CN110626175A - 一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车，预充电装置包括：预充电电路、电池加热片模块、预充电控制器和温度检测器；温度检测器设置于电池加热片模块上，用于检测电池加热片模块的温度；预充电控制器与预充电电路连接，用于接收充电器发送的预充电脉宽调制信号，并根据预充电脉宽调制信号和电池加热片模块的温度生成预充电控制指令；电池加热片模块与预充电电路连接，用于作为保护电阻保护预充电电路；而且，预充电控制方法通过上述预充电装置实现，电动汽车包括上述预充电装置；本发明降低了预充电电路的成本，提高预充电电路的可靠性，并且有效的控制了预充电电流和预充电时间及其温度。

Description

一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车电池电路领域，更为具体来说，本发明为一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车。
背景技术
在电动汽车上，电池的负载一般为容性负载。串联在容性负载和电池中间的主开关，在闭合的瞬间会通过很大的电流。为避免该电流，增加预充电电路。
预充电电路可以限制容性负载的充电电流，但是，预充电电路的充电电阻一般选择水泥壳或铝型材壳体的绕线电阻。很容易被烧损，成本又非常高。
现有技术提供了电动汽车的供电电路和电动汽车，技术方案使用继电器控制具有预充和加热功能的热敏电阻(PTC)，通过热敏电阻(PTC)的特性，避免预充电阻熔断，同时实现加热功能，降低了成本。但是继电器作为开关，只能工作在开通和断开状态，由于热惯性，温度控制不精确，发热功率与自身特性相关，匹配不灵活。
因此，如何降低预充电电路的成本，提高预充电电路的可靠性，成为了本领域的关键性问题，并且如何控制预充电电流和预充电时间及其温度，也是现存在的关键性问题。
发明内容
为解决现有降低预充电电路的成本，提高预充电电路的可靠性等问题，本发明创新地提供了一种预充电和加热电路及其控制方法，能够降低预充电电路的成本，提高预充电电路的可靠性，并且有效的控制了预充电电流和预充电时间及其温度。
为实现上述技术目的，本发明公开了一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车，包括：
一种电动汽车的预充电装置，所述装置与充电器连接，所述充电器用于发送预充电脉宽调制信号，所述装置包括：预充电电路、电池加热片模块、预充电控制器和温度检测器；
所述温度检测器设置于电池加热片模块上，用于检测电池加热片模块的温度；
所述预充电控制器与预充电电路连接，用于接收充电器发出的预充电脉宽调制信号，并根据所述预充电脉宽调制信号和电池加热片模块的温度生成预充电控制指令；
所述电池加热片模块与预充电电路连接，用于作为保护预充电电路的保护电阻。
进一步地，所述电池加热片模块由多个电池加热片并联组成。
进一步地，所述预充电电路包括：预充开关、加热开关和主开关；
所述加热开关与电池加热片模块串联连接，构成加热模块；
所述加热模块用于在加热开关闭合时，对电池加热片模块进行加热；
所述预充开关与电池加热片模块串联连接，构成预充电模块；
所述预充电模块用于在预充开关闭合时，通过电池加热片模块及进行预充电；
所述预充电模块与主开关并联。
进一步地，所述主开关，还包括：接触器；
所述接触器的两个接触点并联在所述主开关的两端，构成主电路模块；
当预充电控制器根据预充电控制指令控制所述预充开关和所述加热开关均断开时，以使电流流向主开关，所述接触器的两个接触点根据电流产生的磁场使主开关闭合。
进一步地，所述预充电模块，还包括：二极管和电流传感器；
所述电流传感器设置于预充电模块中，与电池加热片模块连接，用于检测预充电模块的电流；
所述二极管串联在预充开关和主开关之间，并且所述二极管的负极与预充开关连接，正极与主开关连接。
进一步地，还包括：电池和负载；
所述电池与连有预充电电路中电池加热片模块的主开关的一端连接，用于提供电流；
所述负载分别与连有预充电电路中主电路的一端和电池的一端连接；
所述电池、负载、预充电电路构成电池包。
一种所述装置的预充电控制方法，其特征在于，所述方法包括：
预充电控制器获取预充电脉宽调制信号；
基于所述预充电脉宽调制信号以及温度检测器获取的电池加热片模块表面的温度生成预充电指令；
基于所述预充电指令和电池加热片模块对负载进行充电。
进一步地，所述对负载进行充电时的预充电脉宽调制信号为占空比逐渐增大的脉宽调制信号。
进一步地，所述基于所述预充电指令和电池加热片模块对负载进行充电，包括：
基于预充电脉宽调制信号和预充电允许通过的预充电电流最大值控制预充电电流；
预充电控制器根据预充电指令闭合预充开关，所述预充电电流经过预充开关、电池加热片模块和二极管对负载进行预充电；
预充电完成后，预充电控制器根据所述预充电指令断开预充开关，闭合加热开关；
所述预充电控制器根据温度检测器获取的所述电池加热片模块表面温度，控制预充电脉宽调制信号，从而控制加热功率的大小；
根据所述加热功率对电池加热片模块进行加热；
当温度检测器检测所述电池加热片模块的温度高于预设值时，所述预充电控制器断开加热开关，接触器的两个接触点基于充电电流产生的磁场闭合主开关，导通主电路模块，对负载进行充电。
进一步地，所述预充电控制器根据温度检测器获取的所述电池加热片模块表面温度，控制预充电脉宽调制信号，从而控制加热功率的大小，包括：
当检测的电池加热片模块表面温度等于或低于预设定值时，调整脉宽调制信号，控制加热功率到设置的最大值；
当检测的电池加热片模块表面温度高于预设值时，增大所述脉宽调制信号的占空比，降低所述电池加热片的功率，直到所述电池加热片模块表面温度等于预设温度值，则所述加热功率降为零。
一种电动汽车，包括预充电装置。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的预充电装置，包括：预充电电路、电池加热片模块和温度检测器；所述温度检测器设置于电池加热片模块上，用于检测电池加热片模块的温度；所述电池加热片模块用于接收预充电脉宽调制信号，并基于所述预充电脉宽调制信号和电池加热片模块的温度生成预充电指令；所述电池加热片模块与预充电电路连接，用于根据预充电脉宽调制信号对预充电电路进行充电时，作为保护电阻保护预充电电路，降低了预充电电路的成本，提高预充电电路的可靠性，并且有效的控制了预充电电流和预充电时间及其温度。
2、本发明提供的预充电装置的控制方法，抑制了预充电电流最大值，并加快了预充电进程。避免预充电阻熔断，提高了预充电可靠性，电池温度控制精确，避免了电池过热的影响。
附图说明
图1为本发明的预充电和加热电路连接在正极的结构示意图；
图2为本发明的预充电和加热电路连接在负极的结构示意图；
图3为本发明的电池加热片模块的结构示意图；
图4为本发明的预充电装置的控制方法的流程示意图；
图5为本发明的预充电电路控制方法流程示意图；
图6为本发明的预充电电路中加热模块控制方法流程示意图；
其中，1-电池，2-主开关，3-电池加热片模块，4-预充开关，5-加热开关，6-二极管，7-负载。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明提供的一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车进行详细的解释和说明。
实施例1
本发明利用电池中电池加热片作为预充电阻使用，在电池加热片的加热功能没有改变的前提下，减少了一个金属壳电阻或水泥电阻，降低了成本，提高了整个回路的可靠性。如图1和图2所示，本发明具体提供了一种电动汽车的预充电装置、预充电控制方法及电动汽车，其中：
所述装置与充电器连接，所述充电器用于发送预充电脉宽调制信号，所述装置包括：预充电电路、电池加热片模块3、预充电控制器和温度检测器；
所述温度检测器设置于电池加热片模块3上，用于检测电池加热片模块的温度；
所述预充电控制器与预充电电路连接，用于接收充电器发送的预充电脉宽调制信号，并根据所述预充电脉宽调制信号和电池加热片模块的温度生成预充电控制指令；
所述电池加热片模块3与预充电电路连接，用于作为保护电阻保护预充电电路。
本发明中，电池加热片模块3作为了预充电电路的预充电阻，减少了一个电阻，降低了成本，而且电池加热片模块本身的加热功能也没有改变。
所述电池加热片模块由多个电池加热片并联组成，如图3所示，电池加热片的并联数量也可以根据实际情况而定。
所述预充电电路包括：预充开关5、加热开关6和主开关2；
所述加热开关6与电池加热片模块3串联连接，构成加热模块；
其中，加热模块包括：加热开关和电池加热片模块，加热模块用于在加热开关6闭合时，对电池加热片模块3进行加热；
加热电路工作时，闭合加热开关5，电流通过电池加热片模块3和加热开关5，实现加热功能。
在电池加热片模块3表面通过设置的温度检测器件得到加热片模块3的额表面温度，通过调整PWM占空比，控制加热功率，当加热片表面温度高过定值时，使加热功率为零。
电池加热片模块3温度远低于充电允许最低温度时，电池加热片模块最大机功率运行，电池温度升高过程中，逐渐降低功率，直到电池加热片模块的温度等于充电允许最低温度，加热功率降为零。
在进行加热功能时，可以准确的控制温度，避免电池过热。
所述预充开关4与电池加热片模块3串联连接，构成预充电模块；
预充电模块，包括预充开关4和电池加热片模块3以及二极管6，预充电模块用于在预充开关4闭合时，通过电池加热片模块3进行预充电；
所述预充电模块3与主开关2并联。
所述预充电模块，还包括：二极管6和电流传感器；
所述电流传感器设置于预充电模块中，与电池加热片模块3连接，用于检测预充电模块的电流；
所述二极管6串联在预充开关4和主开关2之间，并且所述二极管的负极与预充开关4连接，正极与主开关2连接；
所述二极管用于防止加热开关5、预充开关4和主开关2同时导通时造成短路。
预充电功能工作时，闭合预充开关4，电流通过电池加热片模块3、预充开关4主触点和二极管6流向负载7。
预充电时，使用占空比逐渐增大的脉宽调制信号(PWM)控制预充电电流，抑制预充电电流最大值，并加快了预充电进程。避免预充电阻熔断，提高了预充电可靠性。
预充电电路通过脉宽调制信号使预充电电流和预充电时间灵活可靠。
主电路工作时，主开关2闭合，预充开关4断开，电流通过主开关2流向负载7。
主开关2，还包括：接触器；
接触器的两个接触点并联在所述主开关的两端，构成主电路模块；
当预充电控制器根据预充电控制指令断开预充开关4和加热开关5时，电流流向主开关2，所述接触器的两个接触点根据电流产生的磁场使主开关闭合。
还包括：电池1和负载7；
所述电池1与连有预充电电路中电池加热片模块3的主开关2的一端连接，用于提供电流；
所述负载7分别与连有预充电电路中主电路2的一端和电池的一端连接；
所述电池1、负载7、预充电电路构成电池包。
所述电池加热片为金属电热膜、聚酰亚胺薄膜电热膜、硅胶加热片或环氧板。
实施例2
本发明根据预充电装置结构还提供了其控制方法，如图4所示，所述方法包括：
步骤一：预充电控制器获取预充电脉宽调制信号；
步骤二：根据所述预充电脉宽调制信号以及温度检测器获取的电池加热片模块表面的温度生成预充电指令；
预充电控制器根据预充电脉宽调制信号首先生成预充电指令进行预充电模式；
预充电完成后，根据温度检测器检测电池加热片模块的温度进行加热模式，当温度低于或等于预设温度时，根据设定的加热功率最大值，生成加热指令；当温度高于预设温度时，根据温度的逐渐升高，控制加热功率逐渐降低，生成加热功率逐渐降低的加热指令。
步骤三：根据所述预充电指令和电池加热片模块对负载进行充电。
对负载进行充电时的预充电脉宽调制信号为占空比逐渐增大的脉宽调制信号。
其中，步骤三：根据所述预充电指令和电池加热片模块对负载进行充电，如图5所示，包括：
基于预充电脉宽调制信号和预充电允许通过的预充电电流最大值控制预充电电流；
预充电控制器根据预充电指令闭合预充开关，所述预充电电流经过预充开关、电池加热片模块和二极管对负载进行预充电；
预充电完成后，预充电控制器根据所述预充电指令断开预充开关，闭合加热开关；
所述预充电控制器根据温度检测器获取的所述电池加热片模块表面温度，控制预充电脉宽调制信号，从而控制加热功率的大小；
根据所述加热功率对电池加热片模块进行加热；
当温度检测器检测所述电池加热片模块的温度高于预设值时，所述预充电控制器断开加热开关，接触器的两个接触点基于充电电流产生的磁场闭合主开关，导通主电路模块，对负载进行充电。
如图6所示，预充电控制器根据温度检测器获取的所述电池加热片模块表面温度，控制预充电脉宽调制信号，从而控制加热功率，包括：
当检测的电池加热片模块表面温度等于或低于预设定值时，调整脉宽调制信号，控制加热功率到设置的最大值；
当检测的电池加热片模块表面温度高于预设值时，增大所述脉宽调制信号的占空比，降低所述电池加热片的功率，直到所述电池加热片模块表面温度等于预设温度值，则所述加热功率降为零。
实施例3
基于同一种构思发明，本申请还提供一种电动汽车，该电动汽车包括上述的预充电装置以及采用上述的预充电控制方法，本实施例包括实施例1和实施例2。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电动汽车的预充电装置，其特征在于，所述装置与充电器连接，所述充电器用于发送预充电脉宽调制信号，所述装置包括：预充电电路、电池加热片模块、预充电控制器和温度检测器；
所述温度检测器设置于电池加热片模块上，用于检测电池加热片模块的温度；
所述预充电控制器与预充电电路连接，用于接收充电器发出的预充电脉宽调制信号，并根据所述预充电脉宽调制信号和电池加热片模块的温度生成预充电控制指令；
所述电池加热片模块与预充电电路连接，用于作为保护预充电电路的保护电阻。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池加热片模块由多个电池加热片并联组成。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述预充电电路包括：预充开关、加热开关和主开关；
所述加热开关与电池加热片模块串联连接，构成加热模块；
所述加热模块用于在加热开关闭合时，对电池加热片模块进行加热；
所述预充开关与电池加热片模块串联连接，构成预充电模块；
所述预充电模块用于在预充开关闭合时，通过电池加热片模块进行预充电；
所述预充电模块与主开关并联。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主开关，还包括：接触器；
所述接触器的两个接触点并联在所述主开关的两端，构成主电路模块；
当预充电控制器根据预充电控制指令控制所述预充开关和所述加热开关均断开时，以使电流流向主开关，所述接触器的两个接触点根据电流产生的磁场使主开关闭合。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述预充电模块，还包括：二极管和电流传感器；
所述电流传感器设置于预充电模块中，与电池加热片模块连接，用于检测预充电模块的电流；
所述二极管串联在预充开关和主开关之间，并且所述二极管的负极与预充开关连接，正极与主开关连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：电池和负载；
所述电池与连有预充电电路中电池加热片模块的主开关的一端连接，用于提供电流；
所述负载分别与连有预充电电路中主电路的一端和电池的一端连接；
所述电池、负载、预充电电路构成电池包。
7.一种权利要求1-6中任一权利要求所述装置的预充电控制方法，其特征在于，所述方法包括：
预充电控制器获取预充电脉宽调制信号；
基于所述预充电脉宽调制信号以及温度检测器获取的电池加热片模块表面的温度生成预充电指令；
基于所述预充电指令和电池加热片模块对负载进行充电。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对负载进行充电时的预充电脉宽调制信号为占空比逐渐增大的脉宽调制信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述预充电指令和电池加热片模块对负载进行充电，包括：
基于预充电脉宽调制信号和预充电允许通过的预充电电流最大值控制预充电电流；
预充电控制器根据预充电指令闭合预充开关，所述预充电电流经过预充开关、电池加热片模块和二极管对负载进行预充电；
预充电完成后，预充电控制器根据所述预充电指令断开预充开关，闭合加热开关；
所述预充电控制器根据温度检测器获取的所述电池加热片模块表面温度，控制预充电脉宽调制信号，从而控制加热功率的大小；
根据所述加热功率对电池加热片模块进行加热；
当温度检测器检测所述电池加热片模块的温度高于预设值时，所述预充电控制器断开加热开关，接触器的两个接触点基于充电电流产生的磁场闭合主开关，导通主电路模块，对负载进行充电。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预充电控制器根据温度检测器获取的所述电池加热片模块表面温度，控制预充电脉宽调制信号，从而控制加热功率的大小，包括：
当检测的电池加热片模块表面温度等于或低于预设定值时，调整脉宽调制信号，控制加热功率到设置的最大值；
当检测的电池加热片模块表面温度高于预设值时，增大所述脉宽调制信号的占空比，降低所述电池加热片的功率，直到所述电池加热片模块表面温度等于预设温度值，则所述加热功率降为零。
11.一种电动汽车，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的充电装置。
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