一种电动汽车动力电池及快充方法与流程

1.本发明涉及电动汽车的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电动汽车动力电池及快充方法。


背景技术：

2.随着电池技术的进步和对应用户的续航里程焦虑，电动汽车动力电池包的总电量越来越大，特斯拉、奥迪等高端车的电池包电量甚至超过80-100kwh。目前车载高压系统的额定工作电压普遍还在dc300-400v的水平，为了得到更高的电量(kwh)目标，电池包的容量(安时数ah)越来越大。
3.随着电池技术的发展，现在的动力电芯的充放电能力，普遍都可以达到2-3c放电，1-2c充电的水平。但是直流充电系统的高压接口(直流充电枪、充电插座、充电线缆、高压接插件等)的持续通流能力，仍停留在200a左右的水平。而且根据焦耳定律(p热＝i2
·
r)，电流的增大将显著增大发热量，使整个系统的充电效率降低。
4.这样的情况下，电池包容量的增加、电芯充电接收能力的提升与直流充电接口通流能力以及用户提升充电速度、缩短充电时间的诉求产生了矛盾。
5.现在为了解决这个矛盾，部分厂家在尝试dc800v的高压系统，但是整车电压平台的提升，面临着电安全、部件耐压升级等诸多问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电动汽车动力电池及快充方法及其快充系统。
7.本发明的电动汽车动力电池，其特征在于包括集成在所述动力电池的电池包内的充电转换电路模块，所述充电转换电路模块的一端用于连接直流充电接口作为能量的输入端，另一端通过继电器与电池组连接作为能量的输出端，所述充电转换电路包括主控制器、开关驱动电路、与直流充电机充电接口连接的输入滤波及监控电路，与所述输入滤波及监控电路连接的dcdc降压电路，与所述dcdc降压电路连接的输出整流滤波电路，以及与所述输出整流滤波电路连接的输出监控电路。
8.其中，所述充电转换电路模块的控制电路可以融合在bms模块内，也可以单独工作。
9.其中，独立工作时所述充电转换电路模块与bms系统通过通讯电路实现信息交互。
10.其中，所述充电转换电路模块内可根据需求确定是否需要设置有电能泄放电路。
11.其中，所述电能泄放电路由并联在滤波电容c_out两端的泄放电阻构成。
12.其中，所述充电转换电路模块包括输入端滤波电容c_in，开关管q，电感l，续流二极管d和输出端滤波电容c_out。
13.本发明还涉及一种电动汽车动力电池的快充方法，所述方法利用充电桩给设置在动力电池的电池包内的充电转换电路模块给所述动力电池充电。
14.其中，所述充电转换电路模块的一端用于连接直流充电接口作为能量的输入端，另一端通过继电器与电池组连接作为能量的输出端，所述充电转换电路包括主控制器、开关驱动电路、与直流充电机充电接口连接的输入滤波及监控电路，与所述输入滤波及监控电路连接的dcdc降压电路，与所述dcdc降压电路连接的输出整流滤波电路，以及与所述输出整流滤波电路连接的输出监控电路。
15.其中，所述充电桩为非直流充电桩时，所述充电转换电路模块处于闲置或关闭状态：
16.充电转换电路模块独立工作时，非直流充电工作模式下，充电转换模块处于休眠或根据整车指令处于待机状态，对应的设计功能闲置；
17.充电转换电路模块的控制电路融合在bms模块内时，非直流充电工作模式下，通过bms设定/控制充电转换模块的功率电路不工作或直接关闭其供电电源。
18.其中，所述充电转换电路模块以降压的方式实现扩流。
19.与现有技术相比，本发明的电动汽车动力电池及快充方法具有以下有益效果：
20.本发明的电动汽车动力电池及快充方法在保持车辆现有高压系统不变的情况下，在电池包内设置充电转换模块，提升直流充电桩/外部直流充电设备的输出电压，达到降低直流充电接口(直流充电枪、充电插座、充电线缆、高压接插件等)实际流过电流，进而降低对充电接口通流能力需求和充电损耗的目的，能够充分发挥电芯的充电接受能力，有效降低高压接口通流需求，达到提升充电效率，缩短充电时间的目的。
附图说明
21.图1为本发明的电动汽车动力电池及快充方法的快充系统的结构框图。
22.图2为充电转换模块中的dcdc降压电路的电路图。
23.图3为充电转换模块中的泄放电路的电路图。
24.图4为充电转换模块与bms融合结构。
25.图5为充电转换模块与bms物理集成结构。
26.图6为充电过程中直流充电桩和车辆侧的电流方向示意图。
具体实施方式
27.以下将结合具体实施例对本发明的电动汽车动力电池及快充方法及其快充系统做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的技术方案有更完整、准确和深入的理解。
28.实施例1
29.本实施例在现有电池包的基础上，在内部增加一个充电转换电路模块(charge converter)，其一端连接直流充电接口作为能量的输入端，另一端通过电池包的总正/负继电器直接与电池组连接作为能量的输出端。充电过程中的直流充电桩(dc charger)和车辆侧电流方向如图6所示。如图1所示，本实施例的电动汽车动力电池及快充方法包括设置在动力电池内的充电转换电路模块，所述充电转换电路模块用于与充电桩连接，当所述充电转换电路模块与交流充电桩(ac charger)连通时，充电转换电路模块处于闲置或关闭状态；当所述充电转换电路模块与直流充电桩(dc charger)连通时，charge converter电路
负责与直流充电桩进行识别和信息交互(按整车定义确定是否/如何与整车网络进行通讯)实现整个充电过程对直流充电桩的控制。charge converter电路采用开关电源的形式，使用典型的降压电路设计(如图2所示)。充电过程中始终保证充电桩以最高电压输出充电功率，然后经过charge converter降压后以电芯的接收能力和控制策略确定的充电电流为上限，完成整个充电过程。整车高压系统设计中，电池包(集成有charge converter电路后)到直流充电桩部分部件的耐压和电安全设计要求，会提高。非直流充电过程中，charge converter电路处于闲置或关闭状态，对整车的功能和性能没有影响。
30.charge converter模块可以采用典型的buck电路形式(也可以采用半桥、全桥等其它开关电源拓扑结构)，以降压的方式实现扩流，核心功率电路的形式如图2所示。直流充电桩输出的高电压v_charger经过c_in进行滤波稳压；在开关管q的开关作用下，电感l不断地进行“充能-放能”，充能过程中开关管q导通，电压v_charger的作用下电感l的电流不断增大，放能过程中开关管q关断，电感l存储的能量通过动力电池和续流二极管d形成的充电回路施放，由滤波电容c_out保证电池侧电压稳定。
31.依据整车高压电及碰撞安全的策略和架构设计，可以考虑在charge converter电路中增加电能泄放电路(如图3所示)，实现快速下电功能。根据整车/电池包内部电器结构的设计，如图4所示，独立工作时charge converter模块与所述bms系统模块内的通讯电路连接，charge converter电路与bms进行信息交互，保证电池系统的安全和充电过程可控。如图5所示，charge converter模块集成在所述bms系统模块内时，直流充电的过程和charge converter电路都在bms的主cpu控制下工作。
32.本实施例中的电动汽车动力电池及快充方法及其快充系统中，充电桩输出电压可以采用高压系统，例如400-800v(优选为600-800v，更优选800v)的高压系统，从而可以保证直流充电桩输出电流的最小化，同时降低传输线路的电损耗；charge converter模块以降压的形式，实现增大电池端的充电电流，缩短充电时间，而且由于降低电池端的充电电压，使得目前的整车平台能够适应高压的直流充电桩，并且保证充电安全和设备的兼容性，而无需对部件的耐压性能进行升级改造。
33.对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思及技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。