CN107979136A - 一种应用于电动汽车的电池充电管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于电动汽车的电池充电管理系统。包括前端电池参数采样模块、数据传输模块、中央控制模块、下端命令执行模块；前端电池参数采样模块对电池进行动力电池工作参数数据的采集；数据传输模块将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块；而后，中央控制模块分析得到当前电池状态，进而分析计算得到电池的剩余电量以及所需充电电流，进而对下端命令执行模块进行控制；中央控制模块对电池剩余电量SOC计算的方法采用安时积分法和开路电压法的混合算法。本发明通过对电压、电流，温度等相关工作参数进行实时的监控，进而诊断电池工作过程中的相关故障，以保证电池高效安全可靠的工作。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车动力系统领域，是一种适用于电动汽车动力电池高电压，大电流工作模式下的电池管理系统，具体涉及一种应用于电动汽车的电池充电管理系统。
背景技术
动力电池高效安全可靠地工作是电动汽车未来进一步发展和普及的基础，对于电池的充放电技术的控制和管理也是当前该领域下的一个研究热点。然而传统的动力电池大多缺乏智能化的充放电控制策略，并且多数均是以固定电流配以电池自身的内阻特性来进行充电，这种方式往往会使电池需要较长的充电时间，同时某些时刻也会出现电池的充电电流超过其能承受的最大电流值的情况，因而造成电池发热严重，长久以往也会对电池的寿命及其容量造成不可逆的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的针对动力电池充电策略的局限性，减小因电流过大对电池寿命的影响，提供一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，通过前端采样芯片实时采集电池的端电压，工作电流以及温度等数据，并经过中央控制的单片机对所采集到的电池数据进行分析和运算后，输出电池所需的充电电压和电流给充电机，充电机据此配以输出对应的电流和电压，来实现对电动汽车动力电池的充电。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，包括前端电池参数采样模块、数据传输模块、中央控制模块、下端命令执行模块；
所述前端电池参数采样模块对电池进行动力电池工作参数数据的采集；
所述数据传输模块将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块；
所述中央控制模块根据数据传输模块传输的动力电池工作参数数据分析得到当前电池状态，进而分析计算得到电池的剩余电量以及所需充电电流，进而对下端命令执行模块进行控制；中央控制模块对电池剩余电量SOC计算的方法采用安时积分法和开路电压法的混合算法。
在本发明一实施例中，该系统工作步骤如下：
在电池充电初始时，根据SOC来推算本次充电所需的初始充电电流；系统中采用的充电方法为三段式充电法，根据SOC可确定第一阶段恒流充电阶段的初始充电电流；该第一阶段恒流充电阶段的初始充电电流在系统中设为1C。
在本发明一实施例中，该系统还包括如下工作步骤：
在电池充电的过程中，通过对电池温度的监控来实现对充电电流的即时调整；当温度超过系统设定的阈值时，采用自动降低充电电流的方法来降低电池温度，进而保证电池充电过程的安全。
在本发明一实施例中，该系统还包括如下工作步骤：
当电池进行充放电时，系统将对充放电的过程进行监控，并采集相应的电压电流数据用于充放电故障的诊断。
在本发明一实施例中，所述前端电池参数采样模块通过采集芯片、热敏电阻、电流分流器对电池进行动力电池工作参数数据的采集。
在本发明一实施例中，所述数据传输模块通过数据传输协议CAN、SPI、UART和接口协议RS-485实现将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块。
在本发明一实施例中，所述下端命令执行模块包括对MOSFET、高电压继电器的导通和关断的控制。
在本发明一实施例中，所述安时积分法和开路电压法的混合算法的具体实现过程如下：
系统在上电时通过开路电压法查询静态SOC-OCV关系表，以获得电池SOC的初值，该初值也作为后续安时积分法的积分初值；在电池进行充放电的过程中，系统通过安时积分法动态测算电池的SOC；
安时积分法是在上一时刻电池剩余电量的基础上，对一段时间内动力电池充入、放出的电荷量进行统计，从而得到当前的电池荷电状态，具体如下：
定义上一时刻电池的剩余电量为，当前时刻电池的剩余电量为，从到期间电池充入、放出的累计电量为：
则，当前时刻的电量为：
由当前时刻的电量即可得到当前时刻的SoC为：
其中，为电池的总容量。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：通过在充电过程中对电池表面的温度进行监测，可以较为直观的判断出当前的充电电流是否过大。并通过试探性减小充电电流的方式，一方面让电池的表面温度恢复到正常阈值内，同时也在一定程度上尽可能地使电池的充电电流为其可接受的最大充电电流值，以提升对所述电动汽车动力电池的充电速度。
附图说明
图1是本发明的系统框架图。
图2是本发明一实施例的软件流程图。
图3是本发明实施例中SOC算法程序流程图。
图4是本发明实施例中充电电流控制流程图。
图5是本发明实施例中充电电流控制基础上对电流调整策略的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，包括前端电池参数采样模块、数据传输模块、中央控制模块、下端命令执行模块；
所述前端电池参数采样模块对电池进行动力电池工作参数数据的采集；
所述数据传输模块将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块；
所述中央控制模块根据数据传输模块传输的动力电池工作参数数据分析得到当前电池状态，进而分析计算得到电池的剩余电量以及所需充电电流，进而对下端命令执行模块进行控制；中央控制模块对电池剩余电量SOC计算的方法采用安时积分法和开路电压法的混合算法；所述安时积分法和开路电压法的混合算法的具体实现过程如下：
系统在上电时通过开路电压法查询静态SOC-OCV关系表，以获得电池SOC的初值，该初值也作为后续安时积分法的积分初值；在电池进行充放电的过程中，系统通过安时积分法动态测算电池的SOC；
安时积分法是在上一时刻电池剩余电量的基础上，对一段时间内动力电池充入、放出的电荷量进行统计，从而得到当前的电池荷电状态，具体如下：
定义上一时刻电池的剩余电量为，当前时刻电池的剩余电量为，从到期间电池充入、放出的累计电量为：
则，当前时刻的电量为：
由当前时刻的电量即可得到当前时刻的SoC为：
其中，为电池的总容量。
本发明系统工作步骤如下：
在电池充电初始时，根据SOC来推算本次充电所需的初始充电电流；系统中采用的充电方法为三段式充电法（亦可兼容其他充电方法），根据SOC可确定第一阶段恒流充电阶段的初始充电电流；该第一阶段恒流充电阶段的初始充电电流在系统中设为1C；
在电池充电的过程中，通过对电池温度的监控来实现对充电电流的即时调整；当温度超过系统设定的阈值时，采用自动降低充电电流的方法来降低电池温度，进而保证电池充电过程的安全；
当电池进行充放电时，系统将对充放电的过程进行监控，并采集相应的电压电流数据用于充放电故障的诊断。
所述前端电池参数采样模块通过采集芯片、热敏电阻、电流分流器对电池进行动力电池工作参数数据的采集。所述数据传输模块通过数据传输协议CAN、SPI、UART和接口协议RS-485实现将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块。所述下端命令执行模块包括对MOSFET、高电压继电器的导通和关断的控制。
以下为本发明的以具体实施例。
如图1所示，本发明提供一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，附图中所示的主板BMU又称电池管理单元Battery Management Unit，其集成了用于为微控制器的单片机以及用于前端采样和通讯等模块的各控制芯片。电流采样单元CSU（Current Sample Unit）模块主要负责采集电池工作回路上的电流，其与电池的负极串联。通过电压采样线、温度采样线和电流传感器通信线将所述动力电池的电压、电流和温度等数据传输到主板BMU中，并最终在作为核心控制器的单片机中完成一系列的参数计算和动作指令的输出。
如图1所示，系统可通过控制串联在电池充放电回路中的各个高压继电器来打开和关断动力电池的充放电回路，而板内电路的导通和关断主要通过MOSFET管来控制。
如图2所示是系统的软件功能流程图，系统上电后，单片机内的软件便开始执行。首先进行程序的初始化，包括配置通道采样和数据读取的时间周期，通信的波特率等等。随后系统以循环的方式执行各功能函数，每个功能函数设定了不同的执行周期，系统设定单独运行的计时模块，输出对应周期的标志位，以条件判断标志位的方式实现各功能函数不同周期的执行。
所述的SOC计算方法，充电电流的控制方法以及电池充放电过程中故障的诊断策略均封装成对应的功能函数模块，在主程序中不断被循环调用执行，以保证系统运行的稳定可靠。
如图3、4、5所示分别为为所述SOC计算方法、充电电流控制方法及其包含电流调整策略的流程图。图3所示在系统上电时首先对SOC进行上电校正，以保证后续计算的初值的可靠性。随后跟随主程序的运行不断调用安时积分动态估算SOC，以实现系统对电池剩余容量的估算。
如图4所示是所述系统在动力电池充电时电流控制方法的程序流程图，主要包括充电电流的计算和充电电流的调整，充电电流的计算主要确认恒流充电的电流值大小。而如图5所示则为充电电流调整的策略，以动力电池充电时的温度作为衡量因素，来判断电池是否需要调整充电电流。
上列较佳实施例，对本发明的目的，技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：包括前端电池参数采样模块、数据传输模块、中央控制模块、下端命令执行模块；
所述前端电池参数采样模块对电池进行动力电池工作参数数据的采集；
所述数据传输模块将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块；
所述中央控制模块根据数据传输模块传输的动力电池工作参数数据分析得到当前电池状态，进而分析计算出电池的剩余电量以及所需充电电流等相关数值，并据此对下端命令执行模块发送控制命令；中央控制模块对电池剩余电量SOC计算的方法采用安时积分法和开路电压法的混合算法。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：该系统工作步骤如下：
在电池充电初始时，根据SOC来推算本次充电所需的初始充电电流；系统中采用的充电方法为三段式充电法，根据SOC可确定第一阶段恒流充电阶段的初始充电电流；该第一阶段恒流充电阶段的初始充电电流在系统中设为1C。
3.根据权利要求2所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：该系统还包括如下工作步骤：
在电池充电的过程中，通过对电池温度的监控来实现对充电电流的即时调整；当温度超过系统设定的阈值时，采用自动降低充电电流的方法来降低电池温度，进而保证电池充电过程的安全。
4.根据权利要求2或3所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：该系统还包括如下工作步骤：
当电池进行充放电时，系统将对充放电的过程进行监控，并采集相应的电压电流数据用于充放电故障的诊断。
5.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：所述前端电池参数采样模块通过采集芯片、热敏电阻、电流分流器对电池进行动力电池工作参数数据的采集。
6.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：所述数据传输模块通过数据传输协议CAN、SPI、UART和接口协议RS-485实现将前端电池参数采样模块采集到的动力电池工作参数数据传输到所述中央分析控制模块。
7.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：所述下端命令执行模块包括对MOSFET、高电压继电器的导通和关断的控制。
8.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车的电池充电管理系统，其特征在于：所述安时积分法和开路电压法的混合算法的具体实现过程如下：
系统在上电时通过开路电压法查询静态SOC-OCV关系表，以获得电池SOC的初值，该初值也作为后续安时积分法的积分运算初值；在电池进行充放电的过程中，系统通过安时积分法动态测算电池的SOC；
安时积分法是在上一时刻电池剩余电量的基础上，对一段时间内动力电池充入、放出的电荷量进行统计，从而得到当前的电池荷电状态，具体如下：
定义上一时刻电池的剩余电量为，当前时刻电池的剩余电量为，从到期间电池充入、放出的累计电量为：
则，当前时刻的电量为：
由当前时刻的电量即可得到当前时刻的SoC为：
其中，为电池的总容量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180501 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |