CN108933465A - 一种基于温度和电流双向控制的充电装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置及其使用方法，属于充电装置技术领域，包括快插模块控制盒，快插模块控制盒上设有两个快速插接口，快插模块控制盒通过快速插接口连接有电池包和充电线电缆插接口，快插模块控制盒内包括控制开关、PT100铂热电阻、NTC一和双向分流控制开关，控制开关、PT100铂热电阻、NTC一和双向分流控制开关依次串联，本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置具有充电高效，散热良好且保护电路的优点。
Description
技术领域
本发明属于充电装置领域，具体来说，涉及一种基于温度和电流双向控制的充电装置及其使用方法。
背景技术
电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。它使用存储在电池中的电来发动。在驱动汽车时有时使用12或24块电池，有时则需要更多。电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、电源和电动机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
电动机将电源的电能转化为机械能。应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量低，充电速度慢，寿命短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、锂电池、燃料电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。
随着电动汽车的普及，电动汽车的充电安全性成了人们不能忽略的安全问题，电池在充电过程中，温度会随着充电时间，充电电流等变化而改变，过高的温度容易引发燃烧、爆炸等问题，并且外接温度的不同对于充电效率具有很大的影响。
经检索，发明创造的名称为：双向插拔式的充电系统及充电时的温度保护(申请号：201610223277.X，申请公布日：2016.06.29)，该申请案公布了一种充电系统和充电时对充电温度的保护，防止因为充电插头插接时不牢固或者损坏导致出现事故，但对于充电过程中温度的变化而该充电模式无法改变，不能够实时保护充电电路和电池包。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决现有技术中电动汽车充电时不高效且充电散热差的问题，提供一种基于温度和电流双向控制的充电装置及其使用方法，具有充电高效，散热良好的优点。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，包括快插模块控制盒，快插模块控制盒上设有两个快速插接口，快插模块控制盒通过快速插接口连接有电池包和充电线电缆插接口，快插模块控制盒内包括控制开关、PT100铂热电阻、NTC一和双向分流控制开关，控制开关、PT100铂热电阻、NTC一和双向分流控制开关依次串联。
优选的，NTC一与双向分流控制开关之间串联有电流表。
优选的，PT100铂热电阻和NTC一均连接有同一个BMS系统，BMS系统与电池包电性连接。
优选的，快插模块控制盒外接有信号传感器，信号传感器与BMS系统连接。
优选的，电池包内设有NTC二和NTC三，NTC三与电池包内电芯连接。
优选的，快插模块控制盒、信号传感器、BMS系统、电池包和电源构成串联完整充电回路。
一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法，采用上述任一项的充电装置，方法为BMS系统控制快插模块控制盒来改变充电模式。
优选的，步骤为：
S100、连通，控制开关打开，电源给快插模块控制盒、信号传感器BMS系统通电，电源给电池包充电；
S200、选控，PT100铂热电阻和NTC一检测环境温度，并将温度信号反馈给BMS系统，BMS系统根据两者温度信号判断应采取的控制模式；
S300、充电，确定好控制模式后，快插模块控制盒内的双向分流控制开关闭合，电源给电池包充电；
S400、保护，在充电过程中，NTC二和NTC三实时检测电池包内的温度并将温度信号反馈给BMS系统，BMS系统控制充电模式来保护充电电路。
优选的，步骤S200中，选控的具体方法为NTC三检测电池包内芯片的最低温度并与NTC2检测的环境温度进行对比，进而选择是否接通加热电路，NTC一检测到整体充电线路温度超过额定数值，PT100铂热电阻作用，控制开关关闭电路，充电终止。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，包括快插模块控制盒，快插模块控制盒上设有两个快速插接口，快插模块控制盒通过快速插接口连接有电池包和充电线电缆插接口，快插模块控制盒内包括控制开关、PT100铂热电阻、NTC一和双向分流控制开关，控制开关、PT100铂热电阻、NTC一和双向分流控制开关依次串联，快插模块控制盒控制充电模式，使得给电池包充电的方式随温度不同而改变，保护电路和电池，提高了效率。
(2)本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，NTC一与双向分流控制开关之间串联有电流表，本充电装置的工作方式随温度的改变而改变，而温度对电流的影响较大，因此NTC一与双向分流控制开关之间串联有电流表，可以实时观察到电流状态从而确定NTC一是否处于工作状态。
(3)本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，PT100铂热电阻和NTC一均连接有同一个BMS系统，BMS系统与电池包电性连接，BMS系统根据NTC一反馈的温度而选择不同的控制模式，有效的提高充电效率和降低危险性。
(4)本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法，步骤为：
S100、连通，控制开关打开，电源给快插模块控制盒、信号传感器BMS系统通电，电源给电池包充电；
S200、选控，PT100铂热电阻和NTC一检测环境温度，并将温度信号反馈给BMS系统，BMS系统根据两者温度信号判断应采取的控制模式；
S300、充电，确定好控制模式后，快插模块控制盒内的双向分流控制开关闭合，电源给电池包充电；
S400、保护，在充电过程中，NTC二和NTC三实时检测电池包内的温度并将温度信号反馈给BMS系统，BMS系统控制充电模式来保护充电电路。
上述步骤S200中，选控的具体方法为NTC三检测电池包内芯片的最低温度并与NTC2检测的环境温度进行对比，进而选择是否接通加热电路，NTC一检测到整体充电线路温度超过额定数值，PT100铂热电阻作用，控制开关关闭电路，充电终止，采用此方法对电池包进行充电，使得在不同环境温度下，该充电装置可以根据温度的改变来选择不同的充电方式，提高了充电效率，电池包内温度过高时会切断充电电路，保护电路和电池包。
附图说明
图1为本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置的结构示意图；
图2为本发明的一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法的流程图。
示意图中的标号说明：
100、快插模块控制盒；110、快速插接口；120、控制开关；130、PT100铂热电阻；140、NTC一；150、双向分流控制开关；160、电流表；
200、电池包；210、电芯；220、NTC三；230、NTC二；
300、充电线电缆插接口；
400、BMS系统；
500、信号传感器。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参照附图1所示，本实施例的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，包括快插模块控制盒100，快插模块控制盒100上设有两个快速插接口110，快插模块控制盒100通过快速插接口110连接有电池包200和充电线电缆插接口300，快插模块控制盒100内包括控制开关120、PT100铂热电阻130、NTC一140和双向分流控制开关150，控制开关120、PT100铂热电阻130、NTC一140和双向分流控制开关150依次串联，在电池包200和充电线电缆插接口300之间设有快插模块控制盒100，该快拆模块控制盒根据温度不同选择不同的控制采取不同的充电方式，使得给电池包200充电效率增加，危险性降低，如果不设置快插模块控制盒100而直接用充电线给电池包200充电，在很低的环境温度下，充电效率低，且充电过程电池包200温度增加也具有危险性。
本实施例的NTC一140与双向分流控制开关150之间串联有电流表160，由于NTC一140设置在快插模块控制盒100内，而快插模块的工作方式有双向分流控制开关150控制，不同的充电状态电流不同，因此观察电流表160即可知道工作状态，且电流表160的变化也反映出快插模块控制盒100不是故障状态，如果不设置电流表160，即无法实时知晓充电状态也不能及时辨别快插模块控制盒100是否损坏。
本实施例的PT100铂热电阻130和NTC一140均连接有同一个BMS系统400，BMS系统400与电池包200电性连接，BMS系统400控制快插模块控制盒100的工作方式，且通过电池包200内部的反馈信息及时调整快插模块控制盒100内的双向分流控制开关150来更换充电状态，使得充电过程稳定且高效，如果不设置BMS系统400控制，即整个充电装置不够智能化，快拆模块控制盒不能通过电池包200内的状态反馈来变换充电模式。
本实施例的快插模块控制盒100外接有信号传感器500，信号传感器500与BMS系统400连接，电流表160的信号由信号传感器500传送给BMS系统400，BMS系统400根据电流表160的信号来判断实时的充电状态，如果不设置信号传感器500，BMS系统400无法知悉充电模式是否改变且是否在充电状态。
本实施例的电池包200内设有NTC二230和NTC三220，NTC三220与电池包200内电芯210连接，电池包200很大，内部电芯210和环境的温度有落差，因此设置两个不同位置的NTC二230和NTC三220来分辨检测电池包200内环境温度和电芯210温度，使得BMS系统400对电池包200的温度状态了解的更清晰便于采取不同的充电模式，如果只设置NTC二230，充电过程中，电池包200内电芯210的温度便不能充分的检测到，如果只设置NTC三220，充电过程中，电池包200内的整体温度便检测不到只检测到电芯210的温度，因此只有同时设置NTC二230和NTC三220才可以充分的检测电池包200温度。
本实施例的快插模块控制盒100、信号传感器500、BMS系统400、电池包200和电源构成串联完整充电回路串联连接，使得当电池包200内温度过高BMS系统400选择终止充电，整个系统断电，避免了漏电和其他危险性。
电动汽车用户在实际充电过程中，使用直流快充充电桩/充电机的情况较多，因直流快充充电电流大、充电速度快，一般在1～2小时内充满，用户使用比较方便快捷。但是充电速度快，充电电流和电压也会快速上升，充电桩电感模块功率也会增大，导致其内部热量产生较快；若不及时散热，则会对充电桩造成安全隐患。
目前已应用的充电模式中，常见于常规模式下充电，未充分考虑低温下的电流分流和高温下充电机本体的温度限值。
本发明同时实用了PT100铂热电阻130和NTC，借用了两者的优缺点，以用于环境温度和电池包200温度的监测及比对。当环境温度低时，利用PT100的准确性和稳定性，准确切换加热模式至充电模式。当环境温度升高至充电模式范围时，利用NTC的高灵敏度和快速响应特性，若电池包200内环境温度或芯体温度超过安全设定限值时，能快速的切断充电电路。
其中，PT100铂热电阻130的优点：准确性高，稳定性好，灵敏度高(-2％～-6.5％)，测温范围广，利用其低温的灵敏度和稳定性，根据所测阻值计算温度：Rt＝Rt0×(1+α(t-t0)，或者参考低温下的特性，-200＜t＜0℃，Rt＝R0×(1+At+Bt2+C×(t-100)×t3)；
NTC优点：电阻值和B值精度高，灵敏度高(0.1℃)，响应迅速(感温时间10s以下)，温度系数可达-(2～5)％/℃。
其中，α为温度系数，A、B、C为温度系数。
本发明采用基于温度和电流双向充电模式，根据温度对电池能量的影响，电池的能量效率：分析说明：常温条件下充电量比低温(-20℃)条件下的充电量节约12.73％。以60kW充电桩为例，常温充电效率取93％，则热损耗为4.2kW；若在-20℃环境温度下，则热损耗为4.735kW；若选择低温分流的方式，根据GB/T20234.3-2015电动汽车传导充电用连接装置第3部分表2触头电气参数值及功能定义，耗电电流由直流电源80A转为低压辅助电源20A，则理论热损耗将进一步降低，仅为原来的10％左右(即0.4735kW左右)。
实施例2
参照附图1和图2所示，一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法，采用实施例1所述充电装置，方法为BMS系统400控制快插模块控制盒100来改变充电模式。
本实施例的一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法步骤为：
S100、连通，制开关打开，电源给快插模块控制盒100、信号传感器500BMS系统400通电，电源给电池包200充电；
S200、选控，PT100铂热电阻130和NTC一140检测环境温度，并将温度信号反馈给BMS系统400，BMS系统400根据两者温度信号判断应采取的控制模式；
S300、充电，确定好控制模式后，快插模块控制盒100内的双向分流控制开关150闭合，电源给电池包200充电；
S400、保护，在充电过程中，NTC二230和NTC三220实时检测电池包200内的温度并将温度信号反馈给BMS系统400，BMS系统400控制充电模式来保护充电电路。
本实施例的步骤S200中，选控的具体方法为NTC三220检测电池包200内芯片的最低温度并与NTC2检测的环境温度进行对比，进而选择是否接通加热电路，NTC一140检测到整体充电线路温度超过额定数值，PT100铂热电阻130作用，控制开关120关闭电路，充电终止，具体如下：
由负温度系数传感器NTC三220测量电池芯体最低温度，并与NTC二230检测的环境温度进行比对，以判断是否应该接通加热电路。
当NTC二230远＜0℃时，若NTC三220＜0℃，经BMS系统400判定为加热模式，双向分流控制开关150吸合，进入电池包200低温加热模式，电流信号由信号传感器500传输给BMS系统400。
当NTC二230＝0℃时，若NTC三220＜0℃，经BMS系统400判定仍为加热模式，双向分流控制开关150吸合，电池包200仍处于低温加热模式；电流信号由信号传感器500传输给BMS系统400。
当NTC二230＝0℃时，若NTC三220＞0℃，经BMS系统400判定为充电模式，双向分流控制开关150断开，双向分流控制开关150连接2吸合，电池包200进入充电模式；电流信号由信号传感器500传输给BMS系统400。
当NTC二230＞0℃时，若NTC三220＞0℃，经BMS系统400判定仍为充电模式，双向分流控制开关150吸合，电池包200仍处于充电模式；电流信号由信号传感器500传输给BMS系统400。
当NYC一检测的环境温度超过预设安全值，PT100铂热电阻130控制控制开关120关闭，充电终止，防止造成安全事故。
采用此方法对电池包200充电，在不同环境温度下，该充电装置可以根据温度的改变来选择不同的充电方式，提高了充电效率，电池包200内温度过高时会切断充电电路，保护电路和电池包200。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于温度和电流双向控制的充电装置，其特征在于：包括快插模块控制盒(100)，所述快插模块控制盒(100)上设有两个快速插接口(110)，所述快插模块控制盒(100)通过快速插接口(110)连接有电池包(200)和充电线电缆插接口(300)，所述快插模块控制盒(100)内包括控制开关(120)、PT100铂热电阻(130)、NTC一(140)和双向分流控制开关(150)，所述控制开关(120)、PT100铂热电阻(130)、NTC一(140)和双向分流控制开关(150)依次串联。
2.根据权利要求1所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，其特征在于：所述NTC一(140)与双向分流控制开关(150)之间串联有电流表(160)。
3.根据权利要求1所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，其特征在于：所述PT100铂热电阻(130)和NTC一(140)均连接有同一个BMS系统(400)，所述BMS系统(400)与电池包(200)电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，其特征在于：所述快插模块控制盒(100)外接有信号传感器(500)，所述信号传感器(500)与BMS系统(400)连接。
5.根据权利要求书1所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，其特征在于：所述电池包(200)内设有NTC二(230)和NTC三(220)，所述NTC三(220)与电池包(200)内电芯(210)连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置，其特征在于：所述快插模块控制盒100、信号传感器(500)、BMS系统(400)、电池包(200)和电源构成串联完整充电回路。
7.一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法，其特征在于：采用上述任一项的充电装置，所述方法为BMS系统(400)控制快插模块控制盒(100)来改变充电模式。
8.根据权利要求7所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法，其特征在于，所述步骤为：
S100、连通，控制开关(120)打开，电源给快插模块控制盒(100)、信号传感器(500)BMS系统(400)通电，电源给电池包(200)充电；
S200、选控，PT100铂热电阻(130)和NTC一(140)检测环境温度，并将温度信号反馈给BMS系统(400)，BMS系统(400)根据两者温度信号判断应采取的控制模式；
S300、充电，确定好控制模式后，快插模块控制盒100内的双向分流控制开关(150)闭合，电源给电池包(200)充电；
S400、保护，在充电过程中，NTC二(230)和NTC三(220)实时检测电池包(200)内的温度并将温度信号反馈给BMS系统(400)，BMS系统(400)控制相应的充电模式来保护充电电路。
9.根据权利要求8所述的一种基于温度和电流双向控制的充电装置的使用方法，其特征在于：所述步骤S200中，选控的具体方法为NTC三(220)检测电池包(200)内芯片的最低温度并与NTC2检测的环境温度进行对比，进而选择是否接通加热电路，NTC一(140)检测到整体充电线路温度超过额定数值，PT100铂热电阻(130)作用，控制开关(120)关闭电路，充电终止。
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