一种应用于动力电池的智能充电系统与充电方法_2

文档序号:9379198阅读:来源:国知局
I2,随着第一段恒压充电的进行,电池充电电流I逐渐减小,当电池充电电流 I减小到12时,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12,并进入到以I 2 作为恒定电流的第二段恒流充电;
[0034] 随着第二段恒流充电的进行,电池充电电压U逐步升高,当电池充电电压U升高到 U2= λ U对,主控制器模块控制DC-DC模块的输出端电压切换到U 2,并进入到以U2作为恒 定电压的第二段恒压充电;
[0035] 依次类推,
[0036] 依据模糊规则库,根据温度变化量Λ T和温度变化车λ f = ,/ΛΙΓ /沿确定第 Χ(Χ多2)段电流交替过渡值Ix,随着第X-I段恒压充电的进行,电池充电电流I逐渐减小, 当电池充电电流I减小到、时,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 Ix,并进入到以Ix作为恒定电流的第X段恒流充电;
[0037] 随着第X-I段恒流充电的进行,电池充电电压U逐步升高,当电池充电电压U升高 到U x= λ U x对,主控制器模块控制DC-DC模块的输出端电压切换到U x,并进入到以仏作 为恒定电压的第X段恒压充电;
[0038] 直到|U_-U|〈 ε成立,多段恒压恒流交替充电阶段结束。
[0039] 设输入为偏差e和偏差变化率△ e,输出控制为ζ ;它们的模糊集及论域定义如 下:
[0040] 偏差E的模糊集为
[0041] T(E) = (NB, NS, ZE, PS, PB}
[0042] 偏差变化率CE和控制量Z的模糊集均为
[0043] (NB, NS, ZE, PS, PB}
[0044] 其中NB代表负大,NS代表负小,ZE代表零,PS代表正小,PB代表正大;
[0045] 以电池组最佳充电温度Tp作为初始量,温度变化量Δ T = T-T P作为偏差量,温度 变化率Λ}=必77必作为偏差变化率;每一段的段电流交替过渡值Ix作为控制量;上述模 糊规则库为:
[0057] 确定阈值量:依据模糊规则库,根据温度变化量△ T和温度变化率Λ +确定每一段 电流交替过渡值Ix。
[0058] 与现有技术相比,本发明具有如下特点:
[0059] 1、提出一种四段式充电方法:(1)涓流充电;(2)多段恒流恒压交替充电;(3)恒 压充电;(4)浮充电。根据BMS发送的电池规格、用于区分各充电阶段的电压电流阈值、均 衡充电条件、充电终止条件及实时采集的电池组温度、电池组总电压、单体最高最低电压等 自动调节充电电流及充电电压的充电控制系统,也即是本控制系统能够根据实际电池的不 同情况、不同电池的不同情况等自动切换充电阶段,使得充电过程中各充电阶段实现精确 控制。
[0060] 2、在已有的通信机制上增加内阻、绝缘电阻等更多的电池信息。智能充电系统根 据采集到的电池规格、电池实时数据信息、各分段充电需要的阈值量,更加精准化的控制电 池全程充电过程。考虑到安全充电,非常有必要采集绝缘电阻R,当绝缘性能降低时,继续充 电,将会有漏电、触电的危险。
[0061 ] 3、增加采集反映电池状态信息的量,并根据这些信息量自动完成不同规格电池的 最佳充电过程,有效地缩短充电时间、增加电动车的续航里程、延长电池使用寿命,以更加 完善化地控制充电过程。
[0062] 4、能够根据电池 BMS发送的任意电池的数据,自动判断电池状态、自动选择合适 的充电阶段、自动充电中止(启动均衡)、自动充电恢复(均衡结束)、自动判断充电终止。
【附图说明】
[0063] 图1为一种应用于动力电池的智能充电系统的结构示意图。
[0064] 图2为一种应用于动力电池的智能充电系统充电过程曲线。
[0065] 图3为一种应用于动力电池的智能充电方法总体充电过程流程图;
【具体实施方式】
[0066] 下面根据附图对本发明进行详细的描述,其为本发明实施中的一种优选实施例。
[0067] 本发明提供的一种应用于动力电池的智能充电系统,如图1所示,由交流变换模 块、整流滤波模块、稳压模块、DC-DC模块(通过PffM波控制输出电压大小)、电压检测模块、 电压A/D转换模块、可控电流输出模块(通过PffM波控制输出电流大小)、电流检测模块、电 流A/D转换模块、直流滤波模块、主控制器模块、继电器控制模块、继电器、电池管理系统、 通讯模块和数据存储模块组成。
[0068] 交流变换模块、整流滤波模块、DC-DC模块、可控电流输出模块、直流滤波模块和继 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。220v 市电通过交流变换模块,变成低压交流电。低压交流电经过整流滤波模块,变成直流电。电 压检测模块用于检测DC-DC模块输出的电压值,并通过电压A/D转换模块反馈回主控制器 模块,以达到精准控制电压输出。主控制器模块通过PWM波控制DC-DC模块得到实际需要 的电压值,并送入可控电流输出模块。电流检测模块用于检测可控电流输出模块输出的电 流值,并通过电流A/D转换模块反馈回主控制器,以达到精准控制电流输出。主控制器模块 通过PWM波控制可控电流输出模块得到实际需要的电流值,并送入直流滤波模块。直流滤 波模块的输出滤波后的信号到继电器。继电器控制模块的输入端连接主控制器模块的输出 端,输出端连接继电器的控制端,用于关闭/打开充电主线。稳压模块的输入端连接整流滤 波模块的输出端,输出端连接主控制器模块,用于给系统提供工作电源。电池管理系统的采 样端连接电池,电池管理系统的通讯端经通讯模块连接主控制器模块。数据存储模块连接 主控制器模块,用于存储智能充电系统初始化信息和BMS发送的信息。
[0069] 电池管理系统为电动汽车自带,其向主控制器模块发送的电池信息包括两部分, 一是电池规格信息、分段充电阈值量信息、均衡充电条件信息、充电终止条件等;二是需要 实时监测的信息,包括电池组内阻、绝缘电阻、电池组温度、电池组电压、电池组充电电流、 单体最低电压、单体最高电压和荷电状态(SOC)等信息。
[0070] 电池管理系统通过CAN通讯口与电池相连,继电器通过直流电源口与电池相连。
[0071] 主控制器模块所用数据可以存储在其自带的内置的存储器中,也可以将所用数据 存储在额外增设的外置的数据存储模块,该数据存储模块与主控制器模块相连。
[0072] 正常通讯下,充电过程分四段来完成(非每次充电过程都包含),分别是:涓流充 电、多段恒流恒压交替充电、恒压充电、浮充电。参见图2。
[0073] 第一充电阶段,涓流充电属于保养型充电范畴,即是小电流充电。涓流充电并不 是每次充电过程中必须的充电阶段。当电池深度放电,处于电压较低(高于极限最低电压 U_)状态时,必须采用小电流的涓流充电降低正负极阻抗、激活电极材料、提高电池容量。 具体过程是采用〇. IC~0. 3C的小电流充电,待电池电压升到涓流充电阶段充电结束电压 阈值Ua,切换充电阶段。
[0074] 第二充电阶段,多段恒流恒压交替充电阶段。多段恒流恒压交替充电子过程,是 整个充电过程的最重要阶段。由于本充电阶段加入了模糊控制规则,以及充电过程中需要 开启均衡(此时暂停充电),因此恒压恒流具体交替次数很难把握。确定I:、1 2、If Ix, U2、IV·· Ux (X为交替次数)等数据的具体步骤如下:(1)确定I1,依据模糊规则库,根据温 度变化量AT = T-TP、温度变化率确定充电电流I,此时充电电流记作I1,但是必须满 足K I _,1_的具体数据来自于电池规格参数,此时的电池电压记作U。,并以I1作为恒 流,进入恒流充电阶段;(2)确定U1,随着恒流充电的进行,电池电压逐步升高,当U升高到 AUqU取1.05~1. 15)时,此时的电压定为U1,切换到以U1为恒压的充电阶段;(3)确定 I2,依据模糊规则库,根据温度变化量△ T、温度变化率确定充电电流I2,并切换到以I2 为恒流的充电阶段;(4)确定U2,当U升高到λ仏时,此时的电压定为U2,转换到以U 2为恒 压的充电阶段;依次类推,确定13~1:!,1]3~1]:!,直到1]_-1] :!〈£(£取0.05~0.2)成立,多 段恒流恒压交替充电阶段结束。
[0075] 第三充电阶段,恒压充电阶段。恒压充电阶段也即是充电电压恒定不变,充电电流 逐渐减小的充电模式,其起始点由U x决定,此时U χ约等于U _,将仏作为恒压进入恒压充电 模式,电流I将会从、逐渐减小,直到KI 3,恒压充电结束。
[0076] 第四充电阶段,浮充电阶段。浮充电阶段即是充电电压、充电电流根据需要浮动变 化的充电模式。浮充电阶段的确立由IJ夬定,充电电流从I a开始浮动减小,直至满足充电 结束条件。此充电阶段主要的作用是补充电池自放电损耗的电能。
[0077] 上述智能充电系统所实现的一种应用于动力电池的智能充电方法,如图3所示, 包括如下步骤:
[0078] I、插上充电插头,完成充电准备工作(分别接通
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