CN110435478A - 一种动力电池充电系统、充电方法及电动汽车 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及充电领域，尤其涉及一种动力电池充电系统、充电方法及电动汽车。一种动力电池充电系统，包括：动力电池组；与所述动力电池组并联装设的加热模块；BMS，包括：用于存储电流MAP表、第一温度阈值、第二温度阈值的存储单元；检测单元；用于将所述测量温度值与所述第一温度阈值及所述第二温度阈值进行比对、根据所述测量温度值及所属测量SOC值配合所述电流MAP表匹配即时最佳电流的控制单元；驱动单元；电流请求单元。系统根据BMS检测电池组的温度值，并与第一温度阈值、第二温度阈值进行比对，可以向充电桩发送动态请求电流需求，不会造成恒流状态下充电电流远大于加热电流的现象，对电池使用寿命和缩短充电时间都具有极大进步。
Description
技术领域
本申请涉及充电领域，尤其涉及一种动力电池充电系统、充电方法及电动汽车。
背景技术
目前人类社会环境破坏严重、化石能源日益枯竭，为了改善目前现状，世界各个国家开始进行限制燃油车的制造和使用，大力发展新能源汽车，为了生产出性能更优秀的新能源车，所以纯电动新能源车最关键的零部件动力电池设计就尤为关键。
在新能源汽车领域中，在低温下的充电一直是一个难题，主要原因在于新能源汽车的主要以电动汽车为主，而电动汽车又以锂电池为主要动力电池。锂电池在低温下充电时的化学反应很难控制，如果使用大电流进行充电，容易造成锂电池析锂的现象，就是锂金属析出刺破隔膜造成的锂电池内短路现象，这是非常危险的事态。
而现有的解决方法就是在低温下，开启电池系统加热功能，并加热到10℃左右，然后关闭加热开启充电，但是在0℃到10℃区间内，锂电池可充电电流过小，电池此时充电自身无法维持热平衡，若此时开始充电，将造成反复重启加热现象，将大大延长充电时间，在终端客户对于电动车的充电时间要求日益增高的情况下，电池系统应该需要缩短充电时间，除了对于电池本身化学性质的改进以外，也需要对电池的控制策略方面进行优化。
例如申请号为CN201310364692.3的专利文献公开了一种纯电动汽车动力电池的低温充电加热系统及加热方法，在一定温度区间内进行充电的方法，但是此专利中仅适用固定的一个较小电流值进行请求，对于缩短充电时间的效率较低，且截至温度上5℃时锂电池充电电流大小不足，电池系统无法靠自身产热稳定温度，从而会造成加热系统重复启动的现象。
申请号为201710292831.4的专利申请文献，公开了一种低温充电方法，是在低温区间使用恒流充电，但是因为电池与加热设备的内阻的不同，就会造成电池的充电电流远远大于加热电流，这样对于电池的伤害非常巨大，会极大缩短电池寿命。
因而现有的低温充电方法及设备都亟需发明人进行改进和提高，使既能够在保护电池不受损伤的情况下，提高低温充电效率，不会缩短电池寿命。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种动力电池充电系统、充电方法及电动汽车，在低温区间用动态请求电流保证在最大充电情况下，既能保障电池不收到损伤，同时保证加热和充电，并缩短充电时间。
为了达到上述目的，本申请采取了以下技术方案：
一种动力电池充电系统，包括：
动力电池组；
与所述动力电池组并联装设的加热模块；
BMS，包括：
用于存储电流MAP表、第一温度阈值、第二温度阈值的存储单元；
用于检测所述动力电池组的测量温度值、测量SOC值的检测单元；
用于将所述测量温度值与所述第一温度阈值及所述第二温度阈值进行比对、根据所述测量温度值及所属测量SOC值配合所述电流MAP表匹配即时最佳电流的控制单元；
用于根据所述控制单元的驱动信号，控制所述加热模块、所述动力电池组分别与所述充电桩之间的连路的驱动单元；
用于根据所述控制单元的电流需求信号，向充电桩发送动态请求电流信号的电流请求单元。
优选的所述的动力电池动力系统，所述检测单元还用于检测所述动力电池组的测量SOC值；所述MAP表根据电池环境温度与电池SOC综合状态下建立，用于根据所述测量温度值和所述测量SOC值匹配所得到最佳即时充电电流。
优选的所述的动力电池充电系统，所述BMS记录所述加热模块的电阻值，读取所述充电桩充电的动态电压；所述加热所需电流为所述动态电压除所述电阻值；所述动态请求电流为所述最佳即时充电电流与所述加热模块所需电流之和，包括第一动态请求电流、第二动态请求电流。
优选的所述的动力电池充电系统，所述动力电池组通过总正继电器与总负继电器与所述充电桩连接；
所述加热模块通过加热继电器与所述动力电池组并联装设；
所述驱动单元还用于驱动所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器断开与闭合，完成相应的工作模式。
优选的所述的动力电池充电系统，所述工作模式包括：
纯加热模式：所述加热继电器为闭合状态，所述总正继电器与所述总负继电器为断开状态，所述BMS向所述充电桩发送加热请求电流信号；
边加热边充电模式：所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器为闭合状态，所述BMS向所述充电桩发送所述第一动态请求电流信号；
纯充电模式：所述总正继电器、所述总负继电器为闭合状态，所述加热继电器为断开状态，所述BMS向所述充电桩发送第二动态请求电流信号。
优选的所述的动力电池充电系统，还包括散热模块，所述存储单元还用于存储第三温度阈值、第四温度阈值；所述控制单元还用于将所述测量温度与所述第三温度阈值及第四温度阈值进行比对；所述驱动单元还用于驱动所述散热模块工作；
所述工作模式还包括：
边散热边充电模式：所述总正继电器、所述总负继电器为闭合状态，所述散热模块工作；
纯散热模式：所述总正继电器、所述总负继电器为断开状态，所述散热模块工作。
优选的所述的动力电池充电系统，其特征在于，所述散热模块包括风机和散热通道；所述散热通道具有对应的进风口和出风口。
一种使用任一所述的动力电池充电方法，在充电桩与充电系统连接后，包括步骤：
A、检测电池包的测量温度值以及电池SOC值；
B、将所述测量温度值跟所述第一温度阈值以及所述第二温度阈值进行比对，并根据比对结果启动相应工作模式。
优选的所述动力电池充电方法，所述步骤B还包括：
当所述测量温度值小于所述第一温度阈值时，执行所述纯加热模式；
当所述测量温度值大于或等于所述第一温度阈值，并小于所述第二阈值时，执行所述边充电边加热模式；
当所述测量温度值大于或等于所述第二阈值时，执行所述纯充电模式。
优选的所述的电池充电方法，所述步骤B还包括：
所述当所述测量温度值大于或等于所述第三温度阈值，并小于所述第四阈值时，执行所述边充电边散热模式；
当所述测量温度值大于或等于所述第四阈值时，执行所述纯散热模式。
优选的所述的充电方法，还包括步骤：
C、判断所述电池SOC值是否为100％，若是，则所述BMS驱动所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器同时断开，向所述充电桩发送零请求电流，完成充电；若否，则执行步骤A。
一种电动汽车，具有任一所述的充电系统。
相较于现有技术，本申请提供的一种动力电池充电系统、充电方法及电动汽车，系统根据BMS检测电池组的温度值，并与第一温度阈值、第二温度阈值进行比对，当温度值介于所述第一温度阈值与所述第二温度阈值之间的时候，可以向充电桩发送动态请求电流需求，使充电电流保持最佳，同时又能加热，对电池使用寿命和缩短充电时间都具有极大进步。
附图说明
图1是本申请提供的动力电池充电系一统结构图；
图2是本申请提供的BMS的结构框图；
图3是本申请提供的动力电池充电系统二结构图；
图4是本申请提供的动力电池充电方法流程图；
图5是本申请提供的实施例3的方法部分流程图。
BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)；
SOC(State of Charge，荷电状态)。
总正继电器1、加热继电器2、总负继电器3、动力电池组4、加热模块5、BMS6，风机7、进风口8、出风口9、散热通道10、存储单元61、检测单元62、控制单元63、驱动单元64、电流请求单元65。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
请一并参阅附图1-5。
实施例1
本申请提供一种动力电池充电系统，包括BMS6、动力电池组4、加热模块5；首先建立持续供电电流MAP表，所述MAP表如图1所示，不同的电池组的所述MAP表也是不同的，在电池组确定的情况下，将电池组的MAP表存储在所述BMS6中，并在所述BMS6中设定第一温度阈值、第二温度阈值，所述第一温度阈值和所述第二温度阈值的选取可以是所述MAP表上的温度数值，也可以是根据不同的温度需求设定；所述加热模块5与所述动力电池组4并联装设，用于给所述动力电池组4加热。
着重参阅附图2，在所述BM,6中具体包括：
用于存储电流MAP表、第一温度阈值、第二温度阈值的存储单元61；
用于检测所述动力电池组的测量温度值、测量SOC值的检测单元62；
用于将所述测量温度值与所述第一温度阈值及所述第二温度阈值进行比对、根据所述测量温度值及所属测量SOC值配合所述电流MAP表匹配即时最佳电流的控制单元63；
用于根据所述控制单元的驱动信号，控制所述加热模块、所述动力电池组分别与所述充电桩之间的连路的驱动单元64；
用于根据所述控制单元的电流需求信号，向充电桩发送动态请求电流信号的电流请求单元65。
具体的，所述MAP表为如下表达：
具体实施中，所述BMS6检测所述动力电池组4的测量温度值及电池的SOC，并于所述第一温度阈值以及所述第二温度阈值进行比较，当所述测量温度值介于所述第一温度阈值以及所述第二温度阈值之间的时候，根据所述测量温度值及电池的所述SOC在所述MAP表上匹配到所述电池最佳即时充电电流，并加上所述加热模块5所述电流，向充电桩发送动态请求电流。所述BMS6用于与所述充电桩之间进行信息交互。
在本实施例中，所述Map表具体为：
具体的，将所述第一温度阈值设定为0℃，所述第二温度阈值设定为10℃，当所述测量温度值在(0℃，10℃)之间的时候，所述BMS6通过采集当前电池系统总电压U1，根据电池系统的加热速率的需要设计的所述加热模块5的电阻值，记录至BMS6中，记为R1，并匹配所述MAP表，得到当前温度下，当前SOC下，所述动力电池组4的所述最佳即时充电电流I1，例如在所述测量温度值为0℃、所述测量SOC值为70％时，所述最佳即时充电电流I1＝25A，通过公式计算此时的需求电流I需求＝U1/R1+I1＝U1/R1+25A；当所述测量温度值为0℃、所述测量SOC值为90％时，所述最佳即时充电电流I1＝20A，则I需求＝U1/R1+I1＝U1/R1+20A；以所述需求电流作为充电电流的依据是因为边充电边加热过程较为特殊，因为电池系统自身是有电压存在的，所以在充电时间内，充电桩会根据当前的电池电压匹配充电桩端的动态电压，所述动态电压同样作为加热系统的启动电压，而所述动态电压并不等同于加热模块5纯加热模式下的额定电压，所以不可以直接按照正常额定电压下加热的电压计算向所述充电桩发送请求电流；由于所述动态电压在加热过程中和所述加热模块5的电阻是符合欧姆定律：U＝I*R，所以在计算请求充电桩的电流时，先通过BMS6读取当前的电池系统所述动态电压(所述动态电压随所述动力电池组4的剩余电量的不同而不同)，再以所述动态电压除加热系统总电阻，可以计算得到当前加热系统的电流大小，再加上在所述MAP表中匹配得到的当前温度和SOC下的充电电流，可以得到此时的I需求，既所述第一动态请求电流，充电桩输出所述第一动态请求电流给电池系统可以保证最大加热功率的同时，用于避免电池充电电流过大损坏电池的使用寿命。
在实际操作中，所述动力电池充电系统还包括：所述动力电池组4通过总正继电器1与总负继电器3与所述充电桩连接；所述加热模块5通过加热继电器2与所述动力电池组4并联装设；所述BMS6还用于驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3、所述加热继电器2断开与闭合。
具体的，当所述测量温度值小于所述第一温度阈值时，启动所述动力电池充电系统的纯加热模式，所述BMS6驱动所述加热继电器2闭合，所述总正继电器1与所述总负继电器3断开，所述BMS6向所述充电桩发送加热请求电流；例如，所述第一温度阈值为0℃，当所述测量温度值小于0℃时，即使匹配所述MAP表，所得到的所述最佳即时电流也是0A，那么就是只需要闭合所述加热继电器2，只需要用额定电压给所述加热模块5进行供电，迅速进加热；当所述测量温度值等于所述第一温度阈值的时候，就执行边加热边冲充电模式。
当所述测量温度值大于或等于所述第一温度阈值，并小于所述第二阈值时，就执行边加热边冲充电模式，所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3、所述加热继电器2同时闭合，所述BMS6向所述充电桩发送第一动态请求电流；当所述测量温度值大于所述第二温度阈值时，就执行纯充电模式。
当所述测量温度值大于或等于所述第二温度阈值时，执行纯充电模式，所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3闭合，所述加热继电器2断开，所述BMS6根据所述测量温度值和所述SOC值在所述MAP表匹配所述最佳即时充电电流，并向所述充电桩发送第二动态请求电流信号，所述第二动态请求电流为所述最佳即时充电电流。例如，所述第二温度阈值为10℃，当所述测量温度值大于10℃的时候，那么将断开所述加热继电器2，只会闭合所述总正继电器1以及所述总负继电器3，比如所述测量温度值为25摄氏度、所述测量SOC值为60％的时候，所述最佳即时充电电流为100A，则向充电桩发送的所述第二动态请求电流就是100A，当所述测量温度值为40℃、所述测量SOC值为90％的时候，所述最佳即时充电电流为50A，那么所述第二动态请求电流就是50A。
实施例2
在实施例1的基础上，本申请提供的动力电池充电系统还包括：还包括散热模块，所述BMS6还用于驱动所述散热模块工作；设定第三温度阈值、第四温度阈值；
边散热边充电模式：所述当所述测量温度值大于或等于所述第三温度阈值，并小于或等于所述第四阈值时，所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3闭合，驱动所述散热模块工作；
纯散热模式：当所述测量温度值大于所述第四阈值时，所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3断开，驱动所述散热模块工作。
所述散热模块包括风机7和散热通道10；所述散热通道10具有对应的进风口8和出风口9。
例如所述第三温度阈值为50℃，所述第四温度阈值为55℃。当所述测量温度值介于50℃和55℃之间的时候，则执行所述边散热边充电模式，所述BMS6控制所述风机7进行吹风，对电池进行散热。
实施例3
请着重参照附图4-5。
一种适用于上述实施例1和实施例2的动力电池充电方法，包括步骤：
S100、检测电池包的测量温度值以及电池SOC值。
S200、将所述测量温度值跟所述第一温度阈值以及所述第二温度阈值进行比对，并根据比对结果启动相应工作模式。根据所述测量温度值以及所述SOC值在所述电流MAP得到电池最佳即时充电电流与所述加热模块5加热所需电流向所述充电桩发送动态请求电流；将所述测量温度值跟所述第一温度阈值以及所述第二温度阈值进行比对，并根据比对结果启动相应工作模式。
S300、判断所述电池SOC值是否为100％，若是，则所述BMS驱动所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器同时断开，向所述充电桩发送零请求电流，完成充电；若否，则执行步骤S100。
具体的，此处将所述第一温度阈值定为0℃、所述第二温度阈值定为10℃、所述第三温度阈值定为50℃、所述第四温度阈值设定为55℃。
在充电枪插入所述动力电池充电系统，将会唤醒所述BMS6，所述BMS6将会将测电池
纯加热模式：当所述测量温度＜0℃时，系统开始纯加热模式，闭合加热继电器2，所述BMS6请求充电桩电流为电池系统的额定电压除加热板的电阻R1，I加热＝U额定/R1；所述BMS6检测电池的所述测量温度值，当所述测量温度值＝0℃时，则所述BMS6将所述工作模式调整为边加热边充电模式。
边充电边加热模式：当10℃＞所述测量温度值≥0℃时，系统开始边充电边加热模式，闭合总正继电器1、总负继电器3，加热继电器2，所述BMS6通过采集当前电池系统总电压U1，根据电池系统的加热速率的需要设计的加热板的电阻值，记录至BMS6中，记为R1，并匹配所述MAP表，得到当前温度下，当前SOC下，所述动力电池组4的最佳即时充电电流I1，通过公式计算此时的需求电流I需求＝U1/R1+I1；同时判定所述SOC值是否为100％，若是，则所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3、所述加热继电器2同时断开，向所述充电桩发送零请求电流，完成充电；所述SOC值不是100％，则所述BMS6检测电池的所述测量温度值，当所述测量温度值＝10℃时，则所述BMS6将所述工作模式调整为纯充电模式。
纯充电模式：当50℃＞所述测量温度值≥10℃时，系统直接开始纯充电模式，闭合总正继电器1、总负继电器3，所述BMS6查表所述MAP表，得到当前温度下，当前SOC下，所述动力电池组4的所述最佳即时充电电流I1，此时请求电流＝所述最佳即时充电电流I1，向充电桩发送该请求电流；同时判定所述SOC值是否为100％，若是，则所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3同时断开，向所述充电桩发送零请求电流，完成充电；所述SOC值不是100％，则所述BMS6检测电池的所述测量温度值，当所述测量温度值＝50℃时，则所述BMS6将所述工作模式调整为边散热边充电模式。
便充电边散热模式：当55℃＞所述测量温度值≥50℃时，系统直接开始边散热边充电模式，闭合总正继电器1、总负继电器3，打开所述散热模块工作，所述BMS6匹配所述MAP表，得到当前温度下，当前SOC下，所述动力电池组4的所述最佳即时充电电流I1，此时请求电流＝所述最佳即时充电电流I1，向充电桩发送该请求电流；同时判定所述SOC值是否为100％，若是，则所述BMS6驱动所述总正继电器1、所述总负继电器3同时断开，并关闭所述散热模块，向所述充电桩发送零请求电流，完成充电；所述SOC值不是100％，则所述BMS6检测电池的所述测量温度值，当所述测量温度值＝55℃时，则所述BMS6将所述工作模式调整为纯散热电模式；当所述测量温度值＜50℃，则所述BMS6将所述工作模式调整为纯充电模式。
纯散热模式：当所述测量温度≥55℃时，系统开始纯散热模式，断开所述总正继电器1和所述总负继电器3，控制所述散热模块工作；当所述测量温度＜55℃时，所述BMS6将所述工作模式调整为边散热边充电模式。
更优化的方案中，为了更好的保护所述动力电池组4，每个模式的转换前，所述BMS6都将想所述充电桩的请求电流将为0A。
实施例4
一种电动汽车，使用上述实施例1和2种的动力电池充电系统，可以在寒冷的冬天或者夏天进行在保护电池的基础上将充电时间极大缩短。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本申请的技术方案及其申请构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本申请所附的权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种动力电池充电系统，其特征在于，包括：
动力电池组；
与所述动力电池组并联装设的加热模块；
BMS，包括：
用于存储电流MAP表、第一温度阈值、第二温度阈值的存储单元；
用于检测所述动力电池组的测量温度值、测量SOC值的检测单元；
用于将所述测量温度值与所述第一温度阈值及所述第二温度阈值进行比对、根据所述测量温度值及所属测量SOC值配合所述电流MAP表匹配即时最佳电流的控制单元；
用于根据所述控制单元的驱动信号，控制所述加热模块、所述动力电池组分别与所述充电桩之间的连路的驱动单元；
用于根据所述控制单元的电流需求信号，向充电桩发送动态请求电流信号的电流请求单元。
2.根据权利要求1所述的动力电池动力系统，其特征在于，所述检测单元还用于检测所述动力电池组的测量SOC值；所述MAP表根据电池环境温度与电池SOC综合状态下建立，用于根据所述测量温度值和所述测量SOC值匹配所得到最佳即时充电电流。
3.根据权利要求2所述的动力电池充电系统，其特征在于，所述BMS记录所述加热模块的电阻值，读取所述充电桩充电的动态电压；所述加热所需电流为所述动态电压除所述电阻值；所述动态请求电流为所述最佳即时充电电流与所述加热模块所需电流之和，包括第一动态请求电流、第二动态请求电流。
4.根据权利要求3所述的动力电池充电系统，其特征在于，所述动力电池组通过总正继电器与总负继电器与所述充电桩连接；
所述加热模块通过加热继电器与所述动力电池组并联装设；
所述驱动单元还用于驱动所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器断开与闭合，完成相应的工作模式。
5.根据权利要求4所述的动力电池充电系统，其特征在于，所述工作模式包括：
纯加热模式：所述加热继电器为闭合状态，所述总正继电器与所述总负继电器为断开状态，所述BMS向所述充电桩发送加热请求电流信号；
边加热边充电模式：所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器为闭合状态，所述BMS向所述充电桩发送所述第一动态请求电流信号；
纯充电模式：所述总正继电器、所述总负继电器为闭合状态，所述加热继电器为断开状态，所述BMS向所述充电桩发送第二动态请求电流信号。
6.根据权利要求4所述的动力电池充电系统，其特征在于，还包括散热模块，所述存储单元还用于存储第三温度阈值、第四温度阈值；所述控制单元还用于将所述测量温度与所述第三温度阈值及第四温度阈值进行比对；所述驱动单元还用于驱动所述散热模块工作；
所述工作模式还包括：
边散热边充电模式：所述总正继电器、所述总负继电器为闭合状态，所述散热模块工作；
纯散热模式：所述总正继电器、所述总负继电器为断开状态，所述散热模块工作。
7.根据权利要求6所述的动力电池充电系统，其特征在于，所述散热模块包括风机和散热通道；所述散热通道具有对应的进风口和出风口。
8.一种使用权利要求1-7任一所述的动力电池充电方法，其特征在于，在充电桩与充电系统连接后，包括步骤：
A、检测电池包的测量温度值以及电池SOC值；
B、将所述测量温度值跟所述第一温度阈值以及所述第二温度阈值进行比对，并根据比对结果启动相应工作模式。
9.根据权利要求8所述动力电池充电方法，其特征在于，所述步骤B还包括：
当所述测量温度值小于所述第一温度阈值时，执行所述纯加热模式；
当所述测量温度值大于或等于所述第一温度阈值，并小于所述第二阈值时，执行所述边充电边加热模式；
当所述测量温度值大于或等于所述第二阈值时，执行所述纯充电模式。
10.根据权利要求9所述的电池充电方法，其特征在于，所述步骤B还包括：
所述当所述测量温度值大于或等于所述第三温度阈值，并小于所述第四阈值时，执行所述边充电边散热模式；
当所述测量温度值大于或等于所述第四阈值时，执行所述纯散热模式。
11.根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于，还包括步骤：
C、判断所述电池SOC值是否为100％，若是，则所述BMS驱动所述总正继电器、所述总负继电器、所述加热继电器同时断开，向所述充电桩发送零请求电流，完成充电；若否，则执行步骤A。
12.一种电动汽车，其特征在于，具有权利要求1-7任一所述的充电系统。
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