CN111942228A - 一种电动汽车低温充电控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种电动汽车低温充电控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车低温充电控制系统，该系统包括：非车载充电机、动力电池、电池管理系统、控制器和PTC加热器；当电池管理系统判断电池温度低于设定的温度阈值下限时进入动力电池正常加热流程，控制器判断电池温度高于温度阈值上限时，电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入动力电池正常充电流程；控制器判断动力电池温度在温度阈值下限和温度阈值上限之间且满足PTC加热器开启条件时，进入边充电边加热流程；本发明能够解决边充电边加热过程中因PTC消耗动力电池充电电能，导致动力电池输入电流低于其需求值的问题，从而达到缩短低温充电时间的目的，同时能够避免动力电池出现过充电，保证动力电池的安全。

Description

一种电动汽车低温充电控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于纯电动汽车电池热管理技术领域，涉及一种电动汽车低温充电控制系统及其控制方法。
背景技术
随着政府的大力倡导和能源的日趋减少，纯电动汽车发展是大势所趋。目前纯电动汽车主要应用锂离子电池。锂离子电池的最佳工作温度区间为25-45℃。低温情况下，锂电池的充放电性能极差，为保证电池的寿命和安全，低温情况，电池只能以极小的电流进行充电，充电速度较常温情况增加3-4倍以上，因此低温情况如何使电池快速充电是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
目前低温情况下，通常采用使用PTC加热器对电池热管理回路冷却水进行加热，加热后的冷却液再加热电池的方式提升电池温度，达到提升电池性能，缩短充电时间的目的。
目前的现有技术一般采用电池温度在低于阈值1的时候进行纯加热，电池在阈值1与阈值2之间时，采用边充电边加热，大于阈值2的时候纯充电。该方法边充电边加热过程中，BMS按照自身需求值向非车载充电机发送充电电流请求，但是电池加热的时候PTC工作会消耗其中一部分电能，导致电池不能按照自身最大能力进行充电，且由于上述原因，上述温度阈值1一般也比较高，电池的纯加热时间较长，若降低温度阈值1，由于电池管理系统向非车载充电机发送的充电请求值较低，PTC消耗电流超过电池充电请求值时，会导致电池处于放电状态。二者共同导致电池充电加热速度较慢。
目前公开的“一种电动汽车电池充电的控制方法、装置和电动汽车”(CN106129507)，电动汽车的电池在第一温度下与充电桩建立充电连接时，判断电池是否需要进行加热；若电池需要加热，获取当前电池的第一功率；若充电桩的最小输出功率大于第一功率，则依次启动总工作功率为第二功率的一个或者多个电动汽车耗电附件，直至充电桩的最小输出功率不大于第一功率和第二功率之和；开始对电池进行加热，或者对电池进行充电和加热；电池被加热超过第二温度时，关闭对电池的加热，对电池进行纯充电。该方法可能存在不能对电动汽车进行充电/加热的问题，并且控制过于复杂，且在关闭电附件的时候，会导致电池充电电流超过其最大允许充电电流，对电池寿命和安全产生不良影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可缩短低温充电时间并且安全可靠的电动汽车低温充电控制系统。
为了解决上述技术问题，本发明的电动汽车低温充电控制系统包括：非车载充电机、动力电池、电池管理系统、控制器和PTC加热器；
所述非车载充电机接收电池管理系统的充电电流请求，为动力电池充电和/或为PTC加热器、直流-直流转换器提供电能；
所述电池管理系统根据动力电池温度判断电池需要充电还是加热、向非车载充电机发送充电电流请求、判断动力电池实际输入电流值、判断非车载充电机输出电流值、向控制器发送禁止PTC加热器输出指令；
所述控制器负责判断PTC加热器开启关闭条件，负责控制PTC加热器开启关闭。
所述直流-直流转换器负责为系统中控制器提供低压电源。
上述电动汽车低温充电控制系统的控制方法如下：
步骤201、电池管理系统判断电池温度是否低于设定的温度阈值下限，是则向控制器发送加热请求，控制器控制PTC加热器开启，进入动力电池正常加热流程，否则执行步骤202，其中温度阈值下限为-20℃～-15℃；
步骤202、电池管理系统向控制器发送充电请求；
步骤203、控制器判断电池温度是否高于温度阈值上限，是则电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入动力电池正常充电流程，否则执行步骤204；其中温度阈值上限为20～25℃；
步骤204、控制器判断是否满足边充电边加热条件，即当动力电池温度在温度阈值下限和温度阈值上限之间，并且满足PTC加热器开启条件时，控制器控制PTC加热器开启，同时电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入边充电边加热步骤205，不满足进入动力电池正常充电流程；
所述的PTC加热器开启条件为：同时满足电池当前需求电流值＜非车载充电机最大输出电流值、电池水温＜X℃和电池单体温差＜Y℃；水温X℃在40-55℃之间，电池单体温差Y℃在8-15℃；
步骤205、非车载充电机和PTC加热器分别对动力电池进行充电和加热。
进一步的，所述步骤205边充电边加热过程中，电池管理系统首先向非车载充电机发送等于当前自身需求电流值的充电请求电流进行电池充电；充电启动后，控制器控制PTC加热器开始工作，控制器控制PTC加热器输出功率＝非车载充电机最大输出功率-电池当前需求功率-DCDC消耗功率-X，且不超过PTC加热器最大输出能力，X为PTC加热器输出功率最大误差，此时若电池管理系统判断动力电池实际输入电流低于其当前自身需求电流值，电池管理系统开始提升其对非车载充电机发送的充电请求电流，当充电请求电流I＝电池当前需求电流值I1+PTC加热器消耗电流I2时，充电请求电流I不再增加；当控制器判断满足PTC加热器关闭条件时，向电池管理系统发送关闭PTC加热器请求；电池管理系统收到PTC加热器关闭请求后或者判断电池实际输入电流值＞自身当前需求电流值I1，将充电请求电流I降至自身需求电流值I1；电池管理系统判断非车载充电机输出电流≤电池当前需求电流值后，向控制器发送PTC加热器关闭允许指令，控制器控制PTC关闭PTC加热器，加热结束。
所述的PTC关闭条件为电池水温≥X℃，X℃在40-55℃之间。
所述的PTC关闭条件为电池单体温差≥Y℃，Y℃在8-15℃之间。
所述的PTC关闭条件为电池当前需求电流值≥非车载充电机最大输出电流值。
所述的控制器可以是整车控制器(VCU)。
所述的控制器可以是BMS控制器。
所述的控制器可以是空调控制器。
本发明能够解决边充电边加热过程中因PTC消耗动力电池充电电能，导致动力电池输入电流低于其需求值的问题，从而达到缩短低温充电时间的目的，同时能够避免加热退出阶段，关闭PTC加热器导致动力电池出现过充的风险，保证动力电池的安全。
本发明能够在保证动力电池在较低温度情况下进行充电，并且边充电边加热过程中，能够按照动力电池最大能力进行充电，同时能够避免动力电池出现过充电，保证动力电池的安全。
附图说明
图1为电池充电加热系统框图。
图2为电池充电主流程图。
图3为电池边充电边加热控制流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明的电动汽车低温充电控制系统包括非车载充电机101、电池管理系统102、动力电池103、控制器104、PTC加热器105；
所述非车载充电机101接收电池管理系统的充电电流请求，为动力电池103充电和/或为PTC加热器105提供电能、直流-直流转换器106提供电能；
所述电池管理系统102根据动力电池温度判断动力电池需要充电还是加热、向非车载充电机发送充电电流请求、判断动力电池实际输入电流值、向控制器发送禁止PTC加热器输出指令；
所述控制器104负责判断PTC加热器开启关闭条件，负责控制PTC加热器开启关闭。
所述直流-直流转换器106负责为系统中控制器提供低压电源。
其中，所述的控制器可以是整车控制器(VCU)、BMS控制器或者空调控制器等。
实施例2
如图2所示，所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法如下：
步骤201、电池管理系统判断电池温度是否低于设定的温度阈值下限，是则通过控制器控制PTC加热器开启，进入动力电池正常加热流程，否则执行步骤202，其中温度阈值下限为-20～-15℃；
步骤202、电池管理系统判断电池温度是否高于温度阈值上限，是则向非车载充电机发送充电请求电流，进入动力电池正常充电流程，否则执行步骤203；其中温度阈值上限为20-25℃；
步骤203、电池管理系统判断是否满足边充电边加热条件，即当动力电池温度在温度阈值下限和温度阈值上限之间，并且满足PTC加热器开启条件时，满足边充电边加热条件，通过控制器控制PTC加热器开启，同时电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入边充电边加热步骤204，不满足进入动力电池正常充电流程；
其中，所述的PTC加热器开启条件为：同时满足电池当前需求电流值＜非车载充电机最大输出电流值、电池水温＜X℃和电池单体温差＜Y℃；水温X℃在40-55℃之间，电池单体温差Y℃在8-15℃；
步骤204、非车载充电机和PTC加热器分别对动力电池进行充电和加热。
如图3所示，边充电边加热过程中，电池管理系统首先向非车载充电机发送等于当前自身需求电流值的充电请求电流进行电池充电；充电启动后，控制器控制PTC加热器开始工作，控制器控制PTC加热器输出功率＝非车载充电机最大输出功率-电池当前需求功率-DCDC消耗功率-X，且不超过PTC加热器最大输出能力，X为PTC加热器输出功率最大误差；此时若电池管理系统判断动力电池实际输入电流低于其当前自身需求电流值，电池管理系统开始提升其对非车载充电机发送的充电请求电流，当充电请求电流I＝电池当前需求电流值I1+PTC加热器消耗电流I2时(电池当前需求电流I1会随着电池充电或者加热过程中，电池温度和SOC的变化而变化)，充电请求电流I不再增加。当控制器判断满足PTC加热器关闭条件，即动力电池水温≥X℃时，向电池管理系统发送关闭PTC加热器请求；电池管理系统(BMS)收到PTC加热器关闭请求后或者判断电池实际输入电流值＞自身当前需求电流值I1，将充电请求电流I降至自身需求电流值I1，以防止PTC出现故障意外停止工作，导致电池出现瞬时过充电；BMS判断非车载充电机输出电流≤电池当前需求电流值后，向控制器发送PTC加热器关闭允许指令，控制器控制PTC关闭PTC加热器，加热结束。
实施例3
如图2所示，所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法如下：
步骤201、电池管理系统判断电池温度是否低于设定的温度阈值下限，是则通过控制器控制PTC加热器开启，进入动力电池正常加热流程，否则执行步骤202，其中温度阈值下限为-20℃～-15℃；
步骤202、电池管理系统判断电池温度是否高于温度阈值上限，是则向非车载充电机发送充电请求电流，进入动力电池正常充电流程，否则执行步骤203；其中温度阈值上限为20-25℃；
步骤203、电池管理系统判断是否满足边充电边加热条件，即当动力电池温度在温度阈值下限和温度阈值上限之间，并且满足PTC加热器开启条件时，满足边充电边加热条件，通过控制器控制PTC加热器开启，同时电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入边充电边加热步骤204，不满足进入动力电池正常充电流程；
步骤204、非车载充电机和PTC加热器分别对动力电池进行充电和加热。
如图3所示，边充电边加热过程中，电池管理系统首先向非车载充电机发送等于当前自身需求电流值的充电请求电流进行电池充电；充电启动后，控制器控制PTC加热器开始工作，控制器控制PTC加热器输出功率＝非车载充电机最大输出功率-电池当前需求功率-DCDC消耗功率-X，且不超过PTC加热器最大输出能力，X为PTC加热器输出功率最大误差，此时若电池管理系统判断动力电池实际输入电流低于其当前自身需求电流值，电池管理系统开始提升其对非车载充电机发送的充电请求电流，当充电请求电流I＝电池当前需求电流值I1+PTC加热器消耗电流I2时(电池当前需求电流I1会随着电池充电或者加热过程中，电池温度和SOC的变化而变化)，充电请求电流I不再增加。当控制器判断满足PTC加热器关闭条件，即动力电池单体温差≥X℃时，向电池管理系统发送关闭PTC加热器请求；电池管理系统(BMS)收到PTC加热器关闭请求后或者判断电池实际输入电流值＞自身当前需求电流值I1，将充电请求电流I降至自身需求电流值I1，以防止PTC出现故障意外停止工作，导致电池出现瞬时过充电；BMS判断非车载充电机输出电流≤电池当前需求电流值后，向控制器发送PTC加热器关闭允许指令，控制器控制PTC关闭PTC加热器，加热结束。
实施例4
如图2所示，所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法如下：
步骤201、电池管理系统判断电池温度是否低于设定的温度阈值下限，则向控制器发送充电加热请求，控制器控制PTC加热器开启，进入动力电池正常加热流程，否则执行步骤202，其中温度阈值下限为-20℃～-15℃；
步骤202、电池管理系统向控制器发送充电请求；
步骤203、控制器判断电池温度是否高于温度阈值上限，是则进入动力电池正常充电流程，否则执行步骤204；其中温度阈值上限为20～25℃；
步骤204、控制器判断是否满足边充电边加热条件，即当动力电池温度在温度阈值下限和温度阈值上限之间，且满足电池当前需求电流值＜非车载充电机最大输出电流值时，控制器控制PTC加热器开启，同时电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入边充电边加热步骤205，不满足则进入动力电池正常充电流程；
步骤205、非车载充电机和PTC加热器分别对动力电池进行充电和加热。如图3所示，边充电边加热过程中，电池管理系统首先向非车载充电机发送等于当前自身需求电流值的充电请求电流进行电池充电；充电启动后，控制器控制PTC加热器开始工作，控制器控制PTC加热器输出功率＝非车载充电机最大输出功率-电池当前需求功率-DCDC消耗功率-X，且不超过PTC加热器最大输出能力，X为PTC加热器输出功率最大误差，此时若电池管理系统判断动力电池实际输入电流低于其当前自身需求电流值，电池管理系统开始提升其对非车载充电机发送的充电请求电流，当充电请求电流I＝电池当前需求电流值I1+PTC加热器消耗电流I2时(电池当前需求电流I1会随着电池充电或者加热过程中，电池温度和SOC的变化而变化)，充电请求电流I不再增加。当控制器判断满足PTC加热器关闭条件，即动力电池当前需求电流值≥非车载充电机最大输出电流值时，向电池管理系统发送关闭PTC加热器请求；电池管理系统(BMS)收到PTC加热器关闭请求后或者判断电池实际输入电流值＞自身当前需求电流值I1，将充电请求电流I降至自身需求电流值I1，以防止PTC出现故障意外停止工作，导致电池出现瞬时过充电；BMS判断非车载充电机输出电流≤电池当前需求电流值后，向控制器发送PTC加热器关闭允许指令，控制器控制PTC关闭PTC加热器，加热结束。

Claims (9)

1.一种电动汽车低温充电控制系统，其特征在于包括：非车载充电机、动力电池、电池管理系统、控制器和PTC加热器；
所述非车载充电机(101)接收电池管理系统的充电电流请求，为动力电池(103)充电和/或为PTC加热器(105)、直流-直流转换器(106)提供电能；
所述电池管理系统(102)根据动力电池温度判断电池需要充电还是加热、向非车载充电机发送充电电流请求、判断动力电池实际输入电流值、判断非车载充电机输出电流值、向控制器发送禁止PTC加热器输出指令；
所述控制器(104)负责判断PTC加热器开启关闭条件，负责控制PTC加热器开启关闭。
所述直流-直流转换器(106)负责为系统中控制器提供低压电源。
2.根据权利要求1所述的电动汽车低温充电控制系统，其特征在于所述的控制器是整车控制器。
3.根据权利要求1所述的电动汽车低温充电控制系统，其特征在于所述的控制器是BMS控制器。
4.根据权利要求1所述的电动汽车低温充电控制系统，其特征在于所述的控制器是空调控制器。
5.一种如权利要求1所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法，包括下述步骤：
步骤201、电池管理系统判断电池温度是否低于设定的温度阈值下限，是则向控制器发送加热请求，控制器控制PTC加热器开启，进入动力电池正常加热流程，否则执行步骤202，其中温度阈值下限为-20℃～-15℃；
步骤202、电池管理系统向控制器发送充电请求；
步骤203、控制器判断电池温度是否高于温度阈值上限，是则电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入动力电池正常充电流程，否则执行步骤204；其中温度阈值上限为20～25℃；
步骤204、控制器判断是否满足边充电边加热条件，即当动力电池温度在温度阈值下限和温度阈值上限之间，并且满足PTC加热器开启条件时，控制器控制PTC加热器开启，同时电池管理系统向非车载充电机发送充电请求电流，进入边充电边加热步骤205，不满足进入动力电池正常充电流程；
所述的PTC加热器开启条件为：同时满足电池当前需求电流值＜非车载充电机最大输出电流值、电池水温＜X℃和电池单体温差＜Y℃；水温X℃在40-55℃之间，电池单体温差Y℃在8-15℃；
步骤205、非车载充电机和PTC加热器分别对动力电池进行充电和加热。
6.根据权利要求5所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法，其特征在于所述步骤205边充电边加热过程中，电池管理系统首先向非车载充电机发送等于当前自身需求电流值的充电请求电流进行电池充电；充电启动后，控制器控制PTC加热器开始工作，控制器控制PTC加热器输出功率＝非车载充电机最大输出功率-电池当前需求功率-DCDC消耗功率-X，且不超过PTC加热器最大输出能力，X为PTC加热器输出功率最大误差，此时若电池管理系统判断动力电池实际输入电流低于其当前自身需求电流值，电池管理系统开始提升其对非车载充电机发送的充电请求电流，当充电请求电流I＝电池当前需求电流值I1+PTC加热器消耗电流I2时，充电请求电流I不再增加；当控制器判断满足PTC加热器关闭条件时，向电池管理系统发送关闭PTC加热器请求；电池管理系统收到PTC加热器关闭请求后或者判断电池实际输入电流值＞自身当前需求电流值I1，将充电请求电流I降至自身需求电流值I1；电池管理系统判断非车载充电机输出电流≤电池当前需求电流值后，向控制器发送PTC加热器关闭允许指令，控制器控制PTC关闭PTC加热器，加热结束。
7.根据权利要求6所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法，其特征在于所述的PTC关闭条件为电池水温≥X℃，X℃在40-55℃之间。
8.根据权利要求6所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法，其特征在于所述的PTC关闭条件为电池单体温差≥Y℃，Y℃在8-15℃之间。
9.根据权利要求6所述的电动汽车低温充电控制系统的控制方法，其特征在于所述的PTC关闭条件为电池当前需求电流值≥非车载充电机最大输出电流值。
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