CN101969213A

CN101969213A - 一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置

Info

Publication number: CN101969213A
Application number: CN2010102376961A
Authority: CN
Inventors: 司修利; 李雷; 孙丽艳
Original assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Current assignee: Tianjin Lishen Battery JSCL
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: CN101969213B

Abstract

本发明公开了一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，包括：电池管理系统，分别与汽车电池组、充电器相连接，用于预先设定汽车电池组的充电完成设定电流值、最大总电压和单体电池最高电压，并且在实时检测获得的汽车电池组的实时总电压和单体电池电压分别小于汽车电池组的最大总电压和单体电池最高电压时，向充电器实时发送开始充电命令；充电器，与外部电源相连接，用于根据所述电池管理系统的开始充电命令对汽车电池组开始进行充电。本发明公开的纯电动汽车充电器的通讯及控制装置可以控制充电器对纯电动汽车电池组进行快速有效的充电，缩短纯电动汽车的充电时间，增大纯电动汽车的续航里程，有利于纯电动汽车的推广应用。

Description

一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置

技术领域

本发明涉及充电器技术领域，特别是涉及一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置。

背景技术

当前，随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会进步和经济发展中扮演着重要的角色。汽车工业的迅速发展，推动了机械、能源、橡胶、钢铁等多项支柱产业的发展，但同时也带来了环境污染、能源短缺等严重问题。因此，以混合动力汽车和纯电动汽车为代表的新能源汽车是解决汽车工业可持续发展问题的主要途径。

由于混合动力汽车也需要消耗石油，所以纯电动汽车是未来汽车工业的发展方向，但是，现有的电池技术限制了纯电动汽车的最大输出功率和续航里程，如何控制充电器对电动汽车电池组进行快速有效的充电是增大纯电动汽车的续航里程的有效方法。

因此，目前迫切需要开发出一种纯电动汽车充电器的控制技术，可以控制充电器对纯电动汽车电池组进行快速有效的充电，缩短纯电动汽车的充电时间，增大纯电动汽车的续航里程。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，其可以控制充电器对纯电动汽车电池组进行快速有效的充电，缩短纯电动汽车的充电时间，增大纯电动汽车的续航里程，有利于纯电动汽车的推广应用，因此具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，包括：

电池管理系统，分别与汽车电池组、充电器相连接，用于预先设定汽车电池组的充电完成设定电流值、最大总电压和单体电池最高电压，并且实时检测汽车电池组的实时总电压和每个电池的实时单体电池电压，在所述实时检测获得的汽车电池组的实时总电压和单体电池电压分别小于汽车电池组的最大总电压和单体电池最高电压时，向充电器实时发送开始充电命令；

充电器，与外部电源相连接，用于根据所述电池管理系统的开始充电命令对汽车电池组开始进行充电。

其中，所述电池管理系统，还用于实时检测充电器对汽车电池组的充电电流值，当电池组达到预设的充电完成条件时，向充电器实时发送停止充电命令；

对应地，充电器，还用于根据所述电池管理系统的停止充电命令对汽车电池组停止进行充电。

其中，所述电池管理系统，还用于当实时检测的汽车电池组中任意一个电池的电压达到预设单体电池最高电压值且电池组未达到预设的充电完成条件时，向充电器实时发送充电电流调整命令；

对应地，所述充电器，还用于预先设置最小充电电流值，并且根据所述电池管理系统的充电电流调整命令，逐步减少对汽车电池组进行充电的充电电流大小，直到充电电流大小减少至预设的最小充电电流值。

其中，所述预设的充电完成条件为：同时满足任意两个电池之间的电压差小于预设值、汽车电池组的实时总电压等于汽车电池组的最大总电压以及汽车电池组的充电电流小于充电完成设定电流值。

其中，所述电池管理系统，还用于预先设定汽车电池组的最大充电功率，根据实时检测获得的汽车电池组的总电压和充电电流值，计算获得汽车电池组的实时充电功率，当汽车电池组的实时充电功率大于汽车电池组的最大充电功率时，向充电器实时发送充电电流调整命令，控制充电器逐步减少对汽车电池组进行充电的充电电流大小，直到汽车电池组的实时充电功率不超过汽车电池组的最大充电功率。

其中，所述充电器，还用于预先设置最小充电电流值，在所述电池管理系统发送的充电电流调整命令所要调整达到的充电电流值小于该最小充电电流值时，进入休眠状态，不再对汽车电池组进行充电。

其中，所述电池管理系统和充电器之间通过CAN2.0总线进行数据通信。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，其可以控制充电器对纯电动汽车电池组进行快速有效的充电，缩短纯电动汽车的充电时间，增大纯电动汽车的续航里程，有利于纯电动汽车的推广应用，因此具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置中网络报文字节Byte和比特bit的顺序示意图；

图3是本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置中充电器和电池管理系统地址的示意图；

图4是本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置中电池管理系统与充电器之间的报文内容示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置的结构示意图。

参见图1，本发明提供了一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，包括电池管理系统101和充电器102，其中：

电池管理系统101，分别与汽车电池组、充电器102相连接，用于预先设定汽车电池组的充电完成设定电流值、最大总电压和单体电池最高电压，并且实时检测汽车电池组的实时总电压和每个电池的实时单体电池电压，在所述实时检测获得的汽车电池组的实时总电压和实时单体电池电压分别小于汽车电池组的最大总电压和单体电池最高电压时，向充电器102实时发送开始充电命令，实时控制充电器102对汽车电池组进行充电；

此外，电池管理系统101，还用于实时检测充电器102对汽车电池组的充电电流值，当电池组达到预设的充电完成条件（即同时满足任意两个电池的电压之间均衡（即电压差小于预设值30mv）、汽车电池组的实时总电压等于汽车电池组的最大总电压以及汽车电池组的充电电流小于充电完成设定电流值）时，认为充电完成，向充电器102实时发送停止充电命令，不再控制充电器102对汽车电池组进行充电；

对应地，充电器102，分别与外部电源（例如大于或等于3.5KW的电源）、电池管理系统101相连接，用于根据所述电池管理系统101的开始充电命令和停止充电命令分别对汽车电池组开始进行充电和停止进行充电。

在本发明中，电池管理系统101，还用于当实时检测的汽车电池组中任意一个电池的电压达到预设单体电池最高电压值（对于本发明，即为3.65V）且电池组未达到预设的充电完成条件（如上所述）时，向充电器102实时发送充电电流调整命令，控制充电器102逐步减少对汽车电池组进行充电的充电电流大小，直到充电电流大小减少至预设的最小充电电流值（对于本发明，例如为2A）；

对应地，所述充电器102，还用于预先设置最小充电电流值，并且根据所述电池管理系统101的充电电流调整命令，逐步减少对汽车电池组进行充电的充电电流大小，直到充电电流大小减少至预设的最小充电电流值（对于本发明，例如为2A）。

在本发明中，电池管理系统101，还用于预先设定汽车电池组的最大充电功率，根据实时检测获得的汽车电池组的总电压和充电电流值，计算获得汽车电池组的实时充电功率，当汽车电池组的实时充电功率大于汽车电池组的最大充电功率（即额定充电功率，对于本发明，例如为3.5KW）时，向充电器102实时发送充电电流调整命令，控制充电器102逐步减少对汽车电池组进行充电的充电电流大小，直到汽车电池组的实时充电功率不超过汽车电池组的最大充电功率；

对应地，所述充电器102，还用于预先设置最小充电电流值，在所述电池管理系统101发送的充电电流调整命令所要调整达到的充电电流值小于该最小充电电流值时，认为汽车电池组已经充满电，进入休眠状态，不再对汽车电池组进行充电。

具体实现上，为了对电动汽车电池组进行快速有效的充当，以增大纯电动汽车的续航里程，对于本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，可以参照CAN2.0总线协议的相关规定来对本发明所涉及的通讯协议和网络报文协议进行规定。

下面通过具体实施例来说明本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置的具体实现过程。关于通讯协议：

1、网络硬件方面。电池管理系统的电源供电电压应可以是9～17V；为了和充电器之间进行通信，所采用的CAN总线通信电缆可以为屏蔽双绞线（直径为0.5mm），并且该CAN总线通信电缆应该尽量离开电动汽车的动力线（推荐间隔为0.5m以上）、以及离开电动汽车具有的12V控制线（推荐间隔为0.1m以上）。为了和充电器之间进行通信，优选为选用多缓存的CAN控制器芯片；具体实现上，电缆屏蔽层在车内连续导通，建议电动汽车内每个部件的网络插座有屏蔽层的接头，屏蔽层仅与电动汽车的主控制器控制地单端可靠相连，需要说明的是，CAN总线通信的波特率为500kps。

2、网络报文协议方面。对于电池管理系统和充电器之间所传输的各种命令和数据，这些数据如果跨越2个字节，则将高字节置于字节Byte号小的位置，将低字节置于Byte号大的位置，可以采用CAN2.0B 11位标准帧格式。

具体实现上，充电器可以在上电后每隔一段时间（例如固定为500ms）向电池管理系统发送一帧数据；参见图2，具体数据中各个字节的含义为：BYTE8为连接请求，0x01为请求连接；BYTE7为充电器计数器（0~255），每发送一帧数据计数加1，计数满后清零；BYTE5为充电器所处的状态；BYTE4和BYTE3为充电器接收到电池管理系统电流设定的确认值（原值发回），若未收到设定值则发0；BYTE2和BYTE1为保留字节位（0xFF）。

电池管理系统在收到充电器的数据后，控制充电器上电，每隔固定时间（500ms）向充电器发送一帧数据；上电成功后，向充电器发送开始充电命令（0x01）；具体数据中各个字节的含义为：BYTE8为电池管理系统计数器（0~15），每发送一帧数据计数加1，计数满后清零；BYTE7为充电器启停控制，0x01 表示开，0x00表示关；BYTE6和BYTE5为汽车电池组的实时总电压；BYTE4和BYTE3为电池管理系统发送给充电器的充电完成设定电流值；BYTE2和BYTE1为汽车电池组中实时单体电池最高电压；

需要说明的是，对于汽车电池组的实时总电压回路电压、电压设定值为（BYTE5*0x100H+BYTE6）/10，其计算结果转换为10进制的值。例如，0x0e42H换算为10进制为3650，表示设定电压值为365.0V；

此外，电池管理系统发送给充电器的充电完成设定电流值为（BYTE3*0x100H+BYTE4）/10，其计算结果转换为10进制的值。例如， 0x046H换算为10进制为70，表示设定电压值为7.0A。

还有，汽车电池组中实时单体最高电压、该单体电池最高电压设定值为（BYTE1*0x100H+BYTE2）/1000，其计算结果转换为10进制的值。例如，0x0e42H换算为10进制为3651，表示设定电压值为3.651V。

参见图3、图4，下面详细说明在具体实施例中，本发明的充电器和电池管理系统的工作状态。

1、充电器的工作状态。对于本发明的充电器，具体实现上，充电器工作受电池管理系统控制，在收到停止充电的命令后，充电器进入休眠状态(需继续保持CAN通信)，等待电池管理系统的开始充电命令。

充电器在收到开始充电命令的条件下，充电器按电池管理系统的控制进行恒流充电，如果超过充电器本身的输出能力，按最大电流能力即可，状态参数以充电器实际参数为准。

如果电池管理系统停止向充电器发送数据(总线脱离)，60s后充电器电流自动降为0A，进入关机状态。

此外，如果充电器检测到电池管理系统设定充电电流（即充电电流调整命令所要调整达到的充电电流值）小于2A时，认为电池充满，进入休眠状态，不再进行充电（具体实现上，即使电池管理系统发出开始充电命令也不再执行），但是保持发送充电器数据。重启复位后，充电器才能再次根据电池管理系统控制进行充电。

2、电池管理系统的工作状态。对于本发明的电池管理系统，具体实现上，收到充电器的连接请求，确认连接后，开始定时500ms向充电器发送充值数据，帧数据应包括，计数器（BYTE8），启停控制（BYTE7），实时总电压（BYTE6-BYTE5），设定电流值（BYTE4- BYTE3），实时单体电池最高电压（BYTE2-BYTE1）同时电池管理系统控制充电功率小于3.5kw。

电池管理系统发出电流设定值后，等待充电器返回电流设定确认值，并且根据汽车电池组的实时总电压和单体最高电压判定是否可以开始充电，若可以，向充电器发出开始充电命令（0x01），若电池包有故障（包括绝缘故障，温度过高，温度不均衡，BMS（电源管理）温度控制系统失效，BMS故障，预充电故障等），则发送关命令（0x00）。

当充电电压达到370V（即为最大总电压），充电电流小于0.05C(C为电池组容量，即为充电完成设定电流值)，任意两个单体电池不存在不均衡（单体压差小于30mV）时，电池管理系统认为电动汽车的电池组充电完成，通知充电器休眠，5s后退出充电模式，不再发送数据，进入休眠。电池管理系统认为电池充满后，在进行1次放电或重启之前，不再控制充电器充电。

如果充电器停止确认状态 (总线脱离)，60s后电池管理系统切断充电，退出充电模式，进入休眠。

电池管理系统按下面要求控制调整充电电流：

（1）根据充电电流Ic和电池总电压计算所得汽车电池组的实时充电功率应该不超过额定充电功率3.5kw，否则，调整充电电流，直到汽车电池组的实时充电功率不超过额定充电功率3.5kw；

（2）每连续3S检测到任意单体电池电压达到3.65V且电池组未达到充电完成条件时，控制充电电流每秒钟减少1A，最低减少至2A。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，其可以控制充电器对纯电动汽车电池组进行快速有效的充电，缩短纯电动汽车的充电时间，增大纯电动汽车的续航里程，有利于纯电动汽车的推广应用，因此具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种纯电动汽车充电器的通讯及控制装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的通讯及控制装置，其特征在于，所述电池管理系统，还用于实时检测充电器对汽车电池组的充电电流值，当电池组达到预设的充电完成条件时，向充电器实时发送停止充电命令；

3.如权利要求1所述的通讯及控制装置，其特征在于，所述电池管理系统，还用于当实时检测的汽车电池组中任意一个电池的电压达到预设单体电池最高电压值且电池组未达到预设的充电完成条件时，向充电器实时发送充电电流调整命令；

4.如权利要求2或3所述的通讯及控制装置，其特征在于，所述预设的充电完成条件为：同时满足任意两个电池之间的电压差小于预设值、汽车电池组的实时总电压等于汽车电池组的最大总电压以及汽车电池组的充电电流小于充电完成设定电流值。

5.如权利要求1所述的通讯及控制装置，其特征在于，所述电池管理系统，还用于预先设定汽车电池组的最大充电功率，根据实时检测获得的汽车电池组的总电压和充电电流值，计算获得汽车电池组的实时充电功率，当汽车电池组的实时充电功率大于汽车电池组的最大充电功率时，向充电器实时发送充电电流调整命令，控制充电器逐步减少对汽车电池组进行充电的充电电流大小，直到汽车电池组的实时充电功率不超过汽车电池组的最大充电功率。

6.如权利要求5所述的通讯及控制装置，其特征在于，所述充电器，还用于预先设置最小充电电流值，在所述电池管理系统发送的充电电流调整命令所要调整达到的充电电流值小于该最小充电电流值时，进入休眠状态，不再对汽车电池组进行充电。

7.如权利要求1所述的通讯及控制装置，其特征在于，所述电池管理系统和充电器之间通过CAN2.0总线进行数据通信。