CN105098926B

CN105098926B - 一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法

Info

Publication number: CN105098926B
Application number: CN201510573324.9A
Authority: CN
Inventors: 张向文; 于振红; 许勇; 党选举; 伍锡如; 莫太平; 潘明; 任风华; 徐金龙
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2035-09-10
Also published as: CN105098926A

Abstract

本发明公开一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法，其采用四段式充电方法：涓流充电；多段恒流恒压交替充电；恒压充电和浮充电。根据电池管理系统发送的电池规格、用于区分各充电阶段的电压电流阈值、均衡充电条件、充电终止条件及实时采集的电池组温度、电池组总电压、单体最高最低电压等自动调节充电电流及充电电压的充电控制系统，也即是本控制系统能够根据实际电池的不同情况、不同电池的不同情况等自动切换充电阶段，使得充电过程中各充电阶段实现精确控制。

Description

一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法

技术领域

本发明涉及电动汽车的充电技术领域，具体涉及一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法。

背景技术

当前，随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会生活中扮演着越来越重要的角色。伴随着能源紧缺、工业污染、汽车尾气等严重问题的出现，迫切需要寻找新的途径来发展汽车工业，电动汽车的出现正顺应了这种需求。电池是电动汽车的动力来源，其性能确定了电动汽车的行驶里程。而限于短期内难以突破电池储存电量少、充电次数有限、充电时间长、价格高、续航里程短、能量密度低等技术瓶颈，因此当前电动汽车设计的关键点是如何最优化利用电池，包括控制合理的充放电状态等。

针对控制合理的充电状态，目前已出现的充电方法，如公告号为CN 103390770A，名称为“一种锂离子电池化成分段充电方法”的发明专利，公开的四阶段充电方法，分别是：一到三阶段是恒流充电阶段、四阶段是恒压充电阶段。这种方法能够保证锂离子电池良好性能不变的前提下有效减少充电时间。但是该方法没有考虑与BMS(电池管理系统)之间通讯，因此该方法的四阶段充电过程完全由充电器独立控制，不具有反馈机制，因此各阶段的控制精度不高。

再如，公告号为CN 101969218A，公开的名称为“一种纯电动汽车用充电方法”的发明专利，采取多段恒流、快速脉冲、恒压充电相结合的充电控制策略，并且与BMS之间进行通讯，采集反馈电池状态信息，有效地增加了分段控制的精度、缩短了充电时间。但是该控制策略考虑的电池状态信息较少，比如关系到安全充电的绝缘电阻，关系到电池老化程度的内阻等。该充电系统有待完善。

目前电动汽车的电池在使用过程中，存在的问题如下：电动汽车所采用的动力锂电池电压电流没有具体的统一标准；汽车厂商所采用的锂电池规格也不尽统一；现有的大部分充电设备与BMS之间不具备通讯功能；少量带通讯功能的充电器，传递的电池状态信息较少，不能满足当前要求电池性能良好的前提下快速、安全充电。当前的智能充电系统虽然能够满足大部分电动车充电，但是充电过程中分段充电控制不够精细化；充电终止电压电流条件范围较宽，不能针对任意规格电池精确确定充电终止条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有充电过程中各充电阶段控制不够精确的缺陷，提供一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种应用于动力电池的智能充电系统，由交流变换模块、整流滤波模块、稳压模块、DC-DC模块、电压检测模块、电压A/D转换模块、可控电流输出模块、电流检测模块、电流A/D转换模块、主控制器模块、继电器控制模块、继电器、电池管理系统和通讯模块组成；

交流变换模块、整流滤波模块、DC-DC模块、可控电流输出模块和继电器依次连接，其中交流变换模块的输入端与市电相连，继电器的输出端与电池连接；

电压检测模块的输入端连接DC-DC模块的输出端，电压检测模块的输出端经电压A/D转换模块连接主控制器模块的输入端；主控制器模块通过PWM波控制DC-DC模块的输出；

电流检测模块的输入端连接可控电流输出模块的输出端，可控电流输出模块的输出端经电流A/D转换模块连接主控制器模块的输入端；主控制器模块通过PWM波控制可控电流输出模块的输出；

继电器控制模块的输入端连接主控制器模块的输出端，继电器控制模块的输出端连接继电器的控制端；稳压模块的输入端连接整流滤波模块的输出端，稳压模块的输出端连接主控制器模块；

电池管理系统的采集端连接电池，电池管理系统的通讯端经通讯模块连接主控制器模块。

上述应用于动力电池的智能充电系统还进一步包括一直流滤波模块，该直流滤波模块的输入端与可控电流输出模块的输出端相连，可控电流输出模块的输出端与继电器的输入端相连。

上述应用于动力电池的智能充电系统还进一步包括一数据存储模块，该数据存储模块与接主控制器模块相连。

一种应用于动力电池的智能充电方法，包括如下步骤：

步骤1、将交流变换模块的输入端与市电相连，继电器的输出端与电池连接,主控制器模块与电池管理系统连接；

步骤2、主控制器读取电池管理系统发送的初始化阈值数据，并将初始化阈值数据存储在主控制器模块中；其中初始化阈值数据包括电池最佳充电温度T_P，充电环境温度阈值T₀、最大充电环境温度阈值T_max、且T₀<T_max，电压均衡阈值V_a，最大充电电压U_max，最小充电电压U_min，电压接近阈值ε，电池允许最大充电电流I_max，恒压充电阶段充电结束电流阈值I_a，涓流充电阶段充电结束电压阈值U_a、且U_min<U_a<U_max；

步骤3、主控制器模块经继电器控制模块控制继电器开启，充电开始，主控制器读取电池管理系统发送的电池状态数据，包括电池组温度T、电池单体最高电压V_max、电池单体最低电压V_min，电池组电压U、电池组充电电流I、荷电状态SOC、电池组内阻R₀、绝缘电阻R；

步骤4、进行充电阶段的判断；

步骤4-1、温度判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池组温度T，判断是否适合充电；若T<T₀，则电池组温度适合充电，并转入步骤4-2；若T₀≤T≤T_max同时成立，则电池组温度偏高，通过启动电池自带的降温风扇后，继续充电，转入步骤3；若T>T_max，则电池组温度不适合充电，转入步骤5，充电结束；

步骤4-2、均衡判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池单体最高电压V_max和电池单体最低电压V_min，判断是否需要均衡；若V_max-V_min≥V_a，则断开继电器暂停充电，进入均衡充电状态，返回步骤4-2，循环判断；若V_max-V_min<V_a，转入步骤4-3；

步骤4-3、最大充电电压判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池组电压U，判断是否已接近最大充电电压U_max；若|U_max-U|<ε，主控制器模块需要根据电池管理系统送来的电池充电电流I，判断此刻的充电电流I>I_a是否成立，若成立，则转入步骤4-6，进入恒压充电阶段，若不成立，转入步骤4-7；如果|U_max-U|<ε不成立，则需要判断U>U_a是否成立，若不成立，转入步骤4-4，如果成立，转入步骤4-5，进入多段恒压恒流交替充电阶段；

步骤4-4、涓流充电阶段判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池充电电压U，判断是否继续进入涓流充电：若U_min≤U<U_a，转入步骤3；如果U>U_a，转入步骤4-5；

步骤4-5、多段恒压恒流交替充电阶段判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池充电电压U，判断是否继续进入多段恒压恒流交替充电；若U_a≤U≤U_max，转入步骤3；如果|U_max-U|<ε成立，再判断此刻I>I_a是否成立，若成立转入步骤4-6，进入恒压充电阶段；否则，转入步骤4-7，进入浮充电阶段；

步骤4-6、恒压充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I>I_a成立，转入步骤3；若|U_max-U|<ε成立，I>I_a不成立时，转入步骤4-7，进入浮充电阶段；

步骤4-7、浮充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I<I_a成立，转入步骤3，否则，转入步骤4-8；

步骤4-8、充电终止判断；若通讯异常、T>T_max、I<I_max、U>U_max、绝缘电阻小于安全值满足之一，判断为充电结束，转到步骤5；

步骤5、主控制器模块经继电器控制模块控制继电器关闭，充电结束。

所述步骤4-5中，多段恒压恒流交替充电阶段采用模糊控制规则来完成，其具体过程是：

依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT＝T-T_P和温度变化率确定第一段电流交替过渡值I₁，且I₁≤I_max，其中I_max为电池的最高充电电流，其具体数据来自于电池规格参数，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I₁，并进入到以I₁作为恒定电流的第一段恒流充电；

随着第一段恒流充电的进行，电池充电电压U逐步升高，当U升高到U₁＝λU₀(λ取1.05～1.15，U₀为第一段恒流充电开始时的电池组电压)时，主控制器模块控制DC-DC模块的输出端电压切换到U₁，并进入到以U₁作为恒定电压的第一段恒压充电；

依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT和温度变化率确定第二段电流交替过渡值I₂，随着第一段恒压充电的进行，电池充电电流I逐渐减小，当电池充电电流I减小到I₂时，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I₂，并进入到以I₂作为恒定电流的第二段恒流充电；

随着第二段恒流充电的进行，电池充电电压U逐步升高，当电池充电电压U升高到U₂＝λU₁时，主控制器模块控制DC-DC模块的输出端电压切换到U₂，并进入到以U₂作为恒定电压的第二段恒压充电；

依次类推，

依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT和温度变化率确定第X(X≥2)段电流交替过渡值I_X，随着第X-1段恒压充电的进行，电池充电电流I逐渐减小，当电池充电电流I减小到I_X时，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I_X，并进入到以I_X作为恒定电流的第X段恒流充电；

随着第X-1段恒流充电的进行，电池充电电压U逐步升高，当电池充电电压U升高到U_X＝λU_X-1时，主控制器模块控制DC-DC模块的输出端电压切换到U_X，并进入到以U_X作为恒定电压的第X段恒压充电；

直到|U_max-U|<ε成立，多段恒压恒流交替充电阶段结束。

设输入为偏差e和偏差变化率Δe，输出控制为z；它们的模糊集及论域定义如下：

偏差E的模糊集为

T(E)＝{NB,NS,ZE,PS,PB}

偏差变化率CE和控制量Z的模糊集均为

{NB,NS,ZE,PS,PB}

其中NB代表负大,NS代表负小,ZE代表零,PS代表正小,PB代表正大；

以电池组最佳充电温度T_p作为初始量，温度变化量ΔT＝T-T_P作为偏差量，温度变化率作为偏差变化率；每一段的段电流交替过渡值I_X作为控制量；上述模糊规则库为：

若ΔT＝NB和或NS或ZE，则I_X＝PB；

若ΔT＝NB和或PB，则I_X＝PS；

若ΔT＝NS和或NS或ZE，则I_X＝PS；

若ΔT＝NS和或PB，则I_X＝PS；

若ΔT＝ZE和或NS，则I_X＝PS；

若ΔT＝ZE和则I_X＝ZE；

若ΔT＝ZE和或PB，则I_X＝NS；

若ΔT＝PS和或PS，则I_X＝NS；

若ΔT＝PS和或NS或ZE，则I_X＝NS；

若ΔT＝PB和或NS，则I_X＝NS；

若ΔT＝PB和或PS或ZE，则I_X＝NB；

确定阈值量：依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT和温度变化率确定每一段电流交替过渡值I_X。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、提出一种四段式充电方法：(1)涓流充电；(2)多段恒流恒压交替充电；(3)恒压充电；(4)浮充电。根据BMS发送的电池规格、用于区分各充电阶段的电压电流阈值、均衡充电条件、充电终止条件及实时采集的电池组温度、电池组总电压、单体最高最低电压等自动调节充电电流及充电电压的充电控制系统，也即是本控制系统能够根据实际电池的不同情况、不同电池的不同情况等自动切换充电阶段，使得充电过程中各充电阶段实现精确控制。

2、在已有的通信机制上增加内阻、绝缘电阻等更多的电池信息。智能充电系统根据采集到的电池规格、电池实时数据信息、各分段充电需要的阈值量，更加精准化的控制电池全程充电过程。考虑到安全充电，非常有必要采集绝缘电阻R，当绝缘性能降低时，继续充电，将会有漏电、触电的危险。

3、增加采集反映电池状态信息的量，并根据这些信息量自动完成不同规格电池的最佳充电过程，有效地缩短充电时间、增加电动车的续航里程、延长电池使用寿命，以更加完善化地控制充电过程。

4、能够根据电池BMS发送的任意电池的数据，自动判断电池状态、自动选择合适的充电阶段、自动充电中止(启动均衡)、自动充电恢复(均衡结束)、自动判断充电终止。

附图说明

图1为一种应用于动力电池的智能充电系统的结构示意图。

图2为一种应用于动力电池的智能充电系统充电过程曲线。

图3为一种应用于动力电池的智能充电方法总体充电过程流程图；

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细的描述，其为本发明实施中的一种优选实施例。

本发明提供的一种应用于动力电池的智能充电系统，如图1所示，由交流变换模块、整流滤波模块、稳压模块、DC-DC模块(通过PWM波控制输出电压大小)、电压检测模块、电压A/D转换模块、可控电流输出模块(通过PWM波控制输出电流大小)、电流检测模块、电流A/D转换模块、直流滤波模块、主控制器模块、继电器控制模块、继电器、电池管理系统、通讯模块和数据存储模块组成。

交流变换模块、整流滤波模块、DC-DC模块、可控电流输出模块、直流滤波模块和继电器依次连接，其中交流变换模块的输入端与市电相连，继电器的输出端与电池连接。220v市电通过交流变换模块，变成低压交流电。低压交流电经过整流滤波模块，变成直流电。电压检测模块用于检测DC-DC模块输出的电压值，并通过电压A/D转换模块反馈回主控制器模块，以达到精准控制电压输出。主控制器模块通过PWM波控制DC-DC模块得到实际需要的电压值，并送入可控电流输出模块。电流检测模块用于检测可控电流输出模块输出的电流值，并通过电流A/D转换模块反馈回主控制器，以达到精准控制电流输出。主控制器模块通过PWM波控制可控电流输出模块得到实际需要的电流值，并送入直流滤波模块。直流滤波模块的输出滤波后的信号到继电器。继电器控制模块的输入端连接主控制器模块的输出端，输出端连接继电器的控制端，用于关闭/打开充电主线。稳压模块的输入端连接整流滤波模块的输出端，输出端连接主控制器模块，用于给系统提供工作电源。电池管理系统的采样端连接电池，电池管理系统的通讯端经通讯模块连接主控制器模块。数据存储模块连接主控制器模块，用于存储智能充电系统初始化信息和BMS发送的信息。

电池管理系统为电动汽车自带，其向主控制器模块发送的电池信息包括两部分，一是电池规格信息、分段充电阈值量信息、均衡充电条件信息、充电终止条件等；二是需要实时监测的信息，包括电池组内阻、绝缘电阻、电池组温度、电池组电压、电池组充电电流、单体最低电压、单体最高电压和荷电状态(SOC)等信息。

电池管理系统通过CAN通讯口与电池相连，继电器通过直流电源口与电池相连。

主控制器模块所用数据可以存储在其自带的内置的存储器中，也可以将所用数据存储在额外增设的外置的数据存储模块，该数据存储模块与主控制器模块相连。

正常通讯下，充电过程分四段来完成(非每次充电过程都包含)，分别是：涓流充电、多段恒流恒压交替充电、恒压充电、浮充电。参见图2。

第一充电阶段，涓流充电属于保养型充电范畴，即是小电流充电。涓流充电并不是每次充电过程中必须的充电阶段。当电池深度放电，处于电压较低(高于极限最低电压U_min)状态时，必须采用小电流的涓流充电降低正负极阻抗、激活电极材料、提高电池容量。具体过程是采用0.1C～0.3C的小电流充电，待电池电压升到涓流充电阶段充电结束电压阈值U_a，切换充电阶段。

第二充电阶段，多段恒流恒压交替充电阶段。多段恒流恒压交替充电子过程，是整个充电过程的最重要阶段。由于本充电阶段加入了模糊控制规则，以及充电过程中需要开启均衡(此时暂停充电)，因此恒压恒流具体交替次数很难把握。确定I₁、I₂、I₃…I_x，U₁、U₂、U₃…U_x(x为交替次数)等数据的具体步骤如下：(1)确定I₁，依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT＝T-T_P、温度变化率确定充电电流I，此时充电电流记作I₁，但是必须满足I₁≤I_max，I_max的具体数据来自于电池规格参数，此时的电池电压记作U₀，并以I₁作为恒流，进入恒流充电阶段；(2)确定U₁，随着恒流充电的进行，电池电压逐步升高，当U升高到λU₀(λ取1.05～1.15)时，此时的电压定为U₁，切换到以U₁为恒压的充电阶段；(3)确定I₂，依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT、温度变化率确定充电电流I₂，并切换到以I₂为恒流的充电阶段；(4)确定U₂，当U升高到λU₁时，此时的电压定为U₂，转换到以U₂为恒压的充电阶段；依次类推，确定I₃…I_x，U₃…U_x，直到U_max-U_x<ε(ε取0.05～0.2)成立，多段恒流恒压交替充电阶段结束。

第三充电阶段，恒压充电阶段。恒压充电阶段也即是充电电压恒定不变，充电电流逐渐减小的充电模式，其起始点由U_x决定，此时U_x约等于U_max，将U_x作为恒压进入恒压充电模式，电流I将会从I_x逐渐减小，直到I<I_a，恒压充电结束。

第四充电阶段，浮充电阶段。浮充电阶段即是充电电压、充电电流根据需要浮动变化的充电模式。浮充电阶段的确立由I_a决定，充电电流从I_a开始浮动减小，直至满足充电结束条件。此充电阶段主要的作用是补充电池自放电损耗的电能。

上述智能充电系统所实现的一种应用于动力电池的智能充电方法，如图3所示，包括如下步骤：

Ⅰ、插上充电插头，完成充电准备工作(分别接通CAN通讯和充电主线)。

Ⅰ-1、主控制器模块判断通过CAN接收到的、电池管理系统发送来的数据的有效性及完整性。接收到的数据包括电池组温度T、电池组的充电电压U、电池组的充电电流I、电池单体最高电压V_max、电池单体最低电压V_min、荷电状态SOC、电池组内阻R₀、绝缘电阻R；电池规格包括电池最高充电电流I_max、最大充电电压U_max，最小充电电压U_min，电压接近阈值ε，电池允许最大充电电流I_max，恒压充电阶段充电结束电流阈值I_a，涓流充电阶段充电结束电压阈值U_a、且U_min<U_a<U_max。

Ⅰ-2、若Ⅰ-1中的数据不完整或出现通讯失败，则继续循环判断10次，循环判断结束之后，若数据仍不完整或出现通讯失败，则判定为充电失败，电池管理系统报警，并跳出充电过程，充电结束。

Ⅱ、初始化智能充电系统。主控制器模块根据接收到的完整及有效的数据初始化智能充电系统。其中初始化阈值数据包括最合适的充电温度T_P，充电环境温度阈值T₀、最大充电环境温度阈值T_max、且T₀<T_max，电压均衡阈值V_a，最大充电电压U_max，最小充电电压U_min，电压接近阈值ε，电池允许最大充电电流I_max，恒压充电阶段充电结束电流阈值I_a，涓流充电阶段充电结束电压阈值U_a、且U_min<U_a<U_max；

Ⅲ、初始化完成，开始充电。开启继电器，充电开始。电池管理系统采集电池组的充电状态通过通讯模块发送给主控制器模块，主控制器模块根据采集到的数据通过实时调整充电电流、充电电压来调节充电阶段，自动优化充电过程。

Ⅲ-1、温度判断。根据接收到的电池组温度T判断是否适合充电，若T<T₀，则电池组所处环境温度完全适合充电，并转入步骤Ⅲ-2；若T>T₀、T<T_max同时成立，判定为电池组温度偏高，但是还可以继续充电，此时需要启动降温风扇，转入步骤Ⅲ；若T>T_max，则电池组温度完全不适合充电，判定为电池组温度过高，转入步骤Ⅳ充电结束。

Ⅲ-2、均衡判断。根据接收到的电池单体最高电压V_max、电池单体最低电压V_min，判断V_max-V_min>V_a是否成立，若成立，断开继电器暂停充电，进入均衡状态，返回步骤Ⅲ-2，循环判断；若不成立，转入步骤Ⅲ-3；

Ⅲ-3、最大充电电压判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池组电压U，判断是否已接近最大充电电压U_max；若|U_max-U|<ε，主控制器模块需要根据电池管理系统送来的电池充电电流I，判断此刻的充电电流I>I_a是否成立，若成立，则转入步骤Ⅲ-6，进入恒压充电阶段，若不成立，转入步骤Ⅲ-7；如果|U_max-U|<ε不成立，则需要判断U>U_a是否成立，若不成立，转入步骤Ⅲ-4，如果成立，转入步骤Ⅲ-5，进入多段恒压恒流交替充电阶段；

Ⅲ-4、涓流充电阶段判断。主控制器模块根据电池管理系统送来的电池充电电压U，判断是否继续进入涓流充电：若U<U_a、U>U_min同时成立，则，转入步骤Ⅲ，其中U_a大约是电池额定电压的0.85倍；U_min是不损坏电池良好性能的前提下，能容忍的一个极小电压值；如果U>U_a，转入步骤Ⅲ-5；

Ⅲ-5、多段恒压恒流交替充电阶段判断。主控制器模块根据电池管理系统送来的电池充电电压U，判断是否继续进入多段恒压恒流交替充电；若U_a≤U≤U_max，转入步骤Ⅲ；如果|U_max-U|<ε成立，再判断此刻I>I_a是否成立，若成立转入步骤Ⅲ-6，进入恒压充电阶段；否则，转入步骤Ⅲ-7，进入浮充电阶段。

由于电池老化、环境变化等不确定因素的存在，充电过程中，内阻R₀、SOC、电池组温度T、充电电流I、充电电压U之间存在不确定的关联因素，因此有必要加入模糊控制规则，用来控制充电电流(用于控制多段恒压恒流交替充电阶段电流)。

单独考虑每一个充电阶段，充电电流I、充电电压U两者之间存在确定的关联因素(内阻R₀)；考虑整个充电过程，充电电流I、充电电压U的确定需要考虑电池组温度T、内阻R₀；纵观整个充电过程，充电电流I、充电电压U、电池组温度T、内阻R₀、SOC之间存在非确定性关系。

上关系式中：代表影响关系。充电电流I、内阻R₀随着充电进程会影响到电池组温度T；电池组温度T影响到SOC；SOC影响到内阻R₀；每一个充电分阶段充电电流I、充电电压U两者之间存在着U≈IR₀关系。通过以上关系式(不考虑下文提到的启动风扇降温因素)，以充电电压U、内阻R₀、SOC作为参数，可以推导出温度与电流的模糊规则。

设输入为偏差e和偏差变化率Δe，输出控制为z。它们的模糊集及论域定义如下：

偏差E的模糊集为

T(E)＝{NB,NS,ZE,PS,PB}

偏差变化率CE和控制量Z的模糊集均为

{NB,NS,ZE,PS,PB}

其中NB代表负大,NS代表负小,ZE代表零,PS代表正小,PB代表正大。

以电池组最佳充电温度T_p作为初始量，温度变化量ΔT＝T-T_P作为偏差量，温度变化率作为偏差变化率；充电电流I作为控制量。具体模糊规则库为

r₁：若ΔT＝NB和或NS或ZE，则I＝PB；

r₂：若ΔT＝NB和或PB，则I＝PS；

r₃：若ΔT＝NS和或NS或ZE，则I＝PS；

r₄：若ΔT＝NS和或PB，则I＝PS；

r₅：若ΔT＝ZE和或NS，则I＝PS；

r₆：若ΔT＝ZE和则I＝ZE；

r₇：若ΔT＝ZE和或PB，则I＝NS；

r₈：若ΔT＝PS和或PS，则I＝NS；

r₉：若ΔT＝PS和或NS或ZE，则I＝NS；

r₁₀：若ΔT＝PB和或NS，则I＝NS；

r₁₁：若ΔT＝PB和或PS或ZE，则I＝NB；

可见，多段恒流恒压交替充电阶段，是一个很复杂的充电阶段，主要受电池老化、环境温度、单体电池压差的影响，本发明采用模糊控制规则来确定阈值量，依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT、温度变化率确定充电电流I。其具体过程是：

(1)确定I₁。I₁由模糊规则确定，但是必须满足I₁≤I_max，I_max的具体数据来自于电池规格参数，此时的电池电压记作U₀,此时的充电阶段记作P_I1；

(2)确定U₁。当U升高到λU₀(λ取1.05～1.15)时，此时的电压定为U₁，切换到以U₁为恒压的充电阶段,此时的充电阶段记作P_U1；

(3)确定I₂。依据模糊规则库，根据温度变化量ΔT、温度变化率确定充电电流I。此时的电流定为I₂，切换到以I₂为恒流的充电阶段,此时的充电阶段记作P_I2；

(4)确定U₂，当U升高到λU₁时，此时的电压定为U₂，转换到以U₂为恒压的充电阶段,此时的充电阶段记作P_U2；以此类推，确定I₃…I_x，U₃…U_x，依次进入P_I3…P_Ix,P_U3…P_Ux阶段，直到U_max-U_x<ε(ε取0.01～0.05)成立，多段恒流恒压交替充电阶段结束。

Ⅲ-6、恒压充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I>I_a成立，进入恒压充电阶段，返回步骤Ⅲ；如果I>I_a不成立，转入步骤Ⅲ-7，进入浮充电阶段；

步骤4-7、浮充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I<I_a成立，进入浮充电阶段，

Ⅲ-7、浮充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I<I_a成立，即是浮充电阶段，返回步骤Ⅲ，否则，进入Ⅲ-8；

Ⅲ-8、充电终止判断。充电终止判断的依据主要有三个内容：通讯异常、电池组温度过高T>T_max、I<I_max、U>U_max。此外，绝缘电阻降低时，需要立即切断充电，转到步骤Ⅳ；。

Ⅳ、充电结束。

当充电终止条件满足时，主控制器模块关闭充电继电器，切断电流，充电结束。

上述所述内容仅仅是本发明的优选实施方式，尽管已经对本发明进行了详细描述，对于本技术领域的工作人员来说，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种应用于动力电池的智能充电方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤2、主控制器读取电池管理系统发送的初始化阈值数据，并将初始化阈值数据存储在主控制器模块中；其中初始化阈值数据包括电池最佳充电温度T_P，充电环境温度阈值T₀、最大充电环境温度阈值T_max、且T₀<T_max，电压均衡阈值V_α，最大充电电压U_max，最小充电电压U_min，电压接近阈值ε，电池允许最大充电电流I_max，恒压充电阶段充电结束电流阈值I_α，涓流充电阶段充电结束电压阈值U_a、且U_min<U_a<U_max；

步骤3、主控制器模块经继电器控制模块控制继电器开启，充电开始,控制器读取电池管理系统发送的电池状态数据，包括电池组温度T、电池单体最高电压V_max、电池单体最低电压V_min，电池组电压U、电池组充电电流I、荷电状态SOC、电池组内阻R₀、绝缘电阻R；

步骤4、进行充电阶段的判断；

步骤4-2、均衡判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池单体最高电压V_max和电池单体最低电压V_min，判断是否需要均衡；若V_max-V_min≥V_α，则断开继电器暂停充电，进入均衡充电状态，返回步骤4-2，循环判断；若V_max-V_min<V_α，转入步骤4-3；

步骤4-3、最大充电电压判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池组电压U，判断是否已接近最大充电电压U_max；若|U_max-U|<ε，主控制器模块需要根据电池管理系统送来的电池充电电流I，判断此刻的充电电流I>I_α是否成立，若成立，则转入步骤4-6，进入恒压充电阶段，若不成立，转入步骤4-7；若|U_max-U|<ε不成立，则需要判断U>U_a是否成立，若不成立，转入步骤4-4；如果成立，转入步骤4-5，进入多段恒压恒流交替充电阶段；

步骤4-5、多段恒压恒流交替充电阶段判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池充电电压U，判断是否继续进入多段恒压恒流交替充电；若U_a≤U≤U_max，转入步骤3；如果|U_max-U|<ε成立，再判断此刻I>I_α是否成立，若成立转入步骤4-6，进入恒压充电阶段；否则，转入步骤4-7，进入浮充电阶段；

步骤4-6、恒压充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I>I_α成立，转入步骤3；若|U_max-U|<ε成立，I>I_α不成立时，转入步骤4-7，进入浮充电阶段；

步骤4-7、浮充电阶段判断；若|U_max-U|<ε成立，同时I<I_α成立，转入步骤3，否则，转入步骤4-8；

2.根据权利要求1所述的应用于动力电池的智能充电方法，其特征是，所述步骤1还进一步包括，主控制器模块判断数据的有效性及完整性的过程；其中数据包括电池管理系统送来的电池组温度T、电池单体最高电压V_max、电池单体最低电压V_min、电池充电电压U、电池充电电流I、荷电状态SOC、电池组内阻R₀、绝缘电阻R、电池规格包括电池最高充电电流I_max、电池组最高充电电压U_max和电池允许最高充电温度T_max。

3.根据权利要求1所述的一种应用于动力电池的智能充电方法，其特征是，所述步骤4-5中，多段恒压恒流交替充电阶段采用模糊控制规则来完成，其具体过程是：

依据模糊规则库，根据温度变化量△T＝T-T_P和温度变化率确定第一段电流交替过渡值I₁，且I₁≤I_max，其中I_max为电池的最高充电电流，其具体数据来自于电池规格参数，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I₁，并进入到以I₁作为恒定电流的第一段恒流充电；

随着第一段恒流充电的进行，电池充电电压U逐步升高，当电池充电电压U升高到U₁＝λU₀时，主控制器模块控制DC-DC模块的输出端电压切换到U₁，并进入到以U₁作为恒定电压的第一段恒压充电；

依据模糊规则库，根据温度变化量△T和温度变化率确定第二段电流交替过渡值I₂，随着第一段恒压充电的进行，电池充电电流I逐渐减小，当电池充电电流I减小到I₂时，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I₂，并进入到以I₂作为恒定电流的第二段恒流充电；

依次类推，

依据模糊规则库，根据温度变化量△T和温度变化率确定第X段电流交替过渡值I_X，随着第X-1段恒压充电的进行，电池充电电流I逐渐减小，当电池充电电流I减小到I_X时，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I_X，并进入到以I_X作为恒定电流的第X段恒流充电；

直到|U_max-U|<ε成立，多段恒压恒流交替充电阶段结束；

上述λ为设定值，U₀为第一段恒流充电开始时的电池组电压。

4.根据权利要求3所述的一种应用于动力电池的智能充电方法，其特征是，

设输入为偏差e和偏差变化率△e，输出控制为z；它们的模糊集及论域定义如下：

偏差E的模糊集为

T(E)＝{NB,NS,ZE,PS,PB}

偏差变化率△E和控制量Z的模糊集均为

{NB,NS,ZE,PS,PB}

以电池组最佳充电温度T_p作为初始量，温度变化量△T＝T-T_P作为偏差量，温度变化率作为偏差变化率；每一段的段电流交替过渡值I_X作为控制量；上述模糊规则库为：

若△T＝NB和或NS或ZE，则I_X＝PB；

若△T＝NB和或PB，则I_X＝PS；

若△T＝NS和或NS或ZE，则IX＝PS；

若△T＝NS和或PB，则I_X＝PS；

若△T＝ZE和或NS，则I_X＝PS；

若△T＝ZE和则I_X＝ZE；

若△T＝ZE和或PB，则I_X＝NS；

若△T＝PS和或PS，则I_X＝NS；

若△T＝PS和或NS或ZE，则I_X＝NS；

若△T＝PB和或NS，则I_X＝NS；

若△T＝PB和或PS或ZE，则I_X＝NB；

确定阈值量：依据模糊规则库，根据温度变化量△T和温度变化率确定每一段电流交替过渡值I_X。

5.实现权利要求1所述智能充电方法的一种应用于动力电池的智能充电系统，其特征在于：由交流变换模块、整流滤波模块、稳压模块、DC-DC模块、电压检测模块、电压A/D转换模块、可控电流输出模块、电流检测模块、电流A/D转换模块、主控制器模块、继电器控制模块、继电器、电池管理系统和通讯模块组成；

6.根据权利要求5所述的一种应用于动力电池的智能充电系统，其特征在于：还进一步包括一直流滤波模块，该直流滤波模块的输入端与可控电流输出模块的输出端相连，可控电流输出模块的输出端与继电器的输入端相连。

7.根据权利要求5所述的一种应用于动力电池的智能充电系统，其特征在于：还进一步包括一数据存储模块，该数据存储模块与主控制器模块相连。