CN111016731B - 一种充电保护电路、电动汽车的充电方法及电动汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充电保护电路、电动汽车的充电方法及电动汽车，该充电保护电路包括电源电路、驱动电路、开关电路、温度检测电路、外部控制器及开通控制电路，电源电路用于提供电源，驱动电路用于为开关电路提供开关的驱动电流，开关电路的开关用于接通或者断开充电回路，温度检测电路用于检测开关电路的温度，外部控制器用于向开通控制电路发出用于控制开关断开或闭合的控制指令，开通控制电路用于向驱动电路发出电流控制信号；该充电方法利用充电保护电路对电动汽车进行充电；该电动汽车包括充电保护电路。本发明对汽车电池的充电电路结构及充电方法进行了改进，彻底避免低温充电情况的发生，具有结构简单、易实施、成本低等突出优点。

Description

一种充电保护电路、电动汽车的充电方法及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车电池充电技术领域，更为具体地，本发明为一种充电保护电路、电动汽车的充电方法及电动汽车。
背景技术
目前，在低温下充电时，大多数锂电池电动汽车会导致电池寿命缩短甚至会引起安全事故。停车充电时，充电机一般会限制在低温下充电，该功能的实现依赖充电机，但由于使用不同品质的充电机导致电池管理系统技术良莠不齐，不可避免的会导致电动汽车在低温时，给电池充电；其次，混合动力由于取暖的要求会提前打开，发电机开始供电，当发电能量大于用电能量时，也会出现在低温下为电池组充电的情况；最后，当外界温度过低时，汽车的润滑油、齿轮油处于半凝固状态，汽车的负荷加大，电池在低温环境中电能的转化率非常低，长期处在低温环境中的电池续航时间会明显降低、使用寿命减短。
因此，如何确保低温时避免对锂电池进行充电，以延长锂电池的使用寿命和可靠性，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种充电保护电路、电动汽车的充电方法及电动汽车，本发明主要目的在于低温时避免对锂电池进行充电，以延长锂电池的使用寿命，而且本发明还能够抑制负载两端的有害的高压，保护负载不受浪涌电压的损害，提高电源管理系统(Battery Management System，BMS)的可靠性，从而彻底地解决现有技术存在的诸多问题。
为实现上述技术目的，本发明公开了一种充电保护电路，该充电保护电路包括电源电路、驱动电路、开关电路、温度检测电路、外部控制器及开通控制电路；
所述电源电路，分别与所述驱动电路、所述开通控制电路电连接，用于为所述驱动电路和所述开通控制电路提供电源；
所述驱动电路，与所述开关电路连接，用于根据接收到的电流控制信号为所述开关电路提供开关断开或闭合的驱动电流；
所述开关电路，包括所述开关，所述开关用于接通或者断开汽车电池的充电回路；
所述温度检测电路，与外部控制器连接，用于检测所述开关电路的温度以及将温度信息传输至所述外部控制器；
所述外部控制器，分别与所述温度检测电路、所述开通控制电路连接，用于根据接收到的温度检测电路发出的温度信息向所述开通控制电路发出用于间接控制开关电路中开关断开或闭合的控制指令；
所述开通控制电路，用于接收所述控制指令，以及根据所述控制指令向所述驱动电路发出电流控制信号。
进一步地，该充电保护电路还包括接入所述汽车电池的充电回路中的电压保护电路；所述电压保护电路用于检测汽车电池的充电回路的电压值以及用于将所述电压值发送至开通控制电路，所述开通控制回路还用于在所述电压值大于预设值时向驱动电路发出开关闭合信号，所述驱动电路还用于根据接收到的开关闭合信号为所述开关电路提供开关闭合的驱动电流。
进一步地，所述温度检测电路包括用于检测开关温度的温度传感器，所述温度传感器设置于开关电路中的开关旁，所述温度传感器与所述外部控制器无线通信连接。
进一步地，该充电保护电路还包括并联于开关两侧的二极管，且二极管的负极与电池的负极连接。
为实现上述技术目的，本发明还公开了一种利用上述的充电保护电路的电动汽车的充电方法，该充电方法包括如下步骤；
当利用温度检测电路获得的温度值低于最小预设温度安全值T1时，控制开关电路的开关S1断开，以控制自电池流出的电流从电池正极经过负载流向电池负极，以实现电流单向流动；
当利用温度检测电路获得的温度值高于最大预设温度安全值T2时，控制开关电路的开关S1闭合，以控制自电池流出的电流从电池正极流向电池负极或从电池负极流向电池正极，以实现电流双向流动。
进一步地，所述充电方法还包括如下步骤；
当利用温度检测电路获得的温度值低于最小预设温度安全值T1时，如果利用电压保护电路检测到的母线电压高于最小预设电压安全值V1时，控制开关电路的开关S1自动在预设时长内闭合后断开，在开关闭合时令电流通过开关S1后形成泄放回路，在开关断开后使电压小于或等于最大预设电压安全值V2；其中，所述预设时长≤2秒。
进一步地，所述充电方法还包括如下步骤；
当利用电压保护电路检测到的母线电压处于设定的电压安全值范围内，即母线电压处于最小预设电压安全值V1与最大预设电压安全值V2之间，且利用温度检测电路获得的温度值处于设定的温度安全值的范围，即处于最小预设温度安全值T1与最大预设温度安全值T2之间时，控制开关S1处于常接通状态。
进一步地，所述预设电压安全值的范围为336V～384V，所述预设温度安全值的范围为-15℃～60℃。
进一步地，最小预设温度安全值T1为-15℃，最大预设温度安全值T2为60℃，最小预设电压安全值V1为336V，最大预设电压安全值V2为384V。
为实现上述的技术目的，本发明还公开了一种电动汽车，该电动汽车包括上述任一种结构的充电保护电路。
本发明的有益效果为：本发明对汽车电池的充电电路结构及充电方法进行了优化和改进，能够彻底避免低温充电情况的发生，具有结构简单、易实施、成本低等突出优点；本发明能够在温度检测电路检测到开关电路温度小于最小值-15℃时，电池只放电不充电，有效避免了在低温下对动力电池进行充电时可能出现的安全事故，能够有效延长锂电池的使用寿命；而且本发明能够在电压保护电路检测到的电压安全值高于最大预设电压安全值V2时形成泄放回路，抑制母线电压过高，从而抑制负载两端有害的高压，保护负载不受浪涌电压的损害，提高电源管理系统(Battery Management System，BMS)的可靠性和安全性。
本发明能够对汽车电池组进行安全管理，延长锂电池使用寿命、降低锂电池失效风险，保证电池组工作在正常温度范围内，避免电池过充或者过放，提高电池安全等级，保证锂电池长时间的安全使用。
本发明具有响应速度快、控制精度高、BMS系统稳定等突出优点，较适用于电动汽车或混合动力汽车使用，适合大面积的推广和应用。
附图说明
图1为低温充电保护电路的电路结构示意图。
图2为电动汽车的充电方法的流程示意图。
图中，
1、电源电路；2、驱动电路；3、电压保护电路；4、温度检测电路；5、开通控制电路；6、开关电路；7、电池；8、外部控制器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明提供的一种充电保护电路、电动汽车的充电方法及电动汽车进行详细的解释和说明。
实施例一：
请参阅图1，图1为低温充电保护电路的电路结构示意图。本实施例公开了一种充电保护电路，包括电源电路1、驱动电路2、开关电路6、温度检测电路4、外部控制器8及开通控制电路5，具体说明如下。
电源电路1，分别与上述驱动电路2、开通控制电路5电连接，能够用于将汽车电池7的充电回路中的交流(AC)电转换为直流(DC)电，通过转换的直流电为驱动电路2和开通控制电路5提供电源。
驱动电路2，与开关电路6连接，用于根据接收到的电流控制信号为开关电路6提供开关断开或闭合的驱动电流。
开关电路6，包括开关，开关用于接通或者断开汽车电池7的充电回路。其中，该充电保护电路还包括并联于开关两侧的二极管，且二极管的负极与电池7的负极连接。
温度检测电路4，与外部控制器8连接，用于检测开关电路6的温度以及将温度信息传输至外部控制器8。本实施例中，温度检测电路4包括用于检测开关温度的温度传感器，温度传感器设置于开关电路6中的开关旁，温度传感器与外部控制器8无线通信连接，与现有技术相比，本发明创新地以开关温度作为电池工况温度的标准，其具有能够精准地确定电池工况温度的技术效果，避免由于电池自身发热或电动汽车内部热量或外部环境变化对实际温度误判的情况发生，所以，本发明的环境适用性更强、可靠性更高。应当知晓的是，本实施例中涉及的“通信连接”可以是有线通信，也可以是无线通信，可根据实际情况进行合理而明智的选择。
外部控制器8，分别与温度检测电路4、开通控制电路5连接，用于根据接收到的温度检测电路4发出的温度信息向开通控制电路5发出用于间接控制开关电路6中开关断开或闭合的控制指令。
开通控制电路5，用于接收控制指令，以及根据控制指令向驱动电路2发出电流控制信号。
在一些实施例中，电源电路1可优选型号为STR456A的电源，驱动电路2可优选型号为EXB840的绝缘栅双极晶体管，电池7可优选型号为6-DZM-28的电池，外部控制器可优选为整车控制器(VCU，Vehicle control unit)，开关电路6可优选型号为DZ47-63的开关，电压保护电路3可优选型号为PD1000U的电压保护器。
作为优选的技术方案，提高充电保护电路的安全性和可靠性，该充电保护电路还包括接入汽车电池7的充电回路中的电压保护电路3，其中，电源电路1与电压保护电路3并联后与开通控制电路5串联。电压保护电路3用于检测汽车电池7的充电回路的电压值以及用于将电压值发送至开通控制电路5，开通控制回路还用于在电压值大于预设值时向驱动电路2发出开关闭合信号，驱动电路2还用于根据接收到的开关闭合信号为开关电路6提供开关闭合的驱动电流；电压保护电路3还用于在出现母线中较高的瞬态电流时能够有效地保护电池以及与母线连接的其他车载设备。
实施例二：
请参阅图2，并结合图1，图2为电动汽车的充电方法的流程示意图。本实施例与实施例一基于相同的发明构思，提供了一种利用实施例一中的充电保护电路的电动汽车的充电方法，该充电方法包括如下步骤。
步骤10，当利用温度检测电路4获得的温度值低于最小预设温度安全值T1时，控制开关电路6的开关S1断开，以控制自电池7流出的电流从电池7正极经过负载流向电池7负极，以实现母线中的电流单向流动，此时，电池(或电池组)只能放电，而不能充电。
步骤20，作为一种优化的技术方案，该充电方法还包括如下步骤；当利用温度检测电路4获得的温度值低于最小预设温度安全值T1时，如果利用电压保护电路3检测到的母线电压高于最小预设电压安全值V1时，控制开关电路6的开关S1自动在预设时长内闭合后断开，在开关闭合时令电流通过开关S1后形成泄放回路，从而达到抑制母线电压的目的，使母线电压回落，母线电压回落的标准为：在开关断开后使电压小于或等于最大预设电压安全值V2；其中，可令预设时长≤2秒，当然，预设时长还可以根据实际工况进行合理而明智的设定，比如0.5秒等。
步骤30，当利用温度检测电路4获得的温度值高于最大预设温度安全值T2时，控制开关电路6的开关S1闭合，以控制自电池7流出的电流从电池7正极流向电池7负极或从电池7负极流向电池7正极，以实现电流双向流动，此时，即可以对电池进行充电，也可以令电池为负载进行供电，本发明致力于尽可能地使电池7工作在步骤30中的状态，以提高电池7的寿命。
当利用电压保护电路3检测到的母线电压处于设定的电压安全值范围内，即母线电压处于最小预设电压安全值V1与最大预设电压安全值V2之间，且利用温度检测电路4获得的温度值处于设定的温度安全值的范围，即处于最小预设温度安全值T1与最大预设温度安全值T2之间时，控制开关S1处于常接通(常闭)状态，可以在无其他外界控制信号的情况下保持充电保护电路正常工作。本实施例中，预设电压安全值的范围为336V～384V，预设温度安全值的范围为-15℃～60℃，或可以理解为，最小预设温度安全值T1为-15℃，最大预设温度安全值T2为60℃，最小预设电压安全值V1为336V，最大预设电压安全值V2为384V。
应当理解的是，本实施例中的母线指的是汽车电池7的充电回路中与电池正极直接连接的线路，母线可采用矩形或圆形截面的导线或绞线，其用于传送或分配或汇集电能。
实施例三：
本实施例与实施例一基于相同的发明构思，本实施例具体公开了一种电动汽车，该电动汽车包括实施例一中任一种结构的充电保护电路，当然，在本发明上述已公开内容的基础上，本实施例的电动汽车还可以包括电池加热或冷却装置，以能够使电动汽车锂电池组始终工作于预设温度安全值范围，使电动汽车锂电池组具有更长的寿命和更高的可靠性，以提高电动汽车的性能和安全性。当然，本实施例涉及的电动汽车还可以包括电机电控制器、增程器等等，本实施例不再进行赘述。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
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。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。
以上所述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 (9)

1.一种充电保护电路，其特征在于：该充电保护电路包括电源电路(1)、驱动电路(2)、开关电路(6)、温度检测电路(4)、外部控制器(8)及开通控制电路(5)；
所述电源电路(1)，分别与所述驱动电路(2)、所述开通控制电路(5)电连接，用于为所述驱动电路(2)和所述开通控制电路(5)提供电源；
所述驱动电路(2)，与所述开关电路(6)连接，用于根据接收到的电流控制信号为所述开关电路(6)提供开关断开或闭合的驱动电流；
所述开关电路(6)，包括所述开关，所述开关用于接通或者断开汽车电池(7)的充电回路；所述电池(7)通过所述开关与负载连接；
所述温度检测电路(4)，与外部控制器(8)连接，用于检测所述开关电路(6)的温度以及将温度信息传输至所述外部控制器(8)；
所述外部控制器(8)，分别与所述温度检测电路(4)、所述开通控制电路(5)连接，用于根据接收到的温度检测电路(4)发出的温度信息向所述开通控制电路(5)发出用于间接控制开关电路(6)中开关断开或闭合的控制指令；
所述开通控制电路(5)，用于接收所述控制指令，以及根据所述控制指令向所述驱动电路(2)发出电流控制信号；
该充电保护电路还包括并联于开关两侧的二极管，且二极管的负极与电池(7)的负极连接。
2.根据权利要求1所述的充电保护电路，其特征在于：该充电保护电路还包括接入所述汽车电池(7)的充电回路中的电压保护电路(3)；所述电压保护电路(3)用于检测汽车电池(7)的充电回路的电压值以及用于将所述电压值发送至开通控制电路(5)，所述开通控制电路 还用于在所述电压值大于预设值时向驱动电路(2)发出开关闭合信号，所述驱动电路(2)还用于根据接收到的开关闭合信号为所述开关电路(6)提供开关闭合的驱动电流。
3.根据权利要求2所述的充电保护电路，其特征在于：所述温度检测电路(4)包括用于检测开关温度的温度传感器，所述温度传感器设置于开关电路(6)中的开关旁，所述温度传感器与所述外部控制器(8)无线通信连接。
4.一种利用权利要求1-3中任一项所述的充电保护电路的电动汽车的充电方法，其特征在于：该充电方法包括如下步骤；
当利用温度检测电路获得的温度值低于最小预设温度安全值T1时，控制开关电路的开关S1断开，以控制自电池流出的电流从电池正极经过负载流向电池负极，以使电流单向流动；
当利用温度检测电路获得的温度值高于最大预设温度安全值T2时，控制开关电路的开关S1闭合，以控制自电池流出的电流从电池正极流向电池负极或从电池负极流向电池正极，以使电流双向流动。
5.根据权利要求4所述的电动汽车的充电方法，其特征在于：所述充电方法还包括如下步骤；
当利用温度检测电路获得的温度值低于最小预设温度安全值T1时，如果利用电压保护电路检测到的母线电压高于最小预设电压安全值V1时，控制开关电路的开关S1自动在预设时长内闭合后断开，在开关闭合时令电流通过开关S1后形成泄放回路，在开关断开后使电压小于或等于最大预设电压安全值V2；其中，所述预设时长≤2秒。
6.根据权利要求4或5所述的电动汽车的充电方法，其特征在于：所述充电方法还包括如下步骤；
当利用电压保护电路检测到的母线电压处于设定的电压安全值范围内，即母线电压处于最小预设电压安全值V1与最大预设电压安全值V2之间，且利用温度检测电路获得的温度值处于设定的温度安全值的范围，即处于最小预设温度安全值T1与最大预设温度安全值T2之间时，控制开关S1处于常接通状态。
7.根据权利要求6所述的电动汽车的充电方法，其特征在于：所述预设电压安全值的范围为336V～384V，所述预设温度安全值的范围为-15℃～60℃。
8.根据权利要求6所述的电动汽车的充电方法，其特征在于：最小预设温度安全值T1为-15℃，最大预设温度安全值T2为60℃，最小预设电压安全值V1为336V，最大预设电压安全值V2为384V。
9.一种电动汽车，其特征在于：包括权利要求1-3中任一权利要求所述的充电保护电路。
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