CN117087476A - 社区电动车智能快速充电桩的充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于充电桩充电的技术领域，具体涉及社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其中包括自适应系统，所述自适应系统包括快充子系统和普充子系统，所述快充子系统包括可变恒流输出模块、电流测量传感器、电压测量模块、均衡控制模块、集中控制模块、锂电池组，其特征在于：所述可变恒流输出模块的输入端与220VAC电源输出端连接；所述可变恒流输出模块输出端与锂电池组电源端连接；所述电流测量传感器串接在可变恒流输出模块输出端与锂电池组之间，该装置解决了当前利用自动识别电池容量的恒流充电技术，输出满足电池最佳充电功率的恒定电流给高性能电池，实现电动车在15钟内快速充电，大大提高了充电效率，节省人们充电等待时间的问题。

Description

社区电动车智能快速充电桩的充电方法

技术领域

本发明属于充电桩充电的技术领域，具体涉及社区电动车智能快速充电桩的充电方法。

背景技术

电动自行车需要电力发电，而在长距离的骑行路程中很有可能出现电力不足的问题，电动自行车充电桩也就变成了一个急需发展的设备。电动车充电桩和汽车的加油站相类似，是一种“加电”的设备，是一种非常高效率的充电器，可以给电动汽车、电动自行车和老年代步车等进行充电。电动车配套的充电器，一次充电经常需要7-8小时，一旦行驶途中没有电能，将使行车人陷入尴尬的境地，据调查10位电动车用户中至少有5位车主就曾遭遇电动车“抛锚”，即使电动车有踏板，但由于电动车的设计与自行车有别，踩起来很不自然，而且电动车重量一般在50公斤左右，踩踏板很吃力，为此本发明提出一种社区电动车智能快速充电桩及快速充电方法，该方法利用自动识别电池容量的恒流充电技术，输出满足电池最佳充电功率的恒定电流给高性能电池，实现电动车在15钟内快速充电，大大提高了充电效率，节省人们充电等待时间。

发明内容

本发明的目的在于提供社区电动车智能快速充电桩的充电方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：社区电动车智能快速充电桩的充电方法，包括自适应系统，所述自适应系统包括快充子系统和普充子系统，所述快充子系统包括可变恒流输出模块、电流测量传感器、电压测量模块、均衡控制模块、集中控制模块、锂电池组，所述可变恒流输出模块的输入端与220VAC电源输出端连接；所述可变恒流输出模块输出端与锂电池组电源端连接；所述电流测量传感器串接在可变恒流输出模块输出端与锂电池组之间，测量锂电池组充电时电流；所述电流测量传感器信号输出端与集中控制模块输入端端连接；所述电压测量模块的输入端与锂电池组电源端连接；所述电压测量模块的输出端与集中控制模块输入端/>端连接；所述均衡控制模块的输出端与锂电池组电源端连接；所述均衡控制模块的输入端与集中控制模块输出端/>口连接。

本发明进一步说明，所述自适应系统包括功率识别模块、子系统选择模块；

所述功率识别模块与子系统选择模块电性连接，所述子系统选择模块分别与快充子系统和普充子系统电性连接；

所述功率识别模块用于识别电动车的功率大小，并设定有中间值；所述子系统选择模块用于根据电动车功率是否超过中间值，从而选择快充子系统以及普充子系统；

其中自适应系统的运行步骤包括：

步骤A1、功率识别模块识别出电动车功率大小后通过子系统选择模块选择快充子系统和普充子系统，当电动车功率超过中间值则选择快充子系统，当电动车功率没有超过中间值则选择普充子系统。

本发明进一步说明，所述电压测量模块采用LTC6804-1芯片，该芯片用于同时测量12节串接单体电池的电压，电压测量范围，测量精度高达/>，12节电池电压可在/>内完成测量，并同时用于测量电池组1至5个点温度值以及环境温度值，温度传感器采用/>的负温度系数的热敏电阻。

本发明进一步说明，所述均衡控制模块采用将储能电容和电感线圈串联后与12节单体电池通过开关管阵列连接，构成主动均衡控制电路，12节储能电池以串联方式连接组成一个电池组，每节单体电池正负极都通过MOSFET开关管与储能电容并联连接。

本发明进一步说明，所述电流测量传感器采用穿心式霍尔传感器，型号为DHAB/s25,该霍尔传感器用于实现从电流额测量，所述可变恒流输出模块采用若干个小电流源通过继电器进行切换，多组并联构成可调输出的恒定电流源，所述锂电池组采用高性能石墨烯复合碳材料电池。

本发明进一步说明，所述集中控制模块主要包括微处理器模块、显示模块、时钟模块、存储模块、通信模块、充电管理输出接口、均衡控制输出接口、电流采集输入接口、电压采集输入接口，所述微处理器模块采用STM32微处理器，实现电池组信息的采集，接收和执行控制命令信号。

本发明进一步说明，所述显示模块采用7寸液晶触摸屏，该触摸屏通过RS485接口与微处理器模块进行通信，显示模块用于显示每节单体电池电压、总电压、电流、每节电池2点温度、功率、充电时间等参数，并对均衡控制电路(BMU)发出控制命令。

本发明进一步说明，所述存储模块采用富士通的MB85RC04V铁电芯片，该芯片采用2线串口通信的EEPROM，内部容量高达，最高具有/>的读写时钟频率。

本发明进一步说明，所述时钟模块采用DS1302芯片，所述通信模块采用CTM8251芯片。

本发明进一步说明，所述社区电动车智能快速充电桩的充电方法的均衡控制步骤如下：

步骤S1、集中控制模块实时监控锂电池组，当发现电池组单体之间的电压差值大于，则集中控制模块判定需要对电池组进行均衡处理，对均衡控制模块下达指令；

步骤S2、收到均衡指令，均衡控制模块对管理均衡监测的芯片端口和寄存器执行初始化操作，控制开关模块进入均衡状态；

步骤S3、完成初始化后利用电压测量模块再次测定电池组中单体电池的电压等信息，根据电池组的运行工况判断是否满足均衡开启条件；

步骤S4、如果不满足均衡开启条件，则集中控制模块会立即停止均衡执行步骤，反馈信息给集中控制模块并等待下一步操作；如果满足均衡开启条件，则执行以下步骤；

步骤S5、计算所有单体电池的平均电压作为该次均衡的基准值；

步骤S6、按照电压大小对所有单体电池进行排序并以基准值为界限分组然后两两配对，未能配对的单体电池等待下一轮均衡；

步骤S7、计算两两配对单体电池之间的均衡因数，按照均衡因数从大到小的顺序依次进行两两配对单体电池均衡；

步骤S8、均衡过程中，两块电池任意一块电压达到基准值时则认为该次均衡完成，然后进行下一组两两配对单体电池的均衡；

步骤S9、全部配对电池完成均衡后测量此时所有单体电池电压，若所有单体电池电压差异小于，则均衡控制结束；若不满足该指标，则返回步骤S5。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.本发明利用可调节电流输出的恒流充电模块，结合自动识别电池容量技术，输出满足电池最佳充电功率的恒定电流给高性能电池，实现电动车在15钟内快速充电；

2.本发明利用电压测量模块，测量每节电池电压和电池总电压，若电池间电压最大差异超过，自动启动均衡控制模块，实现对电池进行均衡控制，满足电池间电压差小于/>，大大提高电池组性能，使电池组的续航里程恢复出厂状态；

3.本发明利用电压测量模块和电流测量传感器，对电池组容量自动识别，给出电池组最佳充电功率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的集中控制模块原理图；

图3是本发明的电池均衡控制策略流程图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供技术方案：社区电动车智能快速充电桩的充电方法，包括自适应系统，自适应系统包括快充子系统和普充子系统，所述快充子系统包括可变恒流输出模块、电流测量传感器、电压测量模块、均衡控制模块、集中控制模块、锂电池组，可变恒流输出模块的输入端与220VAC电源输出端连接；可变恒流输出模块输出端与锂电池组电源端连接；电流测量传感器串接在可变恒流输出模块输出端与锂电池组之间，测量锂电池组充电时电流；电流测量传感器信号输出端与集中控制模块输入端端连接；电压测量模块的输入端与锂电池组电源端连接；电压测量模块的输出端与集中控制模块输入端端连接；均衡控制模块的输出端与锂电池组电源端连接；均衡控制模块的输入端与集中控制模块输出端/>口连接。

自适应系统包括功率识别模块、子系统选择模块；

功率识别模块与子系统选择模块电性连接，子系统选择模块分别与快充子系统和普充子系统电性连接；

功率识别模块用于识别电动车的功率大小，并设定有中间值；子系统选择模块用于根据电动车功率是否超过中间值，从而选择快充子系统以及普充子系统；

其中自适应系统的运行步骤包括：

步骤A1、功率识别模块识别出电动车功率大小后通过子系统选择模块选择快充子系统和普充子系统，当电动车功率超过中间值则选择快充子系统，当电动车功率没有超过中间值则选择普充子系统。

电压测量模块采用LTC6804-1芯片，该芯片用于同时测量12节串接单体电池的电压，电压测量范围，测量精度高达/>，12节电池电压可在/>内完成测量，并同时用于测量电池组1至5个点温度值以及环境温度值，温度传感器采用/>的负温度系数的热敏电阻；

通过环境温度与电池组温度的温度值采集，可以更加精确的判断出电池的温度，环境温度对充电也会有一定影响，可以进一步加强对充电桩以及电池的保护。

均衡控制模块采用将储能电容和电感线圈串联后与12节单体电池通过开关管阵列连接，构成主动均衡控制电路，12节储能电池以串联方式连接组成一个电池组，每节单体电池正负极都通过MOSFET开关管与储能电容并联连接；

这样通过控制MOSFET开关管开断就可实现将电压较高的电池能量向储能电容释放，然后将储能电容内的能量释放给电压较低的电池，进而实现能量转移，这样通过反复控制MOSFET开断，最终可以实现所有单体电池之间电压均衡，在开关管阵列设计时在储能电容回路上还串接了一个电感，电感的主要作用是抑制电流突变，保护MOSFET开关管和电池。因为当所有MOSFET开关管都关闭，则电容储能为零时，此时电容相当于短路，若此时一旦打开一组电池开关管，若没有加装电感，电容相当于短路电流会产生突变，当电流达到一定值时会损坏开关管。

电流测量传感器采用穿心式霍尔传感器，型号为DHAB/s25,该霍尔传感器用于实现从电流额测量，可变恒流输出模块采用若干个小电流源通过继电器进行切换，多组并联构成可调输出的恒定电流源，锂电池组采用高性能石墨烯复合碳材料电池；

可以5C充电，最大10C充电，充电效率高。

集中控制模块主要包括微处理器模块、显示模块、时钟模块、存储模块、通信模块、充电管理输出接口、均衡控制输出接口、电流采集输入接口、电压采集输入接口，微处理器模块采用STM32微处理器，实现电池组信息的采集，接收和执行控制命令信号。

显示模块采用7寸液晶触摸屏，该触摸屏通过RS485接口与微处理器模块进行通信，显示模块用于显示每节单体电池电压、总电压、电流、每节电池2点温度、功率、充电时间等参数，并对均衡控制电路(BMU)发出控制命令。

存储模块采用富士通的MB85RC04V铁电芯片，该芯片采用2线串口通信的EEPROM，内部容量高达，最高具有/>的读写时钟频率；

可以经受完全擦写超过100万次，存储信息40年。

时钟模块采用DS1302芯片，通信模块采用CTM8251芯片；

通过使用DS1302时钟芯片，可以记录下社区电动车智能快速充电桩工作过程的中每个数据节点的时间，对于突发情况和特殊数据，能够同时记录发生该事件时的时间，这种记录方法对长时间连续测控系统意义重大，可以有效查找和分析异常数据的成因，传统的数据记录是采用单片机的计数器，这种记录方法只能知道采样间隔，无法进行具体的时间记录，同时使用单片机的计数器会占用一部分的系统开销，对程序的算法也会有一定的影响，基于上述原因利用外部时钟芯片DS1302能很好的解决这些问题，社区电动车智能快速充电桩需要对电池电压、温度、电流信息进行长时间连续的采集，使用具体的时间记录数据对日后系统维护至关重要。

社区电动车智能快速充电桩的充电方法的均衡控制步骤如下：

步骤S1、集中控制模块实时监控锂电池组，当发现电池组单体之间的电压差值大于，则集中控制模块判定需要对电池组进行均衡处理，对均衡控制模块下达指令；

步骤S2、收到均衡指令，均衡控制模块对管理均衡监测的芯片端口和寄存器执行初始化操作，控制开关模块进入均衡状态；

步骤S3、完成初始化后利用电压测量模块再次测定电池组中单体电池的电压等信息，根据电池组的运行工况判断是否满足均衡开启条件；

步骤S4、如果不满足均衡开启条件，则集中控制模块会立即停止均衡执行步骤，反馈信息给集中控制模块并等待下一步操作；如果满足均衡开启条件，则执行以下步骤；

步骤S5、计算所有单体电池的平均电压作为该次均衡的基准值；

步骤S6、按照电压大小对所有单体电池进行排序并以基准值为界限分组然后两两配对，未能配对的单体电池等待下一轮均衡；

步骤S7、计算两两配对单体电池之间的均衡因数，按照均衡因数从大到小的顺序依次进行两两配对单体电池均衡；

步骤S8、均衡过程中，两块电池任意一块电压达到基准值时则认为该次均衡完成，然后进行下一组两两配对单体电池的均衡；

步骤S9、全部配对电池完成均衡后测量此时所有单体电池电压，若所有单体电池电压差异小于，则均衡控制结束；若不满足该指标，则返回步骤S5。

利用可调节电流输出的恒流充电模块，结合自动识别电池容量技术，输出满足电池最佳充电功率的恒定电流给高性能电池，实现电动车在15钟内快速充电；利用电压测量模块，测量每节电池电压和电池总电压，若电池间电压最大差异超过，自动启动均衡控制模块，实现对电池进行均衡控制，满足电池间电压差小于/>，大大提高电池组性能，使电池组的续航里程恢复出厂状态；利用电压测量模块和电流测量传感器，对电池组容量自动识别，给出电池组最佳充电功率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.社区电动车智能快速充电桩的充电方法，包括自适应系统，其特征在于：所述自适应系统包括快充子系统和普充子系统，所述快充子系统包括可变恒流输出模块、电流测量传感器、电压测量模块、均衡控制模块、集中控制模块、锂电池组，所述可变恒流输出模块的输入端与220VAC电源输出端连接；所述可变恒流输出模块输出端与锂电池组电源端连接；所述电流测量传感器串接在可变恒流输出模块输出端与锂电池组之间，测量锂电池组充电时电流；所述电流测量传感器信号输出端与集中控制模块输入端端连接；所述电压测量模块的输入端与锂电池组电源端连接；所述电压测量模块的输出端与集中控制模块输入端端连接；所述均衡控制模块的输出端与锂电池组电源端连接；所述均衡控制模块的输入端与集中控制模块输出端/>口连接。

2.根据权利要求1所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述自适应系统包括功率识别模块、子系统选择模块；

所述功率识别模块与子系统选择模块电性连接，所述子系统选择模块分别与快充子系统和普充子系统电性连接；

所述功率识别模块用于识别电动车的功率大小，并设定有中间值；所述子系统选择模块用于根据电动车功率是否超过中间值，从而选择快充子系统以及普充子系统；

其中自适应系统的运行步骤包括：

步骤A1、功率识别模块识别出电动车功率大小后通过子系统选择模块选择快充子系统和普充子系统，当电动车功率超过中间值则选择快充子系统，当电动车功率没有超过中间值则选择普充子系统。

3.根据权利要求2所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述电压测量模块采用LTC6804-1芯片，该芯片用于同时测量12节串接单体电池的电压，电压测量范围，测量精度高达/>，12节电池电压可在/>内完成测量，并同时用于测量电池组1至5个点温度值以及环境温度值，温度传感器采用/>的负温度系数的热敏电阻。

4.根据权利要求3所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述均衡控制模块采用将储能电容和电感线圈串联后与12节单体电池通过开关管阵列连接，构成主动均衡控制电路，12节储能电池以串联方式连接组成一个电池组，每节单体电池正负极都通过MOSFET开关管与储能电容并联连接。

5.根据权利要求4所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述电流测量传感器采用穿心式霍尔传感器，型号为DHAB/s25,该霍尔传感器用于实现从电流额测量，所述可变恒流输出模块采用若干个小电流源通过继电器进行切换，多组并联构成可调输出的恒定电流源，所述锂电池组采用高性能石墨烯复合碳材料电池。

6.根据权利要求5所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述集中控制模块主要包括微处理器模块、显示模块、时钟模块、存储模块、通信模块、充电管理输出接口、均衡控制输出接口、电流采集输入接口、电压采集输入接口，所述微处理器模块采用STM32微处理器，实现电池组信息的采集，接收和执行控制命令信号。

7.根据权利要求6所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述显示模块采用7寸液晶触摸屏，该触摸屏通过RS485接口与微处理器模块进行通信，显示模块用于显示每节单体电池电压、总电压、电流、每节电池2点温度、功率、充电时间等参数，并对均衡控制电路(BMU)发出控制命令。

8.根据权利要求7所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述存储模块采用富士通的MB85RC04V铁电芯片，该芯片采用2线串口通信的EEPROM，内部容量高达，最高具有/>的读写时钟频率。

9.根据权利要求8所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述时钟模块采用DS1302芯片，所述通信模块采用CTM8251芯片。

10.根据权利要求9所述的社区电动车智能快速充电桩的充电方法，其特征在于：所述社区电动车智能快速充电桩的充电方法的均衡控制步骤如下：

步骤S1、集中控制模块实时监控锂电池组，当发现电池组单体之间的电压差值大于，则集中控制模块判定需要对电池组进行均衡处理，对均衡控制模块下达指令；

步骤S2、收到均衡指令，均衡控制模块对管理均衡监测的芯片端口和寄存器执行初始化操作，控制开关模块进入均衡状态；

步骤S3、完成初始化后利用电压测量模块再次测定电池组中单体电池的电压等信息，根据电池组的运行工况判断是否满足均衡开启条件；

步骤S4、如果不满足均衡开启条件，则集中控制模块会立即停止均衡执行步骤，反馈信息给集中控制模块并等待下一步操作；如果满足均衡开启条件，则执行以下步骤；

步骤S5、计算所有单体电池的平均电压作为该次均衡的基准值；

步骤S6、按照电压大小对所有单体电池进行排序并以基准值为界限分组然后两两配对，未能配对的单体电池等待下一轮均衡；

步骤S7、计算两两配对单体电池之间的均衡因数，按照均衡因数从大到小的顺序依次进行两两配对单体电池均衡；

步骤S8、均衡过程中，两块电池任意一块电压达到基准值时则认为该次均衡完成，然后进行下一组两两配对单体电池的均衡；

步骤S9、全部配对电池完成均衡后测量此时所有单体电池电压，若所有单体电池电压差异小于，则均衡控制结束；若不满足该指标，则返回步骤S5。