WO2012055294A1 - 一种纯电动汽车用智能充电方法及装置 - Google Patents

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王明彦
刘太刚
苏琳珂
陈平
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    • Y04S30/10—Systems supporting the interoperability of electric or hybrid vehicles
    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing

Definitions

  • the present invention proposes a fast intelligent charging control method and apparatus for multi-stage constant current charging.
  • the present invention adopts a fast intelligent combination of multi-stage constant current charging and voltage limiting charging.
  • the charging control strategy adds a battery information detection circuit.
  • the control collection module 4 receives the status information of the currently collected power battery 10 to be charged sent by the battery information collection module 5, and selects a charging mode according to the status information;
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of an intelligent charging device for a pure electric vehicle based on an intelligent charging system according to the present invention
  • FIG. 1 is a flowchart of an intelligent charging method for a pure electric vehicle based on a smart charging system according to the present invention. The method includes the following steps:

Abstract

一种纯电动汽车用智能充电方法及装置，该方法包括：在充电机启动后，通过低压输出模块向控制采集模块和电池信息采集模块供电；该控制采集模块接收电池信息采集模块发送的采集的当前待充电动力电池的状态信息，根据该状态信息选择充电模式；该控制采集模块根据选择的充电模式，按照电池管理系统设定的充电曲线对该动力电池进行充电；或者以阶梯电流的形式对动力电池充电。该方法及装置针对纯电动汽车车载动力电池系统的要求，采取了多段恒流、快速脉冲充电和恒压充电相结合的充电控制策略，实现充电模式的自动转换，自动判断充电状态，以及自动停车的智能充电系统。

Description

一种纯电动汽车用智能充电方法及装置 本申请要求于 2010 年 10 月 29 日提交中国专利局、 申请号为 201010525082.3、 发明名称为"一种纯电动汽车用智能充电方法"的中国专利申 请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明属于电动汽车电池充电技术领域，具体涉及一种基于高性能控制芯 片的纯电动汽车用智能充电方法及装置。
背景技术
进入 21世纪以来， 节能和环保成为了能源问题的焦点。 随着新世纪我国 汽车工业的高速发展，我国汽车的保有量也不断增加。 汽车已大量进入人们的 曰常生活， 随之而来的却是日益严重的环境问题。 因此， 我们需要对汽车工业 的发展拓展出新的环保和节能路径。而电动汽车的出现则可以较好的解决这一 困境， 尤其是纯电动汽车， 不存在燃油问题和汽车尾气排放问题， 所以对电动 汽车的研究与开发已经成为当今世界的热点， 国家投入了大量的资金， 国内多 所高校， 各大汽车公司也都研发了各种类型的电动汽车。
目前， 电动汽车的发展也存在许多需要解决和完善的问题， 其中就包括动 力电池及其高效的充电方法的研究。我们知道， 动力电池是电动汽车的核心能 源， 但是目前给动力蓄电池充电的充电机功能还比较单一， 充电过程比较长， 在充电的过程中还需要较多的外部控制干预甚至是人为干预，为充电机服务的 控制部件还比较多， 由此在充电过程中不得不使用 DC/DC或低压电瓶为各控 制部件供电， 从而使 DC/DC工作在低效率区间或浪费低压电瓶能量。 这就不 可避免地影响了使用效率、使用的方便性和充电过程的合理性，从而在一定程 度上影响了动力电池的寿命， 同时也妨碍了电动汽车的普及与应用。
发明内容
为了提高充电效率、减少人工干预或实现充电过程的零干预和延长蓄电池 的寿命， 本发明提出了多段恒流充电的快速智能充电控制方法及装置。 为了实 现和达到上述目的本发明采用了多段恒流充电、限电压充电相结合的快速智能 充电控制策略， 同时增加了电池信息检测电路。
本发明具体采用以下技术方案：
一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电方法，所述方法包括以下 步骤：
在充电机 1启动后，通过低压输出模块 2向控制采集模块 4和电池信息采 集模块 5供电；
所述控制采集模块 4接收电池信息采集模块 5发送的采集的当前待充电动 力电池 10的状态信息， 根据所述状态信息选择充电模式；
所述控制采集模块 4根据选择的充电模式，按照电池管理系统设定的充电 曲线对所述动力电池进行充电； 或者以阶梯电流的形式对动力电池充电。
优选的，所述控制采集模块 4根据选择的充电模式，按照电池管理系统设 定的充电曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流的形式对动力电池充 电， 具体包括：
当选择的充电模式为需要自定义充电模式时，采用指令充电方式 7的充电 曲线对所述动力电池进行充电；
当选择的充电模式为需要自动充电模式时，采用多段恒流充电方式 8对所 述动力电池进行充电。
优选的，所述采用指令充电方式 7的充电曲线对所述动力电池进行充电具 体包括：
先恒流充电直到所述动力电池充电电压达到设定上限电压，然后采用恒压 充电直到充电电流减小到设定值， 最后采用小电流脉沖充电直到充电电压恒 定。
优选的， 所述采用多段恒流充电方式 8 对所述动力电池进行充电具体包 括：
a、 充电机输出第一充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直 至所述动力电池的充电电压上升到第一上限截止电压；
b、 充电机输出第二充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直 至所述动力电池的充电电压上升到第二上限截止电压，其中所述第二充电电流 小于所述第一充电电流， 所述第二上限截止电压大于所述第一上限截止电压； c、 充电机输出第三充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直 至所述动力电池的充电电压上升到第三上限截止电压，其中所述第三充电电流 小于所述第二充电电流， 所述第三上限截止电压大于所述第二上限截止电压； d、 按照 a - c的方式依次降低充电电流， 直到充电机输出的充电电流小 于设定最小充电电流时，通过该充电电流对所述动力电池进行恒流充电， 当所 述动力电池充电电压半小时内变化不超过 IV时， 充电机就判定所述动力电池 已经充满而自动关闭充电机。
优选的， 所述第一充电电流优选为 7A, 下一阶段充电电流依次降低 1A。 优选的， 所述方法还可以包括： 在充电机启动后， 还通过低压输出模块 2 的低压输出端开始向低压蓄电池 3充电。
相应的，本发明还提供一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电装 置， 所述装置包括： 启动模块、 低压输出模块、 控制采集模块和电池信息采集 模块， 其中，
所述启动模块， 用于启动充电机；
所述低压输出模块，用于在充电机启动后，将充电机输出的电能输入到控 制采集模块和电池信息采集模块，为所述控制采集模块和电池信息采集模块供 电；
所述电池信息采集模块，用于采集当前待充电动力电池的状态信息， 并将 所述状态信息发送给控制采集模块；
所述控制采集模块，用于接收电池信息采集模块发送的采集的当前待充电 动力电池的状态信息，根据所述状态信息选择充电模式； 以及根据选择的充电 模式，依据电池管理系统设定的充电曲线对所述动力电池进行充电； 或者以阶 梯电流的形式对动力电池充电。
相应的， 本发明再提供一种控制采集装置， 包括：
电池信息接收模块，用于接收电池信息采集模块发送的采集的当前待充电 动力电池的状态信息；
充电模式选择模块， 用于根据所述状态信息选择充电模式；
控制充电模块，用于根据选择的充电模式，依据电池管理系统设定的充电 曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流的形式对动力电池充电；其中， 当选择的充电模式为需要自定义充电模式时，采用指令充电方式的充电曲线对 所述动力电池进行充电； 当选择的充电模式为需要自动充电模式时， 采用多段 恒流充电方式对所述动力电池进行充电。
在本发明的充电过程中， 充电机不断探测主动电池信息， 自行判断电池状 态， 从而减少免去停车充电时的低压负载和外部干预。 同时， 充电设备带有低 压输出能力，在给动力电池充电的同时，也可带载其他少量的低压负载和给低 压蓄电池充电， 减少 DC/DC在低效区间工作的时间， 从而提高了能量的使用 效率。
附图说明
图 1 为本发明提供的一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电方 法的流程图；
图 2为本发明提供的一种充电机控制逻辑图；
图 3为实施本发明的长安小型纯电动智能充电机电路原理框图；
图 4 为本发明提供一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电装置 的结构示意图；
图 5为本发明提供一种控制采集装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图 和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图 1 , 为本发明提供的一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能 充电方法的流程图， 所述方法包括以下步骤：
步骤 101 : 在充电机 1启动后， 通过低压输出模块 2向控制采集模块 4和 电池信息采集模块 5供电；
步骤 102: 所述控制采集模块 4接收电池信息采集模块 5发送的采集的当 前待充电动力电池 10的状态信息， 根据所述状态信息选择充电模式； 步骤 103: 所述控制采集模块 4根据选择的充电模式， 按照电池管理系统 设定的充电曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流的形式对动力电池 充电。
优选的，所述控制采集模块 4根据选择的充电模式，按照电池管理系统设 定的充电曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流的形式对动力电池充 电， 具体包括：
当选择的充电模式为需要自定义充电模式时，采用指令充电方式 7的充电 曲线对所述动力电池进行充电；
当选择的充电模式为需要自动充电模式时，采用多段恒流充电方式 8对所 述动力电池进行充电。
本发明在充电过程中，充电机不断探测主动电池信息，自行判断电池状态， 从而减少免去停车充电时的低压负载和外部干预。 同时， 充电设备带有低压输 出能力，在给动力电池充电的同时，也可带载其他少量的低压负载和给低压蓄 电池充电，减少 DC/DC在低效区间工作的时间，从而提高了能量的使用效率。
为了便于本领域技术人员的理解， 还请一并参阅图 2, 图 2为本发明提供 的一种充电机的控制逻辑图。
a ) 充电机启动， 在启动充电机后， 首先通过低压输出模块 2向控制采集 模块 5和电池信息采集模块 6供电， 进一步， 充电机低压输出端通过低压输出 模块 2开始向低压蓄电池 3充电；
b )控制采集模块 4接收电池信息采集模块 5采集的当前待充电电池 9状 态信息， 根据当前待充电电池状态信息 （比如 soc、 电池电压、 电池温度和 充电模式输入等）选择充电模式；当选择的充电模式为需要自定义充电模式时， 采用指令充电方式 7的充电曲线对所述动力电池进行充电； 或者， 当选择的充 电模式为需要自动充电模式时，采用多段恒流充电方式 8对所述动力电池进行 充电；
c )指令充电方式 7为充电机根据电池管理系统设定的充电曲线对电池进 行充电， 一般情况为先恒流充电直到电池电压达到上限电压， 然后恒压充电直 到电流减小到设定值， 最后小电流脉沖充电直到充电电压恒定。 此种模式下， 恒流充电阶段充电速度较快，但是因充电电流较大， 电池电压很快就达到上限 电压， 从而进入漫长的恒压充电阶段， 最终使整个充电过程较长。
d ) 多段恒流充电方式 8则是充电机读取电池信息后以阶梯电流的形式对 电池充电。
其中， 所述多段恒流充电方式充电过程进一步优选如下：
a)、 充电机输出第一充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直至所述动力电池的充电电压上升到第一上限截止电压；
b)、 充电机输出第二充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直至所述动力电池的充电电压上升到第二上限截止电压，其中所述第二充电电 流小于所述第一充电电流， 所述第二上限截止电压大于所述第一上限截止电 压；
c)、 充电机输出第三充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直至所述动力电池的充电电压上升到第三上限截止电压，其中所述第三充电电 流小于所述第二充电电流， 所述第三上限截止电压大于所述第二上限截止电 压；
d)、 按照 a - c的方式依次降低充电电流， 直到充电机输出的充电电流小 于设定最小充电电流时，通过该充电电流对所述动力电池进行恒流充电， 当所 述动力电池充电电压半小时内变化不超过 IV时， 充电机就判定所述动力电池 已经充满而自动关闭充电机。
根据本发明的优选实施例，在多段恒流充电方式中， 只需要设定电池的上 限截止电压 （如本例中电池上限截止电压为 350VDC, 以下数据均来自本例）， 然后充电机先输出 7A恒流对电池充电， 直到电池电压上升到上限截止电压； 然后充电机输出电流自动降 1A, 再以 6A恒流对电池充电， 直到电池电压 再次上升到上限截止电压； 然后充电机输出电流又自动降低 1A, 以 5A恒流 对电池充电， 直到电池电压上升到上限截止电压； 以此类推， 直到充电机输出 电流降低至 2A, 且电池电压半小时内变化不超过 IV时， 充电机就判定电池 已经充满而自动关闭。
针对本发明较佳的实施案例是长安小型纯电动汽车用车载智能充电机，参 见图 3, 其主要模块包括：
( 1 )主变换电路部分： 该部分电路的功能是将来自市电有波动的交流电， 按要求转换成稳定输出的直流电， 为蓄电池充电提供电能。 该部分电路由 2 个单相输入整流滤波电路单元、 1个 DC-AC逆变电路单元和各功率管驱动电 路构成， 在本发明中具体执行（3 )、 （9 )、 （10 )项功能， 对高低压蓄电池的充 电。
( 2 ) 充电控制回路部分： 该部分电路为本发明的主要硬件载体， 主要负 责充电系统的信息采集、信息处理分析和系统保护等功能。在本例硬件电路上 由控制处理器单元（即图 3中的控制处理器）、 信息存储单元（即图 3中的信 息记录）、 电池信息采集电路单元（即图 3中的电池信息采集）和保护电路单 元（即图 3中的保护电路）构成， 在本发明中执行控制采集、 电池信息采集和 充电模式选择功能。 充电系统在工作时， 主电路和控制回路相互作用， 实现对 蓄电池组的安全、快速和智能充电。控制处理器单元通过 CAN总线与整车 CAN 通讯。
( 3 )充电控制器程序设计部分： 充电控制处理器（即图 3中控制处理器） 在分析和处理接收到电池信息采集单元发送的采集到的信息之后，对整个充电 过程进行控制， 主要程序包括主程序、 手动充电控制子程序、 各电池自动充电 子程序、 已充电安时数计算子程序、 数据发送子程序、 数据接收中断子程序、 定时中断子程序和故障中断子程序等。
由于采用智能充电， 根据不同的电池每个阶段充电电压和充电电流都不 同。 通过 DSP给出每一阶段的充电的电压值或是电流值， 与采样所得的对应 电压电流值相比较， 改变 PWM值来改变 MOSFET的导通时间， 达到在不同 电池不同阶段得到不同稳定的输出值的目的。
在本发明对实验车辆充电过程中， 充电机安全、 有效运行， 能按要求对电 动轿车进行充电。
相应的，本发明还提供一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电装 置， 其结构示意图详见图 4, 所述装置包括： 启动模块 41、 低压输出模块 42、 电池信息采集模块 43和控制采集模块 44, 其中，
所述启动模块 41 , 用于启动充电机；
所述低压输出模块 42, 用于在充电机启动后， 将充电机输出的电能输入 到控制采集模块和电池信息采集模块，为所述控制采集模块和电池信息采集模 块供电；
所述电池信息采集模块 43 , 用于采集当前待充电动力电池的状态信息， 并将所述状态信息发送给控制采集模块 44;
所述控制采集模块 44, 用于接收电池信息采集模块 43发送的采集的当前 待充电动力电池的状态信息，根据所述状态信息选择充电模式； 以及根据选择 的充电模式，依据电池管理系统设定的充电曲线对所述动力电池进行充电； 或 者以阶梯电流的形式对动力电池充电。
优选的，所述控制采集模块包括电池信息接收模块， 充电模式选择模块和 控制充电模块， 其中， 所述电池信息接收模块， 用于接收电池信息采集模块发 送的采集的当前待充电动力电池的状态信息； 所述充电模式选择模块， 用于根 据所述状态信息选择充电模式；所述控制充电模块，用于根据选择的充电模式， 依据电池管理系统设定的充电曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流 的形式对动力电池充电。
优选的， 所述控制充电模块包括： 自定义充电模块和 /或自动充电模块， 其中，所述自定义充电模块，用于在选择的充电模式为需要自定义充电模式时， 采用指令充电方式的充电曲线对所述动力电池进行充电； 所述自动充电模块， 用于在选择的充电模式为需要自动充电模式时，采用多段恒流充电方式对所述 动力电池进行充电。
优选的，所述基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电装置可以集成在 充电机中， 也可以独立部署， 本实施例不作限制。 所述装置中各个模块的功能和作用的实现过程详见上述方法中对应的实 现过程， 在此不再赘述。
相应的， 本发明还提供一种控制采集装置， 其结构示意图详见图 5 , 所述 装置包括： 电池信息接收模块 51 , 充电模式选择模块 52和控制充电模块 53 , 其中， 所述电池信息接收模块 51 , 用于接收电池信息采集模块发送的采集的 当前待充电动力电池的状态信息； 所述充电模式选择模块 52, 用于根据所述 状态信息选择充电模式； 所述控制充电模块 53 , 用于根据选择的充电模式， 依据电池管理系统设定的充电曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流 的形式对动力电池充电； 其中， 当选择的充电模式为需要自定义充电模式时， 采用指令充电方式的充电曲线对所述动力电池进行充电；当选择的充电模式为 需要自动充电模式时， 采用多段恒流充电方式对所述动力电池进行充电。
所述装置中各个模块的功能和作用的实现过程详见上述方法中对应的实 现过程， 在此不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明 可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现， 当然也可以通过硬件，但很 多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解， 本发明的技术方案本质上 或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机 软件产品可以存储在存储介质中， 如 ROM/RAM、 磁碟、 光盘等， 包括若干指 令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机， 服务器， 或者网络设备等） 执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
+

Claims

权 利 要 求
1、 一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电方法， 其特征在于， 所述方法包括：
在充电机（1 ) 启动后， 通过低压输出模块（2 ) 向控制采集模块（4 )和 电池信息采集模块（5 )供电；
所述控制采集模块（ 4 )接收电池信息采集模块（ 5 )发送的采集的当前待 充电动力电池（10 ) 的状态信息， 根据所述状态信息选择充电模式；
所述控制采集模块（4 )根据选择的充电模式， 按照电池管理系统设定的 充电曲线对所述动力电池进行充电； 或者以阶梯电流的形式对动力电池充电。
2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 所述控制采集模块（4 )根 据选择的充电模式，按照电池管理系统设定的充电曲线对所述动力电池进行充 电； 或者以阶梯电流的形式对动力电池充电， 具体包括：
当选择的充电模式为需要自定义充电模式时， 采用指令充电方式（7 ) 的 充电曲线对所述动力电池进行充电；
当选择的充电模式为需要自动充电模式时， 采用多段恒流充电方式（8 ) 对所述动力电池进行充电。
3、根据权利要求 2所述的方法，其特征在于，所述采用指令充电方式（7 ) 的充电曲线对所述动力电池进行充电具体包括：
先恒流充电到所述动力电池充电电压达到设定上限电压，然后采用恒压充 电直到充电电流减小到设定值， 最后采用小电流脉沖充电直到充电电压恒定。
4、 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述采用多段恒流充电方 式（8 )对所述动力电池进行充电具体包括：
1 )充电机输出第一充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直 至所述动力电池的充电电压上升到第一上限截止电压；
2 )充电机输出第二充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直 至所述动力电池的充电电压上升到第二上限截止电压，其中所述第二充电电流 小于所述第一充电电流， 所述第二上限截止电压大于所述第一上限截止电压；
3 )充电机输出第三充电电流采用恒流方式对所述动力电池进行充电， 直 至所述动力电池的充电电压上升到第三上限截止电压，其中所述第三充电电流 小于所述第二充电电流， 所述第三上限截止电压大于所述第二上限截止电压；
4 )按照步骤 1 ) - 3 )的方式依次降低充电电流， 直到充电机输出的充电 电流小于设定最小充电电流时， 通过该充电电流对所述动力电池进行恒流充 电， 当所述动力电池充电电压半小时内变化不超过 IV时， 充电机就判定所述 动力电池已经充满而自动关闭充电机。
5、 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 所述第一充电电流优选为 7A, 下一阶段充电电流依次降低 1A。
6、 根据权利要求 1至 5任一项所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包 括： 在充电机启动后， 还通过低压输出模块（2 ) 的低压输出端开始向低压蓄 电池（3 )充电。
7、 一种基于智能充电系统的纯电动汽车用智能充电装置， 其特征在于， 包括： 启动模块、 低压输出模块、 控制采集模块和电池信息采集模块， 其中， 所述启动模块， 用于启动充电机；
所述低压输出模块，用于在充电机启动后，将充电机输出的电能输入到控 制采集模块和电池信息采集模块，为所述控制采集模块和电池信息采集模块供 电；
所述电池信息采集模块，用于采集当前待充电动力电池的状态信息， 并将 所述状态信息发送给控制采集模块；
所述控制采集模块，用于接收电池信息采集模块发送的采集的当前待充电 动力电池的状态信息，根据所述状态信息选择充电模式； 以及根据选择的充电 模式，依据电池管理系统设定的充电曲线对所述动力电池进行充电； 或者以阶 梯电流的形式对动力电池充电。
8、 根据权利要求 7所述的装置， 其特征在于， 所述控制采集模块包括： 电池信息接收模块，用于接收电池信息采集模块发送的采集的当前待充电 动力电池的状态信息；
充电模式选择模块， 用于根据所述状态信息选择充电模式；
控制充电模块，用于根据选择的充电模式，依据电池管理系统设定的充电 曲线对所述动力电池进行充电； 或者以阶梯电流的形式对动力电池充电。
9、 根据权利要求 8所述的装置， 其特征在于， 所述控制充电模块包括： 自定义充电模块，用于在选择的充电模式为需要自定义充电模式时， 采用 指令充电方式的充电曲线对所述动力电池进行充电； 和 /或
自动充电模块，用于在选择的充电模式为需要自动充电模式时，采用多段 恒流充电方式对所述动力电池进行充电。
10、 一种控制采集装置， 其特征在于， 包括：
电池信息接收模块，用于接收电池信息采集模块发送的采集的当前待充电 动力电池的状态信息；
充电模式选择模块， 用于根据所述状态信息选择充电模式；
控制充电模块，用于根据选择的充电模式，依据电池管理系统设定的充电 曲线对所述动力电池进行充电；或者以阶梯电流的形式对动力电池充电；其中， 当选择的充电模式为需要自定义充电模式时，采用指令充电方式的充电曲线对 所述动力电池进行充电； 当选择的充电模式为需要自动充电模式时， 采用多段 恒流充电方式对所述动力电池进行充电。
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