一种新能源汽车用快速充电串联供电系统及方法与流程

本发明属于快速充电技术领域，尤其涉及一种新能源汽车用快速充电串联供电系统及方法。

背景技术：

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源；综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。混合动力一般是指油电混合动力，即燃料(汽油，柴油等)和电能的混合。动力电源主要包括锂离子电池、镍氢电池、燃料电池、铅酸电池、超级电容器。然而，现有新能源汽车用快速充电容易导致电池寿命缩短，安全性低，充电速度慢；同时，充电时，大电流大电压会引发充电放电某些模块的不易恢复的自保护，使整体充电和放电系统失效会造成电池失去有效性，而大电流大电压的高功率传输在某些场景下会造成充电放电某些模块的损毁则会造成电池失去安全性，而失去有效性和安全性就意味着会给用户造成很大的使用风险和诸多不便。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有新能源汽车用快速充电容易导致电池寿命缩短，安全性低，充电速度慢；同时，充电时，大电流大电压会引发充电放电某些模块的不易恢复的自保护，使整体充电和放电系统失效会造成电池失去有效性，而大电流大电压的高功率传输在某些场景下会造成充电放电某些模块的损毁则会造成电池失去安全性，而失去有效性和安全性就意味着会给用户造成很大的使用风险和诸多不便。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新能源汽车用快速充电串联供电系统。

本发明是这样实现的，一种新能源汽车用快速充电串联供电方法，所述新能源汽车用快速充电串联供电方法包括：

利用太阳能电池板为新能源汽车用快速充电串联供电系统供电，采用带有参比电极的三电极锂离子电池，为三电极锂离子电池施加不同充电电流倍率的恒流充电得到电池模型中各种物理参数和电化学参数的准确值，以完成电池模型的标定；用标定好的电池模型，进行时刻k负极过电势观测值的计算，得到该时刻负极过电势观测值大小；设置析锂电势警戒阈值：该析锂电势警戒阈值为固定值，或者在保证电池安全的前提下选用随时刻k改变的析锂电势警戒阈值；用标定好的电池模型和选定的计算负极过电势观测值的控制算法，计算时刻k电流调整值和调整后的电流值，并用调整后的电流值为电池充电；

通过语音识别模块利用语音识别器识别用户充电的语音指令；

利用调节电路调节充电的电压、电流进行快速充电操作；通过充电模块利用充电接口对新能源汽车进行充电操作；通过充电断开模块利用断开电路根据充电完成进行断开充电操作；

利用保护电路对充电过载和短路进行保护；检测充电装置与电池模组之间的传输通路是否发生异常和/或所述电池模组是否发生异常；根据针对所述传输通路的检测结果和/或所述电池模组的检测结果控制所述传输通路的导通状态；

利用显示器显示充电状态。

进一步，充电模块充电中，不断重复运行，使负极过电势最终稳定在析锂电势警戒阈值±5mv；

重复时，时刻k的递进值为1-30s中的任意值，析锂电势警戒阈值保持不变或随时刻k改变；

当端电压达到截止电压上限时，停止充电。

进一步，制作对任何种类的锂离子电池都能重制出相同工艺的带有参比电极的三电极锂离子电池，所述参比电极能提供稳定参比电位，包括金属锂、镀锂铜丝、锡锂合金；

对该三电极电池施以不同温度、不同充电电流倍率的恒流充电流程，得到各个温度下、各个倍率的电池端电压、正极电压和负极电压充电曲线；

选定能够反映负极过电势的电池模型，根据各温度、不同充电电流倍率下的电池端电压曲线，采用参数辨识算法标定电池模型参数；该模型的计算值为电池端电压；

进一步，选择用于负极过电势观测值计算的基于电压反馈的控制算法；

根据选定的控制算法，确定该控制算法的控制参数；所述控制参数确定后，不再发生变化；或者，在充电过程中根据电池使用环境、电池自身状态的变化重新确定控制参数；

测量k时刻电池端电压，根据标定的电池模型得到端电压模型计算值；计算该时刻端电压测量值与端电压模型计算值之差；

根据确定的控制参数值和k时刻下电池端电压测量值与模型计算值之差，计算该时刻的负极过电势观测调整值以及负极过电势观测值。

进一步，用标定好的电池模型和选定的计算负极过电势观测值的控制算法，计算时刻k电流调整值和调整后的电流值，并用调整后的电流值为电池充电中，选择用于电流调整值计算的基于电流反馈的控制算法；

根据选定的控制算法，确定该控制算法的控制参数；所述控制参数确定后，即不再发生变化；或者，在充电过程中根据电池使用环境、电池自身状态的变化重新确定控制参数；

计算k时刻得到的负极过电势观测值与析锂警戒阈值之差；

根据确定的控制参数值和确定的k时刻负极过电势观测值与析锂警戒阈值之差进行该时刻电流调整值以及调整后充电电流的计算：当根据确定的负极过电势观测值与析锂电势警戒阈值间存在正阈度时，该时刻电流调整值为正值，充电电流倍率增加，充电电流倍率增加量与该时刻电流调整值呈非线性变化；当根据确定的负极过电势与析锂电势警戒阈值间存在负阈度时，该时刻电流调整值为负值，充电电流倍率减小，且充电电流倍率减少量与该时刻电流调整值呈非线性变化；随着电流减小，负极过电势观测值与析锂电势警戒阈值之差回到正阈度区域，再次增加电流倍率。

进一步，所述检测所述传输通路是否发生异常和/或所述电池模组是否发生异常包括：

对经由所述传输通路的信号进行放大和模数变换，和/或，对经由所述电池模组的信号进行放大和模数变换；

将所述进行放大和模数变换后的传输通路的信号与第一预定阈值进行比较，得到第一比较结果；和/或，所述进行放大和模数变换后的电池模组的信号与第二预定阈值进行比较，得到第二比较结果；

在所述第一比较结果为超过所述第一预定阈值和/或所述第二比较结果为超过所述第二预定阈值时，确定所述传输通路发生异常和/或所述电池模组发生异常。

进一步，所述传输通路包括：正极传输通路以及负极传输通路，其中，所述正极传输通路为所述充电装置的正极与所述电池模组的正极之间的传输通路，所述负极传输通路为所述充电装置的负极与所述电池模组的负极之间的传输通路。

进一步，所述当检测到所述传输通路和/或所述电池模组发生异常时，根据针对所述传输通路的检测结果和/或所述电池模组的检测结果控制所述传输通路的导通状态之后，所述方法还包括：

在预定时间后，充电保护电路继续检测所述传输通路是否发生异常和/或所述电池模组是否发生异常。

本发明的另一目的在于提供一种新能源汽车用快速充电串联供电系统包括：

太阳能供电模块，与主控模块连接，用于通过太阳能电池板为新能源汽车用快速充电串联供电系统供电；

语音识别模块，与主控模块连接，用于通过语音识别器识别用户充电的语音指令；

主控模块，与太阳能供电模块、语音识别模块、电压电流调节模块、充电模块、充电断开模块、电路保护模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

电压电流调节模块，与主控模块连接，用于通过调节电路调节充电的电压、电流进行快速充电操作；

充电模块，与主控模块连接，用于通过充电接口对新能源汽车进行充电操作；

充电断开模块，与主控模块连接，用于通过断开电路根据充电完成进行断开充电操作；

电路保护模块，与主控模块连接，用于通过保护电路对充电过载和短路进行保护；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示充电状态。

本发明的另一目的在于提供一种搭载所述新能源汽车用快速充电串联供电系统的供电桩。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过充电模块可以实现任意类型锂离子电池的快速充电；对于任意类型锂离子电池，只需对电池模型参数和控制器参数重新标定；融合了基于电压反馈的负极过电势观测技术和基于电流反馈的电流在线调整技术，实现了电池充电过程负极过电势始终位于析锂临界电势上，保证了电池不发生析锂，延长了电池寿命，提升了电池安全，同时极大提高了电池的充电速度；同时，通过电路保护模块在充电装置与电池模组之间设置用于检测并控制二者之间的传输通路的导通状态的充电保护电路，因此可以解决相关技术中存在的电池充电时存在安全性和有效性不能够得到保障的问题，同时还能够有效地提高电池充电时的有效性和安全性，保证了用户使用时的体验。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新能源汽车用快速充电串联供电系统结构框图。

图中：1、太阳能供电模块；2、语音识别模块；3、主控模块；4、电压电流调节模块；5、充电模块；6、充电断开模块；7、电路保护模块；8、显示模块。

图2是本发明实施例提供的新能源汽车用快速充电串联供电方法流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的新能源汽车用快速充电串联供电系统包括：太阳能供电模块1、语音识别模块2、主控模块3、电压电流调节模块4、充电模块5、充电断开模块6、电路保护模块7、显示模块8。

太阳能供电模块1，与主控模块3连接，用于通过太阳能电池板为新能源汽车用快速充电串联供电系统供电。

语音识别模块2，与主控模块3连接，用于通过语音识别器识别用户充电的语音指令。

主控模块3，与太阳能供电模块1、语音识别模块2、电压电流调节模块4、充电模块5、充电断开模块6、电路保护模块7、显示模块8连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作。

电压电流调节模块4，与主控模块3连接，用于通过调节电路调节充电的电压、电流进行快速充电操作。

充电模块5，与主控模块3连接，用于通过充电接口对新能源汽车进行充电操作。

充电断开模块6，与主控模块3连接，用于通过断开电路根据充电完成进行断开充电操作。

电路保护模块7，与主控模块3连接，用于通过保护电路对充电过载和短路进行保护。

显示模块8，与主控模块3连接，用于通过显示器显示充电状态。

本发明提供的充电模块5充电方法如下：

1)采用带有参比电极的三电极锂离子电池，为三电极锂离子电池施加不同充电电流倍率的恒流充电得到电池模型中各种物理参数和电化学参数的准确值，以完成电池模型的标定。

2)用标定好的电池模型，进行时刻k负极过电势观测值的计算，得到该时刻负极过电势观测值大小。

3)设置析锂电势警戒阈值：该析锂电势警戒阈值为固定值，或者在保证电池安全的前提下选用随时刻k改变的析锂电势警戒阈值。

4)用标定好的电池模型和选定的计算负极过电势观测值的控制算法，计算时刻k电流调整值和调整后的电流值，并用调整后的电流值为电池充电。

5)不断重复步骤2)-步骤4)，使负极过电势最终稳定在析锂电势警戒阈值±5mv。

重复时，时刻k的递进值为1-30s中的任意值，步骤3)中的析锂电势警戒阈值保持不变或随时刻k改变。

6)当端电压达到截止电压上限时，停止充电。

所述电池模型主要指电池的外特性模型，即根据电池的电流等输入估计电池端电压的模型。锂离子电池模型主要包括电学特性模型、热模型、电热耦合模型和老化模型。

本发明提供的步骤1)具体包括以下步骤：

制作对任何种类的锂离子电池都能重制出相同工艺的带有参比电极的三电极锂离子电池，所述参比电极能提供稳定参比电位，包括金属锂、镀锂铜丝、锡锂合金。

对该三电极电池施以不同温度、不同充电电流倍率的恒流充电流程，得到各个温度下、各个倍率的电池端电压、正极电压和负极电压充电曲线。

选定能够反映负极过电势的电池模型，根据各温度、不同充电电流倍率下的电池端电压曲线，采用参数辨识算法标定电池模型参数；该模型的计算值为电池端电压。

本发明提供的步骤2)具体包括以下步骤：

选择用于负极过电势观测值计算的基于电压反馈的控制算法。

根据选定的控制算法，确定该控制算法的控制参数；所述控制参数确定后，不再发生变化；或者，在充电过程中根据电池使用环境、电池自身状态的变化重新确定控制参数。

测量k时刻电池端电压，根据标定的电池模型得到端电压模型计算值；计算该时刻端电压测量值与端电压模型计算值之差。

根据确定的控制参数值和k时刻下电池端电压测量值与模型计算值之差，计算该时刻的负极过电势观测调整值以及负极过电势观测值。

本发明提供的步骤4)具体包括以下步骤：

选择用于电流调整值计算的基于电流反馈的控制算法。

根据选定的控制算法，确定该控制算法的控制参数；所述控制参数确定后，即不再发生变化；或者，在充电过程中根据电池使用环境、电池自身状态的变化重新确定控制参数。

计算k时刻得到的负极过电势观测值与析锂警戒阈值之差。

根据确定的控制参数值和确定的k时刻负极过电势观测值与析锂警戒阈值之差进行该时刻电流调整值以及调整后充电电流的计算：当根据确定的负极过电势观测值与析锂电势警戒阈值间存在正阈度时，该时刻电流调整值为正值，充电电流倍率增加，充电电流倍率增加量与该时刻电流调整值呈非线性变化；当根据确定的负极过电势与析锂电势警戒阈值间存在负阈度时，该时刻电流调整值为负值，充电电流倍率减小，且充电电流倍率减少量与该时刻电流调整值呈非线性变化；随着电流减小，负极过电势观测值与析锂电势警戒阈值之差回到正阈度区域，再次增加电流倍率。

本发明提供的电路保护模块7保护方法如下：

(1)检测充电装置与电池模组之间的传输通路是否发生异常和/或所述电池模组是否发生异常。

(2)根据针对所述传输通路的检测结果和/或所述电池模组的检测结果控制所述传输通路的导通状态。

本发明提供的检测所述传输通路是否发生异常和/或所述电池模组是否发生异常包括：

对经由所述传输通路的信号进行放大和模数变换，和/或，对经由所述电池模组的信号进行放大和模数变换。

将所述进行放大和模数变换后的传输通路的信号与第一预定阈值进行比较，得到第一比较结果；和/或，所述进行放大和模数变换后的电池模组的信号与第二预定阈值进行比较，得到第二比较结果。

在所述第一比较结果为超过所述第一预定阈值和/或所述第二比较结果为超过所述第二预定阈值时，确定所述传输通路发生异常和/或所述电池模组发生异常。

本发明提供的传输通路包括：正极传输通路以及负极传输通路，其中，所述正极传输通路为所述充电装置的正极与所述电池模组的正极之间的传输通路，所述负极传输通路为所述充电装置的负极与所述电池模组的负极之间的传输通路。

本发明提供的当检测到所述传输通路和/或所述电池模组发生异常时，根据针对所述传输通路的检测结果和/或所述电池模组的检测结果控制所述传输通路的导通状态之后，所述方法还包括：

在预定时间后，充电保护电路继续检测所述传输通路是否发生异常和/或所述电池模组是否发生异常。

本发明通过允许充电电压大于推荐的充电电压来实现快速充电。为了对电池进行充电，充电电压和电流通常被施加到电池端子。充电电压可大于内部电池单元电压，使得电流流入电池中。可开发充电策略来用于选择充电电压和电流，从而获得期望的充电速率。电池制造商通常规定可施加到电池端子的最大充电电压。车辆制造商通常设计出限制充电电压不超出电池制造商推荐的最大充电电压的控制策略。

电池快速充电系统的一个特性是用估计的ir压降补偿来动态计算最大充电电压。最大充电电压可以被定义为：

vmax*＝vmax+ir---(1)

其中，vmax是由电池单元制造商推荐的常规最大充电电压，i是电池电流，r是内部电池单元电阻。

主控模块3可在充电处理期间测量电池电流i。可在充电期间估计电阻r。可在充电开始时、在充电期间或在充电之后估计或测量电阻值。电阻可以是基于电池寿命的预定电阻值。可使用各种方法来提供电阻的实时估计。第一种方法可以是基于电压(v)和电流(i)的商来简单计算电阻r，其中，v是电阻两端的电压，i是测量的流经电池的电流。一种计算电阻的方法是可以考虑在不同时间采样的两个单独的电池单元电压测量值v1和v2以及相关联的电流测量值i1和i2。电阻值与电压和电流的测量值之间的关系可被表示如下：

v1＝voc1+i1r---(2)

v2＝voc2+i2r---(3)

其中，voc是在采样时间处的电池单元开路电压的估计值。如果针对soc的值是已知的，则可计算voc的估计值。通过计算等式之间的差得到：

v1-v2＝(voc1-voc2)+(i1-i2)r---(4)

可选择电压和电流的采样值之间的时间间隔，以获得准确的结果。可就在充电开始之前(电流约为零)获取第一电压和电流的采样值。可在已经开始充电之后(电流不为零)获取第二电压和电流的采样值。此时，开路电压voc不应发生变化，并且电阻可以被计算为：

r＝δv/δi---(5)

其中，δv是两个电池单元端电压之间的差，δi是两个电流测量值之间的差。这种技术对于计算充电开始时的电阻而言可能是有用的。在充电期间，voc的值可基于soc而被估计并且完整等式(4)可被利用。

本发明工作时，首先，通过太阳能供电模块1利用太阳能电池板为新能源汽车用快速充电串联供电系统供电；通过语音识别模块2利用语音识别器识别用户充电的语音指令；其次，主控模块3通过电压电流调节模块4利用调节电路调节充电的电压、电流进行快速充电操作；通过充电模块5利用充电接口对新能源汽车进行充电操作；通过充电断开模块6利用断开电路根据充电完成进行断开充电操作；然后，通过电路保护模块7利用保护电路对充电过载和短路进行保护；最后，通过显示模块8利用显示器显示充电状态。

如图2所示，本发明实施例提供的新能源汽车用快速充电串联供电方法包括：

s101，通过太阳能供电模块利用太阳能电池板为新能源汽车用快速充电串联供电系统供电；通过语音识别模块利用语音识别器识别用户充电的语音指令。

s102，主控模块通过电压电流调节模块利用调节电路调节充电的电压、电流进行快速充电操作；通过充电模块利用充电接口对新能源汽车进行充电操作；通过充电断开模块利用断开电路根据充电完成进行断开充电操作。

s103，通过电路保护模块利用保护电路对充电过载和短路进行保护。

s104，通过显示模块利用显示器显示充电状态。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。