CN108583340B - 一种电动汽车动力电池系统快速充电方法 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车动力电池系统快速充电方法，具备高倍率充电性能的电池系统由至少六个电池单体组成第一、第二和第三串联模块，其分别由至少两个电池单体串联组成，依次有以下步骤：1）控制通断控制装置调整电池系统内部串并联形式；2）电池系统控制器与充电桩进行通讯，电池系统控制器获知充电桩最大允许充电电流和电压，与电池系统最大允许充电电流对比，判断是否有必要调整充电方法，调整充电方法的基本条件为：充电桩最大输出电流小于电池系统当前状态允许最大充电电流，且充电桩最大输出电压大于电池系统当前电压的n倍。本发明方法充分利用充电桩的功率不必提高充电电压，在额定电流限制范围内充电功率和充电速度提升一倍，显著节省充电时间。

Description

一种电动汽车动力电池系统快速充电方法
技术领域
本发明涉及电池充电，特别是涉及一种电动汽车动力电池系统快速充电方法。
背景技术
现有电动汽车的大容量动力电池充电时间过长，市面量产车型的快充技术基本在40分钟只能充至80%的电量，相比燃油车型3分钟加满一箱油而言充电速度太慢，占用充电设施时间过长会对电动汽车大量推广应用造成障碍。目前支持4C以上高倍率充电的锂电池已经量产，现有充电方法难以满足大容量电池系统实现4C以上倍率充电。例如由384个37Ah三元锂电芯单体组成4并联96串联的电池系统，容量为148Ah，额定电压为350.4V，电量为51.86kWh。在电池系统温度条件允许情况下，以250A直流电流从5%充至80%容量耗时26.6分钟。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种电动汽车动力电池系统快速充电方法。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种电动汽车动力电池系统快速充电方法，具备高倍率充电性能的电池系统由至少六个电池单体组成第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块，所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块分别由至少两个电池单体串联组成。
这种电动汽车动力电池系统快速充电方法的特点是：
依次有以下步骤：
1）通过电池系统控制器控制通断控制装置调整电池系统内部串并联形式如下：
所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块通过高压线或铜排以及第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头、第一并联用通断控制装置常开触头和第二并联用通断控制装置常开触头相互连接，且连接在电池系统总正端口与电池系统总负端口之间；
所述第一串联模块的正极端口与电池系统总正端口连接；
所述第一串联模块的正极端口通过所述第一串联用通断控制装置常开触头与所述第二串联模块的正极端口连接；
所述第二串联模块的正极端口通过所述第二串联用通断控制装置常开触头与所述第三串联模块的正极端口连接，还通过所述第一并联用通断控制装置常开触头与所述第一串联模块的负极端口连接，所述第一串联模块的负极端口通过所述第三串联用通断控制装置常开触头与所述第二串联模块的负极端口连接；
所述第三串联模块的正极端口通过所述第二并联用通断控制装置常开触头与所述第二串联模块的负极端口连接，所述第二串联模块的负极端口通过所述第四串联用通断控制装置常开触头与所述第三串联模块的负极端口连接；
所述第三串联模块的负极端口与电池系统总负端口连接；
所述控制组成串联模式的第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头与控制组成并联模式的第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头为互锁关系，无论何种状态终止或结束充电，电池系统控制器检测电池系统所有通断控制装置的开闭状态，确认组成串联模式的第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头与控制组成并联模式的第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头不得同时接通，避免造成电池串联模块短路；
2）直流充电插头插入后，电池系统控制器与充电桩进行通讯，电池系统控制器获知充电桩最大允许充电电流和电压，与电池系统最大允许充电电流和电压对比，判断是否有必要调整充电方法，电池并联模块数量为N的电池系统调整充电方法的基本条件为：充电桩最大输出电流小于电池系统当前状态允许最大充电电流，且充电桩最大输出电压大于电池系统当前电压的n倍，如果N为奇数，n=N，如果N为偶数，n=2；
电池系统控制器判断满足上述调整充电方法的条件时，不直接进入充电阶段，先按设定方法控制通断控制装置调整电池系统的串并联组合方式，再进入充电阶段；
电池系统控制器判断不满足上述调整充电方法的条件，则直接进入充电阶段；
如果电池系统控制器判断需要调整充电方法，电池系统控制器先断开第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头，电池系统控制器检测确认第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头全部断开后将第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头全部吸合，将所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式切换为所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的串联模式，电池容量为切换前的三分之一，电池电压为切换前的3倍，可以提高充电电压，降低充电电流；
当满足以下条件之一时暂停充电，充电电流在规定时间内降至零：
2•1）用户操作充电桩停止充电；
2•2）电池系统已充满；
2•3）充电电压达到充电桩上限值，电池系统控制器请求充电电流为零，电池系统控制器调整充电方法，断开第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头，电池系统控制器检测确认第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头全部断开后将第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头全部吸合，将所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的串联模式切换为所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式，充分利用直流充电桩的功率，同时，电池系统控制器再次向充电桩发出充电请求，继续对已切换回初始状态的第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式的电池系统充电，直至满足暂停充电条件2.1）或2.2），充电过程结束后，电池系统控制器也自动切换回放电状态的第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
优选的是，所述通断控制装置是接触器和绝缘栅双极型晶体管中的一种。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明方法充分利用充电桩的功率不必提高充电电压，在额定电流限制范围内充电功率和充电速度提升一倍，显著节省充电时间。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的电路图；
图2是本发明的流程图。
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进行说明。
一种如附图所示的电动汽车动力电池快速充电方法，具备高倍率充电性能的电池系统由384个37Ah三元锂电池单体13组成第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3，第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3分别由128个三元锂电池单体13串联组成，快速充电方法依次有以下步骤：
1）通过电池系统控制器控制接触器调整电池系统内部串并联形式如下：
第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3通过高压线或铜排12以及第一串联用接触器常开触头4、第二串联用接触器常开触头5、第三串联用接触器常开触头6、第四串联用接触器常开触头7、第一并联用接触器常开触头8和第二并联用接触器常开触头9相互连接，且连接在电池系统总正端口10与电池系统总负端口11之间；
第一串联模块的正极端口与电池系统总正端口10连接；
第一串联模块1的正极端口通过第一串联用接触器常开触头4与第二串联模块2的正极端口连接；
第二串联模块2的正极端口通过第二串联用接触器常开触头5与第三串联模块3的正极端口连接，还通过第一并联用接触器常开触头4与第一串联模块1的负极端口连接，第一串联模块1的负极端口通过第三串联用接触器常开触头6与第二串联模块2的负极端口连接；
第三串联模块3的正极端口通过第二并联用接触器常开触头5与第二串联模块2的负极端口连接，第二串联模块2的负极端口通过第四串联用接触器常开触头7与第三串联模块3的负极端口连接；
第三串联模块3的负极端口与电池系统总负端口11连接；
控制组成串联模式的第一串联用接触器常开触头4、第二串联用接触器常开触头5、第三串联用接触器常开触头6、第四串联用接触器常开触头7与控制组成并联模式的第一并联用接触器常开触头8、第二并联用接触器常开触头9为互锁关系，无论何种状态终止或结束充电，电池系统控制器检测电池系统所有通断控制装置的开闭状态，确认组成串联模式的第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头与控制组成并联模式的第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头不得同时接通，避免造成电池串联模块短路；
2）直流充电插头插入后，电池系统控制器与充电桩进行通讯，电池系统控制器获知充电桩最大允许充电电流和电压，与电池系统最大允许充电电流对比，判断是否有必要调整充电方法，电池并联模块数量为N的电池系统调整充电方法的基本条件为：充电桩最大输出电流小于电池系统当前状态允许最大充电电流，且充电桩最大输出电压大于电池系统当前电压的n倍，如果N为奇数，n=N，如果N为偶数，n=2；
电池系统控制器判断满足上述调整充电方法的条件时，不直接进入充电阶段，先按设定方法控制接触器调整电池系统的串并联组合方式，再进入充电阶段；
电池系统控制器判断不满足上述调整充电方法的条件，则直接进入充电阶段；
如果电池系统控制器判断需要调整充电方法，电池系统控制器先断开第一串联用接触器常开触头4、第二串联用接触器常开触头5、第三串联用接触器常开触头6、第四串联用接触器常开触头7，电池系统控制器检测确认第一串联用接触器常开触头4、第二串联用接触器常开触头5、第三串联用接触器常开触头6、第四串联用接触器常开触头7全部断开后将第一并联用接触器常开触头8、第二并联用接触器常开触头9全部吸合，将第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3的并联模式切换为第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3的串联模式，电池容量为切换前的三分之一，以提高充电电压，降低充电电流；
当满足以下条件之一时暂停充电，充电电流在规定时间内降至零：
2•1）用户操作充电桩停止充电；
2•2）电池系统已充满；
2•3）充电电压达到充电桩上限值，电池系统控制器请求充电电流为零，电池系统控制器调整充电方法，断开第一并联用接触器常开触头8、第二并联用接触器常开触头9，电池系统控制器检测确认第一并联用接触器常开触头8、第二并联用接触器常开触头9全部断开后将第一串联用接触器常开触头4、第二串联用接触器常开触头5、第三串联用接触器常开触头6、第四串联用接触器常开触头7全部吸合，将第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3的串联模式切换为第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3的并联模式，充分利用直流充电桩的功率，同时，电池系统控制器再次向充电桩发出充电请求，继续对已切换回初始状态的第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3的并联模式的电池系统充电，直至满足暂停充电条件1）或2），充电过程结束后，电池系统控制器也自动切换回放电状态的第一串联模块1、第二串联模块2和第三串联模块3的并联模式。
采用本具体实施方式的216个51Ah三元锂电芯单体组成3并联72串联的电池系统，容量为153Ah，额定电压263V，直流充电以250A电流从5%充至80%容量耗时约30分钟；如按照本发明控制方发在快充时调整串并联形式，直流充电时组成1并联216串联结构，系统容量51Ah，充电过程电压658-908V，在充电桩的调压范围内，同样以250A电流从5%充至80%容量只需要约10分钟，充电功率和充电速度提升为原来的3倍。
以上内容是结合具体的优选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做出如果干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种电动汽车动力电池系统快速充电方法，具备高倍率充电性能的电池系统由至少六个电池单体组成第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块，所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块分别由至少两个电池单体串联组成，其特征在于：
依次有以下步骤：
1）通过电池系统控制器控制通断控制装置调整电池系统内部串并联形式如下：
所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块通过高压线或铜排以及第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头、第一并联用通断控制装置常开触头和第二并联用通断控制装置常开触头相互连接，且连接在电池系统总正端口与电池系统总负端口之间；
所述第一串联模块的正极端口与电池系统总正端口连接；
所述第一串联模块的正极端口通过所述第一串联用通断控制装置常开触头与所述第二串联模块的正极端口连接；
所述第二串联模块的正极端口通过所述第二串联用通断控制装置常开触头与所述第三串联模块的正极端口连接，还通过所述第一并联用通断控制装置常开触头与所述第一串联模块的负极端口连接，所述第一串联模块的负极端口通过所述第三串联用通断控制装置常开触头与所述第二串联模块的负极端口连接；
所述第三串联模块的正极端口通过所述第二并联用通断控制装置常开触头与所述第二串联模块的负极端口连接，所述第二串联模块的负极端口通过所述第四串联用通断控制装置常开触头与所述第三串联模块的负极端口连接；
所述第三串联模块的负极端口与电池系统总负端口连接；
控制组成串联模式的第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头与控制组成并联模式的第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头为互锁关系，无论何种状态终止或结束充电，电池系统控制器检测电池系统所有通断控制装置的开闭状态，确认组成串联模式的第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头与控制组成并联模式的第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头不得同时接通，避免造成电池串联模块短路；
2）直流充电插头插入后，电池系统控制器与充电桩进行通讯，电池系统控制器获知充电桩最大允许充电电流和电压，与电池系统最大允许充电电流和电压对比，判断是否有必要调整充电方法，电池并联模块数量为N的电池系统调整充电方法的基本条件为：充电桩最大输出电流小于电池系统当前状态允许最大充电电流，且充电桩最大输出电压大于电池系统当前电压的n倍，如果N为奇数，n=N，如果N为偶数，n=2；
电池系统控制器判断满足上述调整充电方法的条件时，不直接进入充电阶段，先按设定方法控制通断控制装置调整电池系统的串并联组合方式，再进入充电阶段；
电池系统控制器判断不满足上述调整充电方法的条件，则直接进入充电阶段；
如果电池系统控制器判断需要调整充电方法，电池系统控制器先断开第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头，电池系统控制器检测确认第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头全部断开后将第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头全部吸合，将所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式切换为所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的串联模式，电池容量为切换前的三分之一，电池电压为切换前的3倍，可以提高充电电压，降低充电电流；
当满足以下条件之一时暂停充电，充电电流在规定时间内降至零：
2•1）用户操作充电桩停止充电；
2•2）电池系统已充满；
2•3）充电电压达到充电桩上限值，电池系统控制器调整充电方法，断开第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头，电池系统控制器检测确认第一并联用通断控制装置常开触头、第二并联用通断控制装置常开触头全部断开后将第一串联用通断控制装置常开触头、第二串联用通断控制装置常开触头、第三串联用通断控制装置常开触头、第四串联用通断控制装置常开触头全部吸合，将所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的串联模式切换为所述第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式，充分利用直流充电桩的功率，同时，电池系统控制器再次向充电桩发出充电请求，继续对已切换回初始状态的第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式的电池系统充电，直至满足暂停充电条件2.1）或2.2），充电过程结束后，电池系统控制器也自动切换回放电状态的第一串联模块、第二串联模块和第三串联模块的并联模式。
2.如权利要求1所述的电动汽车动力电池系统快速充电方法，其特征在于：
所述通断控制装置是接触器和绝缘栅双极型晶体管中的一种。
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