CN108964569B - 电动汽车预充电状态的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车预充电状态的控制方法，包括步骤1：判断预充电条件是否满足；步骤2：计算电池系统电压与负载回路电压差值；步骤3：计算预充电阻在预充完成后的累计发热量，累计发热量大于预设发热量，不允许预充电，反之允许预充电；步骤4：进行预充电或禁止预充电；步骤5：计算预充电阻在预充电过程中的实时发热总量，实时发热总量大于预充预设发热量，停止预充电，反之继续预充电；步骤6：等待下次预充指令，计算两次预充间隔时间；步骤7：计算上次累计发热量。本发明将回路负载电压以及预充电阻的发热量作为是否允许预充的条件，能提高电动汽车的预充电效率，延长预充回路元器件的使用寿命。

Description

电动汽车预充电状态的控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车的充电管理领域，尤其涉及一种电动汽车预充电状态的控制方法。

背景技术

预充电管理是新能源汽车中必不可少的重要环节，电动汽车预充电的主要作用是给电机控制器（即逆变器）的大电容进行充电，以减少接触器接触时火花拉弧，降低冲击，增加安全性。

中国专利公开号为CN106314169A的发明专利申请公开了一种高压预充控制方法、系统及电动汽车，该专利申请只考虑了负载回路的压差与电池系统电压的差值，并未将高压回路中的预充电阻考虑在内，预充电阻可能会因为预充时间较长或者当前预充次数较多导致预充电阻并不适合下次预充，此时如果进行预充效率低且可能烧坏预充电阻。

中国专利公开号为CN106602622A的发明专利申请公开了一种电动汽车预充电控制方法及系统，该专利申请考虑了预充电阻的预测温度，以及回路的负载电压，能够判断预充电阻是否适合下次预充，但是预充电阻的温度受环境温度较大，不能准确反映预充电阻上次预充的状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动汽车预充电状态的控制方法，将回路负载电压以及预充电阻的发热量作为是否允许预充的条件，能提高电动汽车的预充电效率，延长预充回路元器件的使用寿命。

本发明是这样实现的：

一种电动汽车预充电状态的控制方法，包括预充电阻、预充继电器、电机薄膜电容和电池系统电压，预充电阻、预充继电器、电机薄膜电容、电池系统电压连接成预充回路，负载回路电压为电机薄膜电容两端的实时电压值。

所述的电动汽车预充电状态的控制方法包括如下步骤：

步骤1：预充开始前，预充判断单元判断预充电条件是否满足，满足预充电条件后执行步骤2，否则无动作。

步骤2：预充监测单元计算当前电池系统电压与负载回路电压的差值。

步骤3：预充热量计算单元计算预充电阻在预充完成后的累计发热量，若累计发热量大于预设发热量，则不允许预充电，等待满足下次预充电条件；若累计发热量小于等于预设发热量，则允许预充电；预充电阻在预充完成后累计发热量的计算公式如下：

Q₁=Q₀+0.5*U₁ ²*C

其中，Q₀为上次累计发热量，U₁为电池系统电压，C为电机薄膜电容值。

步骤4：预充执行单元根据步骤2和步骤3的计算结果进行预充电或禁止预充电。

步骤5：预充热量计算单元计算预充电阻在预充电过程中的实时发热总量，若实时发热总量大于预充预设发热量，则预充判断单元立即停止预充电，若实时发热总量小于等于预充预设发热量，则继续预充电；预充电阻的实时发热总量的计算公式如下：

Q₂=Q₀

其中，Q₀为上次累计发热量，R是预充电阻的阻值，I_n是预充回路的实时电流，△t₁是电流采样周期。

步骤6：等待下次预充指令，预充判断单元计算两次预充的间隔时间。

步骤7：预充热量计算单元计算上次累计发热量并返回步骤1，上次累计发热量的计算公式如下：

Q₀ ⁽ⁿ⁾= Q₀ ^(n-1)-q△t₂

其中，Q₀ ^(n-1)为上上次累计发热量，q为在某一时间范围内预充电阻的自然冷却平均速率，△t₂为两次预充电的间隔时间。

在所述的步骤1中，预充电条件包括：

i）负载回路电压大于等于电池系统电压的90%；

ii）条件i至少能够持续预设时间；

iii）预充回路电流的曲线变化符合预期情况，即预充回路电流变化在预设变化范围内；

iv）预充电过程中累计发热量不大于预设发热量；

当条件i、ii、iii和iv都满足时，认为预充电条件满足。

在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：

步骤4.1：预充电过程中预充监测单元实时监测预充回路电流I_n的变化曲线；

步骤4.2：预充判断单元判断预充回路电流变化是否满足0≤I_n≤(U₁-U₂)/R，若是，则执行步骤5，若否，则执行步骤6。

在所述的步骤7中，若q△t₂≥Q₀ ^(n-1)，则 Q₀ ⁽ⁿ⁾ 取0焦耳。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明通过预测本次预充电完成时预充电阻的累计发热量进行判断是否允许本次预充，可以减少不必要的预充次数，缩短高压连接的时间，延长元器件的使用寿命。

2、本发明在允许本次预充时实时计算预充电阻的累计发热量以及监控预充回路的电流，在有条件不满足时及时禁止本次预充电，减少了不必要的预充时间，缩短了高压连接的时间，延长了元器件的使用寿命。

3、本发明通过计算电池系统的电压与负载回路的电压，能及时判断预充电是否成功，提高了预充效率，缩短了高压连接的时间，延长了元器件的使用寿命。

本发明将回路负载电压以及预充电阻的发热量作为是否允许预充的条件，能提高电动汽车的预充电效率，延长预充回路元器件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明电动汽车预充电状态的控制方法的流程图；

图2是本发明电动汽车预充电回路的电气原理图；

图3是本发明电动汽车预充电状态的控制方法的模块执行流程图。

图中，K1预充监测单元，K2预充热量计算单元，K3预充执行单元，K4预充判断单元，R预充电阻，K预充继电器，C电机薄膜电容，U₁电池系统电压，U₂负载回路电压。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，一种电动汽车预充电状态的控制方法，包括预充电阻R、预充继电器K、电机薄膜电容C和电池系统电压U₁，预充电阻R、预充继电器K、电机薄膜电容C、电池系统电压U₁连接成预充回路，负载回路电压U₂为电机薄膜电容C两端的实时电压值。

请参见附图2及附图3，该方法包括如下步骤：

步骤1：预充开始前，预充判断单元K4判断预充电条件是否满足，满足预充电条件后执行步骤2，否则无动作。

步骤2：预充监测单元K1计算当前电池系统电压U₁与负载回路电压U₂的差值。

步骤3：预充热量计算单元K2计算预充电阻R在预充完成后的累计发热量Q₁，若累计发热量Q₁大于预设发热量，则不允许预充电，等待满足下次预充电条件；若累计发热量Q₁小于等于预设发热量，则允许预充电；预充电阻R在预充完成后累计发热量Q₁的计算公式如下：

Q₁=Q₀+0.5*U₁ ²*C

其中，Q₀为上次累计发热量，U₁为电池系统电压，C为电机薄膜电容值。

如果Q₁的值大于预设发热量，则不允许本次预充电，反之，则允许本次预充电。预充发热量可以根据预充电阻R的阻值以及电池系统电压U₁的范围进行破坏性试验取得，破坏性试验的主要内容包括：让预充电阻R在回路中进行持续发热以及间歇性发热，使用热量检测设备获得预充电阻R熔断时的发热量，或者根据元器件供应商提供的规则书获得。

步骤4：预充执行单元K3根据步骤2和步骤3的计算结果进行预充电或禁止预充电。

步骤5：预充热量计算单元K2计算预充电阻R在预充电过程中的实时发热总量Q₂，若实时发热总量Q₂大于预充预设发热量，则预充判断单元K4立即停止预充电，若实时发热总量Q₂小于等于预充预设发热量，则继续预充电；预充电阻R的实时发热总量Q₂的计算公式如下：

Q₂=Q₀

其中，Q₀为上次累计发热量，R是预充电阻的阻值，I_n是预充回路的实时电流，△t₁是电流采样周期。

如果预充电阻R的实时发热总量Q₂的值大于预设发热量，则立即停止预充电，反之，则继续预充电。

步骤6：等待下次预充指令，预充判断单元K4计算两次预充的间隔时间△t₂。

步骤7：预充热量计算单元K2计算上次累计发热量Q₀ ⁽ⁿ⁾，并返回步骤1，上次累计发热量Q₀ ⁽ⁿ⁾的计算公式如下：

Q₀ ⁽ⁿ⁾= Q₀ ^(n-1)-q△t₂

其中，Q₀ ^(n-1)为上上次累计发热量，q为在某一时间范围内预充电阻R的自然冷却平均速率，可在实车进行标定，△t₂为两次预充电的间隔时间。

在所述的步骤1中，预充电条件包括：

i）负载回路电压U₂大于等于电池系统电压U₁的90%。

ii）条件i至少能够持续预设时间，优选的，预设时间为100ms。

iii）预充回路电流的曲线变化符合预期情况，即预充回路电流变化在预设变化范围内。

iv）预充电过程中累计发热量不大于预设发热量。

当条件i、ii、iii和iv都满足时，认为预充电条件满足。

在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：

步骤4.1：预充电过程中预充监测单元K1实时监测预充回路电流I_n的变化曲线，在每个采样周期进行电流范围的监控，考虑到电流采样的误差，设定每个采样周期的最大、最小采样电流值。

步骤4.2：预充判断单元K4判断预充回路电流变化是否在预设变化范围内，若是，则执行步骤5，若否，则执行步骤6。在预充电条件i持续预设时间（100ms）的过程中，如果电流I_n一直满足0≤I_n≤(U₁-U₂)/R即0≤I_n≤1.66，则认为电流变化在预设变化范围内。

在所述的步骤7中，若q△t₂≥Q₀ ^(n-1)，则 Q₀ ⁽ⁿ⁾ 取0焦耳。

本发明先直接闭合预充继电器K进行预充电，在规定时间内将负载回路电压U₂与电池系统电压U₁进行对比，并且给定一个预设电压值，如果负载回路电压U₂和电池系统电压U₁的差值在预设电压值之内，并持续一段时间，则认为预充电成功，否则认为不成功。

在预充电过程中，本发明先计算预充电阻R的预测发热量，并给定预充电阻R的预设临界发热量，如果预充电阻R的预测发热量大于预设的发热量，则认为不满足预充电状态，禁止预充电，如果预充电阻R的预测发热量小于等于预设的发热量，则认为满足预充电状态，可以进行预充；且在预充电过程中对负载回路电压U₂进行实时监控，判断本次预充电能否成功。

优选的，预充电阻R=60Ω，电机薄膜电容C=500uF，电池系统电压U₁=350V，负载回路电压U₂=250V。

在初始状态下，Q₀=0J，因此，预充判断单元K4判断预充电条件满足时，预充电阻R在第一次预充完成后的累计发热量Q₁= Q₀+0.5*U₁ ²*C= 0+0.5*350²*500*10^-6= 30.625J。

设定预设发热量为100J，累计发热量Q₁=30.625J＜100J，允许预充电。

以预充继电器K闭合的时间点作为初始时间t₀，负载回路电压U₂大于等于电池系统电压U₁的90%的时间点作为结束时间t_n，取电流采样周期△t₁=10ms，n=（t_n-t₀）/△t₁=10，预充热量计算单元K2计算预充电阻R在预充电过程中的实时发热总量Q₂=Q₀

=0+27.5625=27.5625J＜预设发热量100J，继续预充电。

取冷却速度q=15J/s，间隔时间△t₂=2s，预充热量计算单元K2计算上次累计发热量Q₀ ⁽ⁿ⁾ = Q₀ ^(n-1)-q△t₂=30.625-15*2=0.625J＜预设发热量100J，完成一次完整的预充电过程，且满足预充电的条件iv，返回步骤1，进入下一次预充电。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，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 (2)

1.一种电动汽车预充电状态的控制方法，其特征是：包括预充电阻、预充继电器、电机薄膜电容和电池系统电压，预充电阻、预充继电器、电机薄膜电容、电池系统电压连接成预充回路，负载回路电压为电机薄膜电容两端的实时电压值；

所述的电动汽车预充电状态的控制方法包括如下步骤：

步骤1：预充开始前，预充判断单元判断预充电条件是否满足，满足预充电条件后执行步骤2，否则无动作；

步骤2：预充监测单元计算当前电池系统电压与负载回路电压的差值；

步骤3：预充热量计算单元计算预充电阻在预充完成后的累计发热量，若累计发热量大于预设发热量，则不允许预充电，等待满足下次预充电条件；若累计发热量小于等于预设发热量，则允许预充电；预充电阻在预充完成后累计发热量的计算公式如下：

Q₁＝Q₀+0.5*U₁ ²*C

其中，Q₀为上次累计发热量，U₁为电池系统电压，C为电机薄膜电容值；

步骤4：预充执行单元根据步骤2和步骤3的计算结果进行预充电或禁止预充电；

在所述的步骤4中，还包括如下分步骤：

步骤4.1：预充电过程中预充监测单元实时监测预充回路电流I_n的变化曲线；

步骤4.2：预充判断单元判断预充回路电流变化是否满足0≤I_n≤(U₁-U₂)/R，若是，则执行步骤5，若否，则执行步骤6，其中，U₂为负载回路电压；

步骤5：预充热量计算单元计算预充电阻在预充电过程中的实时发热总量，若实时发热总量大于预充预设发热量，则预充判断单元立即停止预充电，若实时发热总量小于等于预充预设发热量，则继续预充电；预充电阻的实时发热总量的计算公式如下：

其中，Q₀为上次累计发热量，R是预充电阻的阻值，I_n是预充回路的实时电流，△t₁是电流采样周期；

步骤6：等待下次预充指令，预充判断单元计算两次预充的间隔时间；

步骤7：预充热量计算单元计算上次累计发热量并返回步骤1，上次累计发热量的计算公式如下：

Q₀＝Q₀ ^(n-1)-q△t₂

其中，Q₀ ^(n-1)为上上次累计发热量，q为在一段时间范围内预充电阻的自然冷却平均速率，△t₂为两次预充电的间隔时间；

在所述的步骤7中，若q△t₂≥Q₀ ^(n-1)，则Q₀取0焦耳。

2.根据权利要求1所述的电动汽车预充电状态的控制方法，其特征是：在所述的步骤1中，预充电条件包括：

i)负载回路电压大于等于电池系统电压的90％；

ii)条件i至少能够持续预设时间；

iii)预充回路电流的曲线变化符合预期情况，即预充回路电流变化在预设变化范围内；

iv)预充电过程中累计发热量不大于预设发热量；

当条件i、ii、iii和iv都满足时，认为预充电条件满足。

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