一種應(yīng)用于動力電池的智能充電系統(tǒng)與充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電動汽車的充電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于動力電池的智能充電 系統(tǒng)與充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，隨著工業(yè)發(fā)展和社會需求的增加，汽車在社會生活中扮演著越來越重要的 角色。伴隨著能源緊缺、工業(yè)污染、汽車尾氣等嚴(yán)重問題的出現(xiàn)，迫切需要尋找新的途徑來 發(fā)展汽車工業(yè)，電動汽車的出現(xiàn)正順應(yīng)了這種需求。電池是電動汽車的動力來源，其性能確 定了電動汽車的行駛里程。而限于短期內(nèi)難以突破電池儲存電量少、充電次數(shù)有限、充電時(shí) 間長、價(jià)格高、續(xù)航里程短、能量密度低等技術(shù)瓶頸，因此當(dāng)前電動汽車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)是如 何最優(yōu)化利用電池，包括控制合理的充放電狀態(tài)等。
[0003] 針對控制合理的充電狀態(tài)，目前已出現(xiàn)的充電方法，如公告號為CN 103390770A， 名稱為"一種鋰離子電池化成分段充電方法"的發(fā)明專利，公開的四階段充電方法，分別是： 一到三階段是恒流充電階段、四階段是恒壓充電階段。這種方法能夠保證鋰離子電池良好 性能不變的前提下有效減少充電時(shí)間。但是該方法沒有考慮與BMS(電池管理系統(tǒng)）之間 通訊，因此該方法的四階段充電過程完全由充電器獨(dú)立控制，不具有反饋機(jī)制，因此各階段 的控制精度不高。
[0004] 再如，公告號為CN 101969218A，公開的名稱為"一種純電動汽車用充電方法"的發(fā) 明專利，采取多段恒流、快速脈沖、恒壓充電相結(jié)合的充電控制策略，并且與BMS之間進(jìn)行 通訊，采集反饋電池狀態(tài)信息，有效地增加了分段控制的精度、縮短了充電時(shí)間。但是該控 制策略考慮的電池狀態(tài)信息較少，比如關(guān)系到安全充電的絕緣電阻，關(guān)系到電池老化程度 的內(nèi)阻等。該充電系統(tǒng)有待完善。
[0005] 目前電動汽車的電池在使用過程中，存在的問題如下：電動汽車所采用的動力鋰 電池電壓電流沒有具體的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；汽車廠商所采用的鋰電池規(guī)格也不盡統(tǒng)一；現(xiàn)有的大 部分充電設(shè)備與BMS之間不具備通訊功能；少量帶通訊功能的充電器，傳遞的電池狀態(tài)信 息較少，不能滿足當(dāng)前要求電池性能良好的前提下快速、安全充電。當(dāng)前的智能充電系統(tǒng)雖 然能夠滿足大部分電動車充電，但是充電過程中分段充電控制不夠精細(xì)化；充電終止電壓 電流條件范圍較寬，不能針對任意規(guī)格電池精確確定充電終止條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有充電過程中各充電階段控制不夠精確的缺陷， 提供一種應(yīng)用于動力電池的智能充電系統(tǒng)與充電方法。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種應(yīng)用于動力電池的智能充電系統(tǒng)，由交流變換模塊、整流濾波模塊、穩(wěn)壓模 塊、DC-DC模塊、電壓檢測模塊、電壓A/D轉(zhuǎn)換模塊、可控電流輸出模塊、電流檢測模塊、電流 A/D轉(zhuǎn)換模塊、主控制器模塊、繼電器控制模塊、繼電器、電池管理系統(tǒng)和通訊模塊組成；
[0009] 交流變換模塊、整流濾波模塊、DC-DC模塊、可控電流輸出模塊和繼電器依次連接， 其中交流變換模塊的輸入端與市電相連，繼電器的輸出端與電池連接；
[0010] 電壓檢測模塊的輸入端連接DC-DC模塊的輸出端，電壓檢測模塊的輸出端經(jīng)電壓 A/D轉(zhuǎn)換模塊連接主控制器模塊的輸入端；主控制器模塊通過PffM波控制DC-DC模塊的輸 出；
[0011] 電流檢測模塊的輸入端連接可控電流輸出模塊的輸出端，可控電流輸出模塊的輸 出端經(jīng)電流A/D轉(zhuǎn)換模塊連接主控制器模塊的輸入端；主控制器模塊通過PffM波控制可控 電流輸出模塊的輸出；
[0012] 繼電器控制模塊的輸入端連接主控制器模塊的輸出端，繼電器控制模塊的輸出端 連接繼電器的控制端；穩(wěn)壓模塊的輸入端連接整流濾波模塊的輸出端，穩(wěn)壓模塊的輸出端 連接主控制器模塊；
[0013] 電池管理系統(tǒng)的采集端連接電池，電池管理系統(tǒng)的通訊端經(jīng)通訊模塊連接主控制 器模塊。
[0014] 上述應(yīng)用于動力電池的智能充電系統(tǒng)還進(jìn)一步包括一直流濾波模塊，該直流濾波 模塊的輸入端與可控電流輸出模塊的輸出端相連，可控電流輸出模塊的輸出端與繼電器的 輸入端相連。
[0015] 上述應(yīng)用于動力電池的智能充電系統(tǒng)還進(jìn)一步包括一數(shù)據(jù)存儲模塊，該數(shù)據(jù)存儲 模塊與接主控制器模塊相連。
[0016] -種應(yīng)用于動力電池的智能充電方法，包括如下步驟：
[0017] 步驟1、將交流變換模塊的輸入端與市電相連，繼電器的輸出端與電池連接，主控 制器模塊與電池管理系統(tǒng)連接；
[0018] 步驟2、主控制器讀取電池管理系統(tǒng)發(fā)送的初始化閾值數(shù)據(jù)，并將初始化閾值數(shù)據(jù) 存儲在主控制器模塊中；其中初始化閾值數(shù)據(jù)包括電池最佳充電溫度T P，充電環(huán)境溫度閾 值Τ。、最大充電環(huán)境溫度閾值Tniax、且I^Tniax，電壓均衡閾值V a，最大充電電壓Uniax，最小充電 電壓U_，電壓接近閾值ε，電池允許最大充電電流I niax，恒壓充電階段充電結(jié)束電流閾值 Ia，涓流充電階段充電結(jié)束電壓閾值Ua、且U_〈Ua〈U_;
[0019] 步驟3、主控制器模塊經(jīng)繼電器控制模塊控制繼電器開啟，充電開始，主控制器讀 取電池管理系統(tǒng)發(fā)送的電池狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括電池組溫度τ、電池單體最高電Sv niax、電池單體 最低電壓v_，電池組電壓U、電池組充電電流I、荷電狀態(tài)S0C、電池組內(nèi)阻R。、絕緣電阻R ;
[0020] 步驟4、進(jìn)行充電階段的判斷；
[0021] 步驟4-1、溫度判斷；主控制器模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)送來的電池組溫度T，判斷 是否適合充電；若Τ〈τ。，則電池組溫度適合充電，并轉(zhuǎn)入步驟4-2 ;若T。彡T彡Tniax同時(shí)成 立，則電池組溫度偏高，通過啟動電池自帶的降溫風(fēng)扇后，繼續(xù)充電，轉(zhuǎn)入步驟3 ;若Τ>Τ_， 則電池組溫度不適合充電，轉(zhuǎn)入步驟5,充電結(jié)束；
[0022] 步驟4-2、均衡判斷；主控制器模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)送來的電池單體最高電壓 Vniax和電池單體最低電壓v_，判斷是否需要均衡；若v_-v_》va，則斷開繼電器暫停充電， 進(jìn)入均衡充電狀態(tài)，返回步驟4-2,循環(huán)判斷；若V_-V_〈V a，轉(zhuǎn)入步驟4-3 ;
[0023] 步驟4-3、最大充電電壓判斷；主控制器模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)送來的電池組電 壓U，判斷是否已接近最大充電電壓1]_;若|υ_-υ|〈ε，主控制器模塊需要根據(jù)電池管理 系統(tǒng)送來的電池充電電流I，判斷此刻的充電電流1>13是否成立，若成立，則轉(zhuǎn)入步驟4-6， 進(jìn)入恒壓充電階段，若不成立，轉(zhuǎn)入步驟4-7;如果|υ_-υ|〈ε不成立，則需要判斷1]>比是 否成立，若不成立，轉(zhuǎn)入步驟4-4,如果成立，轉(zhuǎn)入步驟4-5,進(jìn)入多段恒壓恒流交替充電階 段；
[0024] 步驟4-4、涓流充電階段判斷；主控制器模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)送來的電池充電 電壓U，判斷是否繼續(xù)進(jìn)入涓流充電：若U_彡U〈U a，轉(zhuǎn)入步驟3 ;如果U>Ua，轉(zhuǎn)入步驟4-5 ;
[0025] 步驟4-5、多段恒壓恒流交替充電階段判斷；主控制器模塊根據(jù)電池管理系統(tǒng)送 來的電池充電電壓U，判斷是否繼續(xù)進(jìn)入多段恒壓恒流交替充電；若U aS U < Uniax，轉(zhuǎn)入步驟 3 ;如果|U_-U|〈 ε成立，再判斷此刻1>13是否成立，若成立轉(zhuǎn)入步驟4-6,進(jìn)入恒壓充電階 段；否則，轉(zhuǎn)入步驟4-7,進(jìn)入浮充電階段；
[0026] 步驟4-6、恒壓充電階段判斷；若|υ_-υ|〈ε成立，同時(shí)I>Ia成立，轉(zhuǎn)入步驟3;若 Uniax-U I〈 ε成立，1>13不成立時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟4-7,進(jìn)入浮充電階段；
[0027] 步驟4-7、浮充電階段判斷；若|U_-U|〈 ε成立，同時(shí)KIa成立，轉(zhuǎn)入步驟3,否則， 轉(zhuǎn)入步驟4-8 ;
[0028] 步驟4-8、充電終止判斷；若通訊異常、T>T_、1〈1_、U>U_、絕緣電阻小于安全值 滿足之一，判斷為充電結(jié)束，轉(zhuǎn)到步驟5 ;
[0029] 步驟5、主控制器模塊經(jīng)繼電器控制模塊控制繼電器關(guān)閉，充電結(jié)束。
[0030] 所述步驟4-5中，多段恒壓恒流交替充電階段采用模糊控制規(guī)則來完成，其具體 過程是：
[0031 ] 依據(jù)模糊規(guī)則庫，根據(jù)溫度變化量Δ T = T-Tp和溫度變化率Δ? = ?/ΔΓ/冶確定第 一段電流交替過渡值I1，且K I _，其中1_為電池的最高充電電流，其具體數(shù)據(jù)來自于 電池規(guī)格參數(shù)，主控制器模塊控制可控電流輸出模塊的輸出端電流切換到I1，并進(jìn)入到以 I1作為恒定電流的第一段恒流充電；
[0032] 隨著第一段恒流充電的進(jìn)行，電池充電電壓U逐步升高，當(dāng)U升高到U1= λ U。（ λ 取1. 05~1. 15, U。為第一段恒流充電開始時(shí)的電池組電壓）時(shí)，主控制器模塊控制DC-DC 模塊的輸出端電壓切換到U1，并進(jìn)入到以U1作為恒定電壓的第一段恒壓充電；
[0033] 依據(jù)模糊規(guī)則庫，根據(jù)溫度變化量Δ T和溫度變化率λ f = ?/Δ77汾確定第二段電 流交替過渡值