CN108390420A - 通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置及方法 - Google Patents

Abstract

通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5。电机控制器MCU的W相通过第二开关S2与220V交流电火线连接，电机控制器MCU的W相通过第三开关S3与第三电机线圈L3第一端连接，第三电机线圈L3第二端与第二电机线圈L2第二端、第一电机线圈L1第二端连接，第二电机线圈L2第一端与电机控制器MCU的V相连接，电机控制器MCU的U相通过第五开关S5与第一电机线圈L1第一端连接；电机控制器MCU的U相通过第四开关S4与220V交流电零线连接。

Description

通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置及方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，特别涉及通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置及方法。

背景技术

随着相关技术的发展，电动汽车逐渐走入了大众的工作和生活中，而在电动汽车的相关技术中，作为能源提供者的电动汽车的电池至关重要。电动汽车轻量化是现阶段研究的一个重要课题，现有技术是通过OBC车载充电单元、MCU电机控制器组成电池充电电路，由于OBC车载充电单元即车载充电机与动力电池需要通过高压线束连接，并且车载充电机需要连接冷却管路进行冷却，而在车辆如插电式混合动力汽车中，前舱还要布置传统动力系统，由于空间有限，车载充电机以及其高压线束和冷却管路为车辆的布置增加了相当大的难度，进而很有可能要侵占后备箱的空间，增加了车辆的复杂性，不利于实现电动汽车的小型化、集成化。另外，动力电池中心区域容易聚集热量，造成内外温差较大，长期如此，会损害电池的使用寿命，也容易导致充电过程中产生不安全因素。

中国专利公开号CN103475041A，公开日2013年12月25日，发明创造的名称为电动汽车的电池充电控制系统及方法，该申请案公开了一种电动汽车的电池充电控制系统及方法，电动汽车的电池充电控制系统包括用于为电动汽车提供驱动电源的动力电池、低压储电池、用于加热动力电池的加热装置、用于冷却动力电池的冷却装置、车载充电机、DC/DC转换器及电池管理系统。其不足之处在于，所包含的电器元件过多，占用了原本就不宽裕的车内空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将OBC、MCU二者合一节省两组连接器，同时节省整个OBC车载充电器硬件的充电电路，利用MCU电机控制器逆变器的工作原理反向为电池系统充电的装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5；所述电机控制器的第一电源相通过第二开关S2与220V交流电火线连接，电机控制器的第一电源相通过第三开关S3与第三电机线圈L3第一端连接，第三电机线圈L3第二端与第二电机线圈L2第二端、第一电机线圈L1第二端连接，第二电机线圈L2第一端与电机控制器的第二电源相连接，电机控制器的第三电源相通过第五开关S5与第一电机线圈L1第一端连接；电机控制器的第三电源相通过第四开关S4与220V交流电零线连接；所述电机控制器正极母线通过第一开关S1与动力电池第一端V+连接，电机控制器负极母线与动力电池第二端V-连接。

作为优选，还包括温控开关S_T、温控模块、充电模式切换单元以及熔断器F1，所述温控开关S_T与温控模块电连接，通过温控模块控制温控开关S_T通断；所述充电模式切换单元与温控模块电连接，通过温控模块控制充电模式的切换；所述温控模块设置在动力电池内部；所述动力电池第一端V+、充电模式切换单元、温控开关S_T、熔断器F1以及第一开关S1依次连接。

本发明中，充电模式，包括升温充电模式、降温充电模式以及正常充电模式。充电模式切换单元根据动力电池的温度，进行充电模式的切换，并调节处于相应充电模式下，动力电池的输入电压和/或需求电流。

作为优选，所述充电模式切换单元和温控开关S_T的两端并联二极管D1，二极管D1正极与动力电池第一端V+、充电模式切换单元第一端连接，二极管D1负极连接在温控开关S_T与熔断器F1之间。

作为优选，所述温控模块包括低温加热单元、高温散热单元、温度传感组C1以及温度传感组C2；所述温度传感组C1包括若干测温探头，设置在动力电池中心位置处，温度传感组C2包括若干测温探头，设置在动力电池四周边缘处或进风口/出风口处。

作为优选，所述低温加热单元，包括第一加热单元和第二加热单元，第一加热单元设置在动力电池中间位置，第二加热单元设置在动力电池四周；所述高温散热单元，包括第一散热单元和第二散热单元，第一散热单元设置在动力电池中间位置，第二散热单元设置在动力电池四周。

作为优选，通过电机控制器实现动力电池交流快充的方法，适用于所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，当电机驱动车辆行走时，二极管D1单向导通，第一开关S1、第三开关S3、第五开关S5闭合，第二开关S2、第四开关S4断开，电机控制器控制电机转动；当为电池系统充电时，第一开关S1、第二开关S2、第二开关S4闭合，第三开关S3、第五开关S5断开，为动力电池充电，二极管D1反向关断，充电模式切换单元接入220V交流电与动力电池之间回路；所述充电模式切换单元，根据动力电池温度和/或环境温度，进行充电模式的切换，并调节处于相应充电模式下，动力电池的输入电压和/或需求电流。

作为优选，当为电池系统充电时：若c_lmax<c_L，充电模式切换单元进入升温充电模式；当|c₁-c₂|>c₀，温控开关S_T断开，停止充电，第二加热单元启动；当|c₁-c₂|<k*c₀,第一加热单元启动，温控开关S_T闭合，充电模式切换单元进入升温充电模式，开始充电；若c_2min>c_L且c_lmax<c_H，第一加热单元和第二加热单元停止工作，充电模式切换单元进入正常充电模式；所述c_lmax为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值，c_2min为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值，c₁为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的平均值，c₂为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的平均值，c_H为高温充电阈值，c_L为低温充电阈值，c₀为动力电池中心与外围的允许温差阈值，k为温差系数，根据电池种类进行设置且k<1。

作为优选，当为电池系统充电时：若c_2min>c_H，充电模式切换单元进入降温充电模式；当|c₁-c₂|>c₀，温控开关断开，停止充电，第一散热单元启动；当|c₁-c₂|<k*c₀,第二散热单元启动，第一散热单元和第二散热单元同时工作，温控开关闭合，充电模式切换单元进入降温充电模式，开始充电；若c_lmax<c_H且c_2min>c_L，第一散热单元和第二散热单元停止工作，充电模式切换单元进入正常充电模式；所述c_lmax为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值，c_2min为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值，c₁为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的平均值，c₂为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的平均值，c_H为高温充电阈值，c_L为低温充电阈值，c₀为动力电池中心与外围的允许温差阈值，k为温差系数，根据电池种类进行设置且k<1。

本发明的实质性效果：(1)将OBC、MCU二者合一，节省了两组连接器，同时节省了整个OBC车载充电器硬件，利用MCU电机控制器逆变器的工作原理反向为电池系统充电；(2)OB车载充电器C目前最大功率为7.2KW，MCU功率一般为22KW以上，因此采用MCU电机控制器可大功率为电池系充电；(3)有助于实现电动汽车轻量化；(4)在动力电池内外均安装有温度检测装置和升降温装置，根据电池温度的不同，选择不同的充电模式；(5)将动力电池内外温差限定在一定范围内，进一步降低动力电池内外温差对电池使用寿命的影响。

附图说明

图1为本发明的一种电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，如图1所述，包括电机控制器MCU，电机控制器MCU每一相输出线和正负极母线之间各连接一只IGBT功率管，电机控制器MCU正极母线与极性电容C1正极连接，极性电容C1负极与电机控制器MCU负极母线连接，还包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5。电机控制器MCU的W相通过第二开关S2与220V交流电火线连接，电机控制器MCU的W相通过第三开关S3与第三电机线圈L3第一端连接，第三电机线圈L3第二端与第二电机线圈L2第二端、第一电机线圈L1第二端连接，第二电机线圈L2第一端与电机控制器MCU的V相连接，电机控制器MCU的U相通过第五开关S5与第一电机线圈L1第一端连接；电机控制器MCU的U相通过第四开关S4与220V交流电零线连接。电机控制器MCU正极母线通过第一开关S1与动力电池第一端V+连接，电机控制器MCU负极母线与动力电池第二端V-连接。其中，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5，可以用继电器代替，也可以用其他的电子开关代替。

本发明是利用电机控制器MCU逆变器的工作原理反向为电池系统充电，将车载充电器OBC、电机控制器MCU二者合一，节省了整个车载充电器OBC硬件，有助于实现电动汽车轻量化；而且车载充电器OBC目前最大功率为7.2KW，电机控制器MCU功率一般为22KW以上，因此采用电机控制器MCU可大功率为电池系充电。

通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，还包括温控开关S_T、温控模块、充电模式切换单元以及熔断器F1，所述温控开关S_T与温控模块电连接，通过温控模块控制温控开关S_T通断；所述充电模式切换单元与温控模块电连接，通过温控模块控制充电模式的切换；所述温控模块设置在动力电池内部；所述动力电池第一端V+、充电模式切换单元、温控开关S_T、熔断器F1以及第一开关S1依次连接。充电模式，包括升温充电模式、降温充电模式以及正常充电模式。充电模式切换单元，用于调节处于相应充电模式下，动力电池的输入电压和/或需求电流，需求电流即充电过程中，流入动力电池的电流。此外，充电模式切换单元和温控开关S_T的两端还并联有二极管D1，二极管D1正极与动力电池第一端V+、充电模式切换单元第一端连接，二极管D1负极连接在温控开关S_T与熔断器F1之间。

温控模块包括低温加热单元、高温散热单元、温度传感组C1以及温度传感组C2。温度传感组C1包括若干测温探头，设置在动力电池中心位置处，温度传感组C2包括若干测温探头，设置在动力电池边缘处或进风口/出风口处。低温加热单元，包括第一加热单元和第二加热单元，第一加热单元设置在动力电池中间位置，第二加热单元包裹在动力电池四周；高温散热单元，包括第一散热单元和第二散热单元，第一散热单元设置在动力电池中间位置，第二散热单元包裹在动力电池四周。一般而言，动力电池的中心位置处热量积累比较厉害，温度普遍高于边缘或进风口/出风口处的温度，在这两处分别布置若干测温探头，可更加准确的获取动力电池内外的温差，根据温差控制充电电路的通断，如果温差过高就切断充电电路，以防止安全事故的发生。

通过电机控制器实现动力电池交流快充的方法，适用所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，当电机驱动车辆行走时，二极管D1单向导通，第一开关S1、第三开关S3、第五开关S5闭合，第二开关S2、第四开关S4断开，电机控制器MCU将动力电池提供的直流电转换为三相交流电，驱动电机转动；当为电池系统充电时，第一开关S1、第二开关S2、第二开关S4闭合，第三开关S3、第五开关S5断开，220V交流电经过电机控制器MCU整流后为动力电池充电，二极管D1反向关断，充电模式切换单元接入220V交流电与动力电池之间回路；所述充电模式切换单元，根据动力电池温度和/或环境温度，进行充电模式的切换，并调节处于相应充电模式下，动力电池的输入电压和/或需求电流。其中，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5的闭合或断开，有多种控制方式，属于公知常识，并非本方案所要保护的对象，在此不做赘述。

在为电池系统充电的过程中：

(1)若c_lmax<c_L，充电模式切换单元进入低温充电模式，即温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值小于低温充电阈值，说明当前动力电池处于低温状态，

当|c₁-c₂|>c₀，即动力电池内外温差大于允许温差阈值，此时通过温控开关S_T控制充电回路断开，停止充电，第二加热单元启动，首先提高动力电池边缘处或进风口/出风口处；

当|c₁-c₂|<k*c₀,即当动力电池内外温差处于温差阈值允许范围内，第一加热单元启动，温控开关S_T闭合，充电模式切换单元进入低温充电模式，开始充电；

当c_2min>c_L且c_lmax<c_H，第一加热单元和第二加热单元停止工作，充电模式切换单元进入正常充电模式；

其中，c_lmax为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值，c_2min为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值，c₁为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的平均值，c₂为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的平均值，c_H为高温充电阈值，c_L为低温充电阈值，c₀为动力电池中心与外围的允许温差阈值，k为温差系数，根据电池种类进行设置且k<1。

(2)若c_2min>c_H，充电模式切换单元进入降温充电模式，即温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值大于高温充电阈值，说明当前动力电池处于高温状态；

当|c₁-c₂|>c₀，即动力电池内外温差大于允许温差阈值，此时通过温控开关S_T控制充电回路断开，停止充电，第一散热单元启动，首先降低动力电池中心区域的温度；

当|c₁-c₂|<k*c₀,即当动力电池内外温差处于温差阈值允许范围内，第二散热单元启动，第一散热单元和第二散热单元同时工作，温控开关S_T闭合，充电模式切换单元进入降温充电模式，开始充电；

若c_lmax<c_H且c_2min>c_L，第一散热单元和第二散热单元停止工作，充电模式切换单元进入正常充电模式；

其中，c_lmax为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值，c_2min为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值，c₁为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的平均值，c₂为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的平均值，c_H为高温充电阈值，c_L为低温充电阈值，c₀为动力电池中心与外围的允许温差阈值，k为温差系数，根据电池种类进行设置且k<1。

通过该方法可以根据环境温度控制输出到动力电池的电压和电流，减少环境温度对动力电池使用寿命的影响。

以上所述实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (8)

1.通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，其特征在于，包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4以及第五开关S5；

所述电机控制器的第一电源相通过第二开关S2与220V交流电火线连接，电机控制器的第一电源相通过第三开关S3与第三电机线圈L3第一端连接，第三电机线圈L3第二端与第二电机线圈L2第二端、第一电机线圈L1第二端连接，第二电机线圈L2第一端与电机控制器的第二电源相连接，电机控制器的第三电源相通过第五开关S5与第一电机线圈L1第一端连接；电机控制器的第三电源相通过第四开关S4与220V交流电零线连接；

所述电机控制器正极母线通过第一开关S1与动力电池第一端V+连接，电机控制器负极母线与动力电池第二端V-连接。

2.根据权利要求1所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，其特征在于，还包括温控开关S_T、温控模块、充电模式切换单元以及熔断器F1，所述温控开关S_T与温控模块电连接，通过温控模块控制温控开关S_T通断；所述充电模式切换单元与温控模块电连接，通过温控模块控制充电模式的切换；所述温控模块设置在动力电池内部；所述动力电池第一端V+、充电模式切换单元、温控开关S_T、熔断器F1以及第一开关S1依次连接。

3.根据权利要求2所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，其特征在于，所述充电模式切换单元和温控开关S_T的两端并联二极管D1，二极管D1正极与动力电池第一端V+、充电模式切换单元第一端连接，二极管D1负极连接在温控开关S_T与熔断器F1之间。

4.根据权利要求3所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，其特征在于，所述温控模块包括低温加热单元、高温散热单元、温度传感组C1以及温度传感组C2；所述温度传感组C1包括若干测温探头，设置在动力电池中心位置处，温度传感组C2包括若干测温探头，设置在动力电池边缘处或进风口/出风口处。

5.根据权利要求4所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，其特征在于，所述低温加热单元，包括第一加热单元和第二加热单元，第一加热单元设置在动力电池中间位置，第二加热单元设置在动力电池四周；所述高温散热单元，包括第一散热单元和第二散热单元，第一散热单元设置在动力电池中间位置，第二散热单元设置在动力电池四周。

6.通过电机控制器实现动力电池交流快充的方法，适用于前述权利要求中任意一项所述通过电机控制器实现动力电池交流快充的装置，其特征在于，当电机驱动车辆行走时，二极管D1单向导通，使得第一开关S1、第三开关S3、第五开关S5闭合，第二开关S2、第四开关S4断开，电机控制器控制电机转动；当为电池系统充电时，使得第一开关S1、第二开关S2、第二开关S4闭合，第三开关S3、第五开关S5断开，为动力电池充电，二极管D1反向关断，充电模式切换单元接入220V交流电与动力电池之间回路；所述充电模式切换单元，根据动力电池温度和/或环境温度，进行充电模式的切换，并调节处于相应充电模式下，动力电池的输入电压和/或需求电流。

7.根据权利要求6所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的方法，其特征在于，当为电池系统充电时：

若c_lmax<c_L，充电模式切换单元进入升温充电模式；

当|c₁-c₂|>c₀，温控开关S_T断开，停止充电，第二加热单元启动；

当|c₁-c₂|<k*c₀,第一加热单元启动，温控开关S_T闭合，充电模式切换单元进入升温充电模式，开始充电；

若c_2min>c_L且c_lmax<c_H，第一加热单元和第二加热单元停止工作，充电模式切换单元进入正常充电模式；

所述c_lmax为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值，c_2min为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值，c₁为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的平均值，c₂为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的平均值，c_H为高温充电阈值，c_L为低温充电阈值，c₀为动力电池中心与外围的允许温差阈值，k为温差系数，根据电池种类进行设置且k<1。

8.根据权利要求6所述的通过电机控制器实现动力电池交流快充的方法，其特征在于，当为电池系统充电时：

若c_2min>c_H，充电模式切换单元进入降温充电模式；

当|c₁-c₂|>c₀，温控开关断开，停止充电，第一散热单元启动；

当|c₁-c₂|<k*c₀,第二散热单元启动，第一散热单元和第二散热单元同时工作，温控开关S_T闭合，充电模式切换单元进入降温充电模式，开始充电；

若c_lmax<c_H且c_2min>c_L，第一散热单元和第二散热单元停止工作，充电模式切换单元进入正常充电模式；

所述c_lmax为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的最大值，c_2min为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的最小值，c₁为温度传感组C1内所有测温探头所测得温度的平均值，c₂为温度传感组C2内所有测温探头所测得温度的平均值，c_H为高温充电阈值，c_L为低温充电阈值，c₀为动力电池中心与外围的允许温差阈值，k为温差系数，根据电池种类进行设置且k<1。