CN102694404A - 一种动力锂电池组的控制方法、控制模块及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动车动力锂电池组的控制方法，包括：获取单体锂电池电压值和锂电池组总电压值；检测行驶信号；当检测到正常行驶信号，将单体电压值与预定单体欠压保护阈值相比较，将总电压值与预定总欠压保护阈值相比较，如单体电压值低于预定单体欠压保护阈值或总电压值低于预定总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；当检测到限功率行驶信号，将单体电压值与预定单体过放保护阈值相比较，将总电压值与预定总过放保护阈值相比较，如单体电压值低于预定单体过放保护阈值或总电压值低于预定总过放保护阈值，发出滑行行驶信号；还提供了执行上述控制方法的控制模块及与控制方法相对应的控制系统；可提高电动车行驶安全并可延长动力锂电池的使用寿命。

Description

一种动力锂电池组的控制方法、控制模块及控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种动力锂电池组的控制方法、控制模块及控制系统，特别是适用于电动车的动力锂电池组的控制方法、控制模块及控制系统。

背景技术

汽车行驶会造成资源消耗和环境污染，随着资源消耗和环境污染的加剧，电动汽车已位居当前研究的前沿，且锂电池以其优良的性能成为电动汽车的主要动力源。然而，由于锂电池充、放电反应复杂，电动车工况恶劣、干扰严重，因此在实际使用中需要对动力锂电池组进行实时管理和控制来保障电动车的使用安全，同时延长电池组的使用寿命。

电动车上使用的动力锂电池组的要求与电子产品及一般储能装置对锂电池的要求是不同的，主要体现在：

(1)电压电流方面：动力锂电池组的工作电压可达几百伏，电流上百安，远远高于一般锂电池的应用场合，因此，需要采取短路保护、漏电保护、过压欠压保护等一系列保护措施，以保证动力锂电池组进行安全的的充、放电。

(2)功率方面：由于电动车在进行加速、爬坡、制动等动作时，电动机输出功率会发生急剧变化，从而导致动力锂电池组的输出电压和电流迅速变化。因此，需要通过监控锂电池状态，实现最佳的功率匹配，同时保护锂电池工作在允许的输出功率范围内，以保障电动汽车行驶的安全性。

(3)温度方面：由于锂电池的放电过程为放热反应，动力锂电池组由大量的单体电池串联组成，在使用过程中电流很高，锂电池组内散热较慢，带来的温度升高十分明显。因此，需要实时监控动力锂电池组的温度状态，分析动力锂电池组内部的温度变化，当温度过高时进行散热处理，避免因温度过高带来的安全隐患。

(4)电动行车的保护策略：由于电动汽车是以动力锂电池做为唯一的动力源，在电池组出现故障或能量耗尽时，需要对电池组进行保护。但由于电池组出现故障或能量耗尽的状况，有可能是在电动车高速运行时发生，如果贸然将放电回路切断，极有可能带来行车安全事故，因此需要采用一个有效的行车保护策略，对整车多个部件进行协调处理，避免单一部件动作引发安全事故。

(5)串联的单体电池数量：动力锂电池组为大量单体锂电池串联组成，动力锂电池组表现出的特性与单体锂电池会有很大不同，而且，锂电池在下生产线时的电压、内阻、容量无法做到完全一致，总会存在一些微小的差异，随着电池的使用，由于热差异等环境因素的影响，这些微小的差异会被放大，使得串联电池间的性能差异越来越大。因此，需要通过控制削平单体电池间的差异，以延长动力锂电池组的使用寿命并降低成本。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题之一，本发明提供了一种动力锂电池组的控制方法，执行该控制方法的控制模块以及相应的控制系统，可使动力锂电池组在安全检测方面和保护功能方面更加完善，提高电动车在行驶过程的安全性，并可延长动力锂电池的使用寿命。

本发明提出了一种电动车动力锂电池组的控制方法，包括如下步骤：

步骤101，获取动力锂电池组的单体锂电池电压值和锂电池组总电压值；

步骤102，检测行驶信号；

步骤103，当检测到的行驶信号为正常行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体欠压保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总欠压保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体欠压保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；

步骤104，当检测到的行驶信号为限功率行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体过放保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总过放保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体过放保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总过放保护阈值，发出滑行行驶信号。

本发明还提出了一种执行上述方法的电动车动力锂电池组的控制模块。

同时，本发明还提出一种电动车动力锂电池组的控制系统，包括，

电池管理模块，用于采集动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值、锂电池组温度值及电压采集信号线状态的数据并将所述数据传送到控制模块；

控制模块，用于获取动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值、锂电池组温度值及电压采集信号线状态的数据及检测行驶信号；并用于

当检测到的行驶信号为正常行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体欠压保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总欠压保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体欠压保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；且

当检测到行驶信号为限功率行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体过放保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总过放保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体过放保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总过放保护阈值，发出滑行行驶信号。

本发明提供的动力锂电池组的控制方法，执行该控制方法的控制模块以及相应的控制系统，可使动力锂电池组在安全检测方面和保护功能方面更加完善，在提高电动车在行驶过程安全性的同时，并可延长动力锂电池的使用寿命。

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为本发明的电动车动力锂电池组的控制方法的流程图；

图2为应用了本发明的电动车动力锂电池组控制系统的电动车整车结构示意图；

图3为图2所示的动车动力锂电池组的控制系统中的电池管理单元的结构示意图；

图4为本发明的电动车动力锂电池组的控制系统的另一结构示意图；

图5为本发明的电动车动力锂电池组的控制系统的充电、放电及加热电路示意图；

图6为本发明的电动车动力锂电池组的控制系统的控制流程图。

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。

参看图1为本发明的电动车动力锂电池组的控制方法的流程图，本发明提供的电动车动力锂电池组的控制方法，包括如下步骤：步骤101，获取动力锂电池组的单体锂电池电压值和锂电池组总电压值；步骤102，检测行驶信号；步骤103，当检测到的行驶信号为正常行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体欠压保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总欠压保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体欠压保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；步骤104，当检测到的行驶信号为限功率行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体过放保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总过放保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体过放保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总过放保护阈值，发出滑行行驶信号。

通过本发明提供的动力锂电池组的控制方法，可使动力锂电池组在安全检测方面和保护功能方面更加完善，在提高电动车在行驶过程安全性的

同时，还可延长动力锂电池的使用寿命。

优选的，在步骤104之后，还包括如下步骤，当检测到滑行行驶信号的一预定时间后，发出断开放电回路信号，锂电池组停止放电，电动车停止行驶，以进一步提高电动车行驶的安全性。

也就是说，在获取动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值和检测行驶信号后，当检测到电动车是在正常运行的情况下，将获取的锂电池组的单体锂电池电压值和锂电池组总电压值分别与预定的单体欠压保护阈值和总欠压保护阈值进行比较，如果单体锂电池电压值低于单体欠压保护阈值或锂电池组总电压值低于总欠压保护阈值，通过卡尔曼滤波算法算出锂电池组所允许的最大输出功率，并将获取的锂电池组总电压值乘以电流值计算得到的电池组输出功率与所述最大输入功率进行比较，如果输出功率大于最大输出功率就发出限功率行驶信号，使电动车进入限功率行驶阶段；当锂电池的单体锂电池电压值进一步低于预定的单体过放保护阈值或锂电池组的总电压值进一步低于预定的总过放保护阈值时，发出滑行行驶信号，使电动车进入滑行行驶阶段；当滑行行驶一预定时间后，优选的是滑行100ms后，发出断开放电回路信号，锂电池组停止放电，电动车停止行驶。通过将锂电池组的单体电压值与预定的单体欠压保护阈值、单体过放保护阈值相比较且将锂电池组的总电压值与预定的总欠压保护阈值、总过放保护阈值相比较，根据比较结果来改变电动车的行驶状态，从而提高的电动车行驶过程的安全性，同时，根据卡尔曼滤波算法算出的锂电池组所允许的最大输出功率（即最大放电功率），对电动车电机的输出功率进行实时调节，以延长锂电池组的循环使用寿命。

在上述步骤102之后还包括如下步骤：步骤201，检测动力锂电池组的温度；步骤202，将检测到的动力锂电池组的温度与第一温度阈值进行比较，如果所述动力锂电池组的温度高于第一温度阈值，发出制冷信号，对锂电池组进行散热，当锂电池组的温度回落低于低于温度阈值，关闭制冷装置；步骤203，将检测到的动力锂电池组的温度与第二温度阈值进行比较，如果所述动力锂电池组的温度继续升高且高于第二温度阈值，发出报警信号；步骤204，将检测到的动力锂电池组的温度与第三温度阈值进行比较，如果所述动力锂电池组的温度继续升高高于第三温度阈值，发出滑行行驶信号，使电动车进入滑行行驶状态；当电动车滑行行驶一预定时间后，优选的为滑行100ms后，发出断开放电回路信号，锂电池组停止放电，电动车停止行驶。其中，所述第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值均为预定值，且第一温度阈值<第二温度阈值<第三温度阈值。通过将检测到的动力锂电池的温度与预定的第一温度阈值、第二温度阈值、第三温度阈值进行比较，根据比较结果进行制冷、报警和行驶状态的改变，一方面起到了保护锂电池的作用，另一方面也提高了电动车行驶的安全性。

根据本发明的优选实施例，在步骤101之前还可对动力锂电池组的自检，所述自检包括检测动力锂电池组的硬件状况是否正常、电压采集信号线的通断状况是否正常、动力锂电池组的温度状况是否符合充电或放电的要求和动力锂电池组的绝缘状况是否正常（锂电池组与电动车底盘间的单位电压系统的绝缘抗阻大于100Ω/V）。如果自检结果满足预定条件，即上述检测都属于正常状况，可发出闭合充电回路信号或放电回路信号，锂电池组进行充电或放电；如果自检结果不满足预定条件，发出断开充电回路信号或放电回路信号，锂电池组停止充电或放电。通过对锂电池组的自检，以更大程度的保护锂电池，进而提高行车安全。

进一步的，在自检后，还可包括如下步骤，步骤301，检测点火信号和充电连接信号；步骤302，当检测到充电连接信号后，发出断开放电回路信号，动力锂电池组停止放电，防止电动车启动；步骤303，检测动力锂电池组的温度；步骤304，将检测到的动力锂电池组的温度与预定的低温保护阈值进行比较，如果动力锂电池组的温度低于预定的低温保护阈值，发出加热动力锂电池组的信号，对锂电池组进行加热；步骤305，动力锂电池组的温度加热到预定温度后，即满足充电条件后，发出闭合充电回路信号，对动力锂电池组进行充电，其中，通过卡尔曼滤波算法算出动力锂电池组所允许的最大充电功率，将充电机的充电功率调整为不大于该最大充电功率，对动力锂电池组进行充电。在充电过程中，根据锂电池组的状态分为三个阶段进行充电：涓流充电阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段，根据锂电池状态对充电功率进行调节，进而完成充电阶段的转换，通过缓和的、分阶段的充电，以更好的对锂电池进行保护，从而延长锂电池的循环使用寿命。

另外，当正常行驶过程中，如果锂电池组出现过温，过流或漏电现象，发出滑行行驶信号，使电动车进入滑行行驶阶段；当滑行行驶一预定时间后，优选的为滑行100ms后，发出断开放电回路信号，锂电池组停止放电，电动车停止行驶。

本发明还提出了一种执行上述电动车动力锂电池组的控制方法的控制模块。

本发明还提出了一种上述电动车动力锂电池组的控制方法相对应的控制系统，包括电池管理模块，用于采集动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值、锂电池组温度值及电压采集信号线状态的数据并将所述数据传送到控制模块；控制模块，用于获取动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值、锂电池组温度值及电压采集信号线状态的数据及检测行驶信号；并用于当检测到的行驶信号为正常行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体欠压保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总欠压保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体欠压保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；且当检测到行驶信号为限功率行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体过放保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总过放保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体过放保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总过放保护阈值，发出滑行行驶信号。

参看图2，为应用了本发明的电动车动力锂电池组控制系统的电动车整车结构示意图。本发明实施例中的动力锂电池组可由99串60AH的电池模块串联而成，额定总电压为320V，容量为60AH，在电动车车体上分三个电池箱体进行布置，每箱33串。其中，电动车整车应用网络的结构包括：3个电池管理模块1，控制模块2，放电控制执行装置3、充电控制执行装置4、加热控制执行装置5、充电机6、整车控制器7、整车仪表8和内部CAN总线。每个电池管理模块1用于监控一个电池箱体内的33串锂电池组，电池管理模块通过电池电压采集芯片采集单体锂电池的电压值和温度值，并通过多绕组变压器进行单体电池电压到总电压的能量转换，所采集到的锂电池的电压和温度通过内部CAN总线传送到控制模块2。控制模块2根据动力锂电池的温度、电压、锂电池组的自身状况等来控制放电控制执行装置3、充电控制执行装置4和加热控制执行装置5的开启和闭合，以相应的改变动力锂电池组的充放电状态和电动车的行驶状态，控制模块2的控制流程将在下文参考图6进行详细描述。充电机6可用于接收通过CAN总线传送来的由控制模块2计算出来的充电机输入功率，根据该输出功率对锂电池组进行充电。整车控制器7可用于接收控制模块2通过CAN总线传送来的行驶信号，根据行驶信号改变电动车的行驶状态。整车仪表8可用于接收并显示控制模块2通过CAN总线传送的锂电池组的电压、电流等信息，以便于电动车驾驶者在驾驶时可关注到电池的运行状态。

参看图3为上述电池管理单元的结构示意图，包括主控制芯片31，其采用英飞凌的8位汽车级单片机XC886；电压采集芯片32，采用凌特尔的LTC6802芯片；其中每个电压采集芯片32最多可以监控12串电池，同时提供电阻式均衡控制功能。主控制芯片31可通过SPI隔离芯片33读取电压采集芯片采集到的数据和对均衡模块、温度进行控制，比如，如果温度过高，则通过制冷继电器34开启风冷系统，此外，控制模块2也可用于根据获取的锂电池组温度情况来控制制冷继电器34的开启和关闭；如果检测到电池出现故障，则通过状态指示灯35进行故障报警。

参看图4为可适用于小型电动车的电动车动力锂电池组的控制系统的结构示意图，其与图2所示的控制系统在硬件设置及控制方法上相同，不同的是将在控制模块与电池管理模块的功能整合到一起，无需内部CAN总线来通信，可提高系统安全性且节省成本。

参看图5为本发明的电动车动力锂电池组的控制系统的充电、放电及加热电路示意图，包括充电控制继电器RL1、放电控制继电器RL2、放电预充控制继电器RL3、预充功率电阻R1、加热控制继电器RL4及相关的保护器件F1、F2、F3和F4。在本发明的实施例中，各控制继电器都使用高压车载继电器，保护器件使用BUSMANN的慢熔保险丝。

参看图6，为本发明的电动车动力锂电池组的控制系统的控制流程图，其控制流程可为：通电后首先执行动力锂电池组的自检，只有自检满足预定条件才允许执行后续的控制操作；在自检满足预定条件后，检测钥匙点火信号和充电连接信号，如果检测到充电连接信号则进入充电过程直至充电完成或电池出现故障并拔下充电插头，此时断开充电回路，停止充电；如果检测到点火信号则启动放电预充控制电路，以实现将温度低于预定的低温保护阈值的锂电池组进行加热，并将其加热到预定温度（即满足充电条件）后闭合放电回路，允许电动车运行。且如果在行驶过程中出现电池异常现象，如电池组过流、过温（过高温和过低温）、漏电等现象，则断开充电回路和放电回路，进入电池保护模式，以更好的提高对电池的保护和行车安全。

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 (10)

1.一种电动车动力锂电池组的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤101，获取动力锂电池组的单体锂电池电压值和锂电池组总电压值；

步骤102，检测行驶信号；

步骤103，当检测到的行驶信号为正常行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体欠压保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总欠压保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体欠压保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；

步骤104，当检测到的行驶信号为限功率行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体过放保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总过放保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体过放保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总过放保护阈值，发出滑行行驶信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤102之后还包括如下步骤：

步骤201，检测动力锂电池组的温度；

步骤202，将检测到的动力锂电池组的温度与第一温度阈值进行比较，如果所述动力锂电池组的温度高于第一温度阈值，发出制冷信号；

步骤203，将检测到的动力锂电池组的温度与第二温度阈值进行比较，如果所述动力锂电池组的温度高于第二温度阈值，发出报警信号；

步骤204，将检测到的动力锂电池组的温度与第三温度阈值进行比较，如果所述动力锂电池组的温度高于第三温度阈值，发出滑行行驶信号；

其中，所述第一温度阈值<第二温度阈值<第三温度阈值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤104和204之后，还包括如下步骤，当检测到滑行行驶信号的一预定时间后，发出断开放电回路信号，锂电池组停止放电。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤103中还包括，通过卡尔曼滤波算法算出动力锂电池组所允许的最大输出功率，根据所述最大输出功率发出限功率行驶信号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤101之前还包括，对动力锂电池组的自检，如果自检结果不满足预定条件，发出断开充电回路信号或放电回路信号，锂电池组停止充电或放电。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述自检包括对动力锂电池组的硬件状况、电压采集信号线的通断状况、动力锂电池组的温度状况和动力锂电池组的绝缘状况的检测。

7.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述自检后，还包括如下步骤：

步骤301，检测充电连接信号；

步骤302，当检测到充电连接信号后，发出断开放电回路信号，动力锂电池组停止放电；

步骤303，检测动力锂电池组的温度；

步骤304，将检测到的动力锂电池组的温度与预定的低温保护阈值进行比较，如果动力锂电池组的温度低于预定的低温保护阈值，发出加热动力锂电池组的信号；

步骤305，动力锂电池组的温度加热到预定温度后，发出闭合充电回路信号，对动力锂电池组进行充电。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤305中还包括通过卡尔曼滤波算法算出动力锂电池组所允许的最大充电功率，根据所述最大充电功率对动力锂电池组进行充电。

9.一种电动车动力锂电池组的控制模块，其特征在于，所述系统用于执行如权利要求1至8之一所述的方法。

10.一种电动车动力锂电池组的控制系统，其特征在于，包括，

电池管理模块，用于采集动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值、锂电池组温度值及电压采集信号线状态的数据并将所述数据传送到控制模块；

控制模块，用于获取动力锂电池组的单体锂电池电压值、锂电池组总电压值、锂电池组温度值及电压采集信号线状态的数据及检测行驶信号；并用于

当检测到的行驶信号为正常行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体欠压保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总欠压保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体欠压保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总欠压保护阈值，发出限功率行驶信号；且

当检测到行驶信号为限功率行驶信号时，将获取的单体锂电池电压值与预定的单体过放保护阈值进行比较，并将锂电池组总电压值与预定的总过放保护阈值进行比较，如果所述单体锂电池电压值低于预定的单体过放保护阈值或所述锂电池组总电压值低于预定的总过放保护阈值，发出滑行行驶信号。

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