CN105966257A - 一种车用动力电池欠压充电的方法 - Google Patents

一种车用动力电池欠压充电的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车用动力电池欠压充电的方法。所述欠压充电方法包括如下步骤：S1：BMS上电自检；S2：判断系统工作是否正常，如果正常则执行S3，如果不正常则跳至S8；S3：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否低于安全门限，如果不低于则执行S4，如果低于则跳至S8；S4：电压冗余检测，如果正常，则执行步骤S5，如果异常则跳至S8；S5：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，如果是则执行S6，如果否则执行S7；S6：进入欠压充电流程；S7：进入正常充电流程；S8：停止充电，结束。本发明的欠压充电方法解决了车用动力电池单体电压低于欠压切断点但高于安全充电电压时的充电问题。

Description

一种车用动力电池欠压充电的方法
技术领域
本发明涉及车用动力电池技术领域，具体涉及一种车用动力电池欠压充电的方法。
背景技术
随着电动车、混合动力工具的发展，各种动力电池得到广泛应用。锂电池以其体积小，自放电率低，能量密度高，循环使用寿命长等优点，成为最有前景的动力电池。但是锂电池安全稳定性不高，过充电、过放电都会对锂离子电池造成伤害，所以为保证锂离子电池的安全工作，必须配备高性能的电池管理系统(BMS)。
现有的锂电池管理系统，充电策略单一，多采用恒流充电，不能根据电池的特性合理充电，往往充电效率不高且容易对锂离子电池造成伤害，缩短其使用寿命。同时大多数锂电池管理系统采用被动均衡的均衡方式，均衡效率低，而且容易导致热量管理问题。
对于动力锂离子电池来说，合理的充电方法可以提高电池使用效率、延长电池寿命。
电动汽车长期静止后，因为某些原因(自放电等)有可能导致电芯电压降到欠压切断点以下。这种情况下BMS会切断充放电回路，客户不能再对电池充电，电池包需要返厂维修。电池包如果返厂维修不但会导致客户成本升高，而且使客户体验也不好。
发明内容
本发明的目的在于针对车用动力电池单体电芯电压降到欠压切断点以下时BMS会切断充放电回路，客户不能再对电池充电的问题提出一种欠压充电方法。
本发明提出一种车用动力电池欠压充电方法，包括以下步骤：
S1：BMS上电自检；
S2：判断系统工作是否正常，如果正常则执行步骤S3，如果不正常则跳至步骤S8；
S3：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否低于安全门限，如果不低于则执行步骤S4，如果低于则跳至步骤S8；
S4：电压冗余检测，如果正常，则执行步骤S5，如果异常则跳至S8；
S5：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，如果是则执行步骤S6，如果否则执行步骤S7；
S6：进入欠压充电流程；
S7：进入正常充电流程；
S8：停止充电，结束。
优选地，所述步骤S1包括以下步骤：S11：BMS上电；S12：BMS高压自检。
优选地，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：将电池组连接充电设备；
S22：判断充电连接是否有效，如果有效则执行步骤S23，如果无效则跳至步骤S8；
S23：判断充电机报文是否超时，如果未超时则执行步骤S3，如果超时则跳至步骤S8。
优选地，所述步骤S3中检测各单体电池电压采用嵌入式控制软件检测，包括如下步骤：
S31：采集各单体电池的第一电压；
S32：采集各单体电池的第二电压；
S33：对步骤S31、S32采集的所述第一电压、第二电压进行冗余判断，如果对比检测第一电压和第二电压的数值差大于设定的阈值，告警冗余电压采集错误，不进行后续判断所述各单体电池电压是否低于安全门限，直接跳至步骤S7；如果对比检测第一电压和第二电压的数值差不大于设定的阈值，就进行后续的判断所述各单体电池电压是否低于安全门限；所述设定的阈值的默认值为10mv。
优选地，所述步骤S3中安全门限为2.5V-2.75V。
优选地，所述步骤S4中电压冗余检测是通过不同的ADC采集各单体电池电压和电池包的总电压进行比较实现的，包括如下步骤：
S41：采集各单体电池的电压，并进行累加，得到电池包中单体电池电压累加值；
S42：采集电池包的总电压；
S43：对电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S5；所述设定的阈值的默认值为5mv。
优选地，所述步骤S5中检测各单体电池电压采用嵌入式控制软件检测，包括如下步骤：
S51：采集各单体电池的第一电压；
S52：采集各单体电池的第二电压；
S53：对步骤S51、S52采集的所述第一电压、第二电压进行冗余判断，如果对比检测第一电压和第二电压的数值差大于设定的阈值，告警冗余电压采集错误，不进行后续判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，直接跳至步骤S8；如果对比检测第一电压和第二电压的数值差不大于设定的阈值，则进行后续判断所述各单体电池电压是否有欠压告警；所述设定的阈值的默认值为10mv。
优选地，所述步骤S5中欠压告警电压为3V。
优选地，所述步骤S6欠压充电流程包括以下步骤：
S61：采用充电电流0.01C～0.1C对欠压单体电池充电；
S62：采集电池包中正在充电的各个单体电池电压，并进行累加；
S63：采集正在充电的各个单体电池的总电压；
S64：对电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S65；所述设定的阈值的默认值为5mv；
S65：判断步骤S62采集的正在充电的各个单体电池电压是否大于欠压告警电压，如果是则跳转至步骤S7，如果否则跳转至S61。
优选地，所述步骤S7正常充电流程包括以下步骤：
S71：采用充电电流1.0C～1.1C对欠压电池充电；
S72：检测正在充电的各个单体电池温度；
S73：检测采集模块CPU内部的环境温度；
S74：当正在充电的各个单体电池的单体温度和采集模块CPU内部的环境温度中任意一个达到或高于75℃时，逐步缩小各单体电池充电电流；
S75：采集电池包中正在充电的各个单体电池电压；
S76：采集正在充电的各个单体电池的总电压；
S77：对电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S78；所述设定的阈值的默认值为5mv；
S78：判断步骤S75采集到的各个单体电池电压是否大于4.2V，如果是则跳转至步骤S8，如果否则跳转至步骤S71。
本发明的有益效果是：
1、本发明的车用动力电池欠压充电方法在车用动力电池单体电压低于欠压切断点但高于安全充电电压(最低充电电压)时，提供一种欠压充电方法，这样电池包就不会返厂维修从而节约客户成本。
2、本发明的车用动力电池欠压充电方法加入了电压冗余检测，BMS通过不同的ADC采集每一节单体电压和电池的总电压，同时BMS会一直比较各个单体电压的累加值和采集到的电池总压，如果这两个电压相差比较大，认为其中有一个采集失效，可能会带来安全隐患，马上停止充电，提高了单体电池电压检测的正确性与可靠性，显著减少由单体电压采集错误导致的安全事故。
3、本发明的一个实施例通过单体温度及采集模块自身环境温度双重冗余判断，动态调节各单体电池的充电电流的大小，进一步提高了BMS安全可靠管理及使用寿命。
附图说明
图1是本发明车用动力电池欠压充电方法流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
当锂电池电压很低时，对其充电会有安全隐患。主要是影响电池寿命。在正常情况下，单体电芯很难降到安全电压以下。安全充电电压是指最低充电电压，不同的电池具体数值不一样，对于三元电池(三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池)来说一般在2.5V–2.75V之间。大部分车型中单体电芯欠压切断点比安全电压高一些，一般的三元电池切断点在3V)。
在充电时，只要最低电压不低于这个安全电压，BMS允许使用小电流充电，一般这个电流在0.01C-0.1C(C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是1000mAh的容量，1C就是充电电流1000mA，注意是mA而不是Ah，0.01C就是10mA。)之间，如果电压很低时，使用小电流，当电压升高后恢复正常的充电电流，不论是否报出单体欠压告警。这种充电方法既能减少电池包的维护成本，也不会对电池造成不可逆的损坏。
本发明的车用动力电池欠压充电方法包括如下步骤：
S1：BMS上电自检。主要包括BMS上电和BMS高压自检两个工作步骤。
S2：判断系统工作是否正常，如果正常则执行步骤S3，如果不正常则跳至步骤S8。这里的系统工作包括如下内容：将电池组连接充电设备；判断充电连接是否有效；判断充电机报文是否超时。
S3：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否低于安全门限，如果不低于则执行步骤S4，如果低于则跳至步骤S8。
S4：电压冗余检测，如果正常，则执行步骤S5，如果异常则跳至S8。
电压冗余判断是为了防止因为采集的误差，进入了危险充电的流程。任何一个单体电压低于安全值充电，都会带来安全隐患。
BMS会检测每一节单体电压和电池的总电压。单体电压和电池总压是通过不同的ADC采集的。
在充电过程中，BMS会一直比较各个单体电压的累加值和采集到的电池总压，如果这两个电压相差比较大，认为其中有一个采集失效，可能会带来安全隐患，马上停止充电。电压冗余检测的具体步骤如下：
S41：采集各单体电池的电压，并进行累加，得到电池包中单体电池电压累加值；
S42：采集电池包的总电压；
S43：对电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S5；所述设定的阈值的默认值为5mv。
S5：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，如果是则执行步骤S6，如果否则执行步骤S7。
上述步骤S3、S5中检测各单体电池电压采用嵌入式控制软件检测，具体步骤如下：
A1、采集各单体电池的第一电压；
A2、采集各单体电池的第二电压；
A3、对采集到的同一个单体电池的所述第一电压、第二电压进行冗余判断，以决定是否进行后续步骤。如果对比检测第一电压和第二电压的数值差大于设定的阈值，告警冗余电压采集错误，不进行后续判断所述各单体电池电压是否低于安全门限或判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，直接跳至步骤S7；如果对比检测第一电压和第二电压的数值差不大于设定的阈值，就进行后续的判断所述各单体电池电压是否低于安全门限或判断所述各单体电池电压是否有欠压告警；所述设定的阈值的默认值为10mv。
对于三元电池(三元聚合物锂电池是指正极材料使用锂镍钴锰三元正极材料的锂电池)来说安全门限电压一般在2.5V–2.75V之间，单体电芯欠压切断点比安全电压高一些，一般的三元电池欠压切断点电压在3V。
S6：进入欠压充电流程。欠压充电流程包括以下步骤：
S61：采用充电电流0.01C～0.1C对欠压电池充电；
S62：采集电池包中正在充电的各个单体电池电压，并进行累加；
S63：采集正在充电的各个单体电池的总电压；
S64：对电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S65；所述设定的阈值的默认值为5mv；
S65：判断步骤S62采集的正在充电的各个单体电池电压是否大于欠压告警电压，如果是则跳转至步骤S7，如果否则跳转至S61。
S7：进入正常充电流程。正常充电流程包括以下步骤：
S71：采用充电电流1.0C～1.1C对欠压电池充电；
S72：检测正在充电的各个单体电池温度；
S73：检测采集模块CPU内部的环境温度；
S74：当正在充电的各个单体电池的单体温度和采集模块CPU内部的环境温度中任意一个达到或高于75℃时，逐步缩小各单体电池充电电流；
S75：采集电池包中正在充电的各个单体电池电压，并进行累加；
S76：采集正在充电的各个单体电池的总电压；
S77：对电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S78；所述设定的阈值的默认值为5mv；
S78：判断步骤S75采集到的正在充电的各个单体电池电压是否大于4.2V，如果是，表明充电完成则跳转至步骤S8，如果否则跳转至步骤S71。
充电过程中通过实时监测采集充电的各单体电池温度和采集模块CPU内部的环境温度，进行双重冗余判断，依据两组检测的温度大小，动态调节各单体电池充电电流的大小。
若两组检测温度不一致，可以上报温度异常告警，同时调小各单体电池充电电流。
S8：停止充电，结束。
本发明在车用动力电池单体电压低于欠压切断点但高于安全充电电压(最低充电电压)时，提供一种欠压充电方法，这样电池包就不会返厂维修从而节约客户成本。
本发明已经经过严格的测试和验证，所述功能都全部实现，具有性能可靠，准确度高、成本低的特点。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车用动力电池欠压充电的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：BMS上电自检；
S2：判断系统工作是否正常，如果正常则执行步骤S3，如果不正常则跳至步骤S8；
S3：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否低于安全门限，如果不低于则执行步骤S4，如果低于则跳至步骤S8；
S4：电压冗余检测，如果正常，则执行步骤S5，如果异常则跳至S8；
S5：检测各单体电池电压，判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，如果是则执行步骤S6，如果否则执行步骤S7；
S6：进入欠压充电流程；
S7：进入正常充电流程；
S8：停止充电，结束。
2.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：BMS上电；
S12：BMS高压自检。
3.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：将电池组连接充电设备；
S22：判断充电连接是否有效，如果有效则执行步骤S23，如果无效则跳至步骤S8；
S23：判断充电机报文是否超时，如果未超时则执行步骤S3，如果超时则跳至步骤S8。
4.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S3中检测各单体电池电压采用嵌入式控制软件检测，包括如下步骤：
S31：采集各单体电池的第一电压；
S32：采集各单体电池的第二电压；
S33：对步骤S31、S32采集的所述第一电压、第二电压进行冗余判断，如果对比检测第一电压和第二电压的数值差大于设定的阈值，告警冗余电压采集错误，不进行后续判断所述各单体电池电压是否低于安全门限，直接跳至步骤S7；如果对比检测第一电压和第二电压的数值差不大于设定的阈值，就进行后续的判断所述各单体电池电压是否低于安全门限；所述设定的阈值的默认值为10mv。
5.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S3中安全门限为2.5V-2.75V。
6.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S4中电压冗余检测是通过不同的ADC采集各单体电池电压和电池包的总电压进行比较实现的，包括如下步骤：
S41：采集各单体电池的电压，并进行累加，得到电池包中单体电池电压累加值；
S42：采集电池包的总电压；
S43：对电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中单体电池电压累加值和电池包的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S5；所述设定的阈值的默认值为5mv。
7.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S5中检测各单体电池电压采用嵌入式控制软件检测，包括如下步骤：
S51：采集各单体电池的第一电压；
S52：采集各单体电池的第二电压；
S53：对步骤S51、S52采集的所述第一电压、第二电压进行冗余判断，如果对比检测第一电压和第二电压的数值差大于设定的阈值，告警冗余电压采集错误，不进行后续判断所述各单体电池电压是否有欠压告警，直接跳至步骤S8；如果对比检测第一电压和第二电压的数值差不大于设定的阈值，则进行后续判断所述各单体电池电压是否有欠压告警；所述设定的阈值的默认值为10mv。
8.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S5中欠压告警电压为3V。
9.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S6欠压充电流程包括以下步骤：
S61：采用充电电流0.01C～0.1C对欠压单体电池充电；
S62：采集电池包中正在充电的各个单体电池电压，并进行累加；
S63：采集正在充电的各个单体电池的总电压；
S64：对电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S65；所述设定的阈值的默认值为5mv；
S65：判断步骤S62采集的正在充电的各个单体电池电压是否大于欠压告警电压，如果是则跳转至步骤S7，如果否则跳转至S61。
10.如权利要求1所述的车用动力电池欠压充电方法，其特征在于，所述步骤S7正常充电流程包括以下步骤：
S71：采用充电电流1.0C～1.1C对欠压单体电池充电；
S72：检测正在充电的各个单体电池温度；
S73：检测采集模块CPU内部的环境温度；
S74：当正在充电的各个单体电池的单体温度和采集模块CPU内部的环境温度中任意一个达到或高于75℃时，逐步缩小正在充电的各单体电池充电电流；
S75：采集电池包中正在充电的各个单体电池电压，并进行累加；
S76：采集正在充电的各个单体电池的总电压；
S77：对电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压进行冗余检测，如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差大于设定的阈值，则告警电压冗余检测异常，直接跳至步骤S8；如果对比检测电池包中正在充电的单体电池电压累加值和正在充电的各个单体电池的总电压的数值差小于设定的阈值，则判断电压冗余检测正常，执行步骤S78；所述设定的阈值的默认值为5mv；
S78：判断步骤S75采集到的各个单体电池电压是否大于4.2V，如果是则跳转至步骤S8，如果否则跳转至步骤S71。
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