CN107128178A - 一种电动客车充电保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动客车充电保护系统及方法，系统包括动力电池、电池管理系统和充电插座；非车载充电机通过充电插座，在电池管理系统的控制下向动力电池充电，在充电插座的正负极接线柱旁设有温湿度传感器：温湿度传感器探测正负极接线柱周围的温度K和湿度，并发送给电池管理系统，电池管理系统将所述温度K和湿度与温度设定值K₁、湿度设定值1进行比较，若K>K₁或则减小向动力电池的充电电流；若K>K₂或 则停止向动力电池充电。

Description

一种电动客车充电保护系统及方法

技术领域

本发明属于新能源客车电器控制技术领域，特别涉及一种电动客车充电保护系统及方法。

背景技术

近几年，新能源客车飞速发展，但是其安全性能，尤其是充电安全存在较多隐患。新能源客车充电时线路高温、短路，甚至充电枪未拔出就上电行驶的现象时有发生，相关媒体也报道了多起充电时客车自燃、爆炸等事故，严重危害社会安全和个人人身安全，严重影响社会公众对新能源客车的认可度，影响新能源客车的市场推广，违背了国家的可持续发展战略。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种安全、可靠的新能源客车充电保护系统，可以充分消除充电安全隐患。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种电动客车充电保护系统，包括动力电池、电池管理系统和充电插座；非车载充电机通过充电插座，在电池管理系统的控制下向动力电池充电，在充电插座的正负极接线柱旁设有温湿度传感器，温湿度传感器探测正负极接线柱周围的温度K和湿度并发送给电池管理系统，电池管理系统将所述温度K和湿度与温度设定值K₁、湿度设定值进行比较，若K>K₁或则减小向动力电池的充电电流，其有益效果是可以检测充电环境的温湿度，当此时的充电环境不宜采用大电流充电时，及时控制向动力电池的充电电流，以保护充电过程的安全。

所述在充电插座的正负极接线柱旁设有温湿度传感器，是指温湿度传感器的感应面与充电插座的正负极接线柱之间在设定距离范围内。

进一步的，电池管理系统还设有温度设定值K₂和湿度设定值若K>K₂或则停止向动力电池充电，其有益效果是当此时的充电环境，也就是温湿度已经超过必要限度时，不应该继续向动力电池充电，我们可以控制停止继续充电，用以保护充电安全。

进一步的，所述充电插座内还具有电子锁，电子锁由非车载充电机供电，在其供电回路中设有常闭开关KB，可通过断开该常闭开关KB控制电子锁停止锁止功能，其有益效果是在充电枪插入充电插座后，电子锁得电控制机械开关闭合，当电子锁未可靠锁止时，充电设备不能充电或停止充电。当发生意外时可手动断开电子锁的开关KB，拔下充电枪。

进一步的，充电插座的正极与动力电池的正极之间设有逆流保护单元，用于防止动力电池逆流放电；所述逆流保护单元采用逆流保护二极管，防止非车载充电机内部二极管损坏时电池逆流放电损坏非车载充电机。

进一步的，还包括一直流绝缘监测仪，通过实时监测充电插座内高压母线的对地阻抗，得到所述电动客车充电保护系统的绝缘状态，并将电动客车充电保护系统的绝缘状态发送给电池管理系统，其有益效果是可以及时检测系统的绝缘状态，如果绝缘电阻值过小，电池管理系统可以发出指令禁止充电。

进一步的，动力电池和电池管理系统通过充电接触器相连，所述绝缘监测仪还通过检测并比较充电插座高压母线电压和动力电池两端的电压，判断所述充电接触器的状态，如果发生接触器粘连故障，绝缘监测仪会及时将故障信息传送给电池管理系统，电池管理系统发出指令禁止充电；

进一步的，绝缘监测仪将采集的电池端电压实时发送给电池管理系统，比较动力电池两端的电压和电池管理系统设定的电压值，判断动力电池是否过充，如果存在过充现象，则禁止充电；

进一步的，本系统还包括整车控制器，在整车控制器与油门使能端之间设有继电器KA1，KA1使整车控制器与油门使能端之间处于长连状态，且KA1与电池管理系统相连，当电动汽车正在充电时，电池管理系统控制KA1使整车控制器与油门使能端断开；另外，在整车控制器与挡位使能端之间设有继电器KA2，KA2使整车控制器与挡位使能端之间处于长连状态，且KA2与电池管理系统相连，当电动汽车正在充电时，电池管理系统控制KA2使整车控制器与挡位使能端断开，其有益效果是当车辆正在充电时，电池管理系统控制断开油门信号KA1和踏板信号KA2，驾驶员忘记拔充电枪时，车辆不能行驶。

进一步的，所述温湿度传感器为一体式插针型传感器，充电插座的正负极接线柱旁设有相应的插孔，所述温湿度传感器的感应体一侧靠近正负极接线柱，但与正负极接线柱不接触，采用一体式插针型传感器，体积构造小，固定位置牢固，不易在车辆使用过程中产生偏移，避免了正负极接线柱旁的温湿度检测不准确。

本发明还提出了一种电动客车充电保护方法，包括以下步骤：

开始进行充电时，非车载充电机和电池管理系统进行物理连接，电池管理系统得电，控制电子锁动作，保证锁止可靠，同时断开继电器KA1和KA2，整车控制器无法接收到行车信号，保证车辆充电静止；

绝缘监测仪得电后对充电高压系统的绝缘状况进行监测，并根据充电接触器前后端压差判断接触器是否粘连，如果有绝缘故障或充电接触器粘连故障，绝缘监测仪及时向电池管理系统发送状态报文，电池管理系统控制禁止充电；

在充电握手阶段，非车载充电机向电池管理系统发送最大输出能力的报文，电池管理系统根据非车载充电机播报的充电能力发送充电请求；

在恒流阶段，当电池当前允许充电电流大于充电机的最大输出电流时，电池管理系统按照非车载充电机的最大输出电流发送充电请求；

充电过程中，电池管理系统实时向非车载充电机发送充电请求，非车载充电机根据充电请求调整充电电流和充电电压，同时，温湿传感器将周围温度和湿度信息反馈给电池管理系统，电池管理系统根据温湿状况判断是否需要减小充电电流或停止充电；

当电池管理系统监测到当前电池状态满足充电终止条件时，电池管理系统向非车载充电机发送充电终止报文，停止充电。

本发明的有益效果：

1、车辆在露天场地充电时，如遇雨雪天气导致湿度降低，可自动控制断开充电接触器，停止充电，避免充电插座内渗入水珠，引起短路，损坏充电机和车辆充电系统；

2、车辆正在充电时，BMS控制断开油门信号开关和踏板信号开关，驾驶员忘记拔充电枪时，车辆不能行驶；

3、当充电插座端温度高于控制策略中设定值时，BMS控制减小充电电流或停止充电，以减小温升，杜绝充电自燃现象；

4、绝缘监测仪参与到充电控制系统中，如有绝缘故障，会控制停止充电，避免高压电与车身短路，危害人身安全，损坏低压控制系统；

5、本发明提出的充电保护系统及方法可进行充电限流保护、短路保护、车辆充电静止保护、过充保护，充电安全可靠，可以大批量应用于电动客车。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种电动客车充电保护系统，包括动力电池、电池管理系统和充电插座；非车载充电机通过充电插座，在电池管理系统的控制下向动力电池充电，在充电插座的正负极接线柱旁设有温湿度传感器：温湿度传感器探测正负极接线柱周围的温度K和湿度并发送给电池管理系统，电池管理系统将所述温度K和湿度与温度设定值K₁、湿度设定值进行比较，若K>K1或则减小向动力电池的充电电流，若K>K₂或则停止向动力电池充电，其有益效果是可以检测充电环境的温湿度，当此时的充电环境不宜采用大电流充电时，及时控制向动力电池的充电电流，或温湿度已经超过必要限度时，不应该继续向动力电池充电，我们可以控制或停止充电，以保护充电过程的安全。

充电插座内具有电子锁，电子锁由非车载充电机供电，在其供电回路中设有常闭开关KB，可通过断开该常闭开关KB控制电子锁停止锁止功能，当电子锁未可靠锁止时，充电设备不能充电或停止充电。当发生意外时可手动断开电子锁的开关KB，拔下充电枪。

充电插座的正极与动力电池的正极之间设有逆流保护单元，用于防止动力电池逆流放电；所述逆流保护单元采用逆流保护二极管，该逆流保护二极管设在充电正极主电路中，一端连接车辆充电插座，一端连接动力电池，可以防止当非车载充电机内部二极管损坏时电池逆流放电损坏充电机。

实施例2：

作为上述实施例的优化，在本实施例中设置一直流绝缘监测仪，通过实时监测高压系统的对地阻抗(当R<R₁时，应当禁止充电；R为母线的对地阻抗，R₁为设定值)，得到系统的绝缘状态，并将系统的绝缘状态发送给电池管理系统。

绝缘监测仪具有两组正负高压接线口，一组连接在充电插座端，一组连接在动力电池端，不仅可以对高压正负极进行绝缘检测，也可以通过对电池端电压和充电插座端电压进行采集来判断充电接触器KM1和KM2是否粘连，如果发生接触器粘连故障，绝缘监测仪会及时将故障信息传送给BMS，BMS发出指令禁止充电。

绝缘监测仪将采集的电池端电压实时发送给BMS，比较动力电池两端的电压和BMS设定的电压值，当U＞U₁，(U为动力电池两端的电压，U₁为BMS设定的电压值)；则动力电池发生过充现象，停止充电。

实施例3：

本发明还可以纳入整车控制器，在整车控制器与油门使能端之间设有继电器KA1，KA1使整车控制器与油门使能端之间处于长连状态，且KA1与电池管理系统相连，当电动汽车正在充电时，电池管理系统控制KA1使整车控制器与油门使能端断开；另外，在整车控制器与挡位使能端之间设有继电器KA2，KA2使整车控制器与挡位使能端之间处于长连状态，且KA2与电池管理系统相连，当电动汽车正在充电时，电池管理系统控制KA2使整车控制器与挡位使能端断开，其有益效果是当车辆正在充电时，电池管理系统控制断开油门信号KA1和踏板信号KA2，驾驶员忘记拔充电枪时，车辆不能行驶。

所述温湿度传感器为一体式插针型传感器，充电插座的正负极接线柱旁设有相应的插孔，所述温湿度传感器的感应体一侧靠近正负极接线柱，但与正负极接线柱不接触。

车辆充电接口是连接电池和充电机的桥梁，对外直接通过物理线与充电机相连，对内有连接动力电池的主电路DC+、DC-端子、CAN线正负、低压电源正负、充电确认线CC，温度传感器信号线W+W-、电子锁的电源线DS。

车辆充电接口包括充电插头和充电插座，在进行充电时，人工将外部充电插头插入充电插座内，DS触点首先接触，得电后给机械锁供电，进行机械锁止，BMS也控制断开KA1和KA2，开始进行充电。

充电过程中，电池管理系统、非车载充电机、绝缘监测仪构成充电系统CAN网络，实时进行信息交换，电池管理系统根据电池当前状态、非车载充电机、绝缘监测仪、温湿传感器、电子锁反馈的信息协调控制充电电流、充电接触器、油门信号继电器KA1、挡位信号继电器KA2，对充电系统进行限流保护、短路保护、静止充电保护、过充保护，保证车辆充电安全。

充电保护的具体控制方式如下：

(1)充电限流保护的控制逻辑：当温度值K>K1或相对湿度电池管理系统发出减小充电电流的命令。

(2)禁止充电的控制逻辑：①温度值K>K2；②相对湿度③绝缘阻值R<R1；④充电接触器粘连；⑤电池总电压U＞U1，满足其中任意一种，电池管理系统发出停止充电的命令；

(3)车辆静止充电的控制逻辑：①电池管理系统与整车控制器通讯正常；②继电器KA1断开；③继电器KA2断开；④绝缘阻值R<R1；⑤电子锁处于锁止状态，满足任意一项车辆无法行驶；

(4)过充保护的控制逻辑：电池管理系统的电压采集模块正常或绝缘监测仪检测电池电压U＞U1，U为动力电池两端的电压，U₁为电池管理系统设定电压值；

(5)其中，K1<K2，

实施例4：一种电动客车充电保护方法：包括：

开始进行充电时，非车载充电机和电池管理系统进行物理连接，电池管理系统得电，控制电子锁动作，保证锁止可靠，同时断开继电器KA1和KA2，整车控制器无法接收到行车信号，保证车辆充电静止；

绝缘监测仪得电后对充电高压系统的绝缘状况进行监测，并根据充电接触器前后端压差判断接触器是否粘连，如果有绝缘故障或充电接触器粘连故障，绝缘监测仪及时向电池管理系统发送状态报文，电池管理系统控制禁止充电；

在充电握手阶段，非车载充电机向电池管理系统发送最大输出能力的报文，电池管理系统根据非车载充电机播报的充电能力发送充电请求；

在恒流阶段，当电池当前允许充电电流大于充电机的最大输出电流时，电池管理系统按照非车载充电机的最大输出电流发送充电请求；

充电过程中，电池管理系统实时向非车载充电机发送充电请求，非车载充电机根据充电请求调整充电电流和充电电压，同时，温湿传感器将周围温度和湿度信息反馈给电池管理系统，电池管理系统根据温湿状况判断是否需要减小充电电流或停止充电；

当电池管理系统监测到当前电池状态满足充电终止条件时，电池管理系统向非车载充电机发送充电终止报文，停止充电。

该方法可进行充电限流保护、短路保护、车辆充电静止保护、过充保护，充电安全可靠，可以大批量应用于新能源客车。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电动客车充电保护系统，包括动力电池、电池管理系统和充电插座；非车载充电机通过充电插座，在电池管理系统的控制下向动力电池充电，其特征在于：在充电插座的正负极接线柱旁设有温湿度传感器：温湿度传感器探测正负极接线柱周围的温度K和湿度并发送给电池管理系统，电池管理系统将所述温度K和湿度与温度设定值K₁、湿度设定值进行比较，若K>K₁或则减小向动力电池的充电电流。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：电池管理系统还设有温度设定值K₂和湿度设定值若K>K₂或则停止向动力电池充电。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述充电插座内还具有电子锁，电子锁由非车载充电机供电，在其供电回路中设有常闭开关KB，可通过断开该常闭开关KB控制电子锁停止锁止功能。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：充电插座的正极与动力电池的正极之间设有逆流保护单元，用于防止动力电池逆流放电。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述逆流保护单元采用逆流保护二极管。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括一直流绝缘监测仪，通过实时监测充电插座内母线的对地阻抗，得到所述电动客车充电保护系统的绝缘状态，并将电动客车充电保护系统的绝缘状态发送给电池管理系统。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：所述动力电池和电池管理系统通过充电接触器相连，绝缘监测仪还通过检测并比较充电插座高压母线电压和动力电池两端的电压，判断所述充电接触器的状态，如果发生接触器粘连故障，绝缘监测仪及时将故障信息传送给电池管理系统，电池管理系统发出指令禁止充电。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括整车控制器，在整车控制器与油门使能端之间设有继电器KA1，KA1使整车控制器与油门使能端之间处于长连状态，且KA1与电池管理系统相连，当电动汽车正在充电时，电池管理系统控制KA1使整车控制器与油门使能端断开。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：还包括整车控制器，在整车控制器与挡位使能端之间设有继电器KA2，KA2使整车控制器与挡位使能端之间处于长连状态，且KA2 与电池管理系统相连，当电动汽车正在充电时，电池管理系统控制KA2使整车控制器与挡位使能端断开。

10.一种基于权利要求1-9中任一项的电动客车充电保护方法，其特征在于：

开始进行充电时，非车载充电机和电池管理系统进行物理连接，电池管理系统得电，控制电子锁动作，保证锁止可靠，同时断开继电器KA1和KA2，整车控制器无法接收到行车信号，保证车辆充电静止；

绝缘监测仪得电后对充电高压系统的绝缘状况进行监测，并根据充电接触器前后端压差判断接触器是否粘连，如果有绝缘故障或充电接触器粘连故障，绝缘监测仪及时向电池管理系统发送状态报文，电池管理系统控制禁止充电；

在充电握手阶段，非车载充电机向电池管理系统发送最大输出能力的报文，电池管理系统根据非车载充电机播报的充电能力发送充电请求；

在恒流阶段，当电池当前允许充电电流大于充电机的最大输出电流时，电池管理系统按照非车载充电机的最大输出电流发送充电请求；

充电过程中，电池管理系统实时向非车载充电机发送充电请求，非车载充电机根据充电请求调整充电电流和充电电压，同时，温湿传感器将周围温度和湿度信息反馈给电池管理系统，电池管理系统根据温湿状况判断是否需要减小充电电流或停止充电；

当电池管理系统监测到当前电池状态满足充电终止条件时，电池管理系统向非车载充电机发送充电终止报文，停止充电。