CN113581007B - 一种锂电池组备用电源的行车充电系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种锂电池组备用电源的行车充电系统及控制方法，所述充电系统包括具有通信功能的锂电池系部分和具有通信控制功能的行车发电机部分；所述具有通信控制功能的行车发电机部分包括行车发电机以及电压调节器；所述具有通信功能的锂电池系部分包括：锂电池组、锂电池管理系统BMS；充电调节控制器，根据获取的充电状态参数按照预置的控制策略，发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。本发明实现了对行车发电机输出电压的控制，避免了单节锂电池的过充现象，有利于延长锂电池的使用寿命，提高了锂电池使用的安全性。

Description

一种锂电池组备用电源的行车充电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电池组充电技术领域，尤其是涉及一种锂电池组备用电源的行车充电系统及控制方法。
背景技术
蓄电池是汽车必不可少的一部分，蓄电池可以采用铅酸蓄电池和锂电池。目前车用蓄电池性能和技术要求不断提高而导致铅蓄电池体积大、重量大、容量不够用、维保频繁等问题，所以通常在车用储能应用领域主要使用锂电池。
锂电池与传统内燃机车辆用铅酸蓄电池相比，单体电池的工作电压高，可达3.7-3.8V；比能量高，实际比能量可达555WH/kg，材料比能量能达到150mAh/g以上，相同车载空间可实现更高的电池容量；循环寿命更长，一般可达1000-2000次，磷酸铁锂电池可达2000次以上，而铅酸电池只有300-350次；更环保，铅酸电池中的铅占电池质量的60％以上，给环境造成很大的重金属污染负担。因此，在改装车市场领域，锂电池组替代铅酸电池作为备用电源，受到越来越多车主的青睐。
但是锂电池自身也存在一些缺陷，其容量易于受一些因素影响而发生衰减，过充或过放电都会对电池造成不可逆的损害。如过充时，过量嵌入的锂离子会永久固定于晶格中，无法再释放，缩短电池寿命；电芯温度过高，可引起电解液分解，燃烧，甚至爆炸。
传统的内燃机车辆行车发电机给锂电池充电是恒压输出，当锂电池组两端的总电压达到上限值时，行车发电机停止功率输出；此时虽然锂电池组两端的总电压达到了上限值，但是由于各单体电池之间存在差异，部分电池的电压已经超过单节电池电压的上限值，形成过充现象，对锂电池造成不可逆的损害；由于锂电池管理系统BMS中的过压保护为硬开关，而且电路中的充电电流较大，约有十几到几十安培，这样行车发电机每个充电循环都要经历一次几百瓦到几千瓦的功率突变；长期经受过充会严重影响锂电池的健康、寿命和安全性；行车发电机长期经受这种功率急剧变化的工况，将严重损害其可靠性和寿命。
发明内容
本发明提出一种锂电池组备用电源的行车充电系统及控制方法，以解决现有技术中的锂电池在充电过程易形成过充现象的问题，以及充电循环中经历的功率突变对电池和发电机的寿命和安全造成影响的问题，以抑制行车发电机在充电循环中经受的功率突变，避免锂电池过充，从而提高锂电池和行车发电机的寿命、安全性和可靠性。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锂电池组备用电源的行车充电系统，包括具有通信功能的锂电池系部分和具有通信控制功能的行车发电机部分，具有通信控制功能的行车发电机部分与具有通信功能的锂电池系部分进行交互通讯；
所述具有通信控制功能的行车发电机部分用于对行车发电机状态信息的实时监控，并将行车发电机状态信息传递至具有通信功能的锂电池系部分；所述具有通信控制功能的行车发电机部分包括行车发电机以及用于控制行车发电机输出电压的电压调节器；
所述具有通信功能的锂电池系部分包括：
锂电池组；
锂电池管理系统BMS，用于对锂电池组状态信息进行实时监控，并对锂电池组进行功能控制；
充电调节控制器，接收锂电池管理系统BMS传递的锂电池组状态信息，根据获取的充电状态参数按照预置的控制策略，向具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，对行车发电机的充电电压实现闭环控制，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。
进一步优化技术方案，所述充电调节控制器集成设置在锂电池组、锂电池管理系统BMS或具有通信控制功能的行车发电机部分上，或充电调节控制器独立设置，或充电调节控制器由锂电池组、锂电池管理系统BMS或具有通信控制功能的行车发电机部分中的一项或几项部分电路组合而成。
进一步优化技术方案，所述锂电池组状态信息包括锂电池组的充放电电流、温度、单节电池电压、总电压、功能状态、异常信息；所述行车发电机状态信息包括行车发电机的转速、温度、输出功率、电压、状态信息。
进一步优化技术方案，所述充电调节控制器的电路组包括：
电压检测电路，用于对锂电池组中每节单体电池充电电压及锂电池组总端电压进行检测；
电流检测电路，用于对锂电池组的充放电电流进行检测；
温度监测电路，用于对锂电池组的温度进行监测；
均衡控制电路，用于对锂电池组中的各节电池进行电压均衡管理，防止各节电池出现过大的电压差；
通信电路，实现充电调节控制器与锂电池管理系统BMS以及充电调节控制器与具有通信控制功能的行车发电机部分之间的通讯；
单片机，预置有锂电池管理策略、行车发电机输出电压控制策略、行车发电机控制指令和BMS控制指令；按照预置的锂电池管理策略，接收锂电池管理系统BMS传递的锂电池组状态信息并对锂电池管理系统BMS进行参数设置和功能状态控制；按照行车发电机充电控制策略，接收所述具有通信控制功能的行车发电机部分传递的行车发电机状态信息，向所述具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，逐级调节控制行车发电机的电压输出，实现对充电回路的电流控制。
进一步优化技术方案，所述锂电池管理系统BMS与充电调节控制器之间、充电调节控制器与具有通信控制功能的行车发电机部分之间的通讯方式为LIN、CAN、PWM、RS485、RS232、PROFIBUS-DP、蓝牙、wifi中的一种或多种组合。
进一步优化技术方案，还包括：
电压突变抑制模块，用于抑制电源系统中异常出现的电压突变，保护行车充电系统中各电子元器件的安全。
一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，该方法基于所述的一种锂电池组备用电源的行车充电系统进行，包括以下方法：根据锂电池组状态信息以及行车发电机状态信息，进行综合评估并为行车发电机设置下一步的目标输出电压，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。
进一步优化技术方案，检测锂电池的当前充电状态，根据获取的充电状态参数按照预置的控制策略，向具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，对行车发电机的充电电压实现闭环控制，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。
进一步优化技术方案，包括以下具体方法：
S10、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U低于a时，充电调节控制器将预设的行车发电机最大输出电压控制参数发送给具有通信控制功能的行车发电机部分，最大输出电压控制参数被电压调节器读取，并依据该参数来控制电压调节器的输出，进而控制行车发电机输出端的功率输出；
S20、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值b>U≥a时，根据充电回路的电流值与目标值的差值的正负来确定行车发电机的电压输出，其中目标值为一定区间内的电流数值；控制行车发电机输出电压每次以固定电压值作为增减量变化运行，直到输出电流处于目标值的区间内；
S30、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值≥b时，充电调节控制器向行车发电机发出控制指令使行车发电机不再为锂电池组充电。
进一步优化技术方案，包括以下具体方法：
设定充电调节控制器采集到的本次行车发电机的输出电压U0，锂电池组端电压E0，充电回路电流I0，并以此计算锂电池组的内阻R值为
Figure BDA0003195360900000051
I1为需要增减的电流值；
S11、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U低于a时，充电调节控制器将预设的行车发电机电压最大输出的控制参数传递给具有通信控制功能的行车发电机部分，控制行车发电机的输出电压，为锂电池组充电；
S21、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U≥a时，将充电电流控制在一定的电流数值，充电调节控制器根据此时的电池组端电压E，计算得到发电机所需的输出电压
Figure BDA0003195360900000061
并将此输出电压U输出对应的控制参数传递给具有通信控制功能的行车发电机部分，控制行车发电机的输出电压为U输出。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明通过锂电池管理系统BMS对锂电池组中每节电池电压和充电回路电流的实时监测，以及锂电池管理系统BMS、充电调节控制器与行车发电机之间的通信，实现了根据锂电池管理系统BMS采集到的电池信息以及充电回路电流大小对行车发电机输出电压的控制，进而对输出电流起到了限制作用，取代了当前行车发电机仅以电池组两端总电压达到上限值才停止功率输出的控制方式，从而避免了单节锂电池的过充现象，有利于延长锂电池的使用寿命，提高了锂电池使用的安全性。
当单节电池的电压值达到设定的阈值后，根据充电回路电流大小实时逐级调控行车发电机的电压输出，进而起到限流作用。
在锂电池组单体电池电压接近上限值阶段，回路中的充电电流为小电流，约为1-3A，这样当行车发电机不再做功率输出时，其所经受较小的功率突变，其所经受的功率突变约为几十瓦，杜绝了传统行车发电机恒压输出模式和依据电池组两端总电压达到上限值取消功率输出控制逻辑所造成的几百瓦到几千瓦的功率突变，有利于加强对锂电池组的保护，提高行车发电机的寿命和可靠性，实现其平稳运行。同时，可以在单节电池高压、充电电流过低或者过高，需要通过行车发电机进行能量回收时等特殊情况下可以实现对输出电压的快速调节。
本发明可以实现锂电池管理系统BMS与行车发电机之间的通信，改变了之前两者之间依靠断路器硬性连接的弊端，并使行车发电机的输出电压受控可调，该控制方法根据充电回路电流大小，按照预置的策略逐级调节行车发电机的输出电压来改变输出电流，实现充电回路电流闭环控制，进而抑制行车发电机在充电循环中经受的功率突变，避免锂电池过充，从而提高锂电池和行车发电机的寿命、安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的结构框图；
图2是本发明实施例1的锂电池管理系统BMS的主要电路图；
图3是本发明实施例1的均衡电路图；
图4是本发明实施例1的通讯电路图；
图5是本发明实施例1的电压突变抑制模块的电路图；
图6是本发明实施例2的结构框图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种锂电池组备用电源的行车充电系统，结合图1所示，包括核心控制模块、锂电池管理系统BMS、锂电池组和具有通信功能的行车发电机部分。行车发电机部分与核心控制模块的通讯方式为LIN通讯；锂电池管理系统BMS与核心控制部分的通讯方式是串口通讯。
核心控制模块通过LIN端口对行车发电机状态信息的实时监控，同时通过串口对锂电池管理系统信息进行监控，并根据锂电池管理系统的状态信息对行车发电机工作状态进行控制。电池管理系统状态信息包括单节电芯电压、总电压、充放电电流、温度等；行车发电机状态信息包括行车发电机的转速、温度、电压等信息。
具有通信控制功能的行车发电机部分包括行车发电机以及用于控制行车发电机输出电压的电压调节器。电压调节器具有LIN通信控制功能，并且具有采集自身运行参数，接收控制信号并对输出电压进行调整的功能。
锂电池管理系统BMS，用于对锂电池组状态信息进行实时监控，并将上述信息传递给核心控制模块，同时根据核心控制模块给出的信号对电池组进行均衡管理，控制充放电开关等。
核心控制模块，接收锂电池管理系统BMS传递的锂电池组状态信息，根据获取的充电状态参数按照预置的锂电池管理策略，向锂电池管理系统BMS和具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，对锂电池管理系统BMS进行参数设置和功能状态控制；根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，对行车发电机的充电电压实现闭环控制，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电，抑制充电循环中的电压和功率突变，并且可以实现汽车制动情况下的动能回收。按照行车发电机充电控制策略，向具有通讯功能的行车发电机部分发出控制信息，逐级调节控制行车发电机的电压输出，实现对充电回路的电流控制。
锂电池管理系统BMS与核心控制模块组成充电调节控制器，可以实现与具有通信功能的行车发电机部分进行通信。
充电调节控制器可以作为独立的控制部件，可与其他装置集成在一起，也可以由不同装置的部分电路组合而成。装置可以是锂电池管理系统BMS，锂电池组，单独的控制器或者行车发电机。本实施例中的充电调节控制器集成设置在锂电池管理系统BMS上，充电调节控制器为具有LIN通信功能的集成了锂电池管理系统BMS的充电调节控制器。
充电调节控制器读取的信息可以是来自锂电池管理系统BMS和行车发电机，也可以是外部电子油门传感器，但不仅限于该传感器，充电调节控制器读取电子油门传感器、刹车传感器等传感器状态信号。
充电调节控制器的电路组包括：电压检测电路、电流检测电路、温度监测电路、均衡控制电路、LIN通信电路、单片机和基础电路。本实施例中的核心控制模块即为单片机。本发明中单片机采用的型号为GD32F103RCT6。充电调节控制器内置功能有：每节单体电池电压监测、电池组总端电压监测、电流以及温度监测、均衡控制、LIN通信、锂电池管理策略，行车发电机电压控制等。
在本实施例中包括16节串联设置的单节额定电压为3.6V的锂电池；在其他的实施例中，锂离子电池组的节数也可以根据需要进行设置，并不限于本实施例所示的16节。
锂电池管理系统BMS部分主要电路图如图2所示。电阻R1、R2、R3分别接NPN型三极管Q1的e、b、c三极，R1、R2的另一端相连接之后与电容C1的一端连接，电阻R3另一端与R4连接后，并以该连接点作为Bin02端，R4的另一端连接C1的另一端，以Q1的e极为Bin01，重复多组，分别编号。Bin01接最低压锂电池的负端，Bin17接最高压锂电池的正端，从对应的电池端引线分别连接锂电池管理系统BMS芯片SH367309的VC01-VC17，此部分作为电压检测及均衡电路。电压检测电路，用于对锂电池组中每节单体电池充电电压及锂电池组总端电压进行检测，均衡电路用于单节电池放电均衡，用以控制各个电池间的电压差。
电容C2、C3、C4首尾相接，C2、C3连接点接地，C2与C4连接点经R5接地，C3与C4连接点连接电阻R6，以电阻R6的另一端作为电流输入端。C2与C4的连接点接SH367309的18引脚，C3与C4的连接点接SH367309的19引脚，此部分作为电流检测电路。电流检测电路，用于对锂电池组的充放电电流进行检测。
将三个热敏电阻RT1、RT2、RT3一端接地，另一端分别连接SH367309的T1、T2、T3引脚，并将这三个引脚经过电容后接地，此部分作为温度监测电路。温度监测电路，用于对锂电池组的温度进行监测。
功率开关电路如图3所示，电阻R14与稳压二极管D5并联后，在二极管阴极侧串联电阻R15，R15另一端接N沟道增强型MOSFET管Q4的g极，s极接D5阳极和瞬态抑制二极管TVS1的阳极，TVS1的阴极接Q4的d极，并将TVS1的两端与串联后的C8、C9并联，并将TVS1的阴极侧接单节锂电池的正极，阳极接锂电池的负极。通过在R15与D5相接一侧控制电压高低变化来控制MOS管的导通及关断，实现对电池的放电管理，为防止放电电流过大烧坏器件，采取多组MOS管并联的方式。
此外，图2中SH367309芯片的SDA，SCL引脚经电阻R7，R8与单片机引脚连接，用以串口通讯，ALARM引脚直接连接单片机，作为事件触发。此部分电路完成锂电池管理系统BMS芯片与充电调节控制器单片机的通讯。
LIN通信电路如图4所示，电源VCC经电阻R20与型号TJA1027T的LIN收发器U2的RXD引脚相连，12V电源经二极管D6与U2的VBAT引脚相连，D6阴极与二极管D7阳极相接，D7阴极串联电阻R21后接U2的LIN引脚，LIN引脚经电容C11与地相接，D6、D7的接点经C10与地相接，LIN引脚接发电机电压调节器的LIN通信端，U2的RXD、SLP_N、TXD分别接充电调节控制器单片机的PA10、PA11、PA9，该电路实现充电调节控制器与具有通信控制功能的行车发电机部分之间的通讯。具有LIN通信控制功能的行车发电机能够接受来自核心控制模块的控制信号，通过其内部的电压调节器对输出电压进行逐级调整，并将信息实时反馈给核心控制模块。
核心控制模块，预置有锂电池管理策略、行车发电机输出电压控制策略、行车发电机控制指令和BMS控制指令。按照预置的锂电池管理策略，接收锂电池管理系统BMS传递的锂电池组状态信息并对锂电池管理系统BMS进行参数设置和功能状态控制；按照行车发电机充电控制策略，接收具有通信控制功能的行车发电机部分传递的行车发电机状态信息，向具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，逐级调节控制行车发电机的电压输出，实现对充电回路的电流控制。
锂电池管理系统BMS中包含有过压、过流保护电路等基础电路。基础电路采用现有的电路模块及连接关系进行，以实现电压采集、电流采集、温度采集、各种保护机制、充电均衡、电量估算、串行通讯接口、LED显示、数据存储，充电限流、加热膜控制、LCD显示屏等功能。
本发明还包括电压突变抑制模块，用于抑制电源系统中异常出现的电压突变，保护行车充电系统中各电子元器件的安全。电压突变抑制模块可以独立存在或者与具有通信控制功能的行车发电机部分、具有通信功能的锂电池系部分集成。电压突变抑制模块如图5所示，瞬态抑制二极管TVS13与电容C13并联后与在阴极侧与电阻R22，将多个此结构并联后，以电阻和瞬态抑制二极管阳极与电压输入端相接，以电容两端作为供电输出端。
一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，该方法基于一种锂电池组备用电源的行车充电系统进行，包括以下方法：根据锂电池组状态信息以及行车发电机状态信息，进行综合评估并为行车发电机设置下一步的目标输出电压，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。其中，锂电池组状态信息包括锂电池组的充放电电流、温度、单节电池电压、总电压、功能状态、异常信息。行车发电机状态信息包括行车发电机的转速、温度、输出功率、电压、状态信息。
本实施例中的方法为：检测锂电池的当前充电状态，根据获取的充电状态参数按照预置的控制策略，向具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，对行车发电机的充电电压实现闭环控制，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。
本实施例的均衡策略设置为：(单节电池电压最大值-单节电池电压最小值)≥150mv，电池管理系统BMS的sh367309芯片控制该电池均衡模式的输出端引脚输出，高电压使对应的电压过高的单节锂电池旁路场效应管导通，在该支路电路的电阻上完成放电。(单节电池电压最大值-单节电池电压最小值)≤20mv时，sh367309芯片该引脚输出低电压，场效应管关断，退出均衡。
本发明包括以下具体方法：
S10、当锂电池管理系统BMS部分检测到单节电池电压最大值U低于a(本实施例中的a＝3.5V，即本实施例单节电池电压最大值U低于3.5V)时，集成了锂电池管理系统BMS的充电调节控制器将预设的发电机电压输出控制表中的最大输出电压控制参数通过LIN通讯发送给具有通信控制功能的行车发电机部分，参数被电压调节器读取，并依据该参数来控制电压调节器的输出，进而控制电机输出端以额定电压的95％作为电压输出。
S20、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值b>U≥a(本实施例中的a＝3.5V，b＝3.65V，即单节电池电压最大值b>U≥a)时，根据充电回路的电流值与目标值的差值的正负来确定行车发电机的电压输出，其中目标值为一定区间内的电流数值；充电调节控制器按照预置的行车发电机充电控制策略控制行车发电机输出电压每次以固定电压值作为增减量变化运行或使输出电压的变化量为非固定值，直到输出电流处于目标值的区间内。若充电回路的电流值小于目标值的最小电流数值，充电调节控制器控制行车发电机输出电压增加，直到输出电流处于目标值的区间内；若充电回路的电流值大于目标值的最大电流数值，充电调节控制器控制行车发电机输出电压减少，直到输出电流处于目标值的区间内。
当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值3.6V>U≥3.5V时，根据充电回路的电流值与目标值2A和5A的差值的正负来确定行车发电机的电压输出是增加还是减少。当充电回路电流小于2A时，充电调节控制器的单片机控制发电机输出电压以每次0.1V的增量增加；当输出电流大于5A时，充电调节控制器的单片机控制发电机的输出电压以每次0.1V的变量减少，直到输出电流处于2A和5A之间。
在控制方式上采用查表的方法，针对每种相差0.1V的输出电压，对应控制表中某一特定的参数，充电调节控制器的单片机将表中某一选定参数传递给具有通信控制功能的行车发电机部分的电压调节器，并依据该参数来控制电压调节器的输出电压，进而控制发电机按照ΔU＝0.1V的电压变量改变输出电压，使输出电流在[2A，5A]。
当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值3.65V>U≥3.6V时，根据充电回路电流大小，向行车发电机发出控制信号，采用同上的方法逐级调节(增加或减小)行车发电机的电压输出(每级调节的电压数值为ΔU＝0.1V)，将充电电流控制在[1A，2A]。
S30、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值≥3.65V时，充电调节控制器向行车发电机发出控制指令使行车发电机不再为锂电池组充电。行车发电机可继续发电，可为与锂电池并联的其它用电器供电。
当锂电池管理系统BMS检测到锂电池充电回路因切除接入行车发电机的其它用电器而导致电流突变增大时，为防止长时间的大电流对电池造成损坏，需对行车发电机的输出电压进行快速调节。集成了锂电池管理系统BMS的充电调节控制器将此时的电池组端电压值所对应的行车发电机电压输出控制表的参数发送给具有通信控制功能的行车发电机部分，电压调节器根据此参数控制行车发电机的输出电压降为合适值。
本发明锂电池管理系统BMS可以实现对锂电池组中每节单体电池的状态进行实时监控，将锂电池组中的每节单体电池的信息传送给充电调节控制器；充电调节控制器按照预置的锂电池管理策略和行车发电机充电控制策略，向锂电池管理系统BMS和具有通信功能的行车发电机部分发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制所述锂电池管理系统BMS和行车发电机的电压输出，进而调节充电回路电流和锂电池端电压。
本发明通过锂电池管理系统BMS对锂电池组中每节电池电压和充电电流的实时监测，以及充电调节控制器与行车发电机之间的通信，实现了根据锂电池管理系统BMS采集到的电池信息对行车发电机输出电压的控制，取代了传统行车发电机以电池组两端总电压达到上限值时停止功率输出的控制方式，从而避免了单节锂电池的过充现象，有利于延长锂电池的使用寿命，提高了锂电池使用的安全性。当单节电池的电压值达到设定的阈值后，根据充电回路电流大小实时逐级调控行车发电机的电压输出，进而起到限流作用。
在锂电池组单体电池电压接近上限值阶段，回路中的充电电流为小电流，这样当行车发电机不再做功率输出时，其所经受较小的功率突变，避免了传统行车发电机恒压输出模式下依据电池组两端总电压达到上限值来控制充电停止所造成的几百瓦到几千瓦的功率突变，有利于提高行车发电机的寿命和可靠性，实现其平稳运行。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例做了部分结构、通信方式、行车发电机电压调节控制策略的更改，保留了原有基本的电路模块，图6所示为实施例2的锂电池组备用电源的行车充电系统的控制方法的结构框图。
本实施例中的行车充电系统，包括具有通信功能的锂电池系部分和具有通信控制功能的行车发电机部分，具有通信功能的锂电池系部分中的充电调节控制器采用独立设置的方式。
充电调节控制器与锂电池管理系统BMS通过RS485通讯连接，充电调节控制器与具有PWM通信控制功能的行车发电机的电压调节器通过PWM通讯。锂电池管理系统BMS将充电过程的锂电池电压、充电电流、温度等参数采集后经RS485通讯传送给充电调节控制器内的单片机，单片机根据预置的控制策略和方法形成确定的控制参数，并将此参数以PWM通讯的方式发送给行车发电机部分，电压调节器根据此参数实现对行车发电机输出电压的控制。
本实施例提供一种锂电池组带负载工作条件下备用电源的行车充电控制方法，包括以下具体方法：
设定充电调节控制器采集到的本次行车发电机的输出电压U0，锂电池组端电压E0，充电回路电流I0，并以此计算锂电池组的内阻R值为
Figure BDA0003195360900000171
I为需要增减的电流值。
S11、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U低于a(本实施例中的a＝3.5V，即本实施例单节电池电压最大值U低于3.5V)时，充电调节控制器将预设的行车发电机电压最大输出的控制参数传递给具有PWM通信控制功能的行车发电机，控制行车发电机以UMAX作为输出电压为锂电池组充电。
S21、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U输出≥a(本实施例中的a＝3.5V，即本实施例单节电池电压最大值U≥3.5V)时，将充电电流控制在一定的电流数值，充电调节控制器根据此时的电池组端电压E，计算得到发电机所需的输出电压
Figure BDA0003195360900000172
并将此输出电压U输出对应的控制参数传递给具有通信控制功能的行车发电机部分，控制行车发电机的输出电压为U输出。
进一步地，当BMS检测到单节电池电压最大值3.6V>U≥3.5V时，将充电电流控制在I1＝4A左右，充电调节控制器根据此时的电池组端电压E1计算得到发电机所需的输出电压
Figure BDA0003195360900000173
并将此输出电压U1对应的控制参数传递给具有PWM通信控制功能的行车发电机，控制行车发电机输出电压为U1左右。
当BMS检测到单节电池电压最大值3.65V>U≥3.6V时，将充电电流控制在I2＝2A左右，充电调节控制器根据此时的电池组端电压E2计算得到发电机所需的输出电压
Figure BDA0003195360900000174
并将此输出电压U2对应的控制参数传递给具有PWM通信控制功能的行车发电机，控制行车发电机输出电压为U2左右。
当BMS检测到单节电池电压最大值U≥3.65V时，将充电电流控制在I3＝1A左右，充电调节控制器根据此时的电池组端电压E3计算得到发电机所需的输出电压
Figure BDA0003195360900000181
并将此输出电压U3对应的控制参数传递给具有PWM通信控制功能的行车发电机，控制行车发电机输出电压为U3左右。在本步骤中，电流I3在-1—1A之间变化，使单节电池电压的最高值稳定在3.65V左右或3.65—3.7V之间。
此外，本发明锂电池组备用电源的行车充电系统还具有能量回收功能，可以将车辆在制动或惯性滑行中消耗的多余能量转化为电能，储存在蓄电池中。通过将电子油门传感器采集到的反应驾驶员刹车意图的信息传送到充电调节控制器，充电调节控制器启动行车发电机对锂电池的充电功能，并按照上述充电电压控制策略为锂电池组充电，达到收集制动动能的目的。
实施例3
本实施例提供了一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，本实施例是根据行车发电机的转速信息，对行车发电机的输出电压进行控制，具体包括以下步骤：
当行车发电机的转速低于2000转，行车发电机不发电；行车发电机的转速为2000-3000转，行车发电机最大输出功率60％；行车发电机的转速为3000转以上，行车发电机最大输出功率100％。
实施例4
本实施例提供了一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，本实施例是根据行车发电机的温度信息，对行车发电机的输出电压进行控制，具体包括以下步骤：
当行车发电机的温度在100度以下，行车发电机的最大输出功率100％；行车发电机的温度在100-120度之间，行车发电机的最大输出功率80％，行车发电机的温度在120-130度之间，行车发电机的最大输出功率60％；行车发电机的温度在130-140度之间，行车发电机的最大输出功率40％；行车发电机的温度在140-150度之间，行车发电机的最大输出功率30％；行车发电机的温度在150度以上，暂停发电。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种锂电池组备用电源的行车充电系统，其特征在于，包括具有通信功能的锂电池系部分和具有通信控制功能的行车发电机部分，具有通信控制功能的行车发电机部分与具有通信功能的锂电池系部分进行交互通讯；
所述具有通信控制功能的行车发电机部分用于对行车发电机状态信息的实时监控，并将行车发电机状态信息传递至具有通信功能的锂电池系部分；所述具有通信控制功能的行车发电机部分包括行车发电机以及用于控制行车发电机输出电压的电压调节器；
所述具有通信功能的锂电池系部分包括：
锂电池组；
锂电池管理系统BMS，用于对锂电池组状态信息进行实时监控，并对锂电池组进行功能控制；
电压突变抑制模块，用于抑制电源系统中异常出现的电压突变，保护行车充电系统中各电子元器件的安全；
充电调节控制器，接收锂电池管理系统BMS传递的锂电池组状态信息，根据获取的充电状态参数按照预置的控制策略，向锂电池管理系统BMS和具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，对行车发电机的充电电压实现闭环控制，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电；
所述充电调节控制器的电路组包括：
电压检测电路，用于对锂电池组中每节单体电池充电电压及锂电池组总端电压进行检测；
电流检测电路，用于对锂电池组的充放电电流进行检测；
温度监测电路，用于对锂电池组的温度进行监测；
均衡控制电路，用于对锂电池组中的各节电池进行电压均衡管理，防止各节电池出现过大的电压差；
通信电路，实现充电调节控制器与锂电池管理系统BMS以及充电调节控制器与具有通信控制功能的行车发电机部分之间的通讯；
单片机，预置有锂电池管理策略、行车发电机输出电压控制策略、行车发电机控制指令和BMS控制指令；按照预置的锂电池管理策略，接收锂电池管理系统BMS传递的锂电池组状态信息并对锂电池管理系统BMS进行参数设置和功能状态控制；按照行车发电机充电控制策略，接收所述具有通信控制功能的行车发电机部分传递的行车发电机状态信息，向所述具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，逐级调节控制行车发电机的电压输出，实现对充电回路的电流控制。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池组备用电源的行车充电系统，其特征在于，所述充电调节控制器集成设置在锂电池组、锂电池管理系统BMS或具有通信控制功能的行车发电机部分上，或充电调节控制器独立设置，或充电调节控制器由锂电池组、锂电池管理系统BMS或具有通信控制功能的行车发电机部分中的一项或几项部分电路组合而成。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池组备用电源的行车充电系统，其特征在于，所述锂电池组状态信息包括锂电池组的充放电电流、温度、单节电池电压、总电压、功能状态、异常信息；所述行车发电机状态信息包括行车发电机的转速、温度、输出功率、电压、状态信息。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池组备用电源的行车充电系统，其特征在于，所述锂电池管理系统BMS与充电调节控制器之间、充电调节控制器与具有通信控制功能的行车发电机部分之间的通讯方式为LIN、CAN、PWM、RS485、RS232、PROFIBUS-DP、蓝牙、wifi中的一种或多种组合。
5.一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，其特征在于，该方法基于如权利要求1至4任意一项所述的一种锂电池组备用电源的行车充电系统进行，包括以下方法：根据锂电池组状态信息以及行车发电机状态信息，进行综合评估并为行车发电机设置下一步的目标输出电压，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。
6.根据权利要求5所述的一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，其特征在于，检测锂电池的当前充电状态，根据获取的充电状态参数按照预置的控制策略，向具有通信控制功能的行车发电机部分发出控制信息，根据锂电池电压和充电回路电流大小，调节控制行车发电机的输出电压，对行车发电机的充电电压实现闭环控制，使具有通信控制功能的行车发电机部分以规定的电压电流为锂电池充电。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，其特征在于，包括以下具体方法：
S10、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U低于a时，充电调节控制器将预设的行车发电机最大输出电压控制参数发送给具有通信控制功能的行车发电机部分，最大输出电压控制参数被电压调节器读取，并依据该参数来控制电压调节器的输出，进而控制行车发电机输出端的功率输出；
S20、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值b>U≥a时，根据充电回路的电流值与目标值的差值的正负来确定行车发电机的电压输出，其中目标值为一定区间内的电流数值；控制行车发电机输出电压每次以固定电压值作为增减量变化运行，直到输出电流处于目标值的区间内；
S30、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值≥b时，充电调节控制器向行车发电机发出控制指令使行车发电机不再为锂电池组充电。
8.根据权利要求6所述的一种锂电池组备用电源的行车充电控制方法，其特征在于，包括以下具体方法：
设定充电调节控制器采集到的本次行车发电机的输出电压U0，锂电池组端电压E0，充电回路电流I0，并以此计算锂电池组的内阻R值为
Figure FDA0004133659160000041
I为需要增减的电流值；
S11、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U低于a时，充电调节控制器将预设的行车发电机电压最大输出的控制参数传递给具有通信控制功能的行车发电机部分，控制行车发电机的输出电压，为锂电池组充电；
S21、当锂电池管理系统BMS检测到单节电池电压最大值U≥a时，将充电电流控制在一定的电流数值，充电调节控制器根据此时的电池组端电压E，计算得到发电机所需的输出电压
Figure FDA0004133659160000042
并将此输出电压U输出对应的控制参数传递给具有通信控制功能的行车发电机部分，控制行车发电机的输出电压为U输出。/>
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