CN105667326B - 一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统和方法 - Google Patents

一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，包括主动防护控制模块；其包括数据采集单元，用于在动力电池充电过程中从电池管理系统获得动力电池的实时充电参数；数据存储单元，用于存储动力电池的充电参数告警值；数据分析单元，用于比较实时充电参数和充电参数告警值；生成所述充电参数告警值的阈值区间并将实时充电参数和充电参数告警值的阈值进行比较；输出控制单元，如果实时充电参数属于告警值阈值区间，输出控制信号至发电机控制器，控制发电机停止向电池充电；以及中央处理器，用于调用数据存储单元中的充电参数告警值并控制输出控制单元输出控制信号。同时还公开一种充电方法。本发明具有安全可靠且实用性高的优点。

Description

一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统和方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，尤其涉及一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统和方法。
背景技术
现有技术中，电动汽车所能采用的电池种类仅包括铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池等几种电化学电池以及极少数的几种以物理方式储能的电池。现有的电动汽车用电池的使用寿命远不能满足实际需要，是长期以来制约电动汽车发展的主要原因之一。
电池管理系统是电动汽车动力电池的重要组成部分，其作用是提高电池使用的安全性，同时对电池进行有效管理，提高使用效率。传统的混动力汽车中，发电机控制器接收整车控制器的信号控制车载发电机对动力电池充电。整车控制器的信号是基于驾驶工况在平衡功率能量的基础上生成的。但是动力电池中的单体电池在生产时就存在差异，使用时不均匀的内部环境逐渐增大了这些差异。而同时，发电机控制器又不能根据电池的实际使用情况对电池进行充电，极有可能在充电中导致电池被过分充电，动力电池内部可能会发生严重的化学反应，甚至导致起火燃烧的严重事故。
综上所述，现有技术中的电池管理系统无法实时检测单体电池或电池组中的实时参数并对充电过程进行主动干预，存在一定程度的安全隐患。
发明内容
本发明提供一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，旨在解决现有技术中电池管理系统无法实时检测充电参数并对充电过程进行主动干预的问题。具体为：
一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，包括主动防护控制模块；所述主动防护控制模块包括：
数据采集单元，用于在动力电池充电过程中从电池管理系统获得动力电池的实时充电参数；
数据存储单元，用于存储动力电池的充电参数告警值；
数据分析单元，用于比较实时充电参数和充电参数告警值；生成所述充电参数告警值的阈值区间，并将实时充电参数和充电参数告警值的阈值进行比较；
输出控制单元，如果实时充电参数属于告警值阈值区间，输出控制信号至发电机控制器，控制发电机停止向电池充电；
以及中央处理器，用于调用数据存储单元中的充电参数告警值并控制输出控制单元输出控制信号。
进一步的，所述数据采集单元中还包括模式采集模块，所述模式采集模块从ECU获得充电模式。
更进一步的，如果工作在能量回馈模式，则所述数据采集单元通过电池管理单元获得发电机的实时充电参数；如果工作在驻车充电模式，则所述数据采集单元通过电池管理单元获得车载充电机的实时充电参数。
更进一步的，在数据分析单元中，如果所述实时充电参数不属于所述充电参数告警值的数值范围区间，则生成充电参数告警值的阈值区间并分别将实时充电参数与充电参数告警值的阈值进行比较；如果实时充电参数属于充电参数告警值的阈值区间，所述输出控制单元输出控制信号至发电机控制器或车载充电机，控制停止向电池充电。
更进一步的，如果所述实时充电参数属于所述充电参数告警值的数值范围区间，则所述数据存储单元记录该时刻的实时充电参数。
更进一步的，所述数据存储单元累加记录出现实时充电参数属于充电参数告警值的数值范围区间的情况的次数。
优选的，所述充电参数告警值的阈值区间满足以下条件X2<Ymax<(1+K)X2，X2为充电参数告警值数值范围的上限。
优选的，所述充电参数包括单体电压、组电压、组电流、单体电池温度和组电池温度、电压采样误差和电流采样误差。
本发明所提供的充电系统，通过设置主动防护控制模块，实现混合动力车内部的自动充电保护，当动力电池需求充电时主动防护控制模块可以在线实时监控BMS充电过程中数据情况并在充电异常是主动地控制发电机或车载充电机终止充电。从而保证BMS和动力电池仅在正常充电状态时工作，最大程度地保护充电过程的安全。
本发明同时公开了一种应用上述充电系统的充电方法，具体包括以下步骤：
a，动力电池生成充电请求信号；
b，主动防护控制模块的数据采集单元通过总线与电池管理系统建立通信连接；
c，数据采集单元中的模式信号采集模块和ECU建立通信，模式信号采集模块从ECU获得充电模式；
d，如果工作在能量回馈模式，数据采集单元在线采集发电机控制器的实时充电参数；如果工作在驻车充电模式，数据采集单元在线采集车载充电机的实时充电参数；
e, 判定电池管理系统是否输出告警信号或故障信号；如果接收到告警信号或故障信号，则中止充电；
f，数据分析单元从数据存储单元中调取充电参数告警值，并将实时充电参数与充电参数告警值进行比较；
g，数据分析单元生成充电参数告警值的阈值区间；
h，分别将实时充电参数与充电参数告警值的阈值进行比较；如果实时充电参数属于充电参数告警值的阈值区间，所述输出控制单元输出控制信号至发电机控制器或车载充电机，控制停止向电池充电。
进一步的，如果实时充电参数属于充电参数告警值的数值范围区间，则数据存储单元记录该时刻的实时充电参数并累加记录出现次数；
所述充电参数告警值的阈值范围满足以下条件X2<Ymax<(1+K)X2，X2为充电参数告警值数值范围的上限；其中K∈(0， 0.1)。
本发明所提出充电方法，可以实时检测单体电池或电池组中的实时参数并对充电过程进行主动干预，杜绝了安全隐患。具有安全可靠且实用性高的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提出的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统第一实施例的结构示意图；
图2为本发明所提出的充电防护方法一种实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1所示为本发明所公开的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统一种实施例的结构示意图。与现有技术中的充电系统完全不同，本实施例中包括主动防护控制模块1。其中，所述主动防护控制模块1包括数据采集单元11-1、数据存储单元12、数据分析单元13、输出控制单元16和中央处理器14。
具体来说，数据采集单元11-1用于在动力电池充电过程中从电池管理系统2获得动力电池的实时充电参数。数据存储单元12用于存储动力电池的充电参数告警值，数据分析单元13用于比较实时充电参数和充电参数告警值，还用于生成充电参数告警值的阈值区间并将实时充电参数和充电参数告警值的阈值区间进行比较。输出控制单元16用于在实时充电参数属于告警值阈值区间的条件下，输出控制信号至发电机控制器5，控制发电机6停止向电池充电；还包括中央处理器14，用于调用数据存储单元12中的充电参数告警值并控制输出控制单元16输出控制信号。
具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统的工作流程如下: 首先，作为充电系统的一部分，主动防护控制模块1的输入端分别通过总线连接电池管理系统2和ECU3，输出端通过总线分别连接发电机控制器5和车载充电机4。当动力电池需求充电时，电池管理系统2生成并发出充电请求，主动防护控制模块1和电池管理系统2之间建立通信连接。主动防护控制模块1的数据采集单元11-1从电池管理系统2中获取充电参数。充电参数包括电池的需求充电电流和电压，电池的额定充电电压和电流，电池组总电压、单体电池温度、电池组总温度，电池SOC、电池管理系统2生成的告警信号和故障信息。
主动防护控制模块1还和ECU3建立通信。主动防护控制模块1的数据采集单元11-1中的模式采集模块从ECU3中获取混动力汽车的工作模式。ECU3反馈混动力汽车工作在能量回馈模式或驻车充电模式。主动防护控制模块1首先判断从BMS获得的充电参数中是否有告警信号或故障信息。如果有告警信号或故障信息，则终止充电。如果没有告警信号或故障信息，动力电池即通过发电机6或车载充电机4开始充电。
动力电池开始充电的同时，主动防护控制模块1通过时钟电路调取时间信号。数据采集模块开始实时在线采集电池管理系统2生成的实时充电参数，如果工作在能量回馈模式，则数据采集单元11-1通过电池管理系统2获得发电机控制器5的实时充电参数，而如果工作在驻车充电模式，则数据采集单元11-1通过电池管理单元获得车载充电机4的实时充电参数。数据存储单元12中存储动力电池的充电参数告警值。中央处理器14同时调用数据存储模块中的充电参数告警值，数据分析单元13比较实时充电参数和充电参数告警值。
充电参数告警值设置为一个范围区间，以常用磷酸铁锂单体电池电压为例，正常额定电压为3.2V。对应的，数据存储单元12中的告警值上限为额定电压的1.05倍至1.15倍。对于磷酸铁锂单体电池的单体电压来说，其告警值为3.4至3.6V。如果数据采集单元11-1采集到的实时充电参数不属于充电参数告警值的数值范围区间，数据分析单元13生成充电参数告警值的阈值区间并分别将实时充电参数与充电参数告警值阈值区间的上限阈值进行比较。所述充电参数告警值的阈值Ymax满足以下条件X2<Ymax<(1+K)X2，X2为充电参数告警值数值范围的上限；其中K∈(0， 0.1)。如果实时充电参数属于充电参数告警值的阈值区间，即高于充电参数告警值的下限阈值，中央处理器14控制输出控制单元16输出控制信号至发电机控制器5或车载充电机4，控制停止向电池充电。如果实时充电参数属于充电参数告警值的数值范围区间，则数据存储单元12记录该时刻的实时充电参数，同时累加记录出现上述情况的次数。具体来说，还是以磷酸铁锂单体电池的单体电压为例，如果实时充电参数中的单体电压小于3.4V，则正常充电，如果实时充电参数中的单体电压大于3.4V小于3.6V，数据存储单元12记录单体电压值并累计出现告警值的次数，如果实时充电参数中的单体电压属于3.6V到3.672V的范围之内，中央处理器14控制输出控制单元16输出控制信号至发电机6或车载充电机4，控制停止向动力电池充电。本实施例中仅列举了充电参数告警值高于额定值的情况，充电参数告警值低于额定值时，数据分析单元13生成充电参数告警值的阈值区间的情况与高于额定值时的情况类似，即为额定值的0.85-0.95倍，且充电参数告警值的阈值Ymin满足以下条件(1-K)X1<Ymin<X1，X1为充电参数告警值数值范围的下限。
本实施例所述的充电参数包括单体电压、组电压、组电流、单体电池温度和组电池温度，还包括电池管理系统2中预先设定的电压采样误差和电流采样误差。本实施例中所述的动力电池，包括但不限于磷酸铁锂电池、锂离子/锂聚合物电池、锰酸锂电池、三元材料电池、碱性碳性柱式电池、碱性扣式电池和锂锰扣式柱式电池。
本实施例通过设置主动防护控制模块1，实现混合动力车内部的自动充电保护，当动力电池需求充电时主动防护控制模块1可以在线实时监控BMS充电过程中数据情况并在充电异常是主动地控制发电机6或车载充电机4终止充电。从而保证BMS和动力电池仅在正常充电状态时工作，最大程度地保护充电过程的安全。
本发明同时保护一种利用上述实施例所具体描述的充电系统的混动力汽车充电方法，具体如图2所示包括以下步骤：
a，动力电池生成充电请求信号；
b，主动防护控制模块1的数据采集单元11-1通过总线与电池管理系统2建立通信连接；
c，数据采集单元11-1中的模式信号采集模块和ECU3建立通信，模式信号采集模块从ECU3获得充电模式；
d，如果工作在能量回馈模式，数据采集单元11-1在线采集发电机控制器5的实时充电参数；如果工作在驻车充电模式，数据采集单元11-1在线采集车载充电机4的实时充电参数；
e, 判定电池管理系统2是否输出告警信号或故障信号；如果接收到告警信号或故障信号，则中止充电；
f，数据分析单元13从数据存储单元12中调取充电参数告警值，并将实时充电参数与充电参数告警值进行比较；
g，数据分析单元13生成充电参数告警值的阈值区间；
h，分别将实时充电参数与充电参数告警值的阈值进行比较；如果实时充电参数属于充电参数告警值的阈值区间，所述输出控制单元16输出控制信号至发电机控制器5或车载充电机4，控制停止向电池充电。
其中，如果实时充电参数属于充电参数告警值的数值范围区间，则数据存储单元12记录该时刻的实时充电参数并累加记录出现次数；
所述充电参数告警值的阈值范围满足以下条件X2<Ymax<(1+K)X2，X2为充电参数告警值数值范围的上限；其中K∈(0，0.1)。
本发明所提出充电方法，可以实时检测单体电池或电池组中的实时参数并对充电过程进行主动干预，杜绝了安全隐患。具有安全可靠且实用性高的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于，包括主动防护控制模块；所述主动防护控制模块包括：
数据采集单元，用于在动力电池充电过程中从电池管理系统获得动力电池的实时充电参数；
数据存储单元，用于存储动力电池的充电参数告警值；
数据分析单元，用于比较实时充电参数和充电参数告警值；如果所述实时充电参数不属于所述充电参数告警值的数值范围区间，则生成所述充电参数告警值的阈值区间，并将实时充电参数和充电参数告警值的阈值进行比较；
输出控制单元，如果实时充电参数属于充电参数告警值的阈值区间，所述输出控制单元输出控制信号至发电机控制器或车载充电机，控制停止向电池充电；
以及中央处理器，用于调用数据存储单元中的充电参数告警值并控制输出控制单元输出控制信号。
2.根据权利要求1所述的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于，所述数据采集单元中还包括模式采集模块，所述模式采集模块从ECU获得充电模式。
3.根据权利要求2所述的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于，如果工作在能量回馈模式，则所述数据采集单元通过电池管理单元获得发电机的实时充电参数；如果工作在驻车充电模式，则所述数据采集单元通过电池管理单元获得车载充电机的实时充电参数。
4.根据权利要求3所述的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于：在数据分析单元中，如果所述实时充电参数属于所述充电参数告警值的数值范围区间，则所述数据存储单元记录该时刻的实时充电参数。
5.根据权利要求4所述的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于，所述数据存储单元累加记录出现实时充电参数属于充电参数告警值的数值范围区间的情况的次数。
6.根据权利要求5所述的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于，所述充电参数告警值的阈值区间满足以下条件，X2<Ymax<(1+K)X2，X2为充电参数告警值数值范围的上限，Ymax为所述充电参数告警值的阈值，K∈(0， 0.1)。
7.根据权利要求6所述的具有主动防护功能的混合动力汽车充电系统，其特征在于，所述充电参数包括单体电压、组电压、组电流、单体电池温度和组电池温度、电压采样误差和电流采样误差。
8.一种采用如权利要求1至7任一项所述的充电系统的充电方法，依次包括以下步骤：
a，动力电池生成充电请求信号；
b，主动防护控制模块的数据采集单元通过总线与电池管理系统建立通信连接；
c，数据采集单元中的模式信号采集模块和ECU建立通信，模式信号采集模块从ECU获得充电模式；
d，如果工作在能量回馈模式，数据采集单元在线采集发电机控制器的实时充电参数；如果工作在驻车充电模式，数据采集单元在线采集车载充电机的实时充电参数；
e，判定电池管理系统是否输出告警信号或故障信号；如果接收到告警信号或故障信号，则中止充电；
f，数据分析单元从数据存储单元中调取充电参数告警值，并将实时充电参数与充电参数告警值进行比较；
g，数据分析单元生成充电参数告警值的阈值区间；
h，将实时充电参数与充电参数告警值的阈值进行比较；如果实时充电参数属于充电参数告警值的阈值区间，所述输出控制单元输出控制信号至发电机控制器或车载充电机，控制停止向电池充电。
9.根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于，还包括以下步骤：
如果实时充电参数属于充电参数告警值的数值范围区间，则数据存储单元记录该时刻的实时充电参数并累加记录出现次数；
所述充电参数告警值的阈值范围满足以下条件X2<Ymax<(1+K)X2，X2为充电参数告警值数值范围的上限；其中Ymax为所述充电参数告警值的阈值，K∈(0， 0.1)。
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