CN103280854B - 汽车动力电池充电系统及充电方法 - Google Patents
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Abstract
一种汽车动力电池安全充电系统及充电方法，所述汽车动力电池安全充电系统包括动力电池、充电器和电池管理器，所述动力电池包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体；每一个电池组与所述充电器构成一充电回路，且每一个电池组与充电器之间连接一开关；所述电池管理器实时采集各电池单体的电压参数和温度参数，对这些参数进行处理，并根据处理结果控制所述开关的关闭以对选定的电池组进行充电或终止充电，也就是对电池组轮流充电，从而可以降低系统硬件环路电流，起到均衡充电、减小充电损耗的效果，增加了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车动力电池充电领域，尤其涉及一种汽车动力电池充电系统及充电方法。
背景技术
新能源汽车，特别是电动汽车，无内燃机汽车工作时产生的废气，不产生排气污染，对环境保护和空气的洁净是十分有益的，几乎是“零污染”，是未来汽车的发展方向。作为电动汽车的动力源，动力电池是影响电动车性能的关键部件。根据电学原理，把多个电池串联起来可以得到更高的工作电压，而将多个电池并联起来可以得到更大的容量和电流。动力电池具有多个电池单体，所以通常将电池单体分组串联后再并联以使动力电池提供的能量可以满足电动车的需求。
众所周知的是，随着温度的升高，电池的安全性会降低。多个电池组并联充电时，电池内阻变小，且当电池组间存在较大压差时，会在电池组间及外围线路产生较大的环路电流，电池及线路的温度也会迅速升高，可能导致电池及其控制电路接点的熔化、导线及电子元器件的损坏，对系统的性能、耐久性、安全性都会产生很大的影响。
发明内容
本发明提供一种汽车动力电池充电系统，可以降低系统硬件环路电流，减小充电损耗，增强安全性。
另外，本发明还提供应用上述汽车动力电池充电系统的充电方法。
为达上述优点，本发明提供一种汽车动力电池充电系统，包括动力电池、充电器和电池管理器，所述动力电池包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体；每一个电池组与所述充电器构成一充电回路，且每一个电池组与充电器之间连接一开关；所述电池管理器实时采集各电池单体的电压参数，从各电池单体中找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组的开关，由充电器对该电池组进行充电；当该电压最低的电池单体的电压达到一个动态预设值时断开开关停止充电，再由所述电池管理器从各电池单体中重新选择电压最低的电池单体，并给出命令闭合该重新选择的电压值最低的电池单体所在电池组的开关，由充电器对重新选择的该电压最低的电池单体所在的电池组进行充电，直至动力电池的整体电压达到要求电压，所述动态预设值大于所述电池单体最低电压值且小于所述电池单体电压上限值，所述动态预设值随着最低电压值的增加而增加。
在本发明的一个实施例中，在充电过程中，所述电池管理器还实时监测充电中的每个电池单体的温度参数，且以电池单体的温度参数为最高优先级，当实时监测的某个电池单体的温度高于设定值时，优先断开该电池单体所在电池组对应的开关，终止充电。
在本发明的一个实施例中，所述汽车动力电池充电系统还包括多个电压感应器和多个温度感应器，每一电池单体对应一个所述电压感应器和一个所述温度感应器，所述电压感应器和所述温度感应器将感应到的数据传送给所述电池管理器。
在本发明的一个实施例中，所述电池管理器包括中央控制器和多个电池单体控制器，所述电池单体控制器与所述电池单体一一对应；所述电池单体控制器采集对应的电池单体的温度参数和电压参数，并将采集到的数据传送给所述中央控制器。
在本发明的一个实施例中，所述多个电池组相互并联；每个电池组内包括多个电池单体，且每个电池组内的所述多个电池单体相互串联。
本发明提供一种汽车动力电池充电方法，其步骤包括：
(1)提供动力电池，其中动力电池包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体；
(2)将充电器通过开关与各电池组连接，其中充电器与每一个电池组之间均连接一个开关；
(3)通过电池管理器实时监测每个电池单体的电压，对各电池单体的电压值按顺序排列，找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组对应的开关，对该电池组进行充电；
(4)当前述电压值最低的电池单体的电压达到一个动态预设值时，通过电池管理器给出命令断开充电中的电池组对应的开关，终止对该电池组进行充电，并返回执行步骤(3)直至动力电池的整体电压达到要求电压，其中，所述动态预设值大于所述电池单体最低电压值且小于所述电池单体电压上限值，所述动态预设值随着最低电压值的增加而增加。
在本发明的一个实施例中，所述汽车动力电池充电方法还包括步骤：(5)通过电池管理器实时监测充电中的每个电池单体的温度，当实时监测的某个电池单体的温度高于设定值时，优先断开该电池单体所在电池组对应的开关，终止充电。
在本发明的一个实施例中，所述电池管理器包括中央控制器和多个电池单体控制器，电池单体控制器与电池单体一一对应；在上述步骤(3)、(4)和(5)中，通过各电池单体控制器采集对应电池单体的电压参数和温度参数，并将采集到的参数传送到电池管理器的中央控制器。
在本发明的一个实施例中，在上述步骤(3)中，利用电压感应器监测每个电池单体的电压；在步骤(5)中，利用温度感应器监测每个电池单体的温度。
本发明的汽车动力电池安全充电系统及充电方法，电池单体至少分成二组电池组，电池组之间并联；电池管理器实时采集各电池单体的电压参数和温度参数，对这些参数进行处理，并根据处理结果控制所述开关的关闭以对选定的电池组进行充电或终止充电，也就是对电池组轮流充电，从而可以降低系统硬件环路电流，起到均衡充电、减小充电损耗的效果，增加了安全性。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的汽车动力电池充电系统的结构示意图。
图2是图1所示电池管理器的结构示意图。
图3为本发明较佳实施方式的汽车动力电池充电方法的流程图。
具体实施方式
请参照图1，本发明较佳实施例的汽车动力电池充电系统1包括动力电池10、充电器20、电池管理器30和CAN网络(图2)。
动力电池10包括相互并联的多个电池组，图中以电池组1至n表示，其中n为大于1的自然数。每一个电池组又包括一个或多个电池单体，图中以电池单体1至m表示，其中m为大于1的自然数。值得注意的是，电池组内的多个电池单体的连接方式并没有限制，可以是串联、并联或其结合，而且各电池组内的电池单体的连接方式也可以不同。另外，各电池组的电池单体的个数也可以不同，且电池组也可仅包括一个电池单体。优选地，每个电池组内包括多个电池单体，且该多个电池单体相互串联。通过将多个电池组相互并联构成动力电池10，可以使动力电池10提供的更大的能量以满足电动车的需求。
每一个电池组均与充电器20构成一充电回路，且每一个电池组与充电器20之间连接一个开关，图中开关以K1至Kn表示，即电池组1与充电器20之间设有开关K1，电池组2与充电器20之间设有开关K2，依次类推，电池组n与充电器20之间设有开关Kn。在本实施例中，开关K1至Kn为常开开关。
通过电压感应器和温度感应器可以实现对电池单体的电压和温度分别进行监测。每一电池单体对应一电压感应器和一温度感应器，为了便于区分，图中以电压感应器nm及温度感应器nm表示，nm表示第n组电池组的第m个电池单体。电压感应器用于监测相应电池单体的电压，温度感应器用于监测相应电池单体的温度，电压感应器和温度感应器将采集到的电压参数和温度参数传送到电池管理器30，图中各电池单体的电压参数表示为V11…Vnm，而温度参数表示为C11…Cnm，其中Vnm表示第n组电池组的第m个电池单体的电压参数，Cnm表示第n组电池组的第m个电池单体的温度参数。
请同时参照图2，电池管理器30包括中央控制器(CECU)和多个电池单体控制器(LECU)。电池单体控制器与电池单体一一对应，为了便于区分，图中电池单体控制器以LECUnm表示，LECUnm代表与第n组电池组的第m个电池单体对应的电池单体控制器。电池单体控制器用于接收和处理对应的电池单体的温度参数及电压参数，并将接收到的参数数据及处理结果通过CAN网络传送到中央控制器。
中央控制器接收所有电池单体控制器传过来的各电池单体的温度及电压参数数据，对这些数据进行处理，根据处理结果控制各电池组对应的开关(K1至Kn)的闭合、断开状态，从而选择性地对各电池组进行充电或终止充电。
具体地，中央控制器同时实时监测每个电池单体的电压，当实时监测温度没有高于设定值时，中央控制器对接收到的各电池单体的电压值按顺序排列，找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组的开关，由充电器20对该电池组进行充电。例如，经过监测比较，当电池组2中的某个电池单体的电压值在所有电池单体中为最低时，则电池管理器30的中央控制器将发出控制命令，闭合电池组2所在的开关K2，由充电器20对电池组2进行充电。
当前述电压值最低的电池单体的电压达到动态预设值时，中央控制器给出命令断开该电池单体所在的电池组对应的开关，暂时终止对该电池组进行充电。其中，该动态预设值大于电池单体最低电压值且小于电池单体电压上限值，随着最低电压值的增加而增加，其可以是电池单体充满时电压值的百分数，如40％、50％，或者是在原电压值上加上一定值，如0.3V。
接下来，中央控制器再对接收到的各电池单体的电压值按顺序重新排列，再次找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组的开关，由充电器20对该电池组进行充电。例如，此时经过监测比较，发现电池组3中的某个电池单体的电压值在所有电池单体中为最低时，则电池管理器30的中央控制器将发出控制命令，闭合电池组3所在的开关K3，由充电器20对电池组3进行充电。当前述电压值最低的电池单体的电压达到动态预设值时，中央控制器给出命令断开该电池单体所在的电池组对应的开关，暂时终止对该电池组进行充电。
如此，依照上述顺序(即选择电压最低的电池单体，对该电压最低的电池单体所在的电池组进行充电，当该电压最低的电池单体的电压达到动态预设值时停止充电，再重新选择电压最低的电池单体，对重新选择的该电压最低的电池单体所在的电池组进行充电，当重新选择的该电压最低的电池单体的电压达到动态预设值时停止充电，依次类推)由中央控制器控制各开关的闭合和断开以对各电池组轮流充电，直至动力电池10的整体电压达到要求电压，这样可以起到充电均衡的效果。
在充电过程中，中央控制器还实时监测充电中的每个电池单体的温度，且以电池单体的温度为最高优先级，当实时监测的某个电池单体的温度高于设定值时，优先断开该电池单体所在电池组对应的开关，终止充电，以保证充电安全性。
请同时参照图3，下面为应用上述汽车动力电池充电系统1的充电方法，包括如下步骤：
(1)提供动力电池10，其中动力电池10包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体；
(2)将充电器20通过开关与各电池组连接，其中充电器20与每一个电池组之间均连接一个开关；
(3)通过电池管理器30实时监测每个电池单体的电压，对各电池单体的电压值按顺序排列，找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组对应的开关，对该电池组进行充电；
(4)当前述电压值最低的电池单体的电压达到动态预设值时，通过电池管理器30给出命令断开充电中的电池组对应的开关，终止对该电池组进行充电，并返回执行步骤(3)直至动力电池的整体电压达到要求电压；
(5)通过电池管理器30实时监测充电中的每个电池单体的温度，当实时监测的某个电池单体的温度高于设定值时，优先断开该电池单体所在电池组对应的开关，终止充电，以保证充电安全性。
其中，在上述步骤(1)中，多个电池组之间相互并联。每个电池组内的电池单体的连接方式根据实际需要来设置，可以是串联、并联或其结合，而且各电池组内的电池单体的连接方式也可以不同。另外，各电池组的电池单体的个数也可以不同，且一个电池组也可仅包括一个电池单体。
电池管理器30包括中央控制器和多个电池单体控制器，电池单体控制器与电池单体一一对应。在上述步骤(3)、(4)和(5)中，通过各电池单体控制器采集对应电池单体的电压参数和温度参数，并将采集到的参数整理后通过CAN网络传送到电池管理器30的中央控制器，并由中央控制器控制与各电池组连接的开关的闭合/断开。其中，每个电池单体的电压参数可以由一个电压感应器进行监测，每个电池单体的温度参数可以由一个温度感应器进行监测。
在上述步骤(4)中，动态预设值大于电池单体最低电压值且小于电池单体电压上限值，随着最低电压值的增加而增加，其可以是电池单体充满时电压值的百分数，如40％、50％，或者是在原电压值上加上一定值，如0.3V。
现有技术中，多个电池组并联同时充电时，无论是快充或慢充都会在充电环路中产生很大的电流，使线路各元件的温度增加，降低了系统的安全性和效率。而采用本发明的汽车动力电池充电系统及充电方法，电池管理器30对各电池单体的电压值按顺序排列，找出电压值最低的电池单体，对该电压值最低的电池单体所在电池组进行充电，当该电池组的电池单体的最低电压值达到动态预设值时，暂时停止对该电池组进行充电，并重新找出当前的电压值最低的电池单体，再对当前电压值最低的电池单体所在的电池组进行充电。也就是本发明的充电过程为对各电池组轮流充电，从而可以降低系统硬件环路电流，起到均衡充电、减小充电损耗的效果，增加了安全性。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种汽车动力电池充电系统(1)，包括动力电池(10)、充电器(20)和电池管理器(30)，所述动力电池(10)包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体，其特征在于：每一个电池组与所述充电器(20)构成一充电回路，且每一个电池组与充电器(20)之间连接一开关；所述电池管理器(30)实时采集各电池单体的电压参数，从各电池单体中找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组的开关，由充电器(20)对该电池组进行充电；当该电压最低的电池单体的电压达到一个动态预设值时断开开关停止充电，再由所述电池管理器(30)从各电池单体中重新选择电压最低的电池单体，并给出命令闭合该重新选择的电压值最低的电池单体所在电池组的开关，由充电器(20)对重新选择的该电压最低的电池单体所在的电池组进行充电，直至动力电池(10)的整体电压达到要求电压，所述动态预设值大于所述电池单体最低电压值且小于所述电池单体电压上限值，所述动态预设值随着最低电压值的增加而增加。
2.如权利要求1所述的汽车动力电池充电系统(1)，其特征在于：在充电过程中，所述电池管理器(30)还实时监测充电中的每个电池单体的温度参数，且以电池单体的温度参数为最高优先级，当实时监测的某个电池单体的温度高于设定值时，优先断开该电池单体所在电池组对应的开关，终止充电。
3.如权利要求2所述的汽车动力电池充电系统(1)，其特征在于：所述汽车动力电池充电系统(1)还包括多个电压感应器和多个温度感应器，每一电池单体对应一个所述电压感应器和一个所述温度感应器，所述电压感应器和所述温度感应器将感应到的数据传送给所述电池管理器(30)。
4.如权利要求2所述的汽车动力电池充电系统(1)，其特征在于：所述电池管理器(30)包括中央控制器(CECU)和多个电池单体控制器(LECU)，所述电池单体控制器与所述电池单体一一对应；所述电池单体控制器采集对应的电池单体的温度参数和电压参数，并将采集到的数据传送给所述中央控制器(CECU)。
5.如权利要求1至4任一项所述的汽车动力电池充电系统(1)，其特征在于：所述多个电池组相互并联；每个电池组内包括多个电池单体，且每个电池组内的所述多个电池单体相互串联。
6.一种汽车动力电池充电方法，其步骤包括：
(1)提供动力电池(10)，其中动力电池(10)包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体；
(2)将充电器(20)通过开关与各电池组连接，其中充电器(20)与每一个电池组之间均连接一个开关；
(3)通过电池管理器(30)实时监测每个电池单体的电压，对各电池单体的电压值按顺序排列，找出电压值最低的电池单体，并给出命令闭合该电压值最低的电池单体所在电池组对应的开关，对该电池组进行充电；
(4)当前述电压值最低的电池单体的电压达到一个动态预设值时，通过电池管理器(30)给出命令断开充电中的电池组对应的开关，终止对该电池组进行充电，并返回执行步骤(3)直至动力电池(10)的整体电压达到要求电压，其中，所述动态预设值大于所述电池单体最低电压值且小于所述电池单体电压上限值，所述动态预设值随着最低电压值的增加而增加。
7.如权利要求6所述的汽车动力电池充电方法，其特征在于：还包括步骤：(5)通过电池管理器(30)实时监测充电中的每个电池单体的温度，当实时监测的某个电池单体的温度高于设定值时，优先断开该电池单体所在电池组对应的开关，终止充电。
8.如权利要求7所述的汽车动力电池充电方法，其特征在于：所述电池管理器(30)包括中央控制器和多个电池单体控制器，电池单体控制器与电池单体一一对应；在所述步骤(3)、(4)和(5)中，通过各电池单体控制器采集对应电池单体的电压参数和温度参数，并将采集到的参数传送到电池管理器(30)的中央控制器。
9.如权利要求7所述的汽车动力电池充电方法，其特征在于：在步骤(3)中，利用电压感应器监测每个电池单体的电压；在步骤(5)中，利用温度感应器监测每个电池单体的温度。
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