专利名称：基于CAN-bus总线的自适应充电系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种电子控制领域，尤其是涉及一种电动汽车充电机的自适应控制系统及方法。
背景技术：
电动汽车事业取得了长足的进步，但是电池系统的相对脆弱是电动车发展的瓶颈。锂电池具有能量密度和体积密度高、工作电压高、无记忆效应、自放电低又无环境污染问题的优点，是电动汽车的理想动力源。但锂电池的抗过充电能力较铅酸电池差。传统基于电池组端电压的充电方法使得电池组中部分电池在充电过程中存在严重的过充电现象， 使得电池的容量下降迅速，电池的寿命严重缩短，车辆的运行成本增加，阻碍了电动汽车的发展。电动汽车对电池的要求更高，原因是(1)容量大；(2)大量串并联；(3)工作电流大且变化迅速；(4)工作环境恶劣等。由于在生产和使用电池过程中，单体电池之间会因为初始容量、发热以及自放电等不完全相同而导致实际容量的差异，且容量越低的电池在使用过程中越容易出现过充电和过放电，容量衰减越严重，表现出正反馈，使得电池的一致性越来越差；为了达到均衡的效果，均衡器的容量、体积和质量都大，这与车辆空间以及高的运行效率之间形成矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种借助电池管理系统和充电机的实时通信，从而实现电动汽车自适应充电的智能充电控制系统。本发明的目的是这样实现的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，包括充电机以及设于汽车上的电池组和电池管理系统，其特征在于所述的充电机通过CAN-bus总线电连接到所述的电池管理系统， 该充电机接收所述电池管理系统的指令，并根据该指令控制对汽车电池组的充电作业。本技术方案采用电池管理系统和充电机协调配合的充电模式能有效地解决电池的过充电问题，提高电池充电的安全性，对于电池循环次数的增加有重要的意义。电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，由电池管理系统发出充电指令，从而有效地解决部分电池的过充电问题。电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为电池管理系统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池充电电流、一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的允许充电电流进行估算；充电过程中，通过CAN-bus总线将电池管理系统和充电机联系起来，电池管理系统将充电参数实时地传送到充电机，充电机根据电池管理系统的指令输出电流。当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机， 避免发生事故，保障充电的安全。在该充电模式下，完善了电池管理系统的管理和控制功能，使充电机根据电池管理系统的指令，实时地改变输出电流，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，同时充电机具有了更好的适应性，充电机不需要区分电池的类型，只需要得到电池管理系统提供的电流指令就能实现快速、安全的充电，提高了充电的安全性和智能化水平，还简化了充电工作人员设置充电参数等繁琐的工作。同时，电池管理系统软件易于设计和升级，数据采集和分析更加简单和直观。
作为上述技术方案的改良，本发明的进一步技术方案如下
进一步，上述的充电机包括AC-DC链路和MCU控制单元，所述的MCU控制单元控制连接到所述的AC-DC链路，该MCU控制单元采集该AC-DC链路的工作数据，并根据接收到的工作数据控制该AC-DC链路的工作状态。进一步，上述的AC-DC链路进一步包括顺序连接的输出采样放大电路、PID调节电路、PWM控制电路、IGBT驱动和保护电路，所述的MCU控制单元具有一输入端和一输出端，所述的输入端电连接到所述的输出采样放大电路，所述的输出端电连接到所述的PID调节电路。进一步，上述的MCU控制单元具有一 CAN-bus总线接口，所述的电池管理系统通过该CAN-bus总线接口连接到所述的MCU控制单元。进一步，上述的所述的MCU控制单元还电连接有一设置及显示电路，该设置及显示电路与所述的MCU控制单元双向通信。进一步，上述的IGBT驱动和保护电路的输出端还电连接有一保护电路，该保护电路和所述的MCU控制单元双向通信。进一步，上述的保护电路的输入端连接有一输入保护电路。一种基于CAN-bus总线的自适应充电系统的方法，该方法使用了上述所述的任一项基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于该方法包括如下控制过程a、电池管理系统通过对电池的温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等当前状态进行监控，并利用这些参数对当前电池的允许充电电流进行估算；b、充电过程中，通过CAN-bus总线将电池管理系统和充电机联系起来，电池管理系统将充电参数实时地传送到充电机，充电机根据电池管理系统的指令输出电流；C、当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；d、充电过程中一旦出现故障时，电池管理系统将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机；e、充电过程中一旦出现通讯故障时，充电机自动停机。通过如上方法，在确保安全的前提下，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，同时充电机具有了更好的适应性，充电机不需要区分电池的类型，只需要得到电池管理系统提供的电流指令就能实现快速、安全的充电，提高了充电的安全性和智能化水平，还简化了充电工作人员设置充电参数等繁琐的工作。
图1是本发明的整体结构示意图；图2是本发明充电机的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限定。如图1所示，本实施例包括充电机以及设于汽车上的电池组和电池管理系统，充电机通过CAN-bus总线电连接到电池管理系统，该充电机接收所述电池管理系统的指令， 并根据该指令控制对汽车电池组的充电作业。采用电池管理系统和充电机协调配合的充电模式能有效地解决电池的过充电问题，提高电池充电的安全性，对于电池循环次数的增加有重要的意义。电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，由电池管理系统发出充电指令，从而有效地解决部分电池的过充电问题。电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为电池管理系统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的允许充电电流进行估算；充电过程中，通过CAN-bus总线将电池管理系统和充电机联系起来电池管理系统将充电参数实时地传送到充电机，充电机根据电池管理系统的指令输出电流。当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机，避免发生事故，保障充电的安全。在该充电模式下，完善了电池管理系统的管理和控制功能， 使充电机根据电池管理系统的指令，实时地改变输出电流，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，同时充电机具有了更好的适应性，充电机不需要区分电池的类型，只需要得到电池管理系统提供的电流指令就能实现快速、安全的充电，提高了充电的安全性和智能化水平，还简化了充电工作人员设置充电参数等繁琐的工作。同时，电池管理系统软件易于设计和升级，数据采集和分析更加简单和直观。如图2所示，本实施例的充电机包括AC-DC链路和MCU控制单元，所述的MCU控制单元控制连接到所述的AC-DC链路，该MCU控制单元采集该AC-DC链路的工作数据，并根据接收到的工作数据控制该AC-DC链路的工作状态。本实施例的AC-DC链路进一步包括顺序连接的输出采样放大电路、PID调节电路、 PWM控制电路、IGBT驱动和保护电路，所述的MCU控制单元具有一输入端和一输出端，所述的输入端电连接到所述的输出采样放大电路，所述的输出端电连接到所述的PID调节电路。本实施例的MCU控制单元具有一 CAN-bus总线接口，所述的电池管理系统通过该 CAN-bus总线接口连接到所述的MCU控制单元。本实施例的MCU控制单元还电连接有一设置及显示电路，该设置及显示电路与所述的MCU控制单元双向通信。本实施例的IGBT驱动和保护电路的输出端还电连接有一保护电路，该保护电路和所述的MCU控制单元双向通信。保护电路的输入端连接有一输入保护电路。一种基于CAN-bus总线的自适应充电系统的方法，该方法使用了如上所述的基于 CAN-bus总线的自适应充电系统，该方法包括如下控制过程a、电池管理系统通过对电池的温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等当前状态进行监控，并利用这些参数对当前电池的允许充电电流进行估算；b、充电过程中，通过CAN-bus总线将电池管理系统和充电机联系起来，电池管理系统将充电参数实时地传送到充电机，充电机根据电池管理系统的指令输出电流；C、当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；d、充电过程中一旦出现故障时，电池管理系统将最大限度允许充电电流设为0，迫使充电机停机； e、充电过程中一旦出现通讯故障时，充电机自动停机。通过如上方法，在确保安全的前提下，达到防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，同时充电机具有了更好的适应性，充电机不需要区分电池的类型，只需要得到电池管理系统提供的电流指令就能实现快速、安全的充电，提高了充电的安全性和智能化水平，还简化了充电工作人员设置充电参数等繁琐的工作。需要特别说明的是如上所述是结合具体内容提供的一种实施方式，并不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。凡与本发明结构、装置等近似、雷同，或是对于本发明构思前提下做出若干技术推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。
权利要求
1.基于CAN-bus总线的自适应充电系统，包括充电机以及安装于汽车上的电池组和电池管理系统，其特征在于所述的充电机通过CAN-bus总线电连接到所述的电池管理系统， 该充电机接收所述电池管理系统的指令，并根据该指令控制对汽车电池组的充电作业。
2.根据权利要求1所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于所述的充电机包括AC-DC链路和MCU控制单元，所述的MCU控制单元控制连接到所述的AC-DC链路，该MCU控制单元采集该AC-DC链路的工作数据，并根据接收到的工作数据控制该AC-DC 链路的工作状态。
3.根据权利要求2所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于所述的 AC-DC链路进一步包括顺序连接的输出采样放大电路、PID调节电路、PWM控制电路、IGBT驱动和保护电路，所述的MCU控制单元具有一输入端和一输出端，所述的输入端电连接到所述的输出采样放大电路，所述的输出端电连接到所述的PID调节电路。
4.根据权利要求3所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于所述的 MCU控制单元具有一 CAN-bus总线接口，所述的电池管理系统通过该CAN-bus总线接口连接到所述的MCU控制单元。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于 所述的MCU控制单元还电连接有一设置及显示电路，该设置及显示电路与所述的MCU控制单元双向通信。
6.根据权利要求3所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于所述的 IGBT驱动和保护电路的输出端还电连接有一保护电路，该保护电路和所述的MCU控制单元双向通信。
7.根据权利要求5所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于所述的保护电路的输入端连接有一输入保护电路。
8.一种基于CAN-bus总线的自适应充电系统的方法，该方法使用了根据权利要求1-7 任一项所述的基于CAN-bus总线的自适应充电系统，其特征在于该方法包括如下控制过程a、电池管理系统通过对电池的温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等当前状态进行监控，并利用这些参数对当前电池的允许充电电流进行估算；b、充电过程中，通过CAN-bus总线将电池管理系统和充电机联系起来，电池管理系统将充电参数实时地传送到充电机，充电机根据电池管理系统的指令输出电流；C、当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；d、充电过程中一旦出现故障时，电池管理系统将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机；e、充电过程中一旦出现通讯故障时，充电机自动停机。
全文摘要
本发明公开了基于CAN-bus总线的自适应充电系统及其充电方法，包括充电机以及设于汽车上的电池组和电池管理系统，充电机通过CAN-bus总线电连接到所述的电池管理系统，该充电机接收所述电池管理系统的指令，并根据该指令控制对汽车电池组的充电作业。本发明实现了防止电池组中所有电池发生过充电以及优化充电的目的，同时充电机具有了更好的适应性。
文档编号H02J7/00GK102447276SQ20101050654
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者张福成 申请人:中山市浩成自动化设备有限公司