CN115257386A - 一种低速电动车的加热控制方法及回路 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂电池技术领域，其公开了一种低速电动车的加热控制方法及回路。加热控制方法包括：进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值；若判断为否，则进入充电状态；若判断为是，则继续判断单体电池电压是否低于单体最低允许充电阈值，若判断为低于，则生成超低电压故障信号，若判断为不低于，则生成超低电压充电标识，然后跳转至步骤进入充电状态。加热控制回路包括：充电回路，具有充电正极和充电负极；放电回路具有，放电正极和放电负极，放电正极与充电正极位于不同的电气接口；加热回路。通过上述方案避免了因电池处于严重亏电状态而导致的电池内部异常发热，甚至可能引发燃烧起火的安全事故的现象发生。

Description

一种低速电动车的加热控制方法及回路

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，特别涉及一种低速电动车的加热控制方法及回路。

背景技术

低速电动车是以锂电池作为整车动力源，锂电池的电化学特性与环境温度密切相关。在低温情况下要想充分发挥其电化学特性，特别是在北方冬天季节，环境温度普遍在0℃以下，要想正常使用电动车，就必须对内部的锂电池进行加热，将其工作温度控制在适宜的范围内，因此需要针对锂电池的加热控制方法。

在现有的加热控制方法中，设置了纯加热模式、加热与充电并存模式和纯充电模式三种模式，进入哪种模式工作是直接根据电池温度判断的，例如当电池温度在0℃以下时，进入纯加热模式，随着电池温度的上升，会依次进入加热与充电并存模式和纯充电模式。虽然设置了三种模式，但是充电加热时，还是会出现锂电池内部异常发热，甚至可能引发燃烧起火的安全事故。

发明内容

为了至少解决现有技术中存在的充电加热时出现的锂电池内部异常发热的问题，本发明一方面提供了一种低速电动车的加热控制方法，所述低速电动车具有若干个锂电池组，各所述锂电池组具有多个单体电池，所述加热控制方法包括：进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值；若判断为否，则进入充电状态；若判断为是，则继续判断所述单体电池电压是否低于单体最低允许充电阈值，若判断为低于，则生成超低电压故障信号，若判断为不低于，则生成超低电压充电标识，然后跳转至步骤所述进入充电状态；其中，所述超低电压故障信号用于指示禁止进入充电状态；所述超低电压充电标识用于指示在进入充电状态后，充电电流小于所述单体电池电压不低于单体欠压一级告警阈值时的充电电流。

本发明另一方面提供了一种低速电动车的加热控制回路，所述加热控制回路包括：充电回路、放电回路、加热回路和控制单元；所述充电回路具有充电正极和充电负极；所述放电回路具有放电正极和放电负极，所述放电正极与所述充电正极位于不同的电气接口，所述控制单元与所述充电回路、所述放电回路和所述加热回路，还与多个所述单体电池连接，用于通过控制所述充电回路、所述放电回路和所述加热回路执行上述的方法。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值，若判断为否，则进入充电状态；若判断为是，则继续判断单体电池电压是否低于单体最低允许充电阈值，若判断为低于，则生成超低电压故障信号，若判断为不低于，则生成超低电压充电标识，然后跳转至步骤进入充电状态，即增加了单体电池电压异常超低的检测判断以及相应的处理策略，从而避免了在电池处于严重亏电状态而仍然采用正常充电逻辑所导致的电池内部异常发热，甚至可能引发燃烧起火的安全事故的现象发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的框图；

图3为本发明实施例提供的另一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的框图；

图4为本发明实施例提供的又一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的框图；

图5为本发明实施例提供的再一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的框图；

图6为本发明实施例提供的再另一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的框图；

图7为本发明实施例提供的一种低速电动车的加热控制方法（含行车状态）的框图；

图8为本发明实施例提供的另一种低速电动车的加热控制方法（含行车状态）的框图；

图9为本发明实施例提供的一种低速电动车的加热控制回路的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态和行车状态）的框图；

图11为本发明实施例提供的再又一种低速电动车的加热控制方法（含充电状态）的框图；

图12为本发明实施例提供的又一种低速电动车的加热控制方法（含行车状态）的框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

低速电动车通常指电动自行车、电动摩托车、电动三轮车、电动四轮车，电压平台一般在100V以下，其具有若干个锂电池组和加热元件。各锂电池组由多个单体电池电连接组成。加热元件用于对锂电池组中的各单体电池加热，通常采用铺设于锂电池组底部或侧面的PTC加热膜，其本质是一纯电阻，当有电源施加在其两端时便会持续发热，并将热量逐步传导至锂电池上，使电池温度上升，来达到加热效果。电源可以是利用车载充电机（OBC）或锂电池本身进行供电。

在正常情况下，锂电池需要工作在一定的电压范围内，如果超出此电压范围下限，说明电池处于过放电状态，如果超出此范围上限，说明电池处于过充电状态，无论是过放电状态还是过充电状态都表明电池内部晶格结构已经受损。

在实际的应用和运作层面，经常会发生电池欠压过放电的情况，比如低速电动车放完电或欠压保护后没有及时充电，长时间存放，就会导致电池严重亏电；另外，一些出口型产品，需要长时间走海运、陆运的场合，因为电池本身的自放电和内部控制器的静态功耗也会导致电池处于严重亏电状态。因此，对于这种已经处于亏电状态的电池在执行充电流程的过程中就需要特别谨慎，必须控制充电电流，否则将导致电池内部异常发热，甚至可能引发燃烧起火的安全事故。参见图1和图2，本发明实施例提供了一种低速电动车的加热控制方法，其包括以下步骤：

步骤101，进入充电状态前，判断单体电池最低电压是否低于单体欠压一级告警阈值。

BMS（Battery Management System，电池管理系统）被充电唤醒后，上电自检，然后获取各单体电池的电压，并将各单体电池电压与单体欠压一级告警阈值分别进行比较，判断出大小关系，以确定各单体电池电压是否在正常的工作电压范围内；还可以先比较出所有单体电池电压中最小的电压是多少，即该最小的电压为单体电池最低电压，再将单体电池最低电压与单体欠压一级告警阈值进行比较，本实施例不对此比较过程进行具体限定。单体欠压一级告警阈值属于电池的最严重等级低压保护阈值，若低于该值，电池将会过放电，因此将单体欠压一级告警阈值作为比较对象。对于磷酸铁锂单体电池来说，工作电压范围一般在2.5V～3.65V，单体欠压一级告警阈值设置为2.5V。对于三元锂电池单体电池来说，其工作电压范围一般在3.0V～4.25V，单体欠压一级告警阈值设置为3.0V。

需要说明的是，本步骤中BMS被唤醒是指充电唤醒。整车低压上电后，会进入两种工作状态：充电状态或行车状态，具体进入哪种工作状态，由BMS低压唤醒信号的组合进行判定。低速电动车的充电方式一般只支持慢充，即车载充电机（OBC）充电，充电唤醒信号源有三个：充电唤醒信号CHGP+、充电控制导引信号CC以及充电控制导引信号CP；而低速电动车的放电一般通过拧钥匙开关来实现，放电唤醒信号源就只有一个：“ON”档钥匙开关信号。

整车工作状态判定真值表如下表表1所示，表格中“1”表示“有效”，“0”表示“无效”，“X”表示“忽略”，根据真值表列出逻辑表达式：

；

。由逻辑表达式很容易得出结论：充电状态优先级高于行车状态，如果有充电唤醒信号源，将无法进入行车状态；但在行车状态下，如果同时检测到有充电唤醒信号源CHGP+或CC或CP，将无条件退出行车状态，进入充电状态。

表1

步骤102，若判断为否，则进入充电状态。

若比较结果是单体电池电压不低于单体欠压一级告警阈值，此时，表征各单体电池工作状态良好，则可以进入充电状态，即进行充电操作。

步骤103，若判断为是，则继续判断各单体电池的最低电压是否低于单体最低允许充电阈值，若判断为低于，则生成超低电压故障信号，若判断为不低于，则生成超低电压充电标识，然后跳转至步骤进入充电状态。

具体地，若比较结果是单体电池电压低于单体欠压一级告警阈值，此时，表征单体电池将会过放电，然后继续将单体电池电压与单体最低允许充电阈值进行比较，若比较结果是低于，则生成超低电压故障信号，其用于指示禁止进入充电状态，即不能进行充电操作，否则会引发安全事故；若比较结果是不低于，则生成超低电压充电标识，其用于指示在进入充电状态后，充电电流小于各单体电池的最低电压不低于单体欠压一级告警阈值时的充电电流，也就是说，进行充电时，需要将充电电流限制在一个较小的范围内，只能对亏电电池进行小电流充电，使其容量得以慢慢恢复。单体最低允许充电阈值是控制能否进行充电的下限安全阈值。对于磷酸铁锂单体电池来说，单体最低允许充电阈值一般选取1.5V。

通过进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值，若判断为否，则进入充电状态；若判断为是，则继续判断单体电池电压是否低于单体最低允许充电阈值，若判断为低于，则生成超低电压故障信号，若判断为不低于，则生成超低电压充电标识，然后跳转至步骤进入充电状态，即增加了单体电池电压异常超低的检测判断以及相应的处理策略，从而避免了因电池处于严重亏电状态而导致的电池内部异常发热，甚至可能引发燃烧起火的安全事故的现象发生。

进入充电状态后，充电加热有三种工作模式，分别为：纯加热模式、加热与充电并存模式、纯充电模式。充电加热三种工作模式的切换是按照充电三级温度控制阈值来执行的。在纯加热模式下，充电机和加热元件形成加热回路。在纯充电模式下，充电机和锂电池组形成充电回路。在加热与充电并存模式下，充电机与锂电池组形成充电回路，还与加热元件形成加热回路。

基于图3，本发明实施例提供了一种进入充电状态的流程，其包括以下步骤：

整车低压上电后，进入充电状态，此时，还没有对单体电池进行加热或充电，采集的单体电池温度称为单体电池初始温度，将该单体电池初始温度与第一充电温度阈值（或称充电温度过低三级告警阈值）和第二充电温度阈值进行比较，根据比较结果，确定进入哪种模式。下述的单体电池温度指的是：根据前述比较结果进入任一种模式之后，采集的单体电池温度。

若比较结果是：单体电池初始温度低于第一充电温度阈值，则进入纯加热模式，在纯加热模式下加热，直至单体电池温度达到第三充电温度阈值，此时，判断是否有超低电压充电标识，若判断结果为没有超低电压充电标识，则进入加热与充电并存模式，在加热与充电并存模式下，加热至第二充电温度阈值，然后进入第一纯充电模式，若判断结果为有超低电压充电标识，则进入第二纯充电模式，第二纯充电模式下的充电电流（或称第二充电电流值）小于第一纯充电模式下的充电电流（或称第一充电电流值）。第一充电温度阈值小于第三充电温度阈值，第三充电温度阈值小于第二充电温度阈值。

此处的第一充电电流值即为第一预设电流值，其一般通过如下方法确定：BMS比较由CC电阻和CP脉冲信号占空比计算确定的充电线缆最大载流值、供电设备的最大可供电能力以及OBC额定输出电流，将前述三者中的最小值设定为第一预设电流值，该值通常为38A/85.1V。第二充电电流值通常设置为8A/85.1V。

若比较结果是：单体电池初始温度大于第二充电温度阈值，则进入第一纯充电模式。

若比较结果是：单体电池初始温度大于等于第一充电温度阈值，且小于等于第二充电温度阈值，则判断是否有超低电压充电标识，若判断结果是没有超低电压充电标识，则进入加热与充电并存模式，在加热与充电并存模式下，加热至第二充电温度阈值，然后进入第一纯充电模式，若判断结果为有超低电压充电标识，则进入第二纯充电模式。需要说明的是，本实施例中，不对单体电池温度与各温度阈值的比较方法进行具体限定，实际中，还可以先比较出所有单体电池温度中最小的温度是多少，即该最小的温度为单体电池最低温度，再将单体电池最低温度与各温度阈值进行比较。充电三级温度控制阈值对应第一充电温度阈值、第二充电温度阈值和第三充电温度阈值。

通常锂电池一般在温度低于0℃以下时是禁止充电的，否则会造成电池损坏，这种情况下需要对电池进行加热，因此将第一充电温度阈值设置为0℃。在确定第二充电温度阈值前，获取电池加热时间和电池温升的测试数据。以某款电动低速物流车为例，该物流车锂电池组配置规格为：23串100Ah磷酸铁锂单体电池串联成组，额定电压平台为73.6V，电度数为7.36KWh；PTC加热膜电气参数为：总功率为362.5W，额定工作电流：5A，总电阻：14.5±5%Ω；锂电池组与PTC加热膜组装好后，在低温下通过实际加热测试，得到电池加热时间与电池温升的对比实验数据，通过计算可得到温升与时间曲线斜率约为0.146℃/分钟，数据表如下表表2所示。

表2

然后根据该测试数据确定第二充电温度阈值，优选地，第二充电温度阈值为7℃，第三充电温度阈值为5℃，通过各温度阈值的恰当确定，避免了因电池在特定加热时间下将无法上升到预设温度值，如第二充电温度阈值、第三充电温度阈值，从而导致对加热进程的错误估计，做出加热超时的错误判断的现象发生。

加热的本质是使电池温度上升到合适的温度范围之内，以最大发挥电池的功率能效，但如果因为加热回路故障，或者是加热膜本身损坏，将会出现电池温度始终无法升高，而迫使加热进程一直持续的死循环中，导致加热动作失效，无法进入下一步的充电加热模式，为此，参见图3，在进入纯加热模式之后，若单体电池温度大于等于第三充电温度阈值之前，本实施例提供的加热控制方法还包括以下步骤：

判断纯加热模式下的加热时长是否超过第一时长阈值的两倍，若判断结果为：未超过，则继续加热，若判断结果为：超过，则比较单体电池温度与第一充电温度阈值的大小，若比较结果是：单体电池温度小于第一充电温度阈值，则生成放电加热超时故障信号，该信号用于指示充电加热发生了超时，若比较结果是：单体电池温度不小于第一充电温度阈值，则跳转至上述实施例中的步骤判断是否有超低电压充电标识。

参见图3，在进入加热与充电并存模式之后，若单体电池温度大于等于第二充电温度阈值之前，本发明实施例提供的加热控制方法还包括以下步骤：

判断加热与充电并存模式下的加热时长是否超过第二时长阈值的两倍，若判断结果是：未超过，则继续加热；若判断结果为超过，则跳转至上述实施例中的步骤进入第一纯充电模式。

需要说明的是，第一时长阈值和第二时长阈值可以通过电池加热时间与电池温升的对比实验数据来确定。

锂电池内部的活性物质活性度在高温下会异常活跃，高温充电极易导致电池鼓包，严重影响电池的使用寿命，严重者会发生燃烧起火的安全事故。因此，在充电过程中，必须实时监测电池温度，并在温升过高时降低充电电流，以保证电池工作在合适的温度范围内。基于此，增加了电池温升过高时的充电降流策略，参见图4，本发明实施例中，进入第一纯充电模式包括以下步骤：

在第一纯充电模式下，以第一预设电流值作为第一充电电流值进行充电，并实时监测单体电池温度。第一预设电流值通常为38A/85.1V，其确定方法参见上述实施例中关于第一充电电流值的相关描述内容。

比较单体电池温度与第四充电温度阈值的高低，若比较结果是：单体电池温度高于第四充电温度阈值，则对第一预设电流值执行温升降流策略，温升降流策略是指：单体电池温度每升高1℃，充电电流在原基础上下降预设调整值，预设调整值可以为2A，还可以为1.5A，本实施例不对其具体数值进行限定。在调整过程中，若检测到第一充电电流值下降至第一充电电流阈值，则不再对充电电流执行温升降流策略，以当前的充电电流值（第一充电电流阈值）继续充电，在继续充电过程中，若检测到单体电池温度低于第五充电温度阈值，则跳转至步骤以第一预设电流值作为第一充电电流值进行充电，若检测到单体电池温度不低于第五充电温度阈值，且达到充电过温一级告警阈值，则第一充电电流值降为0，生成充电结束信号，该信号用于指示结束充电；若检测到单体电池温度不低于第五充电温度阈值，且未达到充电过温一级告警阈值，则跳转至步骤不再对充电电流执行温升降流策略，以当前的充电电流值继续充电。需要说明的是，第四充电温度阈值大于第五充电温度阈值，第四充电温度阈值通常设置为40℃，第五充电温度阈值通常设置为35℃。充电过温一级告警阈值通常设置为55℃。前述各值可以根据锂电池的种类以及实际应用情况进行选取，本实施例不对其进行具体限定。

在充电过程中，如果触发单体电压或总压过压告警，或者压差告警及充电过流告警，说明电池接受电流能力减弱，抑或电池状态异常，则需要执行充电限流策略，以保证电池充电安全和充电能量最大化。基于此，增加了发生充电告警时的充电限流策略，参见图5，本发明实施例中，进入第一纯充电模式包括以下步骤：

在第一纯充电模式下充电，在充电过程中，检测单体电池电压，并比较其与第三告警值的大小，第三告警值为单体过压三级告警值或者总体过压三级告警值或者压差三级告警值或者充电过流三级告警值。若检测到单体电池电压达到第三告警值；则将第二预设电流值作为第一充电电流值进行充电，在此充电过程中，若检测到单体电池电压达到第二告警值，则将第三预设电流值作为第一充电电流值进行充电，在继续充电过程中，若检测到单体电池电压达到第一告警值，则第一充电电流值降为0，生成充电结束信号，该信号用于指示结束充电，若检测到单体电池电压未达到第一告警值，则跳转至步骤将第三预设电流值作为第一充电电流值进行充电。

若检测到单体电池电压未达到第二告警值，则跳转至步骤将第二预设电流值作为第一充电电流值进行充电。若单体电池电压未达到第三告警值，则跳转至步骤以第一预设电流值作为第一充电电流值进行充电。需要说明的是，第二预设电流值大于第三预设电流值，第二预设电流值通常为8A，第三预设电流值通常为5A。

大部分车主通常在居民小区和地下车库充电，普遍采取晚上充电，白天开车的工作习惯，有时候车主因为临时有事，或者是过节旅游，或者是出远门办事，就会忘记在电动车充满电后拔掉充电枪，特别是国外客户，在遇到重大节日时常有几个月不回家的情况发生。但是，按照现有的充电逻辑，电池充满电后如果不重新插枪，便不会再次充电，在长时间的放置过程中，可能会因为电池本身的自放电和内部控制器的静态功耗导致电池处于非满容量状态或亏电状态，基于此，在充电结束后，增加了对车主忘记拔掉充电枪后的处理策略，参见图6，本发明实施例提供的加热控制方法还包括以下步骤：

充电状态结束后，检测充电状态判定信号是否存在，该信号为充电唤醒信号CHGP+和充电控制导引信号CC，若检测到存在，其表明充电结束后，还未拔掉充电枪（充电机），且判断处于充电状态，则判断荷电状态SOC是否小于预设比值阈值或者单体电池电压是否小于预设电压阈值，若判断为小于，则跳转至步骤进入充电状态，否则跳转至步骤检测是否存在充电状态判定信号。若检测不到充电唤醒信号，则预设时间后，BMS休眠或下电。第一预设比值阈值可以为80%，预设电压阈值可以为3.30V，预设时间可以为5分钟，前述三个值还可以为其他数值，本实施例不对其进行具体限定。

在整车低压上电后，会进入两种状态：充电状态或行车状态，具体进入哪种工作状态，由BMS低压唤醒信号的组合进行判定，为此，在进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值之前，本发明实施例提供的加热控制方法还包括以下步骤：

BMS判断唤醒信号的种类，若唤醒信号的种类表征充电状态，则跳转至上述实施例中的步骤进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值，若唤醒信号的种类表征行车状态，则进入行车状态。

行车状态有三种工作模式，分别为：纯加热模式、行车与加热并存模式、行车模式。在低温环境下，行车加热三种工作模式的切换是按照放电三级温度控制阈值来执行的。参见图7，本发明实施例提供了一种进入行车状态的流程，其包括以下步骤：

实时采集各单体电池温度，将单体电池温度与第一放电温度阈值（或称放电温度过低一级告警阈值）进行比较，若比较结果是：单体电池温度低于第一放电温度阈值，则生成禁止行车标识，该标识用于表示禁止行车，限功为0，然后进入纯加热模式。

在纯加热模式下，加热过程中，检测单体电池温度是否上升至第二放电温度阈值，若检测结果是：单体电池温度上升至第二放电温度阈值，则启动预充电逻辑，进入行车与加热并存模式，行车与加热同步进行中，判断是否满足行车模式条件，若判断结果为：满足行车模式条件，则判断单体电池温度是否上升至第三放电温度阈值，若判断结果为：上升至第三放电温度阈值，则进入行车模式，若判断结果为：未上升至第三放电温度阈值，则判断在行车与加热并存模式下，加热时长是否超过第三时长的两倍，若加热时长超过第三时长的两倍，则跳转进入行车模式，否则继续在行车与加热并存模式下。

在纯加热模式下，加热过程中，若检测结果是：单体电池温度未上升至第二放电温度阈值，则判断在纯加热模式下，加热时长是否超过第四时长的两倍，若加热时长未超过第四时长的两倍，则继续在纯加热模式下进行加热，若加热时长超过第四时长的两倍，则判断单体电池温度是否低于第一放电温度阈值，若判断结果是：低于第一放电温度阈值，则跳转进入行车与加热并存模式，若判断结果是：不低于第一放电温度阈值，则生成行车加热超时故障信号，该信号用于指示行车加热发生了超时。放电三级温度控制阈值对应第一放电温度阈值、第二放电温度阈值和第三放电温度阈值。优选地，第一放电温度阈值为-20℃、第二放电温度阈值为-10℃，第三放电温度阈值为0℃。需要说明的是：关于各放电温度阈值的确定方法可以参照各充电温度阈值的确定方法，本实施例不在此进行赘述。

在电动车现有的控制逻辑中，充电状态下的控制逻辑和行车状态下的控制逻辑是独立且互斥的，充电时不能行车，行车时不能充电，这种控制逻辑并不完全正确，对充电状态和行车状态的优先级没有做明确的排序。一般来说，充电状态的优先级应该高于行车状态，在行车加热模式或纯加热模式下，如果插枪就应该转移到充电状态，充电就不能行车，否则将会导致出现电动车拖着充电枪跑的闹剧。基于此，在行车加热的控制流程中，增加了对行车状态下插枪充电可能性的研判及处理策略。参见图8，本发明实施例还提供了一种低速电动车的加热控制方法，其包括以下步骤：

进入行车状态后，若检测到充电唤醒信号，则停止行车状态，跳转至上述实施例中的步骤进入充电状态前，判断单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值，若未检测到充电唤醒信号，则继续保持行车状态。

参见图10，本发明另一实施例提供了一种低速电动车的加热控制回路，其包括：充电回路、放电回路、加热回路和控制单元。充电回路具有充电正极和充电负极。放电回路具有放电正极和放电负极，放电正极与充电正极位于不同的电气接口。也就是说，在本加热控制回路中，电气主回路采用充放电异口，即充电口和放电口为不同的接口，走不同的电气回路，这样可以使充电回路和放电回路分开控制，做到在闭合充电回路时禁止行车，在硬件上杜绝电动车拖着充电枪跑的问题。控制单元用于执行上述的加热控制方法，其可以为BMS。加热回路包括：前述加热元件。

在图10中，放电控制回路为：锂电池组B+ → 放电保险丝 → 主正继电器K2 →放电正极P+ → 放电负极P- →分流器 → 锂电池组B-。预充电控制回路为：锂电池组B+→ 放电保险丝 → 预充继电器K1 → 预充电阻R → 放电正极P+ → 放电负极P- →分流器 → 锂电池组B-。充电控制回路为：充电正极C+ → 充电保险丝 → 充电继电器K3 →放电保险丝 → 锂电池组B+ → 锂电池组B- → 分流器 → 充电负极C-。充电加热控制回路为：充电正极C+ → 充电保险丝 → 加热继电器K4 → PTC加热膜 → 充电负极C-。放电加热控制回路为：锂电池组B+ → 放电保险丝 → 充电继电器K3 → 加热继电器K4 →PTC加热膜 → 分流器 → 锂电池组B-。

电池管理系统（BMS）的作用是实时采集锂电池组的电压、温度等信息，采集充、放电电流，根据控制算法做逻辑保护判断，控制各高压继电器的断开与闭合，保证电池使用安全，同时负责与电机控制器（MCU）进行交互通信。

下面结合图1-12，对本低速电动车的加热控制方法进行详细说明：

一、整车工作状态判定逻辑；

整车低压上电后，会进入两种工作状态：充电状态或行车状态，具体进入哪种工作状态，由BMS低压唤醒信号的组合进行判定。

二、充电加热控制方法；

充电加热控制方法包含三个阶段软件控制流程，分别是充电握手阶段、充电加热阶段和充电阶段的软件控制流程，软件流程图分别如图3～6和图11。图3也为充电加热控制方法之充电加热子程序软件流程图；图4也为电池温升充电降流软件流程图；图5也为告警充电限流软件流程图；图6也为充电加热控制方法之充电子程序软件流程图；图11也为充电加热控制方法之充电握手子程序软件流程图。

充电握手阶段主要是按照车载传导充电相关要求中的规定，检测与识别充电控制导引信号CC和CP，建立电动车和交流充电桩的CAN通信链接，进入充电准备就绪状态。

同时，BMS比较由CC电阻和CP脉冲信号占空比计算确定的充电线缆最大载流值、供电设备的最大可供电能力，以及OBC额定输出电流，并设定三者中最小值（38A/85.1V）作为充电机的拟申请电流；但如果检测到“超低电压充电标志位”置位，就必须以小电流对电池进行充电，BMS将申请电流/电压改设为8A/85.1V，85.1V是锂电池组的恒压充电值，根据单体电池的满充电压3.65V，以及考虑到接触电阻和线损来确定的。

充电加热阶段包含两种工作模式：纯加热模式及加热与充电并存模式，按照电池最低温度判定进入哪种工作模式。磷酸铁锂电池一般在温度低于0℃以下是禁止充电的，否则会造成电池损坏，这种情况下就需要对电池进行加热。

在正常加热过程中，电池温度会缓缓上升，温度上升速度基本遵循实测得到的温升&时间曲线斜率0.146℃/分钟，比如30分钟约能上升4.4℃，如果温度上升速度与此相差甚远则说明加热回路或加热膜本身发生异常，BMS就需要上报充电加热超时故障，结束加热进程。

当电池温度上升到5℃以上时，进入加热与充电并存模式，对电池边加热边充电，因为受到加热膜功率限制，BMS向OBC申请的充电电流需要缓缓增加，直至供给PTC加热膜的加热电流达到5A，充电电流便不能再增加，以PTC加热膜的加热上限电流作为申请依据。

当电池温度上升到7℃以上时，停止加热，进入纯充电模式，并按照前述充电控制导引信号CC/CP和OBC额定输出电流中的最小值申请充电电流（38A/85.1V）。同时，在充电过程中BMS执行电池温升充电降流策略和告警充电限流策略，以使充电容量最大化。

在充电结束后，如果车主忘记拔掉充电枪，因为电池本身的自放电和内部控制器的静态功耗导致电池SOC小于80%，或者最低单体电池电压小于3.30V，而充电唤醒信号CHGP+和充电控制导引信号CC又持续存在，则BMS重新进入充电模式，对电池进行充电处理。

三、行车加热控制方法；

行车加热控制方法包含三个阶段软件控制流程，分别是预充电阶段、行车加热阶段和行车阶段的软件控制流程，软件流程图分别如图7～8和图12所示。图7也为行车加热控制方法之行车加热子程序软件流程图；图8也为行车加热控制方法之行车子程序软件流程图；图12为行车加热控制方法之预充电子程序软件流程图。

预充电阶段是在闭合放电主回路之前必须要进行的一个步骤，由于电机控制器负载前端都有较大的电容，在冷态启动时，电容C上电压接近于0，主正继电器闭合瞬间相当于短路，会导致很大的冲击电流，远超继电器的最大分断能力，直接造成继电器过电流损坏（即发生触点粘连故障）。因此，在闭合主正继电器之前，需要先进入预充电流程：先闭合预充继电器K1，利用预充电阻R将电流限制在规定值以下，当检测到放电端P+和P-之间预充电压达到锂电池组总电压的92%～98%时，再闭合主正继电器K2，并同时断开预充继电器K1，高压上电完成。

为了防止预充电出现随机性失败，对预充电的执行逻辑给予了三次尝试和故障冗余判断，如果仍然失败，BMS则转入休眠或下电状态。

行车加热阶段包含两种工作模式：纯加热模式及行车与加热并存模式，按照电池最低温度判定进入哪种工作模式。磷酸铁锂电池一般在温度低于-20℃以下是禁止行车的，否则会造成电池损坏，这种情况下就需要闭合加热回路，利用电池本身对PTC加热膜提供能量，进行电池自加热；当电池温度上升到-10℃以上时，同时闭合放电控制回路，进入行车与加热并存模式，电池边放电边加热。与充电加热控制流程一样，在行车加热过程中，也要对加热超时故障进行检测和处理。

当电池温度上升到0℃以上时，控制继电器断开加热回路，停止加热，进入完全行车模式。一般情况下，对电动车插枪充电是不需要拧开钥匙开关的，但实际生活中有不少司机在电动车处于行车模式下（忘记关掉钥匙开关），就直接插枪充电，导致BMS因为处于行车模式而无法识别充电唤醒信号，这样的结果就是插枪后电动车不能转移到充电模式，不仅无法充电，反而还可以行车，极有可能导致出现电动车拖着充电枪跑的安全隐患。

因此，在行车阶段的软件控制流程中，增加了充电状态优先级高于行车状态的判定，如果检测到充电唤醒信号源，将无条件从行车状态退出，同时判定是否满足充电状态条件，如果满足则进入充电状态执行逻辑，形成有效的闭环控制。

本发明实施例提出了一种充电加热和行车加热的控制回路及方法，通过采用充放电异口的电气主回路，并在充电加热和行车加热控制流程中增加多种异常情况的检测判断以及相应的处理策略，对加热全过程实行闭环精细化管理，使加热控制流程更全面更完善，彻底消除了异常情况下可能影响加热效率和电池安全的各种安全隐患，具有一定的市场推广价值。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种低速电动车的加热控制方法，所述低速电动车具有若干个锂电池组，各所述锂电池组具有多个单体电池，其特征在于，所述加热控制方法包括：

进入充电状态前，判断所述单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值；

若判断为否，则进入充电状态；

若判断为是，则继续判断所述单体电池电压是否低于单体最低允许充电阈值，若判断为低于，则生成超低电压故障信号，若判断为不低于，则生成超低电压充电标识，然后跳转至步骤所述进入充电状态；

其中，所述超低电压故障信号用于指示禁止进入充电状态；

所述超低电压充电标识用于指示在进入充电状态后，充电电流小于所述单体电池电压不低于单体欠压一级告警阈值时的充电电流。

2.根据权利要求1所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述低速电动车的充电加热有三种模式，分别为：纯加热模式、加热与充电并存模式、纯充电模式，所述进入充电状态包括：

若所述单体电池初始温度低于第一充电温度阈值，则进入所述纯加热模式，在所述纯加热模式下，若所述单体电池温度大于等于第三充电温度阈值，判断是否有所述超低电压充电标识，若没有，则进入所述加热与充电并存模式，在所述加热与充电并存模式下，若所述单体电池温度大于等于第二充电温度阈值，进入第一纯充电模式，若有，则进入第二纯充电模式，所述第一纯充电模式下的第一充电电流值大于所述第二纯充电模式下的第二充电电流电流值；

若所述单体电池初始温度大于所述第二充电温度阈值，则进入所述第一纯充电模式；

若所述单体电池初始温度小于等于所述第二充电温度阈值，且大于等于所述第一充电温度阈值，则跳转至步骤所述判断是否有所述超低电压充电标识。

3.根据权利要求2所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述进入所述纯加热模式之后，若所述单体电池温度大于等于第三充电温度阈值之前，所述加热控制方法还包括：

判断所述纯加热模式下的加热时长是否超过第一时长阈值的两倍；

若未超过，则继续加热；

若超过，则判断所述单体电池温度是否低于所述第一充电温度阈值；

若判断为是，则生成加热超时故障信号，否则，跳转至步骤所述判断是否有所述超低电压充电标识。

4.根据权利要求2所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述进入所述加热与充电并存模式之后，若所述单体电池温度大于等于第二充电温度阈值之前，所述加热控制方法还包括：

判断所述加热与充电并存模式下的加热时长是否超过第二时长阈值的两倍；

若未超过，则继续加热；

若超过，则跳转至所述进入所述第一纯充电模式。

5.根据权利要求2所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述进入所述第一纯充电模式包括：

在所述第一纯充电模式下，以第一预设电流值作为第一充电电流值进行充电；

若所述单体电池温度高于第四充电温度阈值，则对所述第一预设电流值执行温升降流策略，所述温升降流策略是指：所述单体电池温度每升高1℃，充电电流在原基础上下降预设调整值；

若所述第一充电电流值下降至第一充电电流阈值，以所述第一充电电流阈值继续充电，否则，调整至步骤对所述第一预设电流值执行温升降流策略；

若所述单体电池温度低于第五充电温度阈值，则跳转至步骤所述以预设电流值作为第一充电电流值进行充电，若所述单体电池温度不低于第五充电温度阈值，判断所述单体电池温度是否达到充电过温一级告警阈值，若达到，则结束充电，若未达到，则跳转至步骤所述以所述第一充电电流阈值继续充电；

其中，所述第四充电温度阈值大于所述第五充电温度阈值。

6.根据权利要求2所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述进入所述第一纯充电模式包括：

在所述第一纯充电模式下充电；

若所述单体电池电压达到第三告警值，则将第二预设电流值作为所述第一充电电流值进行充电，在充电过程中，若所述单体电池电压达到第二告警值，则将第三预设电流值作为所述第一充电电流值进行充电，在充电过程中，若所述单体电池电压达到第一告警值，则结束充电，若未达到所述第一告警值，则跳转至步骤将第三预设电流值作为所述第一充电电流值进行充电；

若所述单体电池电压未达到第二告警值，则跳转至步骤所述将第二预设电流值作为所述第一充电电流值进行充电；

若所述单体电池电压未达到第三告警值，则跳转至步骤所述在所述第一纯充电模式下充电。

7.根据权利要求1所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述加热控制方法还包括：

充电状态结束后，检测是否存在充电状态判定信号；

若检测到存在充电状态判定信号，则判断荷电状态SOC是否小于预设比值阈值或者单体电池电压是否小于预设电压阈值，若判断为小于，则跳转至步骤所述进入充电状态，否则跳转至步骤所述检测是否存在充电状态判定信号。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，在所述进入充电状态前，判断所述单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值之前，所述加热控制方法还包括：

判断唤醒信号的种类，若唤醒信号的种类表征充电状态，则跳转至步骤所述进入充电状态前，判断所述单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值；

若唤醒信号的种类表征行车状态，则进入行车状态。

9.根据权利要求8所述的低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述加热控制方法还包括：

进入行车状态后，若检测到充电唤醒信号，则停止所述行车状态，跳转至步骤所述进入充电状态前，判断所述单体电池电压是否低于单体欠压一级告警阈值，否则保持所述行车状态。

10.一种低速电动车的加热控制方法，其特征在于，所述加热控制回路包括：充电回路、放电回路、加热回路和控制单元；

所述充电回路具有充电正极和充电负极；

所述放电回路具有放电正极和放电负极，所述放电正极与所述充电正极位于不同的电气接口；

所述控制单元与所述充电回路、所述放电回路和所述加热回路，还与多个所述单体电池连接，用于通过控制所述充电回路、所述放电回路和所述加热回路执行权利要求1-9中任一项所述的方法。

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