适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法与流程

本发明涉及一种动力电池预加热的控制方法，其能够实现直流快充桩对低温下动力电池的预加热。

背景技术：

随着世界资源匮乏及环境污染日益加重，我国大力发展着以电动车为代表的新能源汽车。众所周知，目前电动车上配置的动力电池受环境温度影响很大，温度较低时，例如零下10摄氏度或更低温度时，充电桩无法直接对动力电池充电。

充电桩主要有交流慢充桩和直流快充桩这两种，针对动力电池温度过低无法直接充电的情形，目前市面上产品都是利用交流慢充桩给动力电池加热或是保温，有些厂家也可以实现在直流快充桩上给动力电池边充电边加热的功能。但是在动力电池温度降低到零度以下时，不允许直接在直流快充桩上边充电边加热，这是因为低温下充电会造成动力电池析锂结晶，刺穿隔膜造成电池内部短路，还可能造成电池内部短路起火等危险情况发生。因此，期待能够实现直流快充桩对低温下的动力电池实施纯加热的功能。

然而，动力电池不能纯加热的主要原因是在中国快充都遵循gb/t27930协议，协议规范制定时没有考虑动力电池纯加热时的工况，协议规范里的监测机制导致直流快充时不能够实现纯加热的工作模式。而现实生活中，充电站的配置中并不是所有充电站都安装有交流和直流充电桩，举个实际生活中的例子：在寒冷的冬季，车主需要对车辆动力电池补充电能时，由于温度过低需要先给动力电池预热，若周边只有直流快充桩，而直流快充桩不支持电池纯预热功能，这时候矛盾就产生了，车主会手足无措，用车体验不友好。

技术实现要素：

本发明是针对上述现有技术中的问题而做出的，其目的在于，提供一种适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法，在电动车动力电池温度较低时也能够在直流快充桩实现电池纯加热功能。

为了实现上述目的，本发明的第一技术方案，提供一种适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：判断直流快充桩与电动车的充电握手辨识工作是否完成；在所述充电握手辨识工作完成后，所述电动车向所述直流快充桩发送车辆未准备就绪的报文，并判断所述动力电池是否需要加热；在判断为所述动力电池需要加热的情况下，所述动力电池在向所述直流快充桩发送的车辆准备就绪的报文中加入电池纯加热准备完成，所述直流快充桩对所述动力电池加热，在加热完成后，所述电动车向所述直流快充桩发送车辆准备就绪的报文，另外在判断为所述动力电池不需要加热的情况下，所述电动车向所述直流快充桩发送车辆准备就绪的报文；所述直流快充桩从所述电动车收到所述车辆准备就绪的报文后，进入充电阶段，对所述动力电池充电。

根据本发明的第二技术方案的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法，在上述第一技术方案的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法中，在所述电动车设有检测所述动力电池的温度的温度检测器，在所述温度检测器检测到的温度小于规定阈值的情况下，判断为需要对所述动力电池加热，在检测到的温度大于等于所述规定阈值的情况下，判断为不需要对所述动力电池加热。

根据本发明的第三技术方案的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法，在上述第一技术方案的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法中，在判断为需要对所述动力电池电加热时，所述直流快充桩通过所述电动车的电池预热系统对所述动力电池加热。

根据本发明的第四技术方案的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法，在上述第三技术方案的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制方法中，所述电池预热系统包括：使预加热开启或停止的开关；和用于加热所述动力电池的加热膜。

技术效果

根据上述第一技术方案，在直流快充桩对电动车充电时，能够首先判断是否需要对动力电池加热，因此在电动车动力电池温度较低的情况下也能够在直流快充桩实现电池纯加热功能，并且在现有gb/t27930国标基础上进行修订，没有带来硬件上的变化，仅仅是在流程开发和报文交互信号方面进行了变动，前后兼容性和继承性较好。

根据上述第二技术方案，能够基于动力电池的实际温度来判断是否通过直流快充桩对动力电池加热，从而能够准确精准地判断是否需要对动力电池加热。

根据上述第三、第四技术方案，能够快速地加热动力电池。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制系统的物理连接示意图。

图2是表示直流充电控制导引电路原理图。

图3是表示直流快充桩对电动车动力电池充电的充电流程图。

图4是表示参数配置阶段的详细流程图。

具体实施方式

以下基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，本发明完全不限于以下说明的实施方式，只要与本发明具有实质相同的结构并且能够起到实质相同的作用效果，则能够进行各种变更。

图1是表示本发明实施方式的适用于直流快充桩的动力电池预加热的控制系统的物理连接示意图。如图1所示，动力电池预加热的控制系统包括：直流快充桩1、电池预热系统2、电池包3、以及动力电池控制器(batterymanagementsystem，以下简称bms)4。电池预热系统2实际上安装在电池包3内，其包括：对动力电池加热的ptc(positivetemperaturecoefficient：正温度系数)加热膜21、和ptc开关22。电池包3包括：主正接触器31、主负接触器32和预充接触器33。

直流快充桩1与bms4进行信号交互和流程跳转，同时负责响应bms4发送的ptc加热膜21的工作电压和电流需求，与之相应地，bms4负责与直流快充桩1进行信号交互和流程跳转，同时负责ptc加热膜21的工作电压和电流需求的发送。ptc加热膜21是电阻性元器件，其装配在电池单体的下面，通过电流后会产生热量来对动力电池进行加热。在对动力电池预加热的情况下，ptc开关22闭合，电流在直流快充桩1→ptc开关22→ptc加热膜21的回路中流动，对ptc加热膜21通电，由此ptc加热膜21产生热量来加热动力电池。在纯加热时，bms4不会闭合主正接触器31、主负接触器32和预充接触器33。

另外，在电池包3外面的高压端连接有直流充电枪(未图示)，在对电动车充电时，使该直流充电枪与直流快充桩链接。

接下来，参照图2对直流充电控制导引电路原理图进行说明。如图2所示，直流快充桩包括直流快充桩控制器、辅助电源和接口部分，电动车包括：电池包、车辆控制器和接口部分。其中，附图标记k1、k2是快充桩高压正、负继电器，k5、k6是车端高压正、负继电器。

如图2所示，直流快充桩和电动车的接口部分分别包含7个连接端子，分别是直流充电的功率端子dc+和dc-、保护接地端子、车辆连接确认和快充桩连接确认信号ccl和cc2、直流快充桩给充电汽车供给工作电源的辅助电源线a+、a-。当将直流快充桩的接口部分与电动车的接口部分如图2所示那样连接以后(参照图2的车辆接口)，直流快充桩通过ccl检测到车辆已经连接，闭合继电器k3、k4，通过a+、a-给车辆控制器供电，车辆控制器开始工作，通过cc2检测到直流快充桩已经连接，车辆控制器通过s+、s-发起与直流快充桩的通信连接，通信正常后，直流快充桩闭合继电器k1、k2，电动车闭合继电器k5、k6，直流快充桩根据车辆控制器的控制参数，经过整流模块，在dc+、dc-上输出直流电源，对电动车动力电池进行充电。

下面，说明直流快充桩对电动车动力电池充电的充电流程。如图3所示，整个充电流程分为4个大的过程，即：充电握手辨识阶段、充电参数配置阶段、充电阶段和充电结束阶段。

首先，简要说明充电握手辨识阶段。在充电握手辨识阶段中，当如图2所示那样将直流快充桩的接口部分与电动车的接口部分连接并上电后，直流快充桩向bms4发送快充桩辨识报文，快充桩辨识报文包括快充桩的id号、充电接头编号和功率等级。bms4收到快充桩辨识报文后向快充桩发送bms辨识报文，发送的辨识报文包括：电池的充电次数、电池的id号和通信协议版本号。此时直流快充桩判断是否收到bms辨识报文，长时间没有收到此信息超时后进入错误处理，当直流快充桩收到bms辨识报文后，向bms4发送快充桩辨识完成报文，bms4判断是否收到快充桩辨识完成报文，长时间没有收到此信息，超时后进入错误处理，如果bms4收到此信息后，bms4向直流快充桩发送车辆识别代码。直流快充桩判断是否收到车辆识别代码，当收到此报文后判断为充电握手辨识，然后进入充电参数配置阶段。

在充电参数配置阶段，具体参照图4，首先在步骤s1中，直流快充桩判断车辆参数是否适合。如果判断为车辆参数不适合，则直流快充桩输出充电时序结束，并报充电故障级别(3)；如果判断为车辆参数适合，则快充桩在接下来的步骤s3中开始定期向bms4发送报文cts(与快充桩发送时间同步(年月日时分秒))，并在步骤s4中向bms4发送报文cml(快充桩最大输出能力)，在此，快充桩最大输出能力包括：最高输出电压、最低输出电流、最高输出电流等。

在电动车侧，bms4开始定期发送bcp(充电参数)(步骤s2)，该充电参数包括：最高电压、最高电流、允许温度、荷电状态等)。在从快充桩接收到报文cts、cml后，在步骤s5中，bms4停止发送bcp，并开始定期发送车辆未准备就绪的bro报文。然后进入步骤s6，bms4进行与快充桩的时间同步处理。

接下来在步骤s7中，bms4判断快充桩参数是否适合。若判断为快充桩参数不适合，则bms4输出充电时序结束，并报充电故障级别(3)；若判断为快充桩参数适合，则进入步骤s8。在步骤s8中判断是否需要对动力电池加热。此时，仅需在报文bro电池准备就绪中增加信号——电池纯加热准备完成、电池纯加热未准备完成。在此，该判断方法可以是，bms4(其具有温度检测功能，作为温度检测器工作)测量动力电池的温度，在所测量的温度低于预定阈值的情况下，判断为动力电池需要加热，在bro报文中增加电池纯加热准备完成，即告知充电桩动力电池此时需要纯加热，需按照纯加热需求的流程进行交互。当直流快充桩收到电池需要加热需求的时候，快充桩判断dc继电器外侧电压＝0。

然后，进入步骤s9，不闭合车辆dc继电器k5、k6(参照图2)，闭合ptc开关22，直流快充桩1对ptc加热膜21通电使ptc加热膜21产生热量来加热动力电池，在对动力电池加热期间，bms4测量动力电池的温度，在加热到合适温度(例如上述预定阈值)以后，判断为动力电池加热完成，输出电池纯加热完成信号，并使车辆dc继电器k5、k6闭合。其具体做法是，电池预热完成后，在报文bst电池终止充电原因中增加信号——0x11(电池预加热完成)。

如果在步骤s8中bms4测量到的温度大于等于预定阈值的情况下，判断为动力电池不需要加热，进入步骤s10。在步骤s10，bms4使车辆dc继电器k5、k6闭合。

在车辆dc继电器k5、k6闭合后，开启车辆绝缘校验(步骤s11)，绝缘校验成功后，在步骤s12，bms4向快充桩发送车辆充电准备就绪状态的bro报文。在快充桩侧，判断是否收到车辆充电准备就绪状态的报文(步骤s13)，如没有收到，则快充桩输出充电时序结束，并报充电故障级别(3)。在此，是否收到车辆充电准备就绪状态的报文的判断，可以基于在快充桩发送报文cts、cml起的规定时间(例如5秒)内是否收到车辆充电准备就绪状态的报文来判断。在收到车辆充电准备就绪状态的报文的情况下，快充桩停止发送cts报文，并开始定期发送快充桩准备未就绪的cro报文(步骤s14)。然后，在步骤s15中，快充桩确认dc继电器外侧的电压(s15)并判断电压是否正常(s16)。此时，电压是否正常的判断需满足以下两个条件，条件1：与通讯报文电池电压相差≤±5％，条件2：在快充桩的最大最小输出电压之间。在判断为电压正常的情况下，进入预充电阶段(图4中点线框部分)。

在预充电阶段，快充桩调整输出电压(步骤s17)，并判断输出电压是否为电池电压－(1v～10v)(步骤s18)。在步骤s18判断为“是”的情况下，使快充桩的dc继电器k1、k2闭合(步骤s19)，然后快充桩发送数据变更，即快充桩准备就绪的cro报文(步骤s20)。

在电动车侧，bms4判断是否收到快充桩准备就绪的报文(步骤s21)。在没有收到的情况下(步骤s21为“否”)，bms4输出充电时序结束，并报充电故障级别(3)。在此，是否收到快充桩准备就绪的报文的判断，可以基于在bms4发送车辆充电准备就绪状态起的规定时间(例如5秒)内是否收到快充桩准备就绪的报文来判断。在收到快充桩准备就绪的报文的情况下，bms4停止发送bro(步骤s22)。

以上是参数配置阶段的具体流程。在上述流程中，仅在报文bro电池准备就绪中增加信号、即电池纯加热准备完成、电池纯加热未准备完成，即可完成对电池的预加热，没有带来硬件上的变化，仅仅是在流程开发和报文交互信号方面进行了变动，前后兼容性和继承性较好。

在上述参数配置阶段完成后，进入充电阶段。简要说明充电阶段。在充电时，闭合电池包内的主正主负接触器，正常充电。并且，在充电的过程中，bms4向快充桩循环发送电池充电级别需求和充电状态，电池充电级别需求包括：电池所需的充电模式、功率需求、电压和电流，电池充电状态包括：电流和电压的测量值、动力电池的最高温度、动力电池的最低温度、当前的荷电状态和估计的充满时间。并且bms4实时接收快充桩充电状态和快充桩中止报文，当出现超时后，进入错误处理，并结束充电。同时bms4一直判断充电是否能结束，bms4结束充电的条件包括：bms4本身的故障，电池单体或总电压达到自身设定值，收到快充桩发送的充电中止报文，充电电压、电流或功率的测量值超过充电阶段中bms4的充电控制值。当条件满足时，bms4向快充桩发送bms中止充电报文，同时判断是否收到快充桩中止报文，如果收到则进入充电结束阶段，否则继续向快充桩发送bms中止报文。快充桩在充电过程中实时检测是否收到电池充电级别需求和充电状态或bms中止充电报文，长时间没有收到此信息，超时后进入错误处理，如果可以正常收到此信息，快充桩按照电池充电级别需求控制输出的电压、电流值自动给动力电池充电，并向bms4发送快充桩充电状态，快充桩的充电状态包括：充电电压、电流的输出值和累计的充电时间。同时快充桩在充电过程中实时判断充电是否结束，快充桩结束充电的条件包括：快充桩本身的故障，电池的荷电状态达到设定值，充电电量或时间达到设定值，用户手动中止，收到bms4发送的充电中止报文。当条件满足时，快充桩向bms4发送快充桩中止充电报文，同时快充桩判断是否收到bms中止充电报文，如果收到则进入充电结束阶段，否则继续向bms4发送快充桩中止充电报文。

进入充电结束阶段后，bms4向快充桩发送bms统计数据，bms统计数据包括：初始及结束时的电池荷电状态、电池单体最高电压和最低电压。快充桩判断是否收到bms统计数据，如果没有收到，快充桩仍然向bms4发送快充桩中止充电报文，当收到此信息后，快充桩发送快充桩充电统计数据，快充桩的统计数据包括：输出电量、最大充电功率和累计充电时间，整个充电过程结束。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，在参数配置阶段，说明了快充桩定期发送cts报文，bms实施时间同步处理，但这两个步骤是可选的，也可以不实施。