一种充电装置及充电控制方法与流程

1.本发明涉及充电设备技术领域，特别涉及一种充电装置及充电控制方法。


背景技术：

2.随着汽车技术的发展，电动汽车在车辆中的占有率越来越高；目前，电动汽车由蓄电池为驱动电动机提供电能，驱动电动机将电源的电能转化为机械能，再通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。同时，电动汽车以蓄电池存储的电能为动力，需要经常充电。
3.针对电动汽车中蓄电池充电的过程，尤其是在北方地区，往往会受到环境的影响，导致充电效果不稳定的情况。例如：在高温季节为蓄电池充电时，由于蓄电池温度增高，蓄电池中各活性物质的活度增加，正极析氧电位下降，负极析氧电位也下降(负值下降)，此时蓄电池在充电时会出现过充电的问题；此外，在寒冷季节下为蓄电池充电时，由于蓄电池内各活性物质活度降低，其电极上的溶解变得困难，所充电电流大幅度下降，正极板在-20℃时充电接受电流仅为常温的70％，而负极板充电受膨胀剂的影响，低温充电接受能力更低，-20℃的充电接受电流仅为常温下的40％，使得低温条件下蓄电池的充电接受能力差，容易存在充电很长时间仍然会充电不足的问题。
4.针对这一情况，现有技术提出了能够向蓄电池输送热介质或冷介质的充电桩，用于对蓄电池进行加热或降温。例如：专利cn107139768a通过利用升温模块(降温模块)对空气进行加热(降温)，然后通过充电线缆将加热(降温)后的空气输送至蓄电池外壁，实现对蓄电池的加热(降温)。专利cn106711549a通过利用加热器(冷凝散热器)对冷却液进行加热(降温)，然后通过充电枪将加热(降温)后的冷却液输送至电池模组处，实现对电池的加热(降温)。此外，还有诸如专利cn108275021a、专利cn106864284a均是采用相似的技术，利用电加热技术、热泵系统对冷媒的制热(制冷)技术，向蓄电池输送热介质或冷介质，对蓄电池进行加热或降温。
5.可以看出，现有技术中往往是在充电桩中对介质进行加热(降温)后，再相应的介质将输送到电动汽车中对蓄电池进行加热或降温。这一过程需要额外的电加热或热泵制热(制冷)的过程，无疑增大了充电桩的电力消耗，不仅增大了用户的充电成本，而且不利于节能减排。在此基础上，携带热量(冷量)的介质在输送过程中，一方面会存在热量(冷量)逃逸的情况，导致部分电能的浪费，另一方面由于现有技术中充电枪的集成化，高温(低温)的介质也容易对充电线缆造成诸如热老化、低温凝露等影响。
6.此外，现有技术的这种加热技术很容易受到外部环境的制约，以冬季环境下的热泵制热过程而言，往往存在换热器结霜的问题，不仅影响充电桩相关组件的正常运行，而且容易导致充电桩系统对介质加热不稳定，影响对蓄电池的加热效果。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本发明旨在提出一种充电装置及充电控制方法，以解决现有技术在对充电的蓄电池进行加热或降温的过程中，所存在的电力消耗较大的问题。
8.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
9.一种充电装置，包括供电模块、溶盐供给模块、供水模块、回收模块、充电枪；电动汽车的电池模组外壁设置溶解腔室，溶盐供给模块通过溶盐管线与溶解腔室连通，供水模块通过供水管线与溶解腔室连通，回收模块通过回水管线与溶解腔室连通；溶盐包括溶解放热盐和溶解吸热盐，在溶解腔室中，溶盐溶解产生的热量或冷量，对电池模组进行加热或降温；从而本技术通过利用溶盐溶解的放热或吸热过程，来实现对电池模组进行加热或降温，这与现有技术相比，无需设置电加热装置或热泵装置，降低了充电装置的电力消耗；同时，溶盐与水在输送时均可以为常温，溶盐的放热或吸热过程完全在溶解腔室中进行，并能够直接对电池模组加热或降温，一方面极大地提高了热量(冷量)的利用效率，避免了高温介质或低温介质的使用，使得介质在输送过程中不会与其他物体之间存在过大的温差，减少了热量(冷量)的逃逸和浪费，另一方面溶盐溶解的放热或吸热过程往往较为平稳，避免了高温介质或低温介质对充电电缆、电池等组件造成的热冲击或冷冲击。
10.进一步的，所述溶盐供给模块包括溶盐仓、驱动装置，溶盐仓的出料口通过驱动装置与溶盐管线连通，用于将溶盐仓中的溶盐物料输送到溶解腔室。优选的，驱动装置为计量泵，溶盐仓中的溶盐物料为溶盐悬浊液，溶盐仓中设置搅拌器；在溶盐悬浊液中，固相为溶盐微粒，液相为极性非质子有机溶剂。从而能够简单便捷地将溶盐悬浊液输送到溶解腔室中；同时，极性非质子有机溶剂的使用能够确保溶盐在液相中具有较好的分散性能，有利于减少溶盐悬浊液的沉积。
11.进一步的，所述供水模块包括水箱、计量泵，水箱的出口通过计量泵与供水管线连接，用于将水输送到溶解腔室中，能够用于对溶盐的溶解，也可以用于对溶解腔室进行清洗。
12.进一步的，所述回收模块包括抽液泵和至少一个废液仓，所述废液仓的入口通过抽液泵与回水管线连接，用于将溶解腔室中的废液输送到废液仓中。
13.进一步的，所述充电装置包括控制模块，在充电装置内，控制模块分别与供电模块、溶盐供给模块、供水模块、回收模块连接；在充电枪与电动汽车的充电座扣合后，控制模块与电池模组的检测单元的检测单元连接，所述检测单元至少包括电池电量检测器、温度传感器；从而使得控制模块能够对充电、物料供给输送等过程进行调节控制，并能够实时获取电池当前电量、电池表面温度等参数，并能够根据相关参数来进行充电时的自动化、智能化调控过程。
14.优选的，所述溶解放热盐为氯化钙，所述溶解吸热盐为硝酸铵。
15.一种充电控制方法，应用于所述的充电装置；所述充电控制方法包括：s1、充电装置接受到用户的充电指令；s2、充电装置启动溶盐供给模块中的搅拌器，等待用户将充电枪与充电座连接；s3、充电装置在满足搅拌达到预设时长，且用户将充电枪与充电座连接的条件后，实时获取蓄电池表面温度t；s4、当t大于第一预设温度时，充电装置向溶解腔室中输送硝酸铵悬浊液，然后充电装置向溶解腔室中输送水，随着硝酸铵在溶解腔室中的溶解吸热，对电池模组降温；s5、当t小于第二预设温度时，充电装置向溶解腔室中输送氯化钙悬浊液，然后充电装置向溶解腔室中输送水，随着氯化钙在溶解腔室中的溶解放热，对电池模组加热。从而本技术通过利用溶盐溶解的放热或吸热过程，来自动化、智能化地实现了对电池模组的加热或降温，这与现有技术相比，无需设置电加热装置或热泵装置，降低了充电装置
的电力消耗；同时，随着水的逐渐加入以及溶盐的逐渐溶解，能够平稳地对充电状态下的电池温度进行调节，使其保持在一个合适的充电温度区间中。
16.进一步的，在步骤s4中，随着电池模组的降温，若t降低至小于第三预设温度时，则停止向溶解腔室中输送水；在步骤s5中，随着电池模组的升温，若t升高至大于第四预设温度时，则停止向溶解腔室中输送水。其中，所述预设时长为1min-5min，第一预设温度为42℃，第二预设温度为3℃，第三预设温度为16℃，第四预设温度为32℃。从而通过设置多个特定的预设温度条件，分别对电池模组降温过程、加热过程、以及物料的输送进行调节，能够简单便捷地对电池温度进行调控，确保其始终保持在一个合适的充电温度区间中。
17.相对于现有技术，本发明所述的一种充电装置及充电控制方法具有以下优势：
18.本发明所述的一种充电装置及充电控制方法，通过利用溶盐溶解的放热或吸热过程，来实现对电池模组进行加热或降温，这与现有技术相比，无需设置电加热装置或热泵装置，降低了充电装置的电力消耗；同时，溶盐与水在输送时均可以为常温，溶盐的放热或吸热过程完全在溶解腔室中进行，并能够直接对电池模组加热或降温，一方面极大地提高了热量(冷量)的利用效率，避免了高温介质或低温介质的使用，使得介质在输送过程中不会与其他物体之间存在过大的温差，减少了热量(冷量)的逃逸和浪费，另一方面溶盐溶解的放热或吸热过程往往较为平稳，避免了高温介质或低温介质对充电电缆、电池等组件造成的热冲击或冷冲击。
附图说明
19.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1为本发明实施例所述的一种充电装置的应用场景示意图。
具体实施方式
21.下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本技术附图中，为了突出电线与物料管线的不同，将电控相关的线组以虚线表示，将充电电线以无箭头实线表示，将物料管线以具有实心箭头的实线表示，且箭头的指向表示相关物料的走向。此外，本技术中的溶盐均是在以水为溶剂的基础上而提出的。
23.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
24.针对现有技术中能够向蓄电池输送热介质或冷介质的充电桩，往往是在充电桩中对介质进行加热(降温)后，再相应的介质将输送到电动汽车中对蓄电池进行加热或降温。这一过程需要额外的电加热或热泵制热(制冷)的过程，无疑增大了充电桩的电力消耗，不仅增大了用户的充电成本，而且不利于节能减排。
25.为了解决现有技术在对充电的蓄电池进行加热或降温的过程中，所存在的电力消耗较大的问题，本实施例提出一种充电装置，如附图1所示，所述充电装置包括供电模块、溶盐供给模块、供水模块、回收模块、充电枪；所述供电模块通过充电线与充电枪连接，充电枪
与电动汽车的充电座扣合，充电枪的充电触头与充电座的充电触头一一对应连接，充电座与待充电的电池模组连接；从而使得充电装置的供电模块与电动汽车的电池模组连接，用于向电池模组充电；对于充电模块通过充电枪、充电座与电池模组连接，以及充电枪、充电座中相应的充电触头设置，均可以采用现有技术，不进行赘述。
26.与现有技术所不同的是，本技术在电池模组外壁设置溶解腔室，所述溶盐供给模块通过溶盐管线与溶解腔室连通，用于向溶解腔室中输送溶盐，供水模块通过供水管线与溶解腔室连通，用于向溶解腔室中输送水；在溶解腔室中，溶盐溶解产生的热量或冷量，对电池模组进行加热或降温；所述回收模块通过回水管线与溶解腔室连通，用于回收溶解腔室中的溶液。从而本技术通过利用溶盐溶解的放热或吸热过程，来实现对电池模组进行加热或降温，这与现有技术相比，无需设置电加热装置或热泵装置，降低了充电装置的电力消耗；同时，溶盐与水在输送时均可以为常温，溶盐的放热或吸热过程完全在溶解腔室中进行，并能够直接对电池模组加热或降温，一方面极大地提高了热量(冷量)的利用效率，避免了高温介质或低温介质的使用，使得介质在输送过程中不会与其他物体之间存在过大的温差，减少了热量(冷量)的逃逸和浪费，另一方面溶盐溶解的放热或吸热过程往往较为平稳，避免了高温介质或低温介质对充电电缆、电池等组件造成的热冲击或冷冲击。
27.此外，在本技术中，对溶解腔室的供料，并非是直接将溶解腔室灌满，而是通过少量多次、分批次加入的方式进行供料，只要能够达到充电状态下的电池温度保持在一个合适的充电温度区间即可。溶解腔室的设置可以是与电池模组外壁贴合，也可以将电池模组设置在溶解腔室中，即溶解腔室对电池模组进行包裹。
28.考虑到溶盐在溶解中的放热、吸热性能各异，本技术在利用溶盐溶解对电池模组加热或降温的设计构思基础上，在对电池模组加热时，所述溶盐使用常温常压下溶解焓＜-16kj/mol的无机可溶盐，优选为氯化钙，利用其溶解放热的特性，以满足对电池模组加热时的热量供应需求；在对电池模组降温时，所述溶盐使用无机铵盐，优选为硝酸铵，利用无机铵盐的溶解吸热性能，实现对电池模组降温。对于相应的溶盐均可以在市面上购置，同样的，溶解放热或吸热后形成的溶液经过回收后，也可以由相关的化工产业收购使用。
29.对于物质输送相关的具体结构而言，本技术在充电枪中设置溶盐出口管、水出口管、废液入口管，充电座中设置对应的溶盐入口管、水入口管、废液出口管，溶盐供给模块与溶盐出口管连通，供水模块与水出口管连通，回收模块与废液入口管连通，溶解腔室分别与溶盐入口管、水入口管、废液出口管连通，在充电枪与充电座扣合后，溶盐出口管与溶盐入口管对应并连通，水出口管与水入口管对应并连通，废液入口管与废液出口管对应并连通。从而使得物质输送的相关管路能够与充电线路一并集成在充电枪中。
30.所述溶盐供给模块包括溶盐仓、驱动装置，溶盐仓用于对溶盐物料进行存放，溶盐仓的出料口通过驱动装置与溶盐管线连通，在驱动装置的带动下，带动溶盐物料移动，直至将溶盐物料输送到溶解腔室。同时，根据溶盐种类的不同，可以设置多个并列的溶盐供给模块，或者说，设置多个并列的溶盐仓，根据实际的需求来向溶解腔室中输送特定的溶盐。
31.所述驱动装置可以为螺杆输送器、振动传送器、泵等；例如：若溶盐仓中仅为固态溶盐，则可以采用螺杆输送器、振动传送器等常规的固态物料传送装置。在本技术中，驱动装置优选采用计量泵；同时，溶盐仓中的溶盐物料为溶盐悬浊液；在悬浊液中，固相为溶盐微粒，液相为极性非质子有机溶剂，溶盐仓中的悬浊液经过计量泵的输送，可以将溶盐悬浊
液输送到溶解腔室中，然后向溶解腔室中输送水即可；同时，极性非质子有机溶剂的使用能够确保溶盐在液相中具有较好的分散性能，有利于减少溶盐悬浊液的沉积；此外，所述溶盐仓中还可以设置搅拌器，用于定时启动搅拌，避免溶盐悬浊液中出现沉积。
32.考虑到不同充电环境的影响，为确保溶盐仓中的悬浊液始终处于流体状态，作为优选的，所述极性非质子有机溶剂为四氢呋喃或二甲基乙酰胺，从而使得溶盐仓中的悬浊液具有较为宽泛的温度适用范围，以满足不同充电场景下的应用，而且均易溶于水，在充电完毕后能够利用水对溶解腔室进行清洗，使得电动汽车在不充电或充电但不使用溶解腔室时，溶解腔室能够处于零储液状态，最大程度上减少电动汽车的负荷。
33.对于供水模块而言，可以采用常规的自来水管路，直接连接供水管线，在需要供水时开启水阀即可；也可以在供水管线设置相应的净水模块。在本技术中，所述供水模块包括水箱、计量泵，水箱的出口通过计量泵与供水管线连接，使得水能够被输送到溶解腔室中，能够用于对溶盐的溶解，也可以用于对溶解腔室进行清洗。
34.对于回收模块而言，包括抽液泵和至少一个废液仓，所述废液仓的入口通过抽液泵与回水管线连接。在实际应用中，可以设置多个废液仓，例如用于存储溶液的废液仓、用于存储清洗后溶液的废液仓等等，相应的，在抽液泵的出液口设置多通阀，多通阀的出口分别与废液仓一一对应并连通，根据需要调节多通阀的特定开度，使得溶解腔室中的废液能够在抽液泵的作用下进入到特定的废液仓中。
35.此外，为了实现本技术中充电装置的自动化、智能化运行，所述充电装置还包括控制模块，在充电装置内，控制模块分别与供电模块、溶盐供给模块、供水模块、回收模块连接，用于对充电、物料供给输送等过程进行调节控制。此外，所述控制模块通过电控线与充电枪连接，充电枪与电动汽车的充电座扣合，充电枪的电控信号触头与充电座的电控信号触头一一对应连接，充电座通过电控线与电池模组的检测单元连接，所述电池模组的检测单元至少包括电池电量检测器以及用于检测蓄电池表面温度值的温度传感器等，从而使得控制模块能够实时获取电池当前电量、电池表面温度等参数，并能够根据相关参数来进行充电时的自动化、智能化调控过程。
36.对于控制模块而言，包括：
37.中央处理器，用于对充电过程进行数据处理以及调控；
38.通信单元，用于与用户端进行数据通讯；
39.环境温度检测单元，用于实时获取外界环境温度；
40.存储单元，用于存储充电相关数据以及用户电动汽车的相关参数。
41.其中，用户端可以是车载终端或移动终端，不仅具有人机交互模块，而且具有对应的通讯单元，能够与充电装置的控制模块进行数据通讯。
42.在上述充电装置结构以及相关运作原理的基础上，本技术提出一种充电控制方法，包括：
43.s1、充电装置接受到用户的充电指令；
44.用户的充电指令通过用户端远程发送给充电装置，或者充电装置设置人机交互单元，用户在充电装置处通过人机交互单元发出充电指令。鉴于充电指令的发出与接收均为现有技术，在此不进行赘述。
45.s2、充电装置启动溶盐供给模块中的搅拌器，等待用户将充电枪与充电座连接；
46.在步骤s2中，充电装置获取到用户需要充电后，能够及时对溶盐悬浊液进行搅拌，保障溶盐的相对分散均匀，满足充电过程的使用。
47.s3、充电装置在满足搅拌达到预设时长，且用户将充电枪与充电座连接的条件后，实时获取蓄电池表面温度t；
48.在步骤s3中，所述预设时长为1min-5min，具体可以根据实际的溶盐仓大小、搅拌器性能来调节。同时，与现有技术相同的是，在用户将充电枪与充电座连接后，便可以直接开始充电，本技术中也可以将用户将充电枪与充电座连接这一条件视为用户启动充电，即步骤s3在满足相应条件后，充电装置是已经处于充电运行中的。
49.s4、当t大于第一预设温度时，充电装置向溶解腔室中输送硝酸铵悬浊液，然后充电装置向溶解腔室中输送水，随着硝酸铵在溶解腔室中的溶解吸热，对电池模组降温；
50.s5、当t小于第二预设温度时，充电装置向溶解腔室中输送氯化钙悬浊液，然后充电装置向溶解腔室中输送水，随着氯化钙在溶解腔室中的溶解放热，对电池模组加热。
51.在步骤s4、s5中，其具体的物料输送过程可以分别视为电池模组降温操作、电池模组加热操作；针对电池模组降温、加热过程进行分别处理，随着水的逐渐加入以及溶盐的逐渐溶解，能够平稳地对充电状态下的电池温度进行调节，使其保持在一个合适的充电温度区间中。其中，对于步骤s4、s5中溶盐悬浊液的供给量，需要根据实际研发过程、实际物料使用及配比情况、溶解腔室导热保温性能来确定。本技术中以氯化钙-四氢呋喃悬浊液进行简单介绍，例如采用每300g氯化钙-300g四氢呋喃的配比为例，对于每300g氯化钙-300g四氢呋喃而言，在常温下300g氯化钙全部溶解需要410g左右的水，在氯化钙全部溶解后，溶解放出的热量大约为52kj，能够使得整个混合溶液体系升温20℃左右，使得在一般情况下电池温度能够保持在合适的充电温度区间内。
52.同时，在步骤s4中，随着电池模组的降温，若t降低至小于第三预设温度时，则停止向溶解腔室中输送水；同样的，在步骤s5中，随着电池模组的升温，若t升高至大于第四预设温度时，则停止向溶解腔室中输送水；从而能够简单便捷地对电池温度进行调控，确保其始终保持在一个合适的充电温度区间中。作为优选的，第一预设温度为42℃，第二预设温度为3℃，第三预设温度为16℃，第四预设温度为32℃。
53.此外，在步骤s3后，若t处于第一预设温度、第二预设温度之间，则说明当前的电池温度较为适宜，无需进行介质的输送，按照常规的充电过程进行即可。对于常规充电过程而言，可以参考现有技术，不进行赘述。
54.另外，考虑到用户从停车到充电启动之间的时间长度，以及电动汽车运行时电池的自发热情况，很容易出现电动汽车在停车后，电池温度停止自发热，但仍处于温度虚高的情况，为了避免减少误判的发生，本技术对充电控制方法进行改进，具体的，对于步骤s3而言，包括：
55.s31、判断是否满足搅拌达到预设时长，且用户将充电枪与充电座连接的条件；若是，则进行步骤s32；若否，则返回步骤s2；
56.s32、充电装置实时获取蓄电池表面温度t、外界环境温度th；
57.s33、判断th是否小于第五预设温度；若是，则进行步骤s34；若否，则进行步骤s35；
58.s34、充电装置向溶解腔室中输送氯化钙悬浊液，然后充电装置向溶解腔室中输送水；
59.在步骤s33、s34中，第五预设温度为0℃～-10℃，若th小于第五预设温度，说明当前环境温度极低，则无需考虑当前电池的温度，需要及时对电池模组加热，避免电池受环境温度影响，在电池停止运行后降温过快的情况发生。
60.s35、判断th是否大于第六预设温度；若是，则进行步骤s36；若否，进行步骤s37；
61.s36、判断t是否大于第一预设温度；若是，则充电装置向溶解腔室中输送硝酸铵悬浊液，然后充电装置向溶解腔室中输送水；若否，则无需进行介质的输送，执行常规充电过程；
62.在步骤s35、s36中，第六预设温度为10℃～20℃，若t大于第六预设温度，则说明当前环境温度为高温环境、或较为适宜充电的温度环境；通过步骤s36继续对t进行判定，若电池温度偏高，则直接进行电池模组降温过程即可；若电池温度不高，则可以在相对适宜的充电温度环境下进行常规充电即可。
63.s37、判断t-th是否大于预设温差；若是，则进行步骤s38；若否，则根据t的具体情况，进行步骤s4或步骤s5或常规充电过程；
64.s38、充电装置执行常规充电过程，并实时获取蓄电池表面温度t、外界环境温度th，并以当前获取的t、th为基础，返回并执行步骤s37。
65.在步骤s37、s38中，预设温差为35℃；且通过步骤s37之间的分析判定过程，可以确定环境温度介于偏低温度、适宜充电温度这一区间内；然后首先通过对t-th进行判定，若t-th大于预设温差，则说明虽然当前电池温度较高，但在当前环境温度相对较低的影响下，可以暂时执行常规充电过程，直至t-th不大于预设温差，然后可以根据t的实时情况，执行步骤s4或步骤s5或常规充电过程。
66.从而通过步骤s31-s38，使得在用户停车立即充电的场景下，通过将蓄电池表面温度t与外界环境温度th进行结合分析，能够及时有效地辨别出电动汽车运行时电池自发热的干扰，避免电池温度虚高的影响，能够有效防止出现“环境温度低、电池温度虚高，充电装置仍执行电池降温过程”的错误操作，避免了仅仅对蓄电池表面温度t进行分析判定时，所可能导致的误判情况发生。
67.在本发明中，对于任意充电系统而言，可以包括本实施例中所述充电装置，且在本实施例提供的充电装置的相关结构、工作原理、以及充电控制方法的基础上，所述充电装置还包括壳体、计费模块等结构在内的常规充电装置构件，鉴于其均为现有技术，在此不进行赘述。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。