Crypto.PublicKey import RSA from Crypto.Random import get_random_bytes from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP # 生成密钥对 key = RSA.generate(2048) private_key = key.export_key() public_key = key.publickey().export_key() # 加密和解密过程 def encryptRSA(message, public_key): recipient_key = RSA.import_key(public_key) cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(recipient_key) encrypted_message = cipher_rsa.encrypt(message) return encrypted_message def decryptRSA(encrypted_message, private_key): sender_key = RSA.import_key(private_key) cipher_rsa = PKCS1_OAEP.new(sender_key) decrypted_message = cipher_rsa.decrypt(encrypted_message) return decrypted_message # 使用公钥加密消息 encrypted = encryptRSA(b'Hello, this is a secret message!', public_key) print(f'Encrypted message: {encrypted}') # 使用私钥解密消息 decrypted = decryptRSA(encrypted, private_key) print(f'Decrypted message: {decrypted}') 在上述示例中，我们首先生成了一个RSA密钥对，并使用公钥对消息进行加密。之后，使用私钥对加密后的消息进行解密。此示例展示了加密和解密的基本过程，实际应用中，加密和认证的机制会更加复杂，通常会涉及到密钥交换协议、加密传输协议等技术细节。以上为第四章的详尽内容，通过深入的理论分析与实际操作代码展示，我们对电动汽车充电通信协议的安全机制有了全面的认识，并了解了如何在实际应用中加强通信过程的安全性。 5. 充电通信协议的实际应用案例分析 5.1 智能充电网络的构建智能充电网络是指运用现代信息技术和通信技术，实现电动汽车充电设施的智能化管理和调度，从而提高充电效率，降低运营成本，提升用户体验。构建智能充电网络的实施过程涉及到需求分析、技术选型、网络设计、系统实施和运营维护等多个环节。 5.1.1 智能充电网络的需求与挑战随着电动汽车数量的快速增长，用户对于充电便捷性、经济性的要求也越来越高。智能充电网络应具备以下需求：实时监控与调度：监控充电站的运行状态和车辆的充电情况，实现资源的合理分配。用户认证与计费管理：对用户身份进行验证，处理计费和支付事务。数据分析与决策支持：收集数据，进行分析，为运营决策提供数据支持。故障预警与维护：实时监测设备运行情况，快速响应设备故障，确保充电安全和连续性。面对这些需求，智能充电网络在构建过程中也面临不少挑战：标准化问题：不同制造商生产的充电桩和电动汽车之间存在兼容性问题。网络安全：如何确保通信过程中的数据安全和用户隐私。成本压力：初期建设投入大，回收周期长。政策法规：需要与现行法规和政策相适应，同时需要预测未来法规变化的应对策略。 5.1.2 智能充电网络的案例实践一个典型的智能充电网络案例是欧洲某城市的电动汽车充电基础设施项目。该项目通过以下几个步骤实现智能充电网络的构建：需求调研：与当地政府、运营商、用户进行广泛的沟通和调研，确定项目的需求和目标。技术选型：根据调研结果，选择适合的技术和设备，包括充电桩、后台管理软件、云平台等。网络设计：设计网络架构，确保可以实现对充电站的实时监控和管理。系统实施：开始建设智能充电网络的物理和软件基础设施，并进行集成测试。运营管理：制定运营维护策略，对网络进行日常监控和优化。评估与反馈：收集用户反馈，评估网络运行情况，并根据结果进行调整。 5.2 充电桩与车辆通信的实际案例在智能充电网络中，充电桩与电动汽车之间准确、高效的通信是确保充电安全和用户体验的关键。下面将展示具体的充电桩与车辆通信协议实现的案例。 5.2.1 充电桩的通信协议实现充电桩的通信协议实现需要遵循IEC-61851-24等标准，以保证与各种电动汽车的兼容性。一个充电桩的通信协议通常包括以下几个方面：物理连接：实现物理接口与电动汽车的充电口的连接。信息交换：在充电过程中，充电桩与电动汽车之间交换必要的信息，如充电模式、充电功率等。状态监测与控制：实时监测充电桩的工作状态，根据电动汽车的需求进行相应的控制。安全措施：在通信过程中采取加密、认证等安全措施，确保通信的安全性。具体到技术实现上，充电桩制造商通常会采用嵌入式系统来实现这些功能。嵌入式系统内运行的软件需要与电动汽车的控制系统进行有效对接，共同确保充电过程的安全和效率。 5.2.2 车辆通信协议的案例分析电动汽车作为充电网络的另一端，其通信协议的实现也至关重要。以下是某电动汽车制造商在车辆通信协议方面的实施案例：车辆侧通信模块：集成了多种通信协议，以支持与不同充电桩的通信。通信协议栈：遵循标准的通信协议栈，能够进行信息的打包、传输和解析。用户界面：向用户提供关于充电状态的实时信息，并允许用户通过车载系统进行充电站的查找、预约和支付。数据处理：对充电过程中的数据进行记录和分析，为后续优化充电策略提供依据。从具体技术角度来看，车辆通信协议的实现需要在车辆控制器和通信模块间建立稳定的通信通道，这通常通过CAN总线或者以太网完成。 5.3 充电通信协议的优化与未来趋势 5.3.1 通信协议优化的方向随着电动汽车市场的日益成熟和技术的发展，通信协议也需要不断地优化和升级以适应新的需求。优化方向可以包括：标准化与互操作性：进一步提高充电通信的标准化和互操作性，确保不同厂家的设备可以无缝对接。通信效率：优化通信协议，减少通信延迟，提高数据传输速率。用户体验：简化用户操作流程，提供更加人性化的界面和功能。扩展性与灵活性：使通信协议可以适应新的技术，如大数据、云计算等的集成。 5.3.2 未来充电通信技术的发展趋势未来充电通信技术的发展趋势可以预见如下几个方向：无线充电技术：无线充电技术的发展将使得充电更加便捷，无线通信协议的需求也将随之增加。车联网技术：车联网的发展将推动充电通信向更高的智能化水平迈进。集成化解决方案：通信、充电和车辆管理功能集成，形成综合解决方案。绿色能源的融合：将充电通信技术与绿色能源如太阳能、风能等相结合，推动可持续发展。通过对现有协议的优化和对未来趋势的把握，充电通信协议将更好地服务于电动汽车产业的发展，带来更安全、高效、便捷的充电体验。 6. 深入理解IEC-61851-24-2014的挑战与机遇随着电动汽车技术的快速发展，充电通信协议的标准化成为确保安全、兼容性和技术进步的关键。IEC-61851-24-2014作为国际标准化组织在电动汽车充电通信领域的重要成果，既面临着一系列挑战，也蕴含着巨大的应用机遇。面临的主要挑战技术标准的全球兼容性问题随着电动汽车市场的全球化，不同国家和地区的充电需求和技术规范存在差异。IEC-61851-24-2014需要解决这些差异，确保在全球范围内实现电动汽车充电设备的互操作性。这包括电源接口、通信协议、数据交换格式等多个方面的标准化工作。新兴技术与标准的融合挑战电动车技术不断发展，例如无线充电、智能充电网络、车联网等新兴技术的涌现对现有标准提出了新的挑战。IEC-61851-24-2014标准需要与时俱进，整合这些新技术，保证新兴技术的顺畅应用。标准在行业中的应用机遇推动电动汽车产业的发展 IEC-61851-24-2014标准的推广使用有利于电动汽车产业的快速发展。通过统一的标准，消费者可以享受到更安全、更便捷的充电服务，进而增加对电动汽车的接受度和购买意愿。标准在国际市场的应用前景随着全球对减排和清洁能源的重视，电动汽车市场将持续扩大。IEC-61851-24-2014作为行业标准，其在国际市场上的应用将为相关企业开拓更广阔的市场空间，促进全球范围内的技术合作和竞争。持续改进与发展策略标准更新与完善的过程随着技术的进步和市场需求的变化，IEC-61851-24-2014标准也需要不断更新和完善。这需要国际标准化组织的积极参与，联合各国专家和企业共同参与标准的制定和修订工作。企业与研究机构的角色与责任企业是标准化实践的主体，也是推动标准更新的重要力量。研究机构则需要在理论和技术层面上提供支持。两者的合作可以促进IEC-61851-24-2014标准的持续改进，确保电动汽车行业的健康发展。
2025-02-19
发表了主题帖：电动汽车电气及动力系统全面解析（图文并茂）

一、纯电动汽车的整体架构接下来，我们将深入探讨纯电动汽车的电气及动力系统。首先，让我们概述一下纯电动汽车的整体构成。纯电动汽车，作为新能源汽车的一种，其核心部件主要包括电池、电机、电控系统等。这些部件相互协作，共同构成了纯电动汽车的电气及动力系统。接下来，我们将一起探索纯电动汽车的内部结构。纯电动汽车的结构设计是其性能表现的关键所在。通过深入了解其各个部件的相互关系和作用方式，我们可以更好地理解纯电动汽车的工作原理和性能特点。接下来，让我们继续深入探索纯电动汽车的内部结构。通过详细剖析各个部件的组成和工作原理，我们可以更全面地了解纯电动汽车的性能特点和工作机制。这些深入的了解，将有助于我们更好地使用和维护纯电动汽车，发挥其最大的性能潜力。二、动力蓄电池系统动力蓄电池系统是纯电动汽车的核心部件之一，它负责储存电能并为其提供驱动力。该系统通常由蓄电池、电池管理系统以及相关电路组成。蓄电池是储存电能的关键组件，而电池管理系统则负责监控电池的状态，确保其安全、高效地工作。通过深入了解动力蓄电池系统的结构和工作原理，我们可以更好地理解纯电动汽车的能量来源和驱动方式。 ☝动力蓄电池的构成接下来，我们将深入探讨动力蓄电池的详细构成。接下来，我们将继续探索动力蓄电池的奥秘，首先聚焦于镍氢蓄电池。接下来，我们将深入探讨动力蓄电池的内部构造，以镍氢蓄电池为例进行详细剖析。接下来，我们将深入探讨动力蓄电池的内部构造。以镍氢蓄电池为例，我们将详细剖析其各个部件的功能与作用。接下来，我们将进一步深入了解动力蓄电池的内部构造。以镍氢蓄电池为例，我们将深入剖析其各个部件，特别是蓄电池管理系统（BMS）的框图及其功能与作用。接下来，我们将探讨动力蓄电池管理系统的结构形式。通过深入了解其各个组成部分，我们将更全面地理解BMS在动力蓄电池中的关键作用。接下来，让我们进一步了解动力蓄电池管理系统的详细结构。其中，主控盒和从控盒是BMS中的核心部件。主控盒主要负责整体控制与协调，而从控盒则协同主控盒，共同确保动力蓄电池的高效、安全运行。接下来，我们继续探讨动力蓄电池管理系统的其他关键部件。高压盒和传感器在系统中扮演着至关重要的角色。高压盒负责管理动力蓄电池的高压电路，确保其安全稳定地工作。而传感器则实时监测动力蓄电池的状态，为BMS提供准确的数据支持。通过这些部件的协同作用，动力蓄电池管理系统能够更加高效地管理电池，保障其安全、稳定的运行。接下来，我们将进一步了解驱动电机系统的相关内容。 ☝直流电机与三相异步电机接下来，我们将目光转向驱动电机系统的两大核心部件：直流电机和三相异步电机。这两种电机在电动汽车中扮演着不可或缺的角色，它们的性能直接影响到驱动系统的效率与稳定性。通过深入了解这两种电机的原理与应用，我们将能更全面地理解驱动电机系统的工作机制。 ☝永磁同步电机与开关磁阻电机在深入探讨了直流电机与三相异步电机之后，我们进一步转向另外两种重要的驱动电机：永磁同步电机和开关磁阻电机。这两种电机各有其独特的工作原理和应用领域，它们在电动汽车驱动系统中的地位也日益凸显。通过了解这两种电机的结构与工作原理，我们将能更深入地把握驱动电机系统的复杂性与多样性。 ☝轮毂电机在探讨完永磁同步电机与开关磁阻电机之后，我们进一步聚焦于一种特殊的驱动电机配置——轮毂电机。轮毂电机，作为电动汽车驱动系统中的一种关键组件，其设计理念是将电机直接嵌入车轮轮毂中，从而实现了机械传动与驱动的直接结合。这种设计不仅简化了整车结构，降低了制造成本，还为电动汽车的性能提升带来了新的可能性。通过深入了解轮毂电机的结构特点与工作原理，我们将能更全面地理解驱动电机系统在电动汽车中的应用与发展趋势。 ☝电机控制器（MCU）在讨论了轮毂电机等驱动电机配置后，我们转向电机控制器（MCU）的探讨。电机控制器作为电动汽车驱动系统中的另一大核心组件，其功能在于接收和处理来自车辆控制系统的指令，进而精确控制驱动电机的运行。与轮毂电机等驱动电机的协同作用，电机控制器在提升电动汽车性能、保障行车安全以及实现能源高效利用方面发挥着至关重要的作用。通过深入了解电机控制器的原理与功能，我们将能更全面地把握电动汽车驱动系统的发展脉络。 ☝MCU的通信功能在电动汽车驱动系统中，电机控制器（MCU）不仅负责控制驱动电机的运行，还具备强大的通信功能。这一功能使得MCU能够与其他车辆控制系统及组件进行实时数据交换，确保整车运行的协同与高效。通过深入剖析MCU的通信机制，我们能够进一步理解其在电动汽车智能化、网联化发展中的关键作用。三、充电系统中的MCU端口在电动汽车的充电系统中，MCU扮演着重要的角色。其端口设计不仅关乎充电效率，更直接影响着充电的安全性。通过优化MCU端口配置，可以提高充电系统的整体性能，为电动汽车的快速、安全充电提供有力保障。 ↑慢充充电系统在电动汽车的充电方式中，慢充是一种常见且安全的方式。其特点是通过较低的电流和电压进行长时间充电，确保电池能够稳定、安全地充满电。这种充电方式不仅对电池寿命有益，还能有效降低充电时的安全隐患。 ↑慢充电口针脚详解在电动汽车的慢充系统中，充电口针脚起着至关重要的作用。它们负责传输电流和电压，以实现稳定的充电过程。不同的针脚具有不同的功能，确保充电的安全与效率。深入了解慢充电口针脚的定义，对于理解电动汽车的充电机制具有重要意义。 ↑直流快充与车辆快充口探秘在电动汽车的充电技术中，直流快充以其快速便捷的特点备受瞩目。而车辆快充口，作为直流快充的接口，其设计至关重要。它不仅承载着传输大电流和电压的任务，更要确保充电过程的安全与高效。深入剖析直流快充及车辆快充口的构造与功能，对于把握电动汽车充电技术的核心具有重要意义。 ↑快充口针脚详解车辆快充口的针脚设计，是直流快充技术中的又一关键环节。这些针脚不仅负责传输电能，更在确保充电安全与效率方面发挥着至关重要的作用。深入了解快充口针脚的定义与功能，对于理解电动汽车充电技术的全貌具有重要意义。 ↑车载充电机车载充电机，作为电动汽车充电系统中的核心部件，其作用不容忽视。它主要负责将电网的交流电转换为直流电，从而为电动汽车提供稳定的充电电源。同时，车载充电机还具备多重保护功能，确保充电过程的安全与可靠。 ↑DC/DC变换器位置 DC/DC变换器，在电动汽车的充电系统中扮演着重要角色。它通常位于车载充电机之后，负责将直流电进行进一步转换，以满足电动汽车不同部件的供电需求。这一环节对于确保充电系统的稳定性和安全性至关重要。 ↑DC/DC变换器接线口 DC/DC变换器具有多个接线口，这些接线口与电动汽车的各个部件相连，实现电能的稳定传输。每个接线口都经过精心设计，以确保在高强度使用下依然能够保持其稳定性，从而保障整个充电系统的可靠运行。 ↑高压控制盒及其内部构造高压控制盒是电动汽车充电系统中的关键组件，其内部结构精密且复杂。它负责监控和管理充电过程中的高压电路，确保电能的安全、稳定传输。通过对其内部结构的深入了解，我们可以更好地理解DC/DC变换器在充电系统中的作用，以及整个充电过程的安全性。 ↑高压电气系统四、制动系统在电动汽车的充电与驱动过程中，制动系统扮演着至关重要的角色。它不仅关乎车辆的安全性，更直接影响着充电效率与驾驶体验。通过深入探讨制动系统的工作原理与性能特点，我们可以进一步优化电动汽车的充电与驾驶流程，提升整体使用效率。 ↑真空助力制动系统结构解析在电动汽车的制动系统中，真空助力制动以其独特结构和工作原理，发挥着不可或缺的作用。通过详细剖析其组成部件及工作机制，我们能够更深入地了解这一系统在提升车辆安全性、优化充电与驾驶流程中的关键地位。 ↑电动真空泵在真空助力制动系统中，电动真空泵作为核心部件，负责提供必要的真空度。其工作原理是通过电机驱动，将空气从泵体中抽出，从而在制动系统中形成所需的真空环境。这一部件的性能直接影响着整个制动系统的效果，是保障车辆安全行驶的重要基础。 ↑电动制动系统的工作原理在汽车的制动系统中，电动制动技术发挥着至关重要的作用。其工作原理是，通过电机驱动，实现对车辆制动力的精确控制。这一技术不仅提高了制动的效率，还为车辆的稳定性和安全性提供了有力保障。 ↑空调系统的结构空调系统是汽车中的重要组成部分，其结构复杂但功能关键。主要包括压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等部件，通过这些部件的协同作用，实现车内空气的冷却、加热和通风。 ↑电动涡旋式压缩机电动涡旋式压缩机是空调系统中的核心部件之一，其作用是驱动制冷剂循环，从而实现车内温度的调节。它通过电动机驱动，具有高效、节能的特点，是现代汽车空调系统中不可或缺的部分。 ↑PTC加热器 PTC加热器在汽车空调系统中扮演着重要角色，其功能是在寒冷环境下为车内提供额外的热源，确保舒适的乘车环境。当外界温度较低时，PTC加热器会自动启动，通过电能转化为热能，为车内提供温暖的空气。 ↑PTC加热器结构及控制原理接下来，我们将深入了解PTC加热器的内部结构和控制原理。通过详细剖析其工作机制，我们可以更全面地理解PTC加热器在汽车空调系统中的不可或缺的地位。 1 背景介绍随着纯电动汽车的普及，充电需求日益旺盛，市场对充电的安全性和便捷性提出了更为严苛的挑战。为了满足市场的这一需求，我们有必要深入探讨纯电动汽车的充电系统，包括其组成、电气原理以及控制策略。纯电动汽车的充电方式主要分为两种：交流充电，即慢充；以及直流充电，即快充。这两种充电方式在结构、工作原理以及控制方式上均存在显著差异。 2 交流充电系统 2.1 交流充电的构成交流充电，即慢充，是指电网提供的电压为交流电，可以是220V AC单向电或380V AC三相电。在充电过程中，交流电会经过标准充电插头和充电插座，随后进入车载充电机。车载充电机负责将交流电转换为直流电，进而为动力电池充电，从而完成基本的交流充电过程。构成交流充电系统的关键部件包括车载充电机、交流充电插座（及配套线束）、充电线、交流充电桩或220V交流电源，以及车辆控制器（如VCU和BMS）等，如图1所示为各部件的示意图。在交流充电系统中，各个部件都发挥着至关重要的作用。车载充电机作为核心部件，负责将交流电高效转化为直流电，为动力电池充电。而交流充电插座，作为车辆与外部电网的连接接口，其设计遵循国家标准，确保安全可靠。此外，车辆控制器也扮演着举足轻重的角色，它实时监控车辆状态，并发出控制指令，以保障充电过程的安全与高效。同时，充电线也是不可或缺的一部分。模式2充电线直接连接外部电网和车辆，提供稳定的220V AC电源。其功能盒能检测车辆和电网状态，实现供电的智能控制。虽然其输入电流有限，但保证了充电过程的安全与稳定。而交流充电桩，则更是充电过程中的关键设备。它能为车载充电机提供220V AC或380V AC电源，同时具备检测车辆和电网状态、智能控制供电的功能。根据标准要求，当输出电流超过32A时，必须采用380V AC供电，以确保充电功率足够，从而缩短充电时间。 2.2 交流充电的电气原理交流充电方式涵盖了三种不同的充电模式：模式1、模式2以及模式3。然而，根据国家标准和安全考量，模式1已被明确禁止使用。通常，模式3会采用连接方式C来进行充电。至于模式2和模式3连接方式C的交流充电工作原理，其电气图分别如图2和图3所示，清晰地展示了充电过程中的各个环节。交流充电作为国家标准推荐的充电方式，其电气原理图和检测控制流程必须遵循GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》的规定。这一标准不仅确保了充电的安全性，还规范了充电过程中的各个环节。此外，各汽车制造商也会根据实际情况，增加诸如充电提示和显示等功能，以方便用户查看充电状态。在电气原理图中，CC信号被用作判断充电插头与插座是否连接的依据，而车辆则根据CC信号的值来判定RC阻值，进而确定线束的容量。同时，CP信号则用于判断供电设备的供电能力，其值通过PWM进行确定。所有这些电阻值、PWM值以及控制器的判断逻辑，都必须严格符合标准要求，以确保电动汽车能够满足市场上的充电需求。除了模式2的充电方式，电动汽车还有模式3的充电方式，其电气原理图也遵循相应的标准。这一模式主要适用于充电桩与车辆之间的直接连接，通过高电压和大电流实现快速充电。在模式3的充电过程中，充电桩和车辆会进行一系列的通信和判断，以确保充电的安全和效率。同时，充电设施的制造商也会根据市场需求和技术发展，不断优化和升级充电设备，以满足电动汽车日益增长的充电需求。 2.3 交流充电的控制策略结合图2和图3的电气原理图，我们可以发现，无论是采用模式2还是模式3，其基本原理是相似的，主要区别在于电网的交流供电方式。以一个具体项目为例，我们来简要阐述其控制策略。该项目的电气原理图、检测以及控制均严格遵循相关标准。同时，为了提升客户的充电体验，我们制定了如下交流充电的控制流程和顺序： ①车载充电机首先会检测CC和CP信号。通过CC信号，它可以判断充电线的容量；而CP信号则用于判断供电设备的供电能力。 ②当车辆处于休眠或停车状态，充电插头一旦插上充电插座，车载充电机会立即检测到CC或CP信号，从而自身唤醒。 ③车载充电机唤醒后，会进一步唤醒VCU和BMS。 ④VCU和BMS被唤醒后，将进入交流充电模式，并开始检测车辆状态，包括检查车辆是否有故障以及电池是否已满电。 ⑤车载充电机会将充电线束状态和供电设备信息反馈给BMS。 ⑥BMS根据反馈的信息和车辆状态，会发出开始或停止充电的指令给车载充电机。 ⑦交流充电桩或充电线的供电控制装置，会通过CP信号来判断车辆状态，进而控制K1和K2的连接或断开，也就是控制交流电的输入。 ⑧车载充电机根据接收到的指令，开始或停止工作，为车辆充电或进入休眠状态。以上就是整个交流充电过程的控制简述。在充电开始前，车辆和交流充电桩（或充电线）会先判断充电接口是否连接完好，以确保充电安全。客户只需插上充电枪，无需其他操作，车辆便会自动进入充电模式，既便捷又安全。此外，若在充电过程中电网断电，车辆会自动进入休眠状态以节省能源；来电后则会自动唤醒并继续充电，直至电池满电或电网再次断电。这种智能控制策略不仅提升了客户的使用体验，也确保了充电过程的安全与高效。 3 直流充电系统 3.1 直流充电的构成直流充电，即DC充电，是一种将外部电网的380V AC三相电通过直流充电桩转化为直流电，再经由标准直流充电插头和充电插座直接输送给车辆动力电池的充电方式。这一过程完成了基本的直流充电需求。构成直流充电系统的关键部件包括直流充电插座（及其线束）、车辆控制器（VCU和BMS），以及直流充电桩，如图5所示。在直流充电系统中，直流充电插座被固定在车辆上，它直接与动力电池相连，负责与外部电网的接口对接。而直流充电桩则被安装在停车场，其作用是将380V AC交流电转换为直流电，并通过标准充电插头和充电插座与车辆连接，从而为动力电池提供充电服务。各部件在系统中的作用至关重要：（1）直流充电插座作为国家标准件，不仅承载着车辆与外部电网的连接任务，还具备多种回路功能，包括CAN通讯、低压辅助供电、信号传输以及接地和高压回路等，共计9个接口。（2）车辆控制器则扮演着监控车辆状态并发出控制指令的角色。它依据国家标准GB/T 27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》来与直流充电桩进行通信，从而实现对充电过程的实时控制和监测。（3）直流充电桩作为大功率的非车载充电机，其核心任务是将380V AC交流电高效地转换为直流电。通过标准充电插头和插座与车辆连接后，它能直接为动力电池提供充电服务，且因其高功率特性，能显著缩短充电时间。 3.2 直流充电的电气原理直流充电遵循一种特定的模式，即国家标准中定义的充电模式4。其电气原理可用图6来详细展示。图6展示了模式4直流充电的电气原理图。这种充电方式遵循国家标准GB/T 18487.1-2015《电动汽车传导充电系统第1部分：通用要求》的规定。在图中，CC1信号用于判断充电插头与插座是否连接，而CC2信号则由车辆进行此项判断。此外，S+和S-代表CAN信号通道，而A+和A-则是辅助电源，其电压因车型而异，例如乘用车通常为12V，大巴车则为24V。直流充电桩能通过A+和A-提供辅助电源，但标准并未强制要求使用，车辆可灵活应用。电气原理图中的电阻值以及控制器的判断都必须严格遵循标准，以确保电动汽车在市场上的充电需求得到满足。 3.3 直流充电的控制策略直流充电的电气原理图不仅需符合国家标准，还需与车辆控制器的通讯协议保持一致，以确保电动汽车在市场上能顺畅充电。以某项目为例，当为动力电池充电时，为了便于控制执行，会直接采用动力电池的BMS与直流充电桩进行信息交互和状态检测，而VCU则主要作为辅助判断。其具体的控制策略和操作顺序如下： ①鉴于A+和A-辅助电源为车辆外部电压，其稳定性无法保证，因此在实际操作中并未采用。 ②BMS负责监测CC2信号，并与直流充电桩通过S+和S-进行信息交换。 ③当车辆处于休眠或停车状态，且直流充电插头与插座已连接时，BMS会检测到CC2信号并自行唤醒。 ④BMS唤醒后，会进一步唤醒VCU，从而启动直流充电模式。 ⑤直流充电桩会通过检测CC1信号来判断充电插座与插头的连接是否完整。 ⑥BMS与直流充电桩持续进行信息交互，确保充电过程的顺畅。 ⑦BMS根据从直流充电桩获取的信息及车辆当前状态进行综合判断，向直流充电桩发送开始或停止充电的指令。 ⑧直流充电桩则依据CC1信号和BMS的反馈来执行实际的充电或停止充电操作。 ⑨一旦充电完成或需要停止充电，整车系统将进入休眠模式，以降低能耗。此外，在直流充电过程中，若需停止充电，必须先拔出充电枪再重新插上，这一操作与交流充电有所不同，旨在确保充电安全。其整个充电过程的电压变化情况如图7所示。 4 总结无论是纯电动汽车还是可充电混合动力汽车的充电系统，都必须遵循标准规定，以满足市场的充电需求。交流充电因其较小的电流而有利于电池寿命的延长，且减少了过热和故障的风险。尽管直流充电速度更快，但它对车辆电池的损害较大，且容易过热引发火灾。因此，推荐车辆优先采用交流充电模式，以确保电池寿命的延长和事故的减少。此外，车辆控制器需持续监控电池状态，如过热、过压、过充、过流以及绝缘阻值的变化等，这是整车制造商必须完善的控制策略，以确保充电过程的安全无虞。
2025-02-14
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本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-14 08:31 编辑一、认识快充充电口 1、快充口针脚直流快充口一共9条线，定义如下： DC+：直流电源正，连接直流电源正与电池正极 DC-：直流电源负，连接直流电源负与电池负极 PE：保护接地，连接供电设备地线和车辆车身地线 CC1：充电连接确认（快充桩检测） CC2：充电连接确认（车辆检测） S+：充电通讯CAN-H，连接快充桩和车辆的通讯线 S-：充电通讯CAN-L，连接快充桩和车辆的通讯线 A+：低压辅助电源正，为车辆提供12v电压唤醒BMS A-：低压辅助电源负，为车辆提供12v电压唤醒BMS 2、特别说明车端快充口9个针脚其长短不一样，如下图：长针脚， CC2、DC+、DC-及PE共4个针脚为长针脚，为同一平面高度短针脚，S-、S+、A-、A+及CC1共15个针脚为短针脚，为比较低的平面位置插枪时，桩和车之间长针脚先接触，然后短针脚再接触，拔枪时反之，属于安全冗余设计二、快充充电口检测方法 1、充电口外观检查充电口外观无腐蚀，损坏、无裂纹，无烧蚀，密封圈安装正常。 2、绝缘检测选用500V及以上量程兆欧表，测量直流充电插座DC-、DC+分别对PE的绝缘阻值，要求绝缘阻值大于20MΩ。如下图： 3、检测车端CC1、CC2信号 CC2对地电压，应在3.9V左右 CC2对地阻值，应在2KΩ以上 CC1对地阻值，应为1KΩ 以上测量值，不同车型会有不同 4、检测车端S+、S-、A+及A-信号 S+、S-之间电阻为120Ω S+、S-对地电阻为无穷大 S+、S-上CAN总线电压为2.5v左右（未进行充电） A+对地电阻为2KΩ以上，A-对地电阻为0.2Ω左右 5、快充口信号检查总结不同车型针脚信号会有不同，测量时需注意。车型A：车型B：三、无法快充排查思路 1、充电时序直流快充系统，分为六个阶段。充电桩物理连接，低压辅助上电，充电握手阶段，充电参数配置阶段，充电阶段，结束充电。参见国标GBT 18487.1-2015，GBT 20234.1（23）-2015。插枪以后充电时序，总结如下： CC1，即检测点1电压为6v左右时，桩端连接确认正常 A+、A-，桩端A+、A-输出12v辅助电源 CC2，即监测点2电压为6v时，车端连接确认正常 K5、K6，车端闭合电池包继电器 S+、S-，车端和桩端通过CAN通信 K1、K2，桩端闭合继电器开始充电 2、充电控制逻辑总结如下插枪以后，会通过CC1和CC2进行验枪，CC1为桩端验枪，CC2为车端进行验枪。验枪通过（CC1验枪通过以后仪表显示红色插枪图标桩端会有扫码提示，CC2验枪通过待BMS握手正常桩端会显示17位车架号）以后，桩端在A+和A-上发出12v唤醒信号，唤醒BMS。 BMS唤醒以后判断车辆绝缘、互锁、SOC等，当充电条件满足时通过S+及S-即CAN总线和桩进行握手，当桩端判断充电条件满足时，桩和BMS握手成功。准备就绪，BMS通过CAN总线传输准备充电指令给VCU。 VCU判断车辆充电满足时，发指令给CCU控制快充负继电器闭合，根据BMS的实际请求开始充电，仪表显示绿色充电图标。 3、动态检查CC2及R4分压充电口通过静态测量有时无法发现问题点，这时需根据充电原理，进一步动态检测。短接法动态检测车端CC2及R4分压，步骤如下： CC1回路通过桩端输出信号经R4形成确认信号1（桩对车），CC2回路通过车端输出信号经R3形成确认信号2（车对桩），R3、R4电阻为1000Ω左右。桩端测量，CC1对PE电压为12v；车端测量，CC2信号对PE电压为5v/12v，不同车型会有区别。桩端12v信号通过R4形成回路，怀疑CC1信号回路中R4电阻（1000Ω）分压有故障时，可通过动态测量分压电压来判断R4电阻是否正常。车端用导线短接CC1及CC2（把CC2电压认为引入给CC1电路给R4形成回路），测量短接导线处对PE电压，当测得电压为2.5v/6v时，即表示动态检查CC2信号及R4电阻分压正常，否则有异常。短接CC2和CC1，仪表点亮红色插枪信号灯，显示文言连接中，充电指示灯亮蓝灯。此方法可初步判断CC2信号及R4电阻是否正常。注意：需要说明，短接法有一定局限性，R4电阻没有彻底损坏时可能造成误判。当R4电阻为1.3千欧（正常为1千欧），这时R4实际有异常。但是，通过短接法测试，仪表点亮红色插枪指示灯，充电口指示灯也亮蓝灯。虽然显示插枪正常，实际车辆无法快充，R4电阻分压信号（CC1检测点1信号）异常，即桩端CC1确认信号异常导致无法快充。这时，充电桩显示屏会伴随不显示车架号故障现象。 4、快充故障排查思路首先排除充电桩的故障，有的充电桩和车因为协议可以存着兼容性问题，导致无法充电。读取故障码、数据流，如直流充电座温度信号，直流快充充电唤醒电压（即A+、A-辅助唤醒BMS信号电压），车辆是否有绝缘故障、互锁故障、电池压差故障等判断故障。熟悉快充控制电路图，如零跑车型中通过A+、A-输出唤醒电压唤醒BMS及四合一车辆才能充电，唤醒电压有异常时，在屏幕点亮时可以充电，锁车休眠以后无法充电的故障现象。如下图：静态及动态测量，静态测量充电口针脚信号；通过充电原理，观察故障现象，动态情况下检测充电口信号。录取充电报文进一步分析。 5、问题来了，，，零跑车型充电口电源即唤醒电压有异常，为什么锁车休眠以后无法充电，而解锁点亮屏幕以后可以充电？
2025-02-13
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本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-13 08:15 编辑电能表在汽车充电桩电能计量和管理方面发挥着至关重要的作用，为用电计量提供重要依据。而另一方面，相比于交流充电桩，直流充电桩在输出侧的计量要求，认证门槛更高，开发难度更大。充电桩生产企业往往不会采用计量模块的自研方案，而偏向寻找高性能的直流电能表，直接满足特定国家或地区的法规要求，来缩短整桩的项目周期和开发成本。本文介绍充电桩一款充电桩直流电能表，它通过欧洲的计量仪器指令（MID）、北美的UL认证，确保了计量的精度、性能和可信度，为终端用户和系统供应商提供了保障。 ▌直流电能表可集成到多种应用中：电动汽车充电设备电池存储系统和分布式能源在铁路行业，集成到车载能源测量系统和地面数据采集系统无论是集成到列车、电动汽车还是快速充电桩中，电能表都具有加强管理和优化能源使用的作用。电能表帮助最终用户和企业实现了电力交易和计费流程。通过电量计量表，可以实现监控和电量消耗优化。分流器一体式设计，易于集成工作电压范围 150 至 1000 V 直流（GSH01直流电能表参数）最小电流6.5 A 和最大电流 650 A（GSH01直流电能表参数）单、双向电量计量可配置工作温度范围广（-40℃～80℃）主要特点易于集成到系统中，是电动汽车直流快速充电桩的完美选择与母线或电缆灵活集成 OCMF 格式符合 S.A.F.E 标准通过欧洲所有法规（MID、PTB、法国LNE）认证（GSH01直流电能表）通过CE、 UL 认证（J5021系列直流电能表）
2025-02-12
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本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-18 08:30 编辑目前，全球已推出或即将推出 20 多款配备 800 V 系统的车型，提供超过350kW 充电功率的快速充电站已广泛普及。预计充电模块将朝着更高功率和更高效率的趋势发展。通过采用合适的功率元件、拓扑结构以及坚固耐用的控制器，我们将拥有更多大功率充电站，在解决用户续航焦虑的同时减少碳排放。本文将介绍电动汽车直流充电桩设计的解决方案。这是一种常见的两电平电动汽车充电电路，由一个三相半桥功率级和第二个双有源桥（DAB）功率级组成。该系统结构简单，运行效率高，易于控制。它采用相移调制，在高负载下实现零电压开关（ZVS），同时在 200V 至 1000V 的宽充电电压范围内实现效率最大化。在 25kW 电动汽车直流充电桩的设计中，使用了 7 个半桥功率模块。安森美(onsemi)的全碳化硅（SiC）半桥功率集成模块（PIM）非常适合电动汽车直流充电桩的设计，它具备易于安装的封装和规格，极大降低了热阻和寄生电感，有助于实现更高的系统运行效率和功率密度 EliteSiC，全碳化硅功率集成模块， M3S NXH004P120M3F2，半桥， 1200V， 4mΩ 内置全新第三代碳化硅芯片出色的品质因数（FOM） = [RDS(ON) × EOSS] 采用 HPS 或 DBC 基板，低热阻预涂导热界面材料转换器由使用宽禁带元件的电桥组成，存在低边 MOSFET 自导通的风险。主要的原因包括米勒电容、栅极电阻和高 dv/dt。解决方案之一是使用提供负栅极电压的栅极驱动器。 NCP51752 是一款单通道隔离栅极驱动器，拉电流和灌电流峰值分别为 4.5 A/9 A。它可为快速开关应用提供短且匹配的传播延迟。NCP51752 最重要的特点是创新的嵌入式负偏置轨机制（-2/-3/-4/-5 V）。在大功率状态下工作时，监控功率模块和其他关键元件的状态至关重要，尤其是它们的温度。安森美 EliteSiC 全碳化硅（SiC）功率集成模块（PIM）集成了负温度系数热敏电阻（NTC），能够实现实时监测，并迅速切换工作模式或激活冷却器件。同时，为了防止短路和高电流造成的损坏，需要将电流测量电路放置在电桥上。这种解决方案成本效益高，与栅极驱动器中的去饱和（DESAT）保护相比，提供了更好的灵活性。安森美提供多种信号调节和控制产品。NCS2007x 系列运算放大器提供轨到轨输出操作，3MHz 带宽，并提供单路、双路和四路配置。其多种紧凑的封装和 2.7V 至 36V 的宽供电电压范围，使其适用于各种应用。为实现高精度电流监控，推荐使用 NCS21x，它具有低供电电压和低偏置的零漂移架构，可最大化在分流电阻上实现电流检测，满量程压降可低至10mV。在 25 kW 电动汽车直流充电桩的辅助电源设计中， NCV890100 用于为部分低压元件供电。NCV890100 是一款固定频率、单片式降压开关稳压器。它适用于要求低噪声和小外形尺寸的系统。 NCV890100 能够以高于调幅（AM）波段的恒定开关频率将典型的 4.5 V至 18 V 输入电压转换为低至 3.3 V 的输出电压，从而无需昂贵的滤波器和电磁干扰应对方法。 NCP3064 是另一款适用于升压和降压应用的 DC-DC 稳压器，其设计特点在于最小化外部元件的数量。这两款产品都集成了热关断保护功能（TSD）。 EliteSiC， 1200 V MOSFET， M3S 系列新型 1200 V M3S 平面碳化硅 MOSFET 系列：针对高温运行进行了优化改善寄生电容，适合高频运行 RDS(ON) =22 mΩ @VGS =18 V* 超低栅极电荷 (QG(TOT))=137 nC* 高速开关，具有低电容特性(COSS =146 pF)* 提供开尔文源极连接场截止第七代， IGBT， 1200 V：新型 1200V 沟槽型场截止第七代 IGBT 系列沟槽窄台面与质子注入多重缓冲技术提供快速开关与低饱和压降 VCE(SAT)类型改进寄生电容，适用于高频运行通用封装目标应用 - 能源基础设施、工厂自动化 EliteSiC，全碳化硅功率集成模块， 900V/1200V：可用配置：维也纳，半桥，全桥低热阻内置 NTC 热敏电阻在更高电压下改善了 RDS(ON) 更高效、更高功率密度灵活的高可靠性热接口解决方案如何选择栅极驱动器电流驱动能力：开关的导通和关断实际上是输入输出电容器的充放电过程。更高的灌电流和拉电流能力意味着更快的导通和关断速度，最终带来更小的开关损耗。故障检测：栅极驱动器不仅用于驱动开关，还能保护开关甚至整个系统。例如，欠压锁定（UVLO）可确保栅极驱动器的电源处于良好状态，去饱和（DESAT）用于检测短路，有源米勒箝位可防止在快速开关系统中出现误导通。抗扰性：共模瞬态抗扰度（CMTI）是指栅极驱动器输入和输出电路之间共模电压上升或下降的最大容许速率，它决定了该产品是否可用于快速开关系统。大功率系统以非常快的变化率运行，例如大于 100 V/ns 时会产生非常大的电压瞬变。隔离栅极驱动器需要能够承受高于额定电平的 CMTI，以防止低压电路侧产生噪声，并防止隔离势垒失效。传播延迟：传播延迟是指从输入 10%到输出 90%的时间延迟（供应商之间可能有所不同）。这种延迟会影响器件之间的开关时序，这在高频应用中至关重要。设置死区时间可以避免击穿乃至进一步损坏，死区时间设置得越少，开关损耗就会越小。兼容性：在新项目中，如果没有重大设计变更，引脚对引脚的替换总是首选。选择规格和封装相似的栅极驱动器有利于快速设计。当然，并非每一点都需要遵循。例如，与 IGBT 不同，碳化硅 MOSFET 的输出特性更像可变电阻，没有饱和区，这意味着普通的去饱和检测原理行不通。作为解决方案之一，通常使用电流传感器来检测过流，或使用温度传感器来检测异常温度。碳化硅（SiC）隔离栅极驱动器NCP51561： 4.5 A/9 A 峰值拉/灌电流 36 ns 传播延迟， 8 ns 最大延迟匹配 5 kV 电隔离， CMTI≥200 V/ns 双通道设计 8 毫米爬电距离的 SOIC-16WB 封装隔离型大电流栅极驱动器NCD57080：高电流峰值输出（6.5 A/6.5 A）欠压锁定（UVLO），有源米勒箝位 3.5 kV 电隔离， CMTI≥100 V/ns 典型 60 ns 传播延迟单通道设计 8 毫米爬电距离的 SOIC-8WB 封装常用 AC-DC 功率因数校正（PFC）拓扑结构有源前端：无桥接导通损耗电路简单，易于控制，元件少开关需要耐受全母线电压和尖峰电压宽禁带（WBG）元件更受青睐，以降低总谐波失真（THD）减小电感器尺寸允许双向转换维也纳整流器和 T-NPC：三电平配置降低了总谐波失真（THD）和开关上的电压应力易于控制，每相只需一个驱动信号即可驱动背靠背开关开关的母线电压减半桥接引起的导通损耗通过全开关替换实现双向转换交错并联 Boost 电路，单相：减小电感器尺寸、电流应力和 EMI 易于控制，电路简单，双倍/三倍元件易于提高输出功率桥接引起的导通损耗 . 仅单向运行图腾柱 PFC，单相：提高效率、减少电磁干扰（EMI）、降低总谐波失真（THD），减少每个导通周期的开关数量开关数量少，功率密度高需要宽禁带元件以减少恢复损耗零交越点噪声、共模噪声支持双向转换 DC-DC 转换的常用拓扑结构 LLC 谐振转换器：频率调制，谐振转换器实现软开关以提高效率初级侧零电压开关（ZVS），次级侧零电流开关（ZCS）集成电感器以节省空间复杂的谐振腔设计与控制良好的 EMI 和输出纹波需要额外的 DC-DC 转换以达到宽输出范围，以确保高效在高频/高电压操作中，首选宽禁带元件。仅单向运行双有源桥变换器：运行相移调制以实现高负载下的零电压开关（ZVS）两级电流不匹配导致的意外损耗相移、变压器、频率等方面的复杂设计以达到预期效率在高频/高压运行中，首选宽禁带元件在大功率情况下减少输出电流纹波以减小输出电容器尺寸隔离转换以确保安全 CLLC 谐振变换器：在 LLC 的基础上增加一个电容器以实现双向转换复杂的调频和无源元件选择，以实现双向高效率 . 需要额外的 DC-DC 转换以在确保高效的情况下达到宽输出范围全负载范围内效率优于双有源桥（DAB）变换器隔离转换以确保安全
2025-02-11
发表了主题帖：新能源汽车充电桩有几种，区别是什么？

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-11 08:13 编辑尽管新能源汽车充电桩的外形各式各样，但从工作原理划分，电动汽车充电桩主要可以分为交流充电与直流充电两种。 1、交流充电桩采用交流充电方式的充电桩是将电网输出的交流电充入车载充电机，转化为直流电后再充入汽车电池。充电时间：充电速度相对较慢，俗称为“慢充桩” 充电功率：一般以 7 kW居多，国内最大功率可以达到 14 kW左右外观：通常体积比较小，枪头一般为7孔交流充电方式成本低、结构简单，对蓄电池更为“温柔、友好”，一般用于车辆停运时间长的充电，比如，在小区停车位过夜充电。 2、直流充电桩采用直流充电方式的充电桩利用交直流转换模块直接将交流电转化为直流电充入汽车电池。充电时间：一般1至2小时就可以完成大部分充电，俗称为“快充桩” 充电功率：可达到 60 kW、120 kW、300 kW，甚至更高外观：内部组成模块比较多，体积比较大，枪头一般为9孔直流充电桩因其体积较大，导线更粗，成本也更高，多应用于城市公共充电设施以及城际间高速服务区的充电站。 3、电能表不同交流充电桩充进电动汽车的是交流电，所以电能计量采用交流电能表。直流充电桩的交流转直流，会有能量损失，而充电桩充进汽车的是直流电能，所以采用直流电能表。
2025-02-10
发表了主题帖：高电压大电流直流充电桩，使用安全吗？

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-10 08:12 编辑直流充电桩使用安全与否，是很多车主担心的问题，因为直流充电桩在工作时，电压最高可达到 1 kV，远高于我们日常生活中接触到的电压，而且功率高到上百千瓦，是日常生活中难以接触到的大功率设备。但是也不用过分担心，因为充电桩有三重安全保护机制。第1重充电桩通常具备IP56等级的防护功能，即5级防尘和6级防水，达到防尘与猛烈喷水下的防护效果。不过，需要注意的是，如果充电桩枪口或是电动汽车充电端子出现过多积水，说明防护受到了损害，应及时停止使用，并远离。第2重充电桩具有漏电保护装置。一旦检测到漏电，会及时自动切断电源，停止工作。在充电启动前，车侧和桩侧也会自行进行绝缘检测，绝缘检测失败就无法充电。这些措施都充分保护了人身安全。第3重充电桩基本都安装了防雷装置。该装置可以有效防止雷击造成的设备损坏及人员伤亡。此外，充电桩在醒目位置均安装了急停开关。紧急情况下，按下急停开关按钮，电力输出会在约 100 ms内被迅速切断，停止充电。
2025-02-08
发表了主题帖：利用隔离式电压检测充分提高功率转换和电机控制效率

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-8 08:39 编辑随着汽车和工业应用领域对获取更多可再生能源的需求不断增长，对小型、高效、精确且具有成本效益的功率转换器和电机控制器的需求正在高速增长。用于测量高电压的精确隔离式电压检测是一项重大的电气工程挑战，并且电压变得越来越高。直流电压从 400VDC 增加到 800VDC，甚至高达 1,500VDC。消费者的经济承受能力也变得越来越重要，尺寸优化正在推动更大规模的创新。因此，迫切需要能满足当今要求的精密、尺寸优化、电隔离电压检测器件。汽车制造商每年都会提出研发电动汽车 (EV) 的目标，期望实现更长的行驶里程（大于 400 英里）和提供更好的操作安全性，同时保持实惠的价格。集成式隔离式直流电压检测器件可以在车载充电器、直流/直流转换器和电池管理系统中提供低于 1% 的直流电池电压精度误差，从而更大限度地提高直流电压测量值并延长行驶里程。集成的隔离式交流电压检测器件可以在紧凑型集成电路 (IC) 中精确测量单相或三相交流电网电压，从而更大限度地提高电网对电压电平的利用率。交流和直流隔离式电压检测器件均可通过检测功能故障并通知驱动器来确保运行安全。通过将外部元件集成到单个 IC 中，交流和直流隔离式电压检测器件还可以提高性价比，从而帮助设计人员通过更节能的设计缩短产品上市时间。在智能能源基础设施中，具有高级集成度的隔离式电压检测器件可以降低直流和交流充电器、储能系统和光伏逆变器的成本并提高功率密度。这些隔离式电压检测器件还可以实现高精度电压测量，精度误差小于 1%，从而实现更精确的电力输送和更低的功率耗散。效率提高后，节省下来的成本就有可能让消费者获益。能源基础设施应用需要同时测量交流和直流电压。对于交流电压检测，精确的隔离式电压传感器可以更精确地测量电网电压，这对于功率转换器非常重要，因为需要了解每个电压之间的相位差才能执行功率因数校正。在逆变器模式下，隔离式电压传感器为负载和/或电网提供精确的电压电平。对于直流电压检测，精确的隔离式电压传感器有助于在恒压阶段加快电池充电至最终电压时的充电速度，而不会损坏电池。图 1 展示了在电动汽车和能源基础设施中进行隔离式电压检测的示例。图 1：电动汽车和能源基础设施系统中的隔离式电压检测在当今的电机控制应用（包括工业电机驱动器和汽车牵引逆变器）中，越来越需要更精确的直流电压测量。高度精确和紧凑的 IC 可以实现更高效的直流测量，并且不会占用印刷电路板 (PCB) 上的太多空间，而这两个方面都是电机控制应用中的挑战。高压检测解决方案德州仪器正大力开发产品，帮助应对市场挑战并实现更高效、更具成本效益和更精确的功率转换和电机控制系统。我们开发了两种新的隔离式电压检测技术，包括集成式高压电阻器和单端输出器件。在节约布板空间方面，AMC0380D04-Q1 ±400VAC 输入隔离放大器、AMC0381D10-Q1 1,000VDC 输入隔离放大器和 AMC0386M10-Q1 ±1,000VAC 输入隔离调制器无需外部高压电阻器，从而节省系统级成本并将解决方案尺寸缩减多达 50%，如图 2 所示。图 2：集成电阻器系列的集成优势通过将高电压电阻器集成到我们的隔离式电压检测器件中，无需使用大型电阻梯。这些器件还有助于提高精度，进而提高系统效率。与分立式电阻器相比，集成分压器具有非常低的温度漂移和使用寿命漂移，可实现低于 1% 的电压测量精度。单端输出器件在使用 AMC1311 等业界通用隔离式放大器设计隔离式电压检测电路时，一个常见挑战是将隔离式放大器的差分输出转换为单端输出，以直接连接微控制器 (MCU) 内的模数转换器 (ADC)。这可能成本高昂，并会占用额外的 PCB 空间。为了节省布板空间，无需使用差分转单端电路（通常由运算放大器和基准电压组成），从而有助于节省系统级成本并缩减解决方案尺寸（请参阅图 3）。图 3：传统的隔离式电压检测拓扑图 4 展示了这些单端器件的引脚排列。图 4：差分转单端运算放大器的集成除了 AMC0311R-Q1 和 AMC0330R-Q1 器件所带来的布板空间节省外，它们的比例式输出可实现可变输出增益，从而通过隔离式电压检测器件提供输出摆幅，该器件遵循 MCU 内部 ADC 的基准电压，如图 5 所示。这允许使用 ADC 的全动态范围来提高分辨率测量值。图 5：比例输出隔离式电压检测集成隔离式电压检测用例图 6 展示了功率转换系统的标准拓扑。图 6：功率转换应用中的隔离式电压检测图 7 展示了电机控制系统的标准拓扑。图 2：电机控制应用中的隔离式电压检测结语在当今市场，小型、高效、精确且具有成本效益的功率转换器和电机控制器是大势所趋。
2025-02-07
发表了主题帖：纯电动汽车电池管理系统及工作模式的深度解析

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-7 08:46 编辑一、动力蓄电池管理系统的概述随着全球对环境保护意识的提升以及技术的进步，纯电动汽车（EVs）逐渐成为汽车行业的重要发展方向。然而，要确保这些车辆高效且安全地运行，一个关键因素在于其核心——动力电池及其管理系统（BMS）。由于单个电池单元的能量和电压有限，电动汽车通常需要多个电池串联或并联来达到所需的性能水平。但这种组合带来了复杂性，因为每个电池单元的行为都是非线性的，并会随时间变化，同时受到使用条件和环境因素的影响。因此，有效的电池管理系统对于维护电池健康状态至关重要。它不仅有助于延长电池寿命，还能够防止潜在的安全隐患，如过热引发火灾等事故。特别是针对镍氢电池和锂离子电池这类化学性质更为活跃的动力电池，精确的管理显得尤为重要。通过实时监控和调节，BMS确保了所有电池单元在最佳的工作范围内运作，从而保证整个电池组的安全性和效率。二、BMS的主要功能扩展现代BMS系统集成了多种智能功能，旨在全面保护和支持电池组的正常运作：数据采集与显示：收集关于电压、电流、温度等关键参数的数据，并将这些信息可视化，以便于驾驶员或维修人员查看。状态估计：利用先进的算法预测电池剩余电量（SOC）、健康状态（SOH），以及其他重要指标。热管理：通过散热或加热机制维持适宜的操作温度，避免极端条件下性能下降或损坏风险。通信接口：实现与其他车载系统的无缝连接，支持远程诊断和服务。安全管理：实施一系列预防措施，包括但不限于短路保护、过充/放电防护，以保障用户安全。能量管理和均衡：优化充电过程中的能量分配，减少不均匀老化现象；并通过主动或被动方法实现单体间的均衡充电。故障检测与诊断：识别并报告任何异常情况，及时采取纠正行动。三、BMS的构成及其工作模式详解典型的BMS架构由硬件组件和软件逻辑组成，共同作用以执行上述各项任务。根据不同的设计方案，可以有集中式或分布式两种布局。此外，高压接触器作为连接电路的一部分，在不同操作状态下扮演着开关的角色，例如用于主电源线路控制的B+和B-接触器，或是为辅助系统供电的直流转换器接触器。 BMS支持五种主要的工作模式：下电模式：当车辆处于静止状态时，断开所有电气连接，确保没有不必要的能耗。准备模式：启动前进行初始化检查，确认各子系统均处于良好状态。放电模式：驾驶过程中，根据需求从电池中提取电力驱动电机。充电模式：外部电源接入后，按照预定策略向电池补充能量。故障处理模式：一旦监测到异常，立即激活应急程序，限制进一步损害。四、动力电池组的均衡充电与热管理策略为了克服电池组内个别单元间存在的差异，均衡充电技术应运而生。这可以通过以下几种方式实现：充电结束后的自动均衡：利用额外电路在充满电之后调整各个单元之间的电压差。充电过程中的动态均衡：在充电期间实时监控并调整，确保一致的充电进度。外部调控装置：借助专门设计的设备直接干预单个电池单元的电流流动。与此同时，高效的热管理系统对于保持电池的最佳工作温度同样不可或缺。常见的冷却方法包括空气冷却、液体冷却、相变材料（PCM）冷却、热管技术，甚至集成加热功能的综合解决方案，用以应对寒冷气候下的预热需求。每种方法都有其独特的优势和适用场景，选择合适的方案取决于具体的应用要求和技术考量。综上所述，BMS不仅是电动汽车的心脏，也是大脑，它通过精密控制和智能化管理，为用户提供了一个更加可靠、高效的出行体验。
2025-02-06
发表了主题帖：直流充电桩需要什么样的直流电表？

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-17 08:15 编辑随着电动汽车的普及，直流充电桩（快充桩、超充桩）的需求也越来越大。而直流充电桩的快速发展，伴随着直流电表也越来越受到关注。那么，直流充电桩需要什么样的直流电表呢？首先，无论什么样的充电桩，都需要电表能够实现电能的计量、存储和传输。电能的计量是电表最基本的功能，它可以准确地测量充电桩所消耗的电能，并将数据传输到后台系统。同时，电表还需要具备电能存储的功能，以便在充电桩查询事件记录。其次，充电桩直流电能表应具备低功耗和发热低，这就要求直流电能表采用的分流器，应为更低阻值，阻值越大，发热越多，功耗也越大；但传统的直流电能表与电表分离安装，导致电流信号线长，易受到干扰，而瑞银电子一体化直流电能表就能有效避免这种弊端。再者，安装上要求更加简便，这是分流器分体式直流电能表无法实现的，相比之下，一体式直流电能表拥有这方面优势，它安装简便，无需复杂走线，步骤少，接线不易出错。第四，应该有用更高的数据传送效率，一般电能表最高波特率为19200bps，而瑞银电子一体化直流电能表的波特率最高可达115200bps。最后，充电桩直流电能表，应能满足不同充电桩功率和规格，方便备货，以节约时间成本，而且瑞银电子一体化直流电能表，还具备电脉冲输出，可满足虚负荷检定。综上所述，直流充电桩需要的直流电表，需要具备电能精准计量、安装简便、抗干扰强、低功耗和发热低、不易破坏易铅封、传输速率高等多种特效。只有这样，才能满足直流充电桩高要求的电能计量需求，并为用户提供更加便捷、安全、高效的充电服务。
发表了主题帖：交流充电桩VS直流充电桩，搞清楚它们的区别

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-12 15:07 编辑随着新能源汽车行业的快速发展，想必大家对于新能源汽车已经耳熟能详了，在街头巷尾能经常见到，但为其提供动力来源的新能源汽车充电桩，您了解多少？或许，大家都能区分交流充电桩和直流充电桩，但它们之间具体区别，您清楚吗？本文带您了解交流充电桩与直流充电桩的具体差别在哪。交流充电桩VS直流充电桩对比项交流充电桩直流充电桩功率功率段较少，小功率为主(3.5～40kw) 功率段较多，大功率为主(20～960kW) 输入电压 220V交流电、380V交流电 380V交流电输出电压 220V或380V交流电 50～1000V直流电充电原理电源→桩(AC～AC)→车载充电机→电池电源→桩(AC～DC)→电池充电速度较慢，一般7～10小时充满较快，一般1～2小时充满启动方式一般支持扫码、刷卡、蓝牙、即插即充一般支持扫码、刷卡、密码、VIN、远程车辆数据交互无法查看电池相关数据可在车端、APP、充电桩端实时查看BMS与电池数据适配车型具备交流充电接口的车型(大部分乘用车都具备交流充电功能，一般公交车、物流车、特种车辆不具备交流充电功能) 具备直流充电接口的车型(大部分纯电动车型都具备直流充电功能，除混动车、部分A00 级等车型外) 防护等级 IP55及以上 IP54、JP55 噪音几乎无噪音 60-80db 安装使用方式安装简单:包括壁挂式、立柱式便携式等安装复杂:包括壁挂式、立柱式、落地式、移动式等充电桩大小体积较小，一般在A4纸左右或稍大，重约5kg 体积较大，一般在一立方米左右，重50kg以上使用场景小区、商场、办公场所、园区等公共运营、公交、物流、环卫等价格较便宜，一般在5千元以内较贵，一般在1万元以上充电的时候，直流充电桩由于可以直接为电动汽车的电池进行充电，所以不需要车载充电器；而交流桩不能直接给电动汽车电池充电，所以需要车载充电器。直流充电桩的充电速度较快，一般为电动汽车电池充电只需要几十分钟到两三个小时不等，而交流充电桩为电动电池充满电的时间要长的多了，一般需要八个小时左右。值得一提的是，相比于快充的直流充电桩，交流充电桩虽然充电略慢，但其也有许多不容忽视的优点。 ▌交流充电桩的优势 1、安装方便。交流桩的成本相对偏低，结构简单，只需要单相220V电压即可，安装快，投建限制小，不需要协调电网资源和土地使用权限，是家用和单位建桩的良好选择。 2、使用方便。其安装在地下停车场或电动车充电站内，只需要从电力网连接就行了，不用整流装置等其他设备，结构简单。 3、对电网冲击小。交流桩的功率偏小，对电网的冲击力也小。 4、对电池友好。交流充电桩功率小，充电慢，慢充对电池友好，有利于延长电池使用寿命。
发表了主题帖：电动汽车充电桩中的碳化硅器件

本帖最后由火辣西米秀于 2025-2-6 09:58 编辑电动汽车(EV)的普及在很大程度上取决于能否成功地扩大其实际行驶范围，使其超出城市市区的行驶界限。要做到这一点，就必须稳步提高电池组的容量以及相关功率电子设备的效率。与此同时，消费者还期望缩短充电时间，并在广泛的地域范围内体验到更方便的充电方法。这两种趋势相互竞争和促进，最终推动了EV充电桩本身的发展。电池容量和充电桩发展趋势如图1所示。在过去五年中，电池容量增加了一倍多，充电桩的供电能力几乎增加了两倍。这得益于电池化学和结构技术的飞跃，以及充电侧电路拓扑和元器件的巨大进步。图1：电池容量和充电桩发展趋势。 EV充电桩的原型中包含大量构建模块。其中的三相交流电源，采用高效率有源器件进行整流，同时控制功率因数校正。输出电流和电压受到监控，并以400～1000V的电压馈入EV电池。而并联和隔离低压域则用于所有高压功率电子部件的控制，其中包括交直流转换器、微控制器和各种接口。为了满足这些高性能和高效率EV充电设计的需求，罗姆公司提供了广泛的有源和无源电子器件产品组合，这些产品专门针对EV充电应用进行了量身定制，特别是碳化硅MOSFET和二极管以及配套的栅极驱动器。碳化硅MOSFET：推动EV向前发展碳化硅是一种宽带隙半导体，因其具有高耐压、高功率密度、低导通电阻和出色的热传导性，从而在功率电子领域占据着中心地位。这些特性都非常适合EV充电桩内的许多功能。如图2所示，罗姆的第四代碳化硅MOSFET采用专有的沟道结构，在保持高压工作的同时，降低了有源区的导通电阻，因此该器件是目前业内损耗最低的器件，具有开关速度快、可靠性高和实施简便等特点。图2：第四代碳化硅MOSFET的导通电阻降低效果示意图。除了减少器件有源区的传导损耗外，寄生电容也得到了显著改善。这有助于减少这些寄生电容高速充放电时的功耗，避免自导通。最终结果是发热量大幅减少，散热片尺寸可减小40%，如图3所示。图3：第四代SiC MOSFET开关损耗性能的改进。第四代沟道设计的另一个重要特点是阈值电压明显提高。在典型的桥式电路中(如图4所示)，经常会出现MOSFET过快导通的风险，从而导致另一个器件也因寄生Cgd耦合而意外导通。由于瞬态馈通电流的存在，这会大大增加开关过程损耗。为了减轻该影响，通常需要利用专门的负电源偏置，迫使MOSFET处于关断状态。这种额外的供电增加了成本，使设计复杂化，并引入了新的潜在故障源。而这种第四代碳化硅MOSFET具有更高的阈值电压，可在不增加栅极负偏置的情况下实现可靠运行。即使在结温较高的情况下，这种沟道式设计也不会在快速开关过程中出现自导通。图4：MOSFET桥式电路中的自导通效应。由于涉及高电压和大电流，EV充电桩的可靠性至关重要。在这一应用领域中，MOSFET的一个关键可靠性指标是短路耐受时间(SCWT)。在这种第四代碳化硅MOSFET中，由于采用了独特的器件结构，尽管降低了特有的导通电阻，但仍能获得较小的饱和电流。与传统结构相比，该器件在短路条件下的耐受时间更长。如图5所示，该器件在短路条件下可保持5.54µs才失效。与之前的竞争产品相比，这是一项重大的改进。图5：碳化硅MOSFET的短路耐受时间(SCWT)示意图。低导通电阻、最小寄生电容和强短路耐受力的组合使这些碳化硅MOSFET极为高效可靠。在采用简单的单电源栅极偏置后，这些器件将非常适合EV充电桩内的许多高压、大功率开关应用。碳化硅二极管：下一代汽车创新技术高速、高压二极管是EV充电系统、尤其是LLC谐振逆变器中的关键器件。罗姆的第三代肖特基势垒二极管(SBD)，采用其专有的碳化硅结构，可在实现高反向击穿电压的同时，将寄生电容降至最小。这使得反向恢复时间非常快，对工作温度也不再敏感。与传统二极管相比，其反向恢复性能也得到改进，如图6所示。图6：二极管反向恢复时间比较。罗姆公司的碳化硅SBD还具有出色的正向压降，从而可实现更低的功耗、极低的反向电流和对电流脉冲的高耐受性。对于高压转换器来说，采用碳化硅MOSFET和碳化硅SBD的组合，可减少元器件总数并提高整体效率。如图7所示，前端的开关数量减少了一半，次级的二极管数量也减少了一半。图7：使用碳化硅器件可减少元器件总数和功耗。将栅极驱动器纳入汽车设计在为EV充电桩设计开关转换器时，必须非常谨慎地设计驱动电路。为了帮助实现这一目标，并最大限度地降低设计复杂性，罗姆提供了一系列专为碳化硅MOSFET和其他大功率开关器件设计的全绝缘和半绝缘驱动器IC。图8所示的BM6105AFW-LB即为一款全绝缘产品。图8：BM6105AFW-LB电路框图。这类驱动器采用电感耦合，可将低压控制信号与高压栅极信号完全隔离开来。这对于通常采用浮动电压域设计的高压侧开关尤其有用。而对于仅需要半绝缘的应用，可采用如图9所示的BM60212FV-C。图9：BM60212FV-C应用电路框图。其中，高压侧器件采用电感隔离，而低压侧器件则由控制电压基准直接驱动。这样既降低了设计复杂性和成本，又提供了安全有效的开关控制手段。图10：集成式隔离与光耦的比较。将电感耦合式栅极驱动器与更常见的光学隔离进行比较，可以发现显著的性能优势。如图10所示，即使在工作温度较高的情况下，电感驱动器的导通和关断时间也要快两倍以上。
2025-02-05
发表了主题帖：碳化硅在大功率充电桩设计中的应用

碳化硅MOS的主要优点是开关频率高、导通损耗低、效率更高且热管理系统更简单。电动汽车产业经过了十余年的发展，包括汽车产业链从汽车主机厂，电动汽车关键部件，充电站运营商，充电桩企业，到充电桩部件供应商以及充电标准制定机构都在不断完善和进步。电动汽车普及的关键问题之一的充电体验（充电速度和效率）得到了很大的改善，当然充电体验还是影响着消费者选择充电站场。直流充电桩可实现快速充电提升消费者充电体验的基础设施之一，近几年，超级快充概念被广泛谈论，也逐渐提上了全球充电标准的方向，同时直流充电桩的系统设计与纯电动汽车的电气匹配也存在紧密关系，要能保证电池受得了大电流的充电环境。当前国内市场，20kW 模块占据市场容量比例约为 60% 左右，其余容量大比例由 30kW 占据，及部分 40kW 模块。随着近年来电动汽车电池容量的提升，充电倍率的提升，已经有明显的实际市场发展趋势，“20kW占较大份额”市场正在逐渐向“20kW，30kW，40kW ”多元化规格发展。随着电池技术的成熟，电动汽车充电速度越来越快，充电设施的建设在技术参数上需超前于现有汽车。当前主流充电桩功率为120kW，10分钟可增加续航123公里，但实际上电动汽车很多达不到这个充电功率。那就需要汽车企业的继续攻关瓶颈。作为充电设备企业需要思考的是电动汽车技术突破后充电的需求，那目前很多充电模块企业在设计上能考虑未来30KW模块平滑扩容到40kW模块（尺寸接口的统一），则整个系统至少支持未来3年内电动车型的升级（40kW替代30kW，系统容量提升33%）。 40KW充电模块要和30KW模块同尺寸，那就离不开设计的创新，高功率密度大于50W/in3（40kW）高功率密度带来了模块散热设计难度的提高，对可靠性要求更高，在电路设计，器件选型，风道设计，温度保护上的技术难度提升。那就需要更新的技术来满足，目前碳化硅产品的特性更耐高温，更高开关频率特性。碳化硅二极管1200V20A在40K模块上已经成熟应用了，同时在V2G产品中碳化硅MOS 1200V40mΩ已经在大批量出货，那目前业界已经开始用到碳化硅MOS在40KW模块上，具有耐高压，耐高温散热性能佳等特点，同时效率也有提升从业界的96%提升到97%。SIC MOS在40KW模块上应用将加速。（图1 40kW充电桩设计框图）碳化硅MOS的主要优点是开关频率高、导通损耗低、效率更高且热管理系统更简单。硅MOS150℃时导通电阻上升为室温条件下的2倍以上，碳化硅MOS上升比较低，因为碳化硅MOS具有这些优势，因此能够在要求高功率密度的40KW的充电模块应用中优化性能。但是，由于高电压转换速率 (dv/dt) 和电流转换速率 (di/dt) 是碳化硅MOS的固有特性，使其与硅MOS电路相比，这些电路对串扰、误导通、寄生谐振和电磁干扰 (EMI) 更为敏感。设计者在电路设计中需要更加注意： 1.PCB板寄生参数的影响， 2.高频带来的驱动电路功耗、速度、保护设计， 3.平衡开关频率带来的EMI问题