一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电动汽车的充电技术领域，具体涉及一种应用于动力电池的智能充电 系统与充电方法。
【背景技术】
[0002] 当前，随着工业发展和社会需求的增加，汽车在社会生活中扮演着越来越重要的 角色。伴随着能源紧缺、工业污染、汽车尾气等严重问题的出现，迫切需要寻找新的途径来 发展汽车工业，电动汽车的出现正顺应了这种需求。电池是电动汽车的动力来源，其性能确 定了电动汽车的行驶里程。而限于短期内难以突破电池储存电量少、充电次数有限、充电时 间长、价格高、续航里程短、能量密度低等技术瓶颈，因此当前电动汽车设计的关键点是如 何最优化利用电池，包括控制合理的充放电状态等。
[0003] 针对控制合理的充电状态，目前已出现的充电方法，如公告号为CN 103390770A， 名称为"一种锂离子电池化成分段充电方法"的发明专利，公开的四阶段充电方法，分别是： 一到三阶段是恒流充电阶段、四阶段是恒压充电阶段。这种方法能够保证锂离子电池良好 性能不变的前提下有效减少充电时间。但是该方法没有考虑与BMS(电池管理系统）之间 通讯，因此该方法的四阶段充电过程完全由充电器独立控制，不具有反馈机制，因此各阶段 的控制精度不高。
[0004] 再如，公告号为CN 101969218A，公开的名称为"一种纯电动汽车用充电方法"的发 明专利，采取多段恒流、快速脉冲、恒压充电相结合的充电控制策略，并且与BMS之间进行 通讯，采集反馈电池状态信息，有效地增加了分段控制的精度、缩短了充电时间。但是该控 制策略考虑的电池状态信息较少，比如关系到安全充电的绝缘电阻，关系到电池老化程度 的内阻等。该充电系统有待完善。
[0005] 目前电动汽车的电池在使用过程中，存在的问题如下：电动汽车所采用的动力锂 电池电压电流没有具体的统一标准；汽车厂商所采用的锂电池规格也不尽统一；现有的大 部分充电设备与BMS之间不具备通讯功能；少量带通讯功能的充电器，传递的电池状态信 息较少，不能满足当前要求电池性能良好的前提下快速、安全充电。当前的智能充电系统虽 然能够满足大部分电动车充电，但是充电过程中分段充电控制不够精细化；充电终止电压 电流条件范围较宽，不能针对任意规格电池精确确定充电终止条件。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是现有充电过程中各充电阶段控制不够精确的缺陷， 提供一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法。
[0007] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] -种应用于动力电池的智能充电系统，由交流变换模块、整流滤波模块、稳压模 块、DC-DC模块、电压检测模块、电压A/D转换模块、可控电流输出模块、电流检测模块、电流 A/D转换模块、主控制器模块、继电器控制模块、继电器、电池管理系统和通讯模块组成；
[0009] 交流变换模块、整流滤波模块、DC-DC模块、可控电流输出模块和继电器依次连接， 其中交流变换模块的输入端与市电相连，继电器的输出端与电池连接；
[0010] 电压检测模块的输入端连接DC-DC模块的输出端，电压检测模块的输出端经电压 A/D转换模块连接主控制器模块的输入端；主控制器模块通过PffM波控制DC-DC模块的输 出；
[0011] 电流检测模块的输入端连接可控电流输出模块的输出端，可控电流输出模块的输 出端经电流A/D转换模块连接主控制器模块的输入端；主控制器模块通过PffM波控制可控 电流输出模块的输出；
[0012] 继电器控制模块的输入端连接主控制器模块的输出端，继电器控制模块的输出端 连接继电器的控制端；稳压模块的输入端连接整流滤波模块的输出端，稳压模块的输出端 连接主控制器模块；
[0013] 电池管理系统的采集端连接电池，电池管理系统的通讯端经通讯模块连接主控制 器模块。
[0014] 上述应用于动力电池的智能充电系统还进一步包括一直流滤波模块，该直流滤波 模块的输入端与可控电流输出模块的输出端相连，可控电流输出模块的输出端与继电器的 输入端相连。
[0015] 上述应用于动力电池的智能充电系统还进一步包括一数据存储模块，该数据存储 模块与接主控制器模块相连。
[0016] -种应用于动力电池的智能充电方法，包括如下步骤：
[0017] 步骤1、将交流变换模块的输入端与市电相连，继电器的输出端与电池连接，主控 制器模块与电池管理系统连接；
[0018] 步骤2、主控制器读取电池管理系统发送的初始化阈值数据，并将初始化阈值数据 存储在主控制器模块中；其中初始化阈值数据包括电池最佳充电温度T P，充电环境温度阈 值Τ。、最大充电环境温度阈值Tniax、且I^Tniax，电压均衡阈值V a，最大充电电压Uniax，最小充电 电压U_，电压接近阈值ε，电池允许最大充电电流I niax，恒压充电阶段充电结束电流阈值 Ia，涓流充电阶段充电结束电压阈值Ua、且U_〈Ua〈U_;
[0019] 步骤3、主控制器模块经继电器控制模块控制继电器开启，充电开始，主控制器读 取电池管理系统发送的电池状态数据，包括电池组温度τ、电池单体最高电Sv niax、电池单体 最低电压v_，电池组电压U、电池组充电电流I、荷电状态S0C、电池组内阻R。、绝缘电阻R ;
[0020] 步骤4、进行充电阶段的判断；
[0021] 步骤4-1、温度判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池组温度T，判断 是否适合充电；若Τ〈τ。，则电池组温度适合充电，并转入步骤4-2 ;若T。彡T彡Tniax同时成 立，则电池组温度偏高，通过启动电池自带的降温风扇后，继续充电，转入步骤3 ;若Τ>Τ_， 则电池组温度不适合充电，转入步骤5,充电结束；
[0022] 步骤4-2、均衡判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池单体最高电压 Vniax和电池单体最低电压v_，判断是否需要均衡；若v_-v_》va，则断开继电器暂停充电， 进入均衡充电状态，返回步骤4-2,循环判断；若V_-V_〈V a，转入步骤4-3 ;
[0023] 步骤4-3、最大充电电压判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池组电 压U，判断是否已接近最大充电电压1]_;若|υ_-υ|〈ε，主控制器模块需要根据电池管理 系统送来的电池充电电流I，判断此刻的充电电流1>13是否成立，若成立，则转入步骤4-6， 进入恒压充电阶段，若不成立，转入步骤4-7;如果|υ_-υ|〈ε不成立，则需要判断1]>比是 否成立，若不成立，转入步骤4-4,如果成立，转入步骤4-5,进入多段恒压恒流交替充电阶 段；
[0024] 步骤4-4、涓流充电阶段判断；主控制器模块根据电池管理系统送来的电池充电 电压U，判断是否继续进入涓流充电：若U_彡U〈U a，转入步骤3 ;如果U>Ua，转入步骤4-5 ;
[0025] 步骤4-5、多段恒压恒流交替充电阶段判断；主控制器模块根据电池管理系统送 来的电池充电电压U，判断是否继续进入多段恒压恒流交替充电；若U aS U < Uniax，转入步骤 3 ;如果|U_-U|〈 ε成立，再判断此刻1>13是否成立，若成立转入步骤4-6,进入恒压充电阶 段；否则，转入步骤4-7,进入浮充电阶段；
[0026] 步骤4-6、恒压充电阶段判断；若|υ_-υ|〈ε成立，同时I>Ia成立，转入步骤3;若 Uniax-U I〈 ε成立，1>13不成立时，转入步骤4-7,进入浮充电阶段；
[0027] 步骤4-7、浮充电阶段判断；若|U_-U|〈 ε成立，同时KIa成立，转入步骤3,否则， 转入步骤4-8 ;
[0028] 步骤4-8、充电终止判断；若通讯异常、T>T_、1〈1_、U>U_、绝缘电阻小于安全值 满足之一，判断为充电结束，转到步骤5 ;
[0029] 步骤5、主控制器模块经继电器控制模块控制继电器关闭，充电结束。
[0030] 所述步骤4-5中，多段恒压恒流交替充电阶段采用模糊控制规则来完成，其具体 过程是：
[0031 ] 依据模糊规则库，根据温度变化量Δ T = T-Tp和温度变化率Δ? = ?/ΔΓ/冶确定第 一段电流交替过渡值I1，且K I _，其中1_为电池的最高充电电流，其具体数据来自于 电池规格参数，主控制器模块控制可控电流输出模块的输出端电流切换到I1，并进入到以 I1作为恒定电流的第一段恒流充电；
[0032] 随着第一段恒流充电的进行，电池充电电压U逐步升高，当U升高到U1= λ U。（ λ 取1. 05~1. 15, U。为第一段恒流充电开始时的电池组电压）时，主控制器模块控制DC-DC 模块的输出端电压切换到U1，并进入到以U1作为恒定电压的第一段恒压充电；
[0033] 依据模糊规则库，根据温度变化量Δ T和温度变化率λ f = ?/Δ77汾确定第二段电 流交替过渡值