CN105634072A - 电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法及其系统。实时采集充电过程中充电机的输出电压u₁、蓄电池的输入电压u₂和高压链路上的电流；根据所采集的数据计算充电过程中高压链路的阻抗值R。将上述得到的高压链路的阻抗值R和设定的高压链路预警阻抗值ω进行比较，若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况。本发明在现有条件基础上实现充电系统高压链路的阻抗计算方法，能够方便、有效地监控充电系统高压链路各连接端点连接不良和线缆老化等原因引起的问题。

Description

电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法及其系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法及其系统，属于电动汽车电池管理与充电系统通信的技术领域。

背景技术

电动汽车充电系统在对动力电池组充电过程中，充电机输出端至动力电池组接入端组成了充电系统的高压链路，该高压链路包括动力电池组与高压链路的连接端点、充电插座与高压链路连接端点、充电插座和充电插头连接端点、充电插头与充电枪线连接端点和充电枪线与充电机输出端连接端点。电动汽车充电过程中，高压链路任一连接端点松动或连接不良，经常会对链路产生严重的影响，引起整条链路发热，最终导致充电效率低下，严重时甚至可能引起火灾。

现有技术中申请号为201110072431.5名称为《充电接口连接电阻检测装置和充电控制方法》中通过4条检测线(A0、B0、C0和D0)采集数据，需增加额外的线路和检测点，检测方法较为复杂，可靠性不高，并且与现有国家标准GBT18487-2015充电系统通用要求附录B1：“直流充电控制导引电路与控制原理”相悖。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了适用于电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法，本发明还提出了电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断系统。

本发明是通过如下方案予以实现的：

电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法,步骤如下:

步骤1，实时采集充电过程中充电机的输出电压u₁、蓄电池的输入电压u₂和高压链路上的电流；

步骤2，根据步骤1中所采集的数据计算充电过程中高压链路的阻抗值R；

步骤3，将上述得到的高压链路的阻抗值R和设定的高压链路预警阻抗值ω进行比较，若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况。

进一步的，该方法还包括对上述步骤1中采集的数据进行过滤处理，即计算步骤1中采集的高压链路电流值在设定时间段内的变化率Φ_n,将Φ_n与设定的上限值Φ1进行对比，将高于上限值Φ1的Φ_n对应的高压链路电流值、以及在步骤1中和该高压链路电流值所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

进一步的，该方法还包括对上述步骤1中采集的数据进行过滤处理，即，计算步骤1中采集的所述输出电压u₁和输入电压u₂的差值在设定时间段内的变化率η_n,将η_n与设定的上限值η1进行对比，将高于上限值η1的η_n对应的输出电压u₁和输入电压u₂、以及在步骤1中和该输出电压u₁和输入电压u₂所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

进一步的，高压链路主要由两段链路组成，分别为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路和连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路，则步骤2中高压链路充电过程中各个时刻的阻抗值R的表达式为：

(1)若该阻抗值R为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₁；

(2)若该阻抗值R为连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₂；

其中，u₁为充电机的输出电压，u₂为蓄电池的输入电压，i₁为充电机输出电流，i₂为蓄电池的输入电流。

电动汽车充电系统高压链路的可靠性检测系统，检测系统包括:

数据采集模块：实时采集充电过程中所述充电机的输出电压u₁、所述蓄电池的输入电压u₂和高压链路上的电流；

计算阻抗模块：根据数据采集模块所采集的数据计算充电过程中高压链路的阻抗值R；

检测模块：将上述得到的高压链路的阻抗值R和设定的高压链路预警阻抗值ω进行比较，若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况。

进一步的，该系统还包括对上述数据采集模块中采集的数据进行过滤处理，即计算数据采集模块中采集的高压链路电流值在设定时间段内的变化率Φ_n,将Φ_n与设定的上限值Φ1进行对比，将高于上限值Φ1的Φ_n对应的高压链路电流值、以及在数据采集模块中和该高压链路电流值所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

进一步的，该系统还包括对上述数据采集模块中采集的数据进行过滤处理，即，计算数据采集模块中采集的所述输出电压u₁和输入电压u₂的差值在设定时间段内的变化率η_n,将η_n与设定的上限值η1进行对比，将高于上限值η1的η_n对应的输出电压u₁和输入电压u₂、以及在数据采集模块中和该输出电压u₁和输入电压u₂所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

进一步的，高压链路主要由两段链路组成，分别为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路和连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路，则计算阻抗模块中高压链路充电过程中各个时刻的阻抗值R的表达式为：

(1)若该阻抗值R为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₁；

(2)若该阻抗值R为连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₂；

其中，u₁为充电机的输出电压，u₂为蓄电池的输入电压，i₁为充电机输出电流，i₂为蓄电池的输入电流。

本发明和现有技术相比的有益效果是：

由于现有技术检测方法较为繁琐、可靠性不高，且不符合现有国家标准，因此，本发明提出了电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法，本发明根据高压链路在发生松动或连接不良时会导致连接电阻的增大，因此，本发明通过实时采集充电过程中高压链路两端所连接的充电机和动力蓄电池的电压和电流，计算对应充电过程中各个时刻的高压链路的阻抗值，从而根据设定的阈值即可判断高压链路中是否存在异常情况。本发明充分利用GBT18487-2015中规定的充电系统控制导引电路，不改动任何线路和检测点，实现了适用于电动汽车充电系统高压链路的阻抗计算方法，采集和计算方法较为简单，数据精度较高，能够方便、有效地监控充电系统高压链路各连接端点连接不良和线缆老化等原因引起的问题。

本发明对实时采集的充电过程中高压电路两端所连接的充电机和动力蓄电池的电压和电流值还进行了过滤处理，处理中心根据动力蓄电池输出电流的在时间段内的电流变化率，将对应电流变化率较高的所在时刻的电压值和电流值进行过滤；这使计算的高压链路的阻抗值更加具备参考价值，提高判断充电系统高压链路的可靠性的精确程度。

附图说明

图1是本发明实施例的充电系统高压链路示意图；

图2是本发明实施例的充电机输出电压/电流变化曲线；

图3是本发明实施例的充电系统高压链路阻抗值变化曲线；

图4是本发明实施例的单次充电高压链路阻抗值统计报表；

图5是本发明实施例的充电系统高压链路阻抗值实时预警机制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法，如图1所示，电动汽车充电机输出端至动力电池组接入端组成充电系统的高压链路，该高压链路包括蓄电池组与充电插座连接的一段链路以及充电插头与充电机输出端连接的一端链路，充电插座和充电插头可以相连接。本发明方法步骤包括(1)采集数据，(2)过滤数据，(3)计算阻抗,(4)实施预警机制；下面依次就以上几个步骤进行具体说明。

1.数据采集

电动汽车在充电阶段，根据电池管理系统(BMS)发送的电池充电需求报文BCL及多包数据电池充电总状态报文BCS，充电机从中获取动力蓄电池的实时充电需求开始工作，实时采集充电机的输出电压u₁和输出电流i₁；在充电的过程中，充电机还会根据动力蓄电池状态信息报文BSM获取动力蓄电池实时状态信息BMS(BatteryManagementSystem:电池管理系统)，采集动力蓄电池实时输入电压u₂和输出电流i₂。

2.过滤数据

如图2所示，在充电电机的电压和电流值变化速度快时，会造成充电机的输出电压u₁、动力蓄电池实时输入电压u₂、充电机输出电流i₁和动力蓄电池实时输入电流i₂在变化较快的情况下，由于计算机采样的间隔时间的数量级无法达到电压和电流变化的时间精度，这就会造成所采集的电压和电流数据并不是同一时刻的数据。再加上数据的变化率较大使相邻之间数据的差距会越来越大，在这种情况下得到的数据是不具备参考性的，需要处理中心(充电机主控板或监控后台服务器)将不具备参考性值的数据进行过滤处理，具体的过滤依据及方法如下：

(1)利用高压链路电流值计算高压链路在时间t内输出的电流变化值Δi，这个高压链路电流值变化值Δi可以通过充电机输出电流i₁计算，也可以通过动力蓄电池实时输入电流i₂计算，在本实施例中选取t的取值为3s-5s；然后，根据计算在该时间段内，充电机的输出电流变化率Φ_n。

(2)在单次整个充电过程中，总充电时间为T,根据上述(1)中的方法即可计算得到各个充电时间段内的充电机电流变化率Φ_n值，并绘制Φ_n值的变化曲线(如图2所示)。

(3)根据充电机的实际工作情况，设置充电机电流变化率的上限值Φ1，处理中心将所得Φ_n值和设置的上限值Φ1进行对比，将高于上限值Φ1的电流变化率Φ_n值自动滤除，即过滤调对应电流变化率Φ_n值所在同一时刻采集的电流值和电压值。

本实施例中除了利用上述电流变化率Φ_n对数据进行过滤方法之外，还可以选用利用电压变化率进行过滤，即计算充电机的输出电压u₁、动力蓄电池实时输入电压u₂的差值在设定时间内段内的变化率η_n，将变化率η_n与设定的上限值η1进行对比，将高于上限值η1的η_n自动滤除，即过滤调对应电流变化率η_n值所在同一时刻采集的电流值和电压值。

3.计算阻抗

在充电汽车充电的过程中，如果高压链路的任何一连接端点发生松动或者接触不良时，均会导致连接端电阻值的增大；根据P＝I²R,随着电阻值增大，连接端点的功率值也随之增大，从而引起整条链路发热，最终导致充电效率低下，甚至容易引发火灾。因此，通过本发明提出的方法，可以利用充电系统高压链路两端点的功率降，计算两端点之间的阻抗值，即高压链路的阻抗值，根据该阻抗值的大小检测高压链路的可靠性。

由于高压链路包括连接充电机输出端到充电插头的一段链路，还包括从充电插座到蓄电池输入端的一段链路因此，利用上述过滤后的数据，可以分别计算各段链路的阻抗，表达式为：

若该阻抗值R为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₁；

若该阻抗值R为连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₂；

其中，u₁为充电机的输出电压，u₂为蓄电池的输入电压，i₁为充电机输出电流，i₂为蓄电池的输入电流

计算充电过程中各个时刻充电系统高压链路的阻抗值，并绘制该阻抗值的变化数据曲线(如图3所示)。处理中心对获取的高压链路阻抗值进行数据整理，统计单次充电过程中开始/结束时的阻抗值和最大/最小的阻抗值，并绘制得到如图4所示的表格。

4实施预警机制

如图5所示，处理中心设定高压链路预警阻抗值ω，将通过步骤3得到的充电过程中各个时刻的阻抗值R；将该阻抗值与设定的预警阻抗值进行比较，如果R<ω,表示充电系统高压链路此刻并无异常情况，处理中心仅记录该时刻阻抗值；若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况，充电机需要立刻停止工作，并发出预警信息，如：“充电系统枪线老化或连接点不可靠，请工作人员及时排查处理”。然后，将该条预警信息维护至系统事件记录中，工作人员根据收到的信息对其进行维护和处理。

基于上述“电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法”，本发明还提出了使用上述方法的“电动汽车充电系统高压链路的可靠性检测装置”，该装置是一种软件构架，而基于软件程序编译固化在微机中以实现上述方法。该装置主要包括数据采集模块，计算阻抗模块和检测模块，具体如下：

(1)数据采集模块：实时采集充电过程中所述充电机的输出电压u₁、所述蓄电池的输入电压u₂、充电机的输出电流i₁和蓄电池的输入电流i₂。

(2)计算阻抗模块：对数据模块中采集的数据进行过滤，并根据过滤后的数据计算充电过程中高压链路的阻抗值R。

(3)检测模块：将上述得到的高压链路的阻抗值R和设定的高压链路预警阻抗值ω进行比较，若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况。

该检测装置中各个模块的具体工作方式在上述“电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法”中已经进行了详细的阐述，故不再赘述。

在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法,其特征在于，步骤如下:

步骤1，实时采集充电过程中充电机的输出电压u₁、蓄电池的输入电压u₂和高压链路上的电流；

步骤2，根据步骤1中所采集的数据计算充电过程中高压链路的阻抗值R；

步骤3，将上述得到的高压链路的阻抗值R和设定的高压链路预警阻抗值ω进行比较，若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法,其特征在于，该方法还包括对上述步骤1中采集的数据进行过滤处理，即计算步骤1中采集的高压链路电流值在设定时间段内的变化率Φ_n,将Φ_n与设定的上限值Φ1进行对比，将高于上限值Φ1的Φ_n对应的高压链路电流值、以及在步骤1中和该高压链路电流值所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

3.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法,其特征在于，该方法还包括对上述步骤1中采集的数据进行过滤处理，即计算步骤1中采集的所述输出电压u₁和输入电压u₂的差值在设定时间段内的变化率η_n,将η_n与设定的上限值η1进行对比，将高于上限值η1的η_n对应的输出电压u₁和输入电压u₂、以及在步骤1中和该输出电压u₁和输入电压u₂所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

4.根据权利要求1所述的电动汽车充电系统高压链路的可靠性判断方法,其特征在于，高压链路主要由两段链路组成，分别为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路和连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路，则步骤2中高压链路充电过程中各个时刻的阻抗值R的表达式为：

(1)若该阻抗值R为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₁；

(2)若该阻抗值R为连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₂；

其中，u₁为充电机的输出电压，u₂为蓄电池的输入电压，i₁为充电机输出电流，i₂为蓄电池的输入电流。

5.电动汽车充电系统高压链路的可靠性检测系统，其特征在于，检测系统包括:

数据采集模块：实时采集充电过程中所述充电机的输出电压u₁、所述蓄电池的输入电压u₂和高压链路上的电流；

计算阻抗模块：根据数据采集模块所采集的数据计算充电过程中高压链路的阻抗值R；

检测模块：将上述得到的高压链路的阻抗值R和设定的高压链路预警阻抗值ω进行比较，若R≥ω，表示高压链路此刻存在异常情况。

6.根据权利要求5所述的电动汽车充电系统高压链路的可靠性检测系统，其特征在于，该系统还包括对上述数据采集模块中采集的数据进行过滤处理，即计算数据采集模块中采集的高压链路电流值在设定时间段内的变化率Φ_n,将Φ_n与设定的上限值Φ1进行对比，将高于上限值Φ1的Φ_n对应的高压链路电流值、以及在数据采集模块中和该高压链路电流值所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

7.根据权利要求5所述的电动汽车充电系统高压链路的可靠性检测系统，其特征在于，该系统还包括对上述数据采集模块中采集的数据进行过滤处理，即，计算数据采集模块中采集的所述输出电压u₁和输入电压u₂的差值在设定时间段内的变化率η_n,将η_n与设定的上限值η1进行对比，将高于上限值η1的η_n对应的输出电压u₁和输入电压u₂、以及在数据采集模块中和该输出电压u₁和输入电压u₂所在同一时刻采集的数据进行过滤去除。

8.根据权利要求5所述的电动汽车充电系统高压链路的可靠性检测系统,其特征在于，高压链路主要由两段链路组成，分别为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路和连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路，则计算阻抗模块中高压链路充电过程中各个时刻的阻抗值R的表达式为：

(1)若该阻抗值R为连接充电机输出端到充电插头的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₁；

(2)若该阻抗值R为连接充电插座到蓄电池输入端的一段高压链路的阻抗值，则R＝(u₁-u₂)/i₂；

其中，u₁为充电机的输出电压，u₂为蓄电池的输入电压，i₁为充电机输出电流，i₂为蓄电池的输入电流。