CN104300183A - 一种电动汽车的智能充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车的智能充电方法，包括S1.插入充电插头，电池管理系统上电并初始化；S2.电池管理系统采集电池的当前状态信息、读取已保存的历史充电信息、互锁开关状态信息以及系统时间；S3.根据步骤S2所采集的信息，选取相应的充电模式；其中，系统时间与当前的实际时间相一致。与现有技术相比，本发明通过智能控制充电，更安全，更高效，且能有效利用电网低谷用电时间进行充电，还能延长电池使用寿命。

Description

一种电动汽车的智能充电方法

技术领域

本发明涉及汽车电子领域，具体地说是一种电动汽车的智能充电方法。

背景技术

目前电动汽车仍然处在推广阶段，充电控制技术还处在比较简单的阶段。现有的充电控制方法：第一种方法是通过设定一个较小的恒定电流充电对电池进行充电，当到达电压充满条件后结束充电。此方法中，因充电电流比较小，使用充电时间比较长，充电效率低。第二种方法是通过设定一个比较大恒定电流进行充电，当充到电压限制条件时，转为恒电压充电，当电流降至设定值时停止充电，或电池电压达到限制条件时，强制停止充电。此方法中，因为电动汽车电池都是经过串并联成组的，在恒压充电过程中，由于电池单体电压的不一致性，即电池串联后每一节电池的电压不可能完全一致，所以电池组不能延用单体电池的充电方法。如：锰酸锂电池组1并100串，恒流充电在总压小于420V时，其中一节单体电压一定会先到达4.2V,若继续用该总压恒压进行充电，则会出现两种情况：一是最高电压的单体电池会过充，二是电池充电停止，结果电池组没有充满电。即使是同一组电池，在不同是使用寿命时期，其恒压充电的电压值也不同。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车的智能充电方法，结合汽车用锂离子电池特性，智能地控制电动汽车充电的时间和充电的电流等，提高电动汽车的充电效率、充电安全性能以及延长电池的使用寿命。

为了解决上述问题，本发明的电动汽车的智能充电方法，所述方法包括：

S1.插入充电插头，电池管理系统上电并初始化；

S2.电池管理系统采集电池的当前状态信息、读取已保存的历史充电信息、互锁开关状态信息以及系统时间；

S3.根据步骤S2所采集的信息，选取相应的充电模式；

其中，系统时间与当前的实际时间相一致。

优选的，所述的电池的当前状态信息包括电池温度和当前电池剩余容量；所述的步骤S3具体包括：

S301.对充电互锁开关的状态进行检测，判断互锁开关是否闭合，若是，执行下一步操作，否则执行充电结束步骤；

S302. 经过较短的延时时间后保存互锁开关的变化次数；

S303.判断当前电池剩余容量是否已满，若是，进入充电结束步骤，否则依次闭合主继电器和充电继电器；

S304.判断电池温度是否处于预设的电池可充电温度区间，若否，对电池进行充电热管理控制，否则，执行下一步操作；

S305. 通过电池温度值查电池性能参数表，获取最大可充电电流值，充满最小充电电流值，充电过程中降电流步长值，最高允许充电单体电压值和最高允许充电总电压值；

S306. 根据历史充电信息和当前电池剩余容量修正最大可充电电流值并替换原数值；

S307.判断系统时间和互锁开关的变化次数是否满足预设条件，若是，进入白天充电模式，否则，进入夜间充电模式。

优选的，所述的对充电互锁开关的状态进行检测具体包括如下步骤：

SA1. 循环检测当前互锁开关的状态，并判断其是否有变化，若是，执行下一步操作，否则循环执行此步骤； 

SA2. 互锁开关的变化次数加一，并保存当前互锁开关的状态；

根据权利要求2所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的充电热管理控制具体包括如下步骤：

SB. 比较当前电池温度，如果当前电池温度小于电池可充电温度区间的最小值，启动加热器对电池加热；如果当前电池温度大于电池可充电温度区间的最大值，则开启风机散热。。

优选的，所述的白天充电模式具体包括如下步骤：

SC1.电池管理系统向充电机发出充电开启指令，并发送充电电流值和充电电压值，其中充电电流值为修正后的最大可充电电流值，充电电压值为最高允许充电总电压； 

SC2.判断当前的充电电流值是否小于充满最小充电电流值，若否，执行下一步操作，若是，执行充电结束步骤；

SC3.判断单体最高电压值是否不小于最高允许充电单体电压值或者总电压值是否不小于最高允许充电总电压值，若否，返回步骤SC1，否则，执行下一步操作；

SC4.将原来的充电电流减去降电流步长值，并更新至当前充电电流，返回步骤SC1。 

优选的，所述的夜间充电模式在所述的白天充电模式前增加如下步骤：

SC0a. 比较系统时间与预设时间，当系统时间未达到预设时间时，进入休眠等待，当系统时间达到或超过预设时间时，执行下一步操作； 

SC0b. 通过电池温度值查电池性能参数表所获取的各个参数都分别乘以一个夜间模式因子K1～K5，并更新至原相应数值，跳至步骤SC1。

优选的，所述的充电结束步骤具体包括：

SD1.电池管理系统向充电机发出充电关闭指令，并发送数值均为零的充电电流值和充电电压值；

SD2.依次断开充电继电器、主继电器；

SD3.电池管理系统保存相关数据并进入休眠，等待拔出充电插头；

SD4.用户拔掉插头，充电结束。

优选的，所述的历史充电信息包括各模式下的上一次电池充电的开始时间与结束时间、上一次充电最大允许电流以及上一次充电结束电池剩余容量。

优选的，所述的修正最大可充电电流值可通过以下算式：Imax=K* Imax实现；等式右边的Imax为根据温度查表所得，K = K0 * Imax 0/(SOC0*SOC*（Tend-Tstar）), 其中，K0为一个系数参数， Imax0为上一次充电最大允许电流， SOC0为上一次充电结束电池剩余容量， SOC为当前电池剩余容量，与上次充电时间Tend为上一次电池充电的结束时间，Tstar为上一次电池充电的开始时间。

优选的，当电池管理系统检测到故障或充电过程被终止时，执行充电结束步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明在充电前进行热管理控制，提高电池充电的环境适应性能，并保证电池处于最佳充电温度。

二、本发明在选择白天充电模式，通过电池温度查表得出当前最大恒流充电电流，从而提高充电效率，以满足用户的临时使用需求，减少充电时间。

三、本发明的夜间充电模式，能在不影响正常使用的情况下，用小电流充电，减少对电池的使用率，尽量在充电过程中减少对电池的损害，有效地延长电池的使用寿命。

四、本发明具有夜间充电延时功能，即夜间开启充电模式后不会马上进入充电状态，定时到规定时间才开启充电，避开用电高峰期，实现电网用电低谷时充电的功能。

五、本发明保存使用者的历史充电信息，能适应使用者的习惯，更好的满足使用者的使用需求。

六、本发明在充电过程的末端，采用按照一定电流步长自动降电流充电控制，使电池充电充得更满，且结合其他的相关参数又能有效保证电池不过充。

七、本发明具有充电保护功能，如互锁开关的设置等，有效保证充电过程更安全。

附图说明

图1为本发明具体实施的电动汽车的智能充电方法的流程图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。

本发明是基于电池管理系统（BATTERY MANAGEMENT SYSTEM）的一个控制功能模块， 该电池管理系统具有单体电压采集，温度采集，电流采集，总电压采集，总线通信，实时时钟，数据存储等功能。充电机是车载充电机，为可编程控制设备，通过通信线交互数据和指令。通过电池管理系统发送开启或关闭指令，充电电流和充电电压来实现对汽车电池的充电控制。其中，主继电器串联在电池负极与充电连接端口之间，充电继电器串联在电池正极与充电连接端口之间。充电连接部分是电动汽车交流充电国标的充电接口，即GBT 20234.2-2011中对电动汽车传导充电用连接装置的交流充电接口进行了定义。当插头插到位后，互锁开关会锁止，互锁开关包括机械锁和电锁，当要拔下插头时，需先按下互锁开关，机械锁解除，电锁开关断开，该类互锁开关为本领域常用技术，在此不做赘述。

需要说明的是，本发明所实施的充电方法基于串并联成组后的电池组。

本发明提供一种电动汽车的智能充电方法，具体流程图如图1所示。该方法包括：

S1.插入充电插头，电池管理系统上电并初始化。

S2. 电池管理系统采集电池的当前状态信息、读取已保存的历史充电信息、互锁开关状态信息以及系统时间。

其中，系统时间与当前的实际时间相一致。

电池的当前状态信息包括电池温度和当前电池剩余容量。

历史充电信息包括各模式下的上一次电池充电的开始时间与结束时间、上一次充电最大允许电流以及上一次充电结束电池剩余容量。

S3.根据步骤S2所采集的信息，选取相应的充电模式。其具体实现步骤如下：

S301. 循环检测当前互锁开关的状态，并判断其是否有变化，若是，执行下一步操作，否则循环执行此步骤。 

其中，对充电互锁开关的状态进行检测的具体实现步骤为：

SA1. 互锁开关的变化次数加一，并保存当前互锁开关的状态。

SA2.判断互锁开关是否闭合，若是，执行下一步操作，否则执行充电结束步骤。

S302.延时一定时间后保存互锁开关的变化次数。

其中，延时一定时间可根据实际需要进行设置，在本实施例中，将延时时间设置为30秒。每当检测到互锁开关的状态由断开到闭合时，开始计时，30秒后，记录并保存互锁开关的变化次数。

S303. 判断当前电池剩余容量是否已满，若是，进入充电结束步骤，否则依次闭合主继电器和充电继电器。

在本实施例中，当前电池剩余容量已满的标准以SOC不小于98%。SOC，Sstate of charge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数表示。此处，当SOC小于98%时，执行下一步充电动作。

 S304. 判断电池温度是否处于预设的电池可充电温度区间，若否，对电池进行充电热管理控制，否则，执行下一步操作。

充电热管理控制具体包括如下步骤：

SB. 比较当前电池温度，如果当前电池温度小于电池可充电温度区间的最小值，启动加热器对电池加热；如果当前电池温度大于电池可充电温度区间的最大值，则开启风机散热。。

其中，预设的电池可充电温度区间为待充电电池较为适宜充电的温度区间，本实施例中，设置电池可充电温度区间为0℃～35℃，0℃即为电池可充电温度区间的最小值，35℃即为电池可充电温度区间的最大值。具体参数根据不同的电池性能设定，本实施例中所设置数值不是其唯一固定的实施方式。 

S305.通过电池温度值查电池性能参数表，获取最大可充电电流值（用Imax表示），充满最小充电电流值（用Imin表示），充电过程中降电流步长值（用Istep表示），最高允许充电单体电压值（用V_cell表示），最高允许充电总电压值（用V_sum表示）。

其中，电池性能参数表为电池出厂测试获得并存储于电池管理系统中。

S306. 根据历史充电信息和当前电池剩余容量修正最大可充电电流值并替换原数值，即Imax=K* Imax。

等式右边的Imax为根据温度查表所得，K = K0 * Imax 0/(SOC0*SOC*（Tend-Tstar）), 其中，K0为一个系数参数， Imax0为上一次充电最大允许电流， SOC0为上一次充电结束电池剩余容量， SOC为当前电池剩余容量，与上次充电时间Tend为上一次电池充电的结束时间，Tstar为上一次电池充电的开始时间。

修正后的最大可充电电流值与上一次充电最大允许电流值Imax0成正比，与上一次充电结束电池剩余容量成反比，与当前电池剩余容量成反比，与上次充电时长（Tend-Tstar）成反比。

需要说明的是，充电参数修正的作用在于系统自动优化充电控制参数。在一般情况下，用查表得出参数即可进行充电控制。但在一些特殊情况下，需对电池的充电参数进行修正，以保证电池在最优的状态下进行充电。此处所指的特殊情况如下：

1、电动汽车电池长期未使用，放置长时间后，因电池自耗电把电池放空，电池电压小于正常使用水平。此情况下，系统检测到电池当前的电压小于正常水平（如锰酸锂电池使用范围在3.0V～4.2V之间为正常），且系统历史数据记录上一次使用时间为2个月以前，则把当前的充电控制参数中的最大充电电流Imax直接修正为最小充电电流值Imin，最高允许充电单体电压V_cell减小0.2V，修正后的充电参数能最大限度的减少对电池的伤害，且整个过程完全自动控制。

2、电池使用了一定时间后，由于电池内部化学变化，导致电池内阻增大等。此种情况下，系统历史数据中充电到达完成条件，最小充电电流值Imin和最高允许充电单体电压V_cell均到达条件，而电池的电量用（SOC表示）且未到达100%，此时，系统会把最小充电电流Imin修正为1/2Imin，或将最高允许充电单体电压V_cell增加0.05V。这种情况下，通过充电参数的自动修正，可以有效地应对因电池内阻增大而引起的充电压降，使电池无法充满电的情况。

S307. 判断系统时间和互锁开关的变化次数是否满足预设条件，若是，进入白天充电模式，否则，进入夜间充电模式。

其中，预设条件为系统时间落入预设时间区间或互锁开关的变化次数大于预设值。预设时间区间可根据个人的具体情况同过人机交互界面设置，如车载显示屏。在本实施例中，设置初始时间区间为7点至18点。互锁开关的变化次数比较预设值设置为三次。当系统在比较短的时间内如30秒，连续监测到大于3次的互锁开关状态变化，此时忽略当前的时间，直接进入高效充电状态，即进入白天充电模式。此处所述比较短的时间即为上文所述的延时时间。

当进入白天充电模式时，其充电原则是用最短的时间把电池充满，以备用户使用。执行以下步骤：

SC1.电池管理系统向充电机发出充电开启指令，并发送充电电流值和充电电压值，其中充电电流值为修正后的最大可充电电流值，充电电压值为最高允许充电总电压，即I=Imax，V=V_sum。

SC2.判断当前的充电电流值是否小于充满最小充电电流值，若否，执行下一步操作，若是，执行充电结束步骤。

其中，最小充电电流值在电池规格书中标明，是单体电池在恒压充电时，充电停止前充电电流所能达到的最小值。如：2200mAH的锰酸锂电池，一般单体电池的充电方法：先用恒流充电，当电压到达4.2V时，用4.2V恒压充电，当充电电流降到1/10C～1/50C（C为电池的容量值，单位为A或mA）时说明电池已经充满，即该电池充电电流降到220mA时及可认为已经充满。

SC3.判断单体最高电压值是否不小于最高允许充电单体电压值或者总电压值是否不小于最高允许充电总电压值，即是否满足Vmax_cell≥V_cell或者Vmax_sum≥V_sum，若否，返回步骤SC1，否则，执行下一步操作。

SC4.将原来的充电电流减去降电流步长值，并更新至当前充电电流，即I=I-Istep，然后返回步骤SC1。

当进入夜间充电模式时，其充电原则为：利用用电低谷时间，在确保能充满电的情况下，尽量用小电流进行充电。执行以下步骤： 

SC0a. 比较系统时间与预设时间，当系统时间未达到预设时间时，进入休眠等待，当系统时间达到或超过预设时间时，执行下一步操作。

其中，预设时间根据现行用电高峰期进行设置，选取用电高峰期的结束时间点之后，避开用电高峰期，此时间为默认时间，用户也可通过触摸屏调整。本实施例中，假设用电高峰期为7:00～23:00，则预设时间为23:01。

SC0b. 通过电池温度值查电池性能参数表所获取的各个参数都分别乘以一个夜间模式因子K1～K5，并更新至原相应数值，然后跳至步骤SC1。各个参数更新后为：

Imax = Imax*K1；

Imin = Imin*K2；

Istep=Istep *K3；

V_cell=V_cell*K4；

V_sum = V_sum*K5。

其中，电池性能参数表为电池出厂测试获得并存储于电池管理系统中。

参数K1～K5为通过工程经验或测试数据得出，本领域技术人员通过现有资料与所掌握的技能知识能够通过与电池相关的一般性工程测试流程即可获得，也可以通过电池出厂测试的相关参数中推得。

SC1.电池管理系统向充电机发出充电开启指令，并发送充电电流值和充电电压值，其中充电电流值为修正后的最大可充电电流值，充电电压值为最高允许充电总电压，即I=Imax，V=V_sum。

其中，充电电流I为小电流值是本领域技术人员根据电池性能与环境温度即可获得的公知常识，一般情况在电池规格书中有说明。

SC2.判断当前的充电电流值是否小于充满最小充电电流值，若否，执行下一步操作，若是，执行充电结束步骤。

其中，最小充电电流值在电池规格书中标明，是单体电池在恒压充电时，充电停止前充电电流所能达到的最小值。如：2200mAH的锰酸锂电池，一般单体电池的充电方法：先用恒流充电，当电压到达4.2V时，用4.2V恒压充电，当充电电流降到1/10C～1/50C（C为电池的容量值，单位为A或mA）时说明电池已经充满，即该电池充电电流降到220mA时及可认为已经充满。

SC3.判断单体最高电压值是否不小于最高允许充电单体电压值或者总电压值是否不小于最高允许充电总电压值，即是否满足Vmax_cell≥V_cell或者Vmax_sum≥V_sum，若否，返回步骤SC1，否则，执行下一步操作。

SC4.将原来的充电电流减去降电流步长值，并更新至当前充电电流，即I=I-Istep，然后返回步骤SC1

当进入充电结束步骤时，执行以下步骤：

SD1.电池管理系统向充电机发出充电关闭指令，并发送数值均为零的充电电流值和充电电压值。

SD2.依次断开充电继电器、主继电器。

SD3.电池管理系统保存相关数据并进入休眠，等待拔出充电插头。

SD4.用户拔掉插头，充电结束。

另外，当电池管理系统检测到故障时，执行充电结束步骤。

在整个充电过程，电池管理系统会实时监控电池信息，如出现充电电流异常，电池总压过高，电池单体电压过高，电池温度过高，电池温度过低等其中一种或多种情况时，充电将进入充电结束步骤，以保证充电的安全性。

当充电过程被终止时，互锁开关的状态发生变化，互锁开关状态变化次数加一，并保存当前互锁开关状态，判定当前互锁开关状态为断开，执行充电结束步骤。

使用者在充电过程中想要中断充电，只需按下互锁开关，然后拔掉充电插头即可。当互锁开关被按下时，可认为使用者欲中断充电，充电过程认为被终止，充电将进入充电结束步骤，电池管理系统迅速控制停止充电，控制断开电池电压输出，以保证使用安全。

需要说明的是，在本实施例中，未详细展开进行阐述的地方，均为本领域技术人员可根据现有公知常识与实践经验来实现。

以上所述为本发明的较佳实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车的智能充电方法，其特征在于：所述方法包括：

S1.插入充电插头，电池管理系统上电并初始化；

S2.电池管理系统采集电池的当前状态信息、读取已保存的历史充电信息、互锁开关状态信息以及系统时间；

S3.根据步骤S2所采集的信息，选取相应的充电模式；

其中，系统时间与当前的实际时间相一致。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的电池的当前状态信息包括电池温度和当前电池剩余容量；所述的步骤S3具体包括：

S301.对充电互锁开关的状态进行检测，判断互锁开关是否闭合，若是，执行下一步操作，否则执行充电结束步骤；

S302.经过较短的延时时间后保存互锁开关的变化次数；

S303.判断当前电池剩余容量是否已满，若是，进入充电结束步骤，否则依次闭合主继电器和充电继电器；

S304.判断电池温度是否处于预设的电池可充电温度区间，若否，对电池进行充电热管理控制，否则，执行下一步操作；

S305. 通过电池温度值查电池性能参数表，获取最大可充电电流值，充满最小充电电流值，充电过程中降电流步长值，最高允许充电单体电压值和最高允许充电总电压值；

S306. 根据历史充电信息和当前电池剩余容量修正最大可充电电流值并替换原数值；

S307.判断系统时间和互锁开关的变化次数是否满足预设条件，若是，进入白天充电模式，否则，进入夜间充电模式。

3.根据权利要求2所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的对充电互锁开关的状态进行检测具体包括如下步骤：

SA1. 循环检测当前互锁开关的状态，并判断其是否有变化，若是，执行下一步操作，否则循环执行此步骤； 

SA2. 互锁开关的变化次数加一，并保存当前互锁开关的状态。

4.根据权利要求2所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的充电热管理控制具体包括如下步骤：

SB. 比较当前电池温度，如果当前电池温度小于电池可充电温度区间的最小值，启动加热器对电池加热；如果当前电池温度大于电池可充电温度区间的最大值，则开启风机散热。

5.根据权利要求2所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的白天充电模式具体包括如下步骤：

SC1.电池管理系统向充电机发出充电开启指令，并发送充电电流值和充电电压值，其中充电电流值为修正后的最大可充电电流值，充电电压值为最高允许充电总电压； 

SC2.判断当前的充电电流值是否小于充满最小充电电流值，若否，执行下一步操作，若是，执行充电结束步骤；

SC3.判断单体最高电压值是否不小于最高允许充电单体电压值或者总电压值是否不小于最高允许充电总电压值，若否，返回步骤SC1，否则，执行下一步操作；

SC4.将原来的充电电流减去降电流步长值，并更新至当前充电电流，返回步骤SC1。

6.根据权利要求5所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的夜间充电模式在所述的白天充电模式前增加如下步骤：

SC0a. 比较系统时间与预设时间，当系统时间未达到预设时间时，进入休眠等待，当系统时间达到或超过预设时间时，执行下一步操作； 

SC0b. 通过电池温度值查电池性能参数表所获取的各个参数都分别乘以一个夜间模式因子K1～K5，并更新至原相应数值，跳至步骤SC1。

7.根据权利要求2-6任一项所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的充电结束步骤具体包括：

SD1.电池管理系统向充电机发出充电关闭指令，并发送数值均为零的充电电流值和充电电压值；

SD2.依次断开充电继电器、主继电器；

SD3.电池管理系统保存相关数据并进入休眠，等待拔出充电插头

SD4.用户拔掉插头，充电结束。

8.根据权利要求7所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的历史充电信息包括各模式下的上一次电池充电的开始时间与结束时间、上一次充电最大允许电流以及上一次充电结束电池剩余容量。

9.根据权利要求8所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，所述的修正最大可充电电流值可通过以下算式：Imax=K* Imax实现；等式右边的Imax为根据温度查表所得，K = K0 * Imax 0/(SOC0*SOC*（Tend-Tstar）), 其中，K0为一个系数参数， Imax0为上一次充电最大允许电流， SOC0为上一次充电结束电池剩余容量， SOC为当前电池剩余容量，与上次充电时间Tend为上一次电池充电的结束时间，Tstar为上一次电池充电的开始时间。

10.根据权利要求9所述的电动汽车的智能充电方法，其特征在于，当电池管理系统检测到故障或充电过程被终止时，执行充电结束步骤。