CN105932734A

CN105932734A - 一种多级恒压间歇式充电控制方法

Info

Publication number: CN105932734A
Application number: CN201610333288.3A
Authority: CN
Inventors: 陈俊兵; 李红朋; 盛旺; 李建刚; 张龙; 王冬
Original assignee: Chengdu Yajun New Energy Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Yajun New Energy Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2016-09-07

Abstract

本发明公开了一种多级恒压间歇式充电控制方法，解决了现有技术无法对电池充电进行合理控制的问题。该多级恒压间歇式充电控制方法包括以下步骤：（1）充电启动阶段：（11）设定待充电电池类型，匹配电池等效模型；（12）获取电池反馈信息，计算最大初始充电电流，设定输出电压参考值；（2）充电调节阶段：（21）采用不超过电池的最大承受电流的充电电压进行恒压充电；（22）在充电电流达到当前停充电流时，进入充电间歇；（23）保持间隙时间后，降低电压进行恒压充电；（24）重复执行步骤（22）—（23），直至电池电流达到进入充电完成阶段的设定值；（3）充电完成阶段：采用很小的充电电压进行恒压充电，直至电池电量充满。

Description

一种多级恒压间歇式充电控制方法

技术领域

本发明涉及的电池管理技术领域，具体的说，是涉及一种多级恒压间歇式充电控制方法。

背景技术

随着环境和能源问题的不断加剧，零排放的纯电动汽车愈来愈受到人们的关注，目前纯电动汽车的发展面临着续驶里程的技术瓶颈，快速充电又是一种有效的解决方法，专家学者正从充电控制方法上寻找突破口。

目前，车载充电机的充电控制方法主要采用恒压充电、三级定流充电、正脉冲充电三种方式。其中，恒压充电是以一恒定电压进行充电，充电电流会随着电池电量的增加而减小，电流下降曲线逐渐接近于最佳充电曲线；三级定流充电是根据不同的充电阶段采用不同的定流充电，分为一级恒流、二级恒压和三级恒流三个阶段，充电的初始阶段采用恒流充电可以避免对电池造成的大电流冲击，中间阶段切换至恒压过程又避免了恒流充电引起的过充电现象；正脉冲充电是在恒流充电中加入多次短暂停充时间，该方法在整个充电过程中，首先对电池进行恒流充电，然后对电池进行搁置处理，接着再进行恒流充电，并如此循环下去，间歇期的加入使电池内部部分极化现象得到有效的遏制。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术主要存在以下缺陷：

(1)对于恒压充电而言，恒压充电的电压设置过大，就会产生剧增的充电初始电流，进而引起电池的损坏；若充电电压过低则会降低充电效率，延长充电时间。

(2)对于三级定流充电而言，三级定流充电的充电电流曲线能够比较有效地模拟最佳充电曲线，但是此方法不能很好地解决电池充电过程中的温升和极化问题，并且对于缩短充电时间的作用不大。

(3)对于正脉冲充电而言，虽然可以使电池内部部分极化现象得到消除，从而提高了蓄电池的充电接受率。但是，短暂的充电间歇时间无法完全消除电池的充电副反应。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种充分考虑了电池特性且实现方便的多级恒压间歇式充电控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多级恒压间歇式充电控制方法，包括以下步骤：

(1)充电启动阶段：(11)设定待充电电池类型，匹配电池等效模型；(12)获取电池反馈信息，计算最大初始充电电流，设定输出电压参考值；

(2)充电调节阶段：(21)采用不超过电池的最大承受电流的充电电压进行恒压充电；(22)在充电电流达到当前停充电流时，进入充电间歇；(23)保持间隙时间后，降低电压进行恒压充电；(24)重复执行步骤(22)—(23)，直至电池电流达到进入充电完成阶段的设定值；

(3)充电完成阶段：将充电电压减小到最低等级，采用该充电电压进行恒压充电，直至电池电量充满。

进一步的，在充电启动阶段，充电电流按照9V₀/(10R_dt₁)上升至最大初始充电电流；其中，9V₀/(10R_dt₁)表示充电启动阶段的电压上升率，最大初始充电电流表达式为上式中，C₀表示电池待充电量，K为常数，V₀＝I₀·R_d，R_d为电池等效内阻，t₁表示启动时间。

进一步的，在所述步骤(2)中，每一级的恒压充电的电压初始值由电池每阶段初始待充电量和电池内阻决定：

V_{n} = K \sqrt{C_{n}} \cdot R_{d}

式中，V_n为第n次开始恒压充电的电压初始值，C_n为第n次开始恒压充电的电池待充电量。

进一步的，在所述步骤(2)中，实时检测充电机输出电压，并将该输出电压与参考电压值对比以获得偏差信号，控制器根据偏差信号得到控制信号，根据控制信号生成移相PWM信号，移相PWM信号作用于DC/DC功率变换电路的两对桥臂，通过移相角的改变实现输出电压的调整。

进一步的，在所述步骤(2)中，控制器实时与电池管理系统保持CAN通讯，获取电池充电电流，当充电电流超过设置的最大电流门限值I_max时，关断控制器PWM输出。

进一步的，在所述步骤(22)中，预设充电电流下降值为ΔI，当某一时刻获取的充电电流I_t与当前级恒压充电的初始电流I₀'的差值达到ΔI时，则将参考电压值调整至u_Δt，然后进入充电间歇；其中，u_Δt为满电量电池的端电压值，C₀'表示当前级恒压充电的电池待充电量。

进一步的，所述进入充电完成阶段的设定值为电池充电电量的90％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将充电过程分为充电启动、充电调节(包括恒压充电、充电间歇、降级恒压充电)和充电完成三个阶段，根据各阶段的特点确定各自的充电电压，采用逐级降压的充电方式，提高了充电接受率和恒小电压保持态削弱电池极化反应，使充电电流曲线无限逼近最佳充电曲线，确保充电时间最短的同时，电池损害最小。

附图说明

图1为蓄电池最佳充电曲线。

图2为本发明的流程示意图。

图3为本发明中充电方法控制框图。

图4为本发明的充电曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

如图1所示，若充电电流处于最佳充电曲线之上，曲线偏移的部分只会加快电池内部的不良化学反应而不会加快充电速度，造成电池的损害；若充电电流处于这条曲线之下，则会降低充电接受率，增加充电时间。因此，应当使充电电流曲线无限逼近最佳充电曲线，在保证充电时间短的同时，电池损害最小。

实施例

如图2-4所示，本实施例提供了一种多级恒压间歇式充电控制方法，该方法采用逐级降压恒压充电的方式，使各级充电段内的充电电流以按照指数曲线的形式下降，提高充电的接受率，在降压充电过程中，采用恒定小电压充电间歇以消除电池极化反应，该方法可以缩短充电时间，同时可以保证充电过程不会影响到电池性能。

本实施例中，多级恒压间歇式充电控制方法将电池的充电过程划分为三个阶段，分别为：充电启动、充电调节和充电完成，根据各阶段的特点确定各自的充电电压，使充电电流无限逼近最佳充电电流曲线，其充电电压和电流曲线如图4所示。

如图2所示，多级恒压间歇式充电控制方法的原理如下：

充电阶段：首先启动充电，系统进行初始化阶段，该阶段需要设置进行充电的电池类型，控制器会根据不同的电池类型匹配相关电池等效模型，此模型决定了整个充电进程的进行，在匹配完成后采用升压启动方式，充电电流的上升受充电机输出电压增量控制。

充电调节阶段：充电启动阶段完成后则进入充电调节阶段，此阶段结合恒压充电、三级定流充电和正脉冲充电的优点，采用不超过电池的最大承受电流的充电电压进行恒压充电，此时电池电量快速增加，充电电流呈指数曲线下降，当充电电流达到停充电流时则进入充电间歇；充电间歇为一个恒定小电压的维持状态，保持Δt间歇时间后，降低一级电压等级继续进行恒压充电，当再次达到停充电流时又停止充电，并重复数次以上过程直至进入下一阶段。

充电完成阶段：当电池电量达到设定值时进入充电完成阶段，该值可以自行设定，或根据电池类型确定，在此以90％为例进行说明，当电池电量达到90％时进入充电完成阶段，此阶段将充电电压减小到最低等级，电压减小到最低等级的充电电压值可自行设定或根据电池类型、特性进行设定，最后，用此充电电压进行充电直至电池电量充满，充电过程结束。

为了使得本领域技术人员对本发明申请有更清晰的了解和认识，下面结合附图进行详细说明。

一、充电启动阶段

系统最先进入充电启动阶段，在该阶段用户首先设定待充电的电池类型，控制器会根据电池类型匹配相应的等效模型。然后，自动匹配电池的反馈信息，即电池待充电量C₀与电池端电压U₀。由于，充电初始阶段电池待充电量最大，控制器会针对此时反馈的电池信息得出电池最大初始充电电流：

I_{0} = K \sqrt{C_{0}}

根据上式得到的最大初始充电电流，将会输入至控制器设定的参考电压发生模块，通过该模块计算出充电初始阶段车载充电机的输出电压至少为：

V₀＝I₀·R_d

式中，R_d为电池等效内阻，该内阻值由电池类型决定。

设置充电机启动电压u₀＝V₀/10，同时设置启动时间为t₁。因此，启动阶段电压上升率为9V₀/10t₁，则充电启动阶段的充电电流按照9V₀/(10R_dt₁)上升至最大初始充电电流，此阶段结束。

二、充电调节阶段

该阶段又包括：恒压充电、充电间隙、降压三部分，首先，采用不超过电池的最大承受电流的充电电压进行恒压充电；其次，在充电电流达到当前停充电流时，进入充电间歇；再其次，保持间隙时间后，降低电压进行恒压充电；采用逐级降压恒压充电的方式对电池进行充电，直至电池电流达到进入充电完成阶段的设定值。

充电启动完成后，系统进入恒压充电阶段。参考电压发生模块输出作为控制器恒压充电参考值，控制器通过AD采样电路实时检测充电机输出电压，并将此采样值与参考电压值对比以获得输出电压误差信息，将此误差值输入至PID控制环节以获得控制信号输入移相PWM生成环节获得经过调整的移相脉宽调制信号，移相PWM信号作用于DC/DC功率变换电路的两对桥臂，通过移相角的改变达到输出电压改变的目的。恒压充电阶段的充电机输出电压应满足V₀≤V_o≤V_o(max)，同时，控制器会实时与电池管理系统保持CAN通讯，获取电池充电电流，当充电电流超过设置的最大电流门限值I_max时，关断控制器PWM输出。

在该阶段，每一级的恒压充电的电压初始值由电池每阶段初始待充电量和电池内阻决定：式中，V_n为第n次开始恒压充电的电压初始值，C_n为第n次开始恒压充电的电池待充电量。

对于每个恒压充电阶段，控制器预设充电电流下降值为ΔI。当某一时刻获取的充电电流I_t与当前级恒压充电的初始电流I₀'的差值达到ΔI时，则将参考电压值调整至u_Δt，然后进入充电间歇；其中，u_Δt为满电量电池的端电压值，其是一个设定值，C₀'表示当前级恒压充电的电池待充电量。充电间歇时间为Δt，在间歇时间中充电机输出保持恒小电压维持态，当充电间歇计时器时间计满Δt之后再进入下一级恒压充电阶段。对于每一级恒压充电而言，控制器预设的充电电流下降值可以相同也可以不同。对于第一级恒压充电而言，C₀'＝C₀，I₀'＝I₀。而对于其余级恒压充电而言，C₀'＝C_n。ΔI表示停充电流，其是一个设定值。输出电压的调整是每一级的恒压充电都会经历的过程。每一级的恒压充电都会有各自的参考电压，当每一级的输出电压与参考电压有偏差的时候，就会调整。

当完成前一级恒压充电阶段后电池电量得到补充，即C_n-1＜C_n，所以经过停充间歇阶段，开始下一级恒压充电阶段的充电机输出电压会下降Δu，此电压下降值决定下一级恒压充电阶段为降压充电阶段，同时此阶段将重复前一级恒压充电的控制过程。

多级恒压间歇式充电方法采用多级恒压的手段实现充电电流按照最佳充电曲线规律下降，在每个恒压充电阶段电流呈下降趋势，所以对于该充电控制方法仅需要单个电压控制环就可实现对充电过程的控制，其控制框图如图3所示。

三、充电完成阶段

当充电电量达到90％时，将充电恒压值设置为一个很小的u_end，充电机维持此输出电压直到电池电量达到100％，完成充电；其中，u_end为一个设定值。

采用上述技术方案的优点在于逐级降压恒压充电的方式，提高了充电接受率和恒小电压保持态削弱电池极化反应，使充电电流曲线无限逼近最佳充电曲线，确保充电时间最短的同时，电池损害最小；从工程角度讲，该方法实现难度小。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构或方法基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，在充电启动阶段，充电电流按照9V₀/(10R_dt₁)上升至最大初始充电电流；其中，9V₀/(10R_dt₁)表示充电启动阶段的电压上升率，最大初始充电电流表达式为上式中，C₀表示电池待充电量，K为常数，V₀＝I₀·R_d，R_d为电池等效内阻，t₁表示启动时间。

3.根据权利要求2所述的多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，每一级的恒压充电的电压初始值由电池每阶段初始待充电量和电池内阻决定：

V_{n} = K \sqrt{C_{n}} \cdot R_{d}

4.根据权利要求3所述的多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，在每一级的恒压充电过程中，实时检测充电机输出电压，并将该输出电压与参考电压值对比以获得偏差信号，控制器根据偏差信号得到控制信号，根据控制信号生成移相PWM信号，移相PWM信号作用于DC/DC功率变换电路的两对桥臂，通过移相角的改变实现输出电压的调整。

5.根据权利要求2所述的多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，控制器实时与电池管理系统保持CAN通讯，获取电池充电电流，当充电电流超过设置的最大电流门限值I_max时，关断控制器PWM输出。

6.根据权利要求2所述的多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，在所述步骤(22)中，预设当前级恒压充电的充电电流下降值为ΔI，当某一时刻获取的充电电流I_t与当前级恒压充电的初始电流I₀'的差值达到ΔI时，则将参考电压值调整至u_Δt，然后进入充电间歇；其中，u_Δt为满电量电池的端电压值，ΔI表示停充电流，C₀'表示当前级恒压充电的电池待充电量。

7.根据权利要求1所述的多级恒压间歇式充电控制方法，其特征在于，所述进入充电完成阶段的设定值为电池充电电量的90％。