CN101740830B - 电动车充电方法和电动车充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电动车充电方法，充电系统包括电池组充电器、动力电池组、DC/DC变换器、启动电池和与所述DC/DC变换器和所述动力电池组相连的电池管理器，包括以下步骤：在对动力电池组充电时，电池管理器判断启动电池电压是否达到低点阈值电压；如果所述电池管理器判断启动电池电压达到了低点阈值电压，则所述电池管理器不启动DC/DC变换器；如果所述电池管理器判断启动电池电压未达到低点阈值电压，则所述电池管理器启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。

Description

电动车充电方法和电动车充电系统

技术领域

本发明涉及汽车制造技术领域，特别涉及一种电动车充电方法和电动车充电系统。 

背景技术

随着能源的紧张和环境污染的日益加剧，使传统汽车产业发展面临着众多的困难，因此电动汽车及混合动力汽车的出现为广大汽车生产厂商和消费者所看好，成为汽车发展的热点。电动汽车是指以电能为动力的汽车，一般采用高效率充电电池作为动力源。因此对充电电池进行充电的充电系统就成为电动车不可或缺，和极为重要的部分。 

如图1所示，为现有技术中电动车充电系统的结构示意图，现有技术中的电动车充电系统一般包括动力电池组110、电池管理器120、电池组充电器130、启动电池140、DC/DC变换器150和DC/DC变换器150的散热系统160，以及一些其他必要的用电器。动力电池组110为电动车提供动力；电池组充电器130将外部电能充入动力电池组110；电池管理器120用于监控动力电池组110的状态，对充电过程进行管理，并监控动力电池组电压，电流，温度等状态，以及控制电池组充放电回路中的继电器，这些继电器是构成充电系统必要的部件；启动电池140用于对电池管理器及其他充电过程中工作的电器供电；DC/DC变换器150将电池组电能转换后充入启动电池140以保持启动电池140的电量。 

由于通常DC/DC变换器150的设计功率较大以满足车辆行驶过程中低压电器的用电需求，但是在充电过程中低压电器的负荷很小，因此DC/DC变换器150处于低效率工作区。另外由于DC/DC变换器150通常还会配有相应的散热系统160，这样在充电时如果散热系统160也工作则将会带来更多的损耗，从而降低了整个充电系统的效率(实际充入电池的电量与充 电器输入前端输入电量的比值)，特别是采用小功率充电器时，不必要的系统损耗会对整个充电系统的充电效率产生较大的影响，从而延长了充电时间，增加了用户的使用成本。 

为了对上述现有技术的缺陷有更清楚的了解，本发明以具体的充电系统的例子进行描述，在该例子中会涉及到一些模块的具体参数，但是需要说明的是这些具体参数仅是为了使该例子更加清楚，但并不是说本发明仅适用以下这些参数。假设电动车充电系统中动力电池组110、电池管理器120、电池组充电器130、启动电池140、DC/DC变换器150和散热系统160的功耗等参数如下： 

动力电池组110由100节100AH的锂电池串联组成，电压约为330V，通常电动车为方便用户利用常见的居民用电对电动车充电，配备的充电器满载输入功率为2000W，假定其满载工作效率为85％(即充电器输出功率与充电器输入功率的比值)。 

DC/DC变换器150输入接动力电池组，输出接启动电池，额定功率为1000W，满载工作效率为90％，然而在10％以下负载时工作效率通常会低至60％。 

DC/DC变换器150的散热系统160可为水冷散热系统，主要用电器为水泵，由于该散热系统同时用于电机控制器等变换器的散热，所以其额定功耗通常在1000W左右。 

启动电池140可为常见的60AH铅酸电池，满电电压在14V左右，馈电电压在10V左右。 

电池管理器120的功耗通常在20W以下。 

当电池组充电器满载工作时输出电流为5A时，充电器输出功率为P2＝330V*5A＝1650W，充电器输入功率为P1＝P2/0.85＝1941W。启动电池140供电线路上由于水泵、电池管理器120及其它用电器的工作，功耗约为P3＝P4+P5＝100W+20W＝120W。由于DC/DC变换器150在10％以下负载时工作效率通常会低至60％，并且为了维持启动电池140的电量，因此DC/DC变换器150会从动力电池组110消耗P6＝P3/0.60＝200W的电量。 

这样，实际充入动力电池组的功率为P7＝P2-P6＝1650W-200W＝1450W，整体充电系统的效率为P7/P1*100％＝1450/1941＝74.7％，较电池组充电器效率85％有了较大的下降。 

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决现有技术中充电效率不高而引起的充电时间长和用户使用成本高的缺陷。 

为达到上述目的，本发明一方面提出一种电动车充电系统的充电方法，充电系统包括电池组充电器、动力电池组、DC/DC变换器、启动电池和与所述DC/DC变换器和所述动力电池组相连的电池管理器，包括以下步骤：在对动力电池组充电时，电池管理器判断启动电池电压是否达到低点阈值电压；如果所述电池管理器判断启动电池电压达到了低点阈值电压，则所述电池管理器不启动DC/DC变换器；如果所述电池管理器判断启动电池电压未达到低点阈值电压，则所述电池管理器启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。 

本发明还提出一种电动车充电系统，包括电池组充电器、与所述电池组充电器相连的动力电池组、与所述动力电池组相连的DC/DC变换器、与所述DC/DC变换器相连的启动电池和与所述DC/DC变换器和所述动力电池组相连的电池管理器，所述电池组充电器，用于与外部电源相连对所述动力电池组充电；所述动力电池组，用于存储电能并为电动车供电；所述DC/DC变换器，用于将所述动力电池组的电能转换后充入所述启动电池；所述启动电池，用于为所述的电池管理器和其他低压电器供电；所述电池管理器，用于对所述动力电池组的充电进行管理，并在对动力电池组充电时判断启动电池的电压是否达到低点阈值电压，如果判断启动电池的电压达到了低点阈值电压，则不启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电，如果判断未达到低点阈值电压，则启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。 

本发明由电池管理器对DC/DC变换器进行主动控制，在必要的时候才启动DC/DC变换器，并且通过阈值电压的设置使得DC/DC变换器启动后 即可进入高效率点状态，从而相对于现有技术在整个较长的充电时间内一直处于低效率点状态能够有效地提供充电效率，降低用户使用成本。 

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。 

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 

图1为现有技术中电动车充电系统的结构示意图； 

图2为本发明实施例电动车充电方法的流程图；以及 

图3为本发明实施例电动车充电系统结构图。 

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。 

本发明主要在于，由电池管理器对DC/DC变换器进行主动控制，在电动车停车对动力电池组充电时，判断充电电池电压是否低于低点阈值电压。如果充电电池电压低于低点阈值电压，则开启DC/DC变换器对充电电池的充电，如果超过低点阈值电压时关闭DC/DC变换器。进一步地，由于动力电池组容量和启动电池容量不相同，动力电池组容量的充电时间可能会小于启动电池可维持的供电时间，这样在本发明的一个实施例中，由于在电动车停车充电之前DC/DC变换器一直处于工作状态，启动电池应处于满电状态，能够维持到动力电池组充电结束，因此在该实施例对动力电池的充电期间可不对启动电池进行监控。 

然而对于本发明的另一种情况，如果动力电池组的容量很大需要很长的充电时间，而启动电池的容量相对较小，无法维持到动力电池组充电结束，这样还需要在对动力电池组的充电期间对启动电池的电压进行监控， 如果其电压低于低点阈值电压，则启动DC/DC变换器进行充电，另外由于此时由于启动电池电压较低，因此此时DC/DC变换器处于负载较高的工作点，可进一步提高充电效率；如果其电压高于高点阈值电压，例如启动电池已充满，处于满电状态，或者该高点阈值电压对应DC/DC变换器负载较低时的电压值，则关闭DC/DC变换器。当然还存在动力电池组充电时间远远大于启动电池维持时间的场景，在该场景中对启动电池的监控与上述实施例类似，在此不再赘述。 

如图2所示，为本发明实施例电动车充电方法的流程图，其中充电系统包括电池组充电器、动力电池组、DC/DC变换器、启动电池和与所述DC/DC变换器和所述动力电池组相连的电池管理器，包括以下步骤： 

步骤S201，电动车停车，并对电动车进行充电。 

步骤S202，电池管理器判断启动电池电压是否达到低点阈值电压。其中，作为本发明的一个实施例，DC/DC变换器与启动电池并行连接，由DC/DC变换器检测启动电池的电压并发送给所述电池管理器。 

步骤S203，如果电池管理器判断启动电池电压达到了低点阈值电压，则电池管理器不启动DC/DC变换器，无需对启动电池进行充电。在本发明的一个实施例中，在DC/DC变换器关闭时，DC/DC变换器的散热系统也对应关闭。 

步骤S204，在电池管理器不启动DC/DC变换器之后，电池管理器还需要继续对启动电池电压进行监控，在启动电池的电压低于低点阈值电压时，启动DC/DC变换器对启动电池进行充电。并且此时DC/DC变换器处于负载较高的工作点，充电效率较高。 

步骤S205，如果电池管理器判断启动电池电压未达到低点阈值电压，则电池管理器启动DC/DC变换器对启动电池进行充电。 

步骤S206，在步骤S104和步骤S105之后，电池管理器还要监控DC/DC变换器对启动电池充电的情况进行监控，在启动电池电压高于高点阈值电压时(例如启动电池处于满电状态)，关闭DC/DC变换器，停止对启动电池充电，其中高点阈值电压等于或高于低点阈值电压。 

步骤S207，如果动力电池组充电时间远远大于启动电池维持时间的场景，则还需要继续对启动电池的电压进行监控，在其电压低于低点阈值电压时启动DC/DC变换器对其进行充电。 

如图3所示，为本发明实施例电动车充电系统结构图，该系统包括电池组充电器310、与电池组充电器310相连的动力电池组320、与动力电池组320相连的DC/DC变换器330、与DC/DC变换器330相连的启动电池340和与DC/DC变换器330和动力电池组320相连的电池管理器350。电池组充电器310用于与外部电源相连对动力电池组320充电。动力电池组320用于存储电能并为电动车供电。DC/DC变换器330用于将动力电池组320的电能转换后充入启动电池340。启动电池340用于为电池管理器350和其他低压电器供电。电池管理器350用于对动力电池组320的充电进行管理，并在对动力电池组320充电时判断启动电池340的电压是否达到低点阈值电压，如果判断启动电池340的电压达到了低点阈值电压，则不启动DC/DC变换器330对启动电池340进行充电，如果判断未达到低点阈值电压，则启动DC/DC变换器330对启动电池340进行充电。 

作为本发明的一个实施例，电池管理器350还用于在对动力电池组320充电期间对启动电池340的电压进行监控，如果启动电池340的电压低于低点阈值电压，则启动DC/DC变换器330对启动电池340进行充电。 

作为本发明的一个实施例，电池管理器350还用于在启动DC/DC变换器330对启动电池340进行充电期间，对启动电池340的电压进行监控，如果启动电池340的电压高于高点阈值电压，则关闭DC/DC变换器，其中高点阈值电压等于或高于低点阈值电压。 

作为本发明的一个实施例，DC/DC变换器330与启动电池340并行连接检测启动电池340的电压，电池管理器350可通过DC/DC变换器330获得启动电池340的电压。 

作为本发明的一个实施例，上述电动车充电系统还包括为DC/DC变换器330和电机控制器散热的散热系统360，该散热系统360在DC/DC变换器330关闭时也对应关闭。 

本发明由电池管理器对DC/DC变换器进行主动控制，在必要的时候才启动DC/DC变换器，并且通过阈值电压的设置使得DC/DC变换器启动后即可进入高效率点状态，从而相对于现有技术在整个较长的充电时间内一直处于低效率点状态能够有效地提供充电效率，降低用户使用成本。 

对于本发明的上述优点，以下将以具体充电系统各个部分的具体参数为例，以具体数据的形式证明本发明的上述优点。其中，为了能够与现有技术进行对比，也采用与背景技术中充电系统相同的配置参数，以证明本发明的上述优点。 

场景一， 

动力电池组的容量较小，所需的充电时间小于启动电池的维持时间。其中，充电系统中必要的部件总功耗约为20W，约2A的负荷，以60AH的启动电池供电可以维持近30个小时，以背景技术中所提到的100AH的动力电池组为例，假设与背景技术所描述的相同电池组充电器满载工作时输出电流为5A，则对动力电池组整个充电过程大约耗时100AH/5A＝20H(小时)，因此在该场景中可不启动DC/DC变换器。这样实际充入动力电池组的功率为P7’＝P2-P5＝1650-20W＝1630W，整体充电系统的效率为P7’/P1*100％＝1630/1941＝84.0％，相比现有技术中DC/DC变换器启动工作的情况74.7％有了很大的提升。 

场景二， 

动力电池组的容量较大，或启动电池的容量较小，或由于充电系统中必要的部件耗电加大导致启动电池可维持的供电时间缩短，在这个情况下会导致充电过程因低压供电馈电终止，此时可通过增加对启动电池电压的监控，并在启动电池电压下降到低点阈值电压时启动DC/DC变换器，在经短时间工作后，如果启动电池恢复到较高电压状态，则再次停止DC/DC变换器工作以减少损耗。具体地， 

假设动力电池组容量相对于背景技术中所述的动力电池组容量(100AH)更大，例如为200AH，额定电压330V，启动电池容量为40AH，额定电压12V，充电系统必要的用电器总损耗24W，电池组充电器输出电流还为5A，则最大充电时间为200AH/5A＝40小时，启动电池最大维持时间为40AH/(24W/12V)＝20H(小时)，DC/DC变换器和散热系统工作时损耗200W。

在该场景中，以现有技术的方式进行充电，充电器输入端耗电W1＝330V*5A/0.85*40H＝77.6度电，输出W2＝330V*5A*40H＝66度电。若充电过程中DC/DC变换器持续工作，则消耗动力电池组的功率为200W，供W3＝200W*40A＝8度电，整个充电系统效率为(W2-W3)/W1＝74.7％ 

若采用本发明的充电方式，即使在最恶劣情况下，即在最大充电时间即40小时内DC/DC变换器要启动两次将启动电池充满，此时两次启动耗电W4＝40AH*12V*2约1度电，用时40AH*12V*2/1000W约1小时，即便是水泵也随DC/DC变换器启动工作，在DC/DC变换器启动工作时增加耗电W5＝1H*200W＝0.2度电。在本发明下整个充电系统效率为(W2-W4-W5)/W1＝83.5％，较现有技术的效率74.7％有了很大的提升，可节电W3-W4-W5＝6.8度电。 

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种电动车充电系统的充电方法，其特征在于，所述充电系统包括电池组充电器、动力电池组、DC/DC变换器、启动电池和与所述DC/DC变换器和所述动力电池组相连的电池管理器，包括以下步骤：

在对动力电池组充电时，电池管理器判断启动电池电压是否达到低点阈值电压；

如果所述电池管理器判断启动电池电压达到了低点阈值电压，则所述电池管理器不启动DC/DC变换器；

如果所述电池管理器判断启动电池电压未达到低点阈值电压，则所述电池管理器启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电池管理器不启动DC/DC变换器之后，还包括以下步骤：

所述电池管理器继续对所述启动电池电压进行监控，在所述启动电池的电压低于所述低点阈值电压时，所述电池管理器启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述电池管理器启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电之后，还包括以下步骤：

所述电池管理器监控所述DC/DC变换器对所述启动电池充电的情况，在所述启动电池电压高于高点阈值电压时，关闭所述DC/DC变换器，停止对所述启动电池充电，其中所述高点阈值电压等于或高于所述低点阈值电压。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：所述DC/DC变换器与所述启动电池并行连接，并将检测到所述启动电池的电压发送给所述电池管理器。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述DC/DC变换器关闭时，所述DC/DC变换器的散热系统也相应地关闭。

6.一种电动车充电系统，其特征在于，包括电池组充电器、与所述电池组充电器相连的动力电池组、与所述动力电池组相连的DC/DC变换器、与所述DC/DC变换器相连的启动电池和与所述DC/DC变换器和所述动力电池组相连的电池管理器，

所述电池组充电器，用于与外部电源相连对所述动力电池组充电；

所述动力电池组，用于存储电能并为电动车供电；

所述DC/DC变换器，用于将所述动力电池组的电能转换后充入所述启动电池；

所述启动电池，用于为所述的电池管理器和其他低压电器供电；

所述电池管理器，用于对所述动力电池组的充电进行管理，并在对动力电池组充电时判断启动电池的电压是否达到低点阈值电压，如果判断启动电池的电压达到了低点阈值电压，则不启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电，如果判断未达到低点阈值电压，则启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。

7.如权利要求6所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电池管理器，还用于在对动力电池组充电期间对所述启动电池的电压进行监控，如果所述启动电池的电压低于所述低点阈值电压，则启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电。

8.如权利要求6或7所述的电动车充电系统，其特征在于，所述电池管理器，还用于在启动DC/DC变换器对所述启动电池进行充电期间，对启动电池的电压进行监控，如果所述启动电池的电压高于所述高点阈值电压，则关闭所述DC/DC变换器，其中所述高点阈值电压等于或高于所述低点阈值电压。

9.如权利要求6所述的电动车充电系统，其特征在于，所述DC/DC变换器与所述启动电池并行连接并将检测到所述启动电池的电压发送给所述电池管理器。

10.如权利要求6所述的电动车充电系统，其特征在于，还包括为所述DC/DC变换器散热的散热系统，所述散热系统在所述DC/DC变换器关闭时也对应关闭。

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