电池包充电装置及控制方法与流程

文档序号：19280239发布日期：2019-11-29 22:50阅读：330来源：国知局

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电池包充电装置和一种电池包充电装置的控制方法。

背景技术：

在现有的电动汽车上，电机控制器输入端并联了较大的支撑电容，以降低电机控制器与电池间的无功电流和电压的畸变。对于电池来说，负载为容性负载，串联在容性负载和电池中间的主开关，在闭合的瞬间会通过很大的浪涌电流，造成开关寿命缩短甚至引起负载绝缘的损坏。为避免该电流，一般的给电机控制器增加预充电电路，在主开关闭合前，通过预充电电路给电机控制器供电，使电机控制器的端电压到达一定的数值后，再闭合主开关，降低浪涌电流。

预充电电路由预充电接触器、充电电阻、和接触器控制回路构成。预充电接触器开通和关断直流电，要有防火花和灭难熄掉的直流电弧的功能，制造成本高。充电电阻一般选择水泥壳或铝型材壳体的绕线电阻,很容易被烧损，成本又非常高,并且增加控制回路增加了系统的复杂度，降低了预充电电路的可靠性。

随车车载电器如dcdc电源模块(dc/dc，表示的是高压(低压)直流电源变换为低压(高压)直流电源。例如车载直流电源上接的dc/dc变换器是把高压的直流电变换为低压的直流电。)、空调控制器、充电机等容量增大，以前这些没有接预充电路的用电器迫切需要增加预充电电路，以提高系统的可靠性。预充电电路由预充电接触器、充电电阻、和接触器控制回路构成。预充电接触器开通和关断直流电，要有防火花和灭难易熄掉的直流电弧的功能，制造成本高。充电电阻一般选择水泥壳或铝型材壳体的绕线电阻。很容易被烧损，成本又非常高。增加控制回路增加了系统的复杂度，使可靠性降低。

因此需要一种降低浪涌电流和降低预充电电路成本，并提高预充电电路的可靠性。

技术实现要素：

(一)发明目的

为克服上述现有技术存在的至少一种缺陷，降低浪涌电流和降低预充电电路成本，并提高预充电电路的可靠性，本发明公开了以下技术方案。

(二)技术方案

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种电池包充电装置，包括：

供电电路，所述供电电路用于将电池包的电能输送至负载，以对负载施加的供电电压，用于对至少一个负载供电；

至少一个预充电电路，所述预充电电路与所述供电电路并联，用于将所述电池包的电能输送至负载，以对负载施加预电压，其中，所述预电压小于所述供电电压；

控制装置，所述控制装置用于控制所述供电电路、所述预充电电路的通断,以及检测所述预电压的值，当检测所述预电压值达到阈值时，闭合所述供电电路。

在一种可能的实施方式中，所述供电电路包括：

第一保险丝和第一开关，所述第一保险丝、所述第一开关主触点、所述电池包和负载依次串联连接，所述第一开关用于控制所述供电电路的通断，用于控制至少一个负载。

在一种可能的实施方式中，所述预充电电路包括：

第二保险丝、第二开关、电阻和二极管，所述第二保险丝、所述第二开关主触点、所述电阻、所述二极管、所述电池包和负载依次串联连接，所述第二开关用于控制所述预充电电路的通断。

在一种可能的实施方式中，所述二极管连接于所述电池包的正极输出端与负载正端子之间，或所述二极管连接于所述电池包的负极输出端与负载负端子之间。

在一种可能的实施方式中，所述充电装置还设置有第三开关，所述电池包、所述第三开关主触点和负载依次串联，所述第三开关用于控制所述供电电路、所述预充电电路。

在一种可能的实施方式中，所述控制装置包括：

第一定时器，所述第一定时器用于判断两次预充电的间隔；

第二定时器，所述第二定时器用于控制预充电的时间和判断预充电超时；

检测器，所述检测器用于检测所述预电压的值，当检测所述预电压值达到阈值时，闭合所述供电电路，所述检测器还用于检测所述定时器的计时时间，当检测所述第一定时器到达所述第一定时器阈值时，闭合所述预充电电路，当检测所述第二定时器到达所述第二定时器阈值时，闭合所述供电电路。

在一种可能的实施方式中，所述充电装置还包括：

电池管理系统，所述电池管理系统连接于所有所述开关的控制端，并且与并且与所有定时器连接。

在一种可能的实施方式中，所有所述开关均选用接触式开关或电子开关。

作为本发明的第二方面，本发明还公开了一种电池包预充充电装置的控制方法：

s1,判断第一定时器是否大于第一定时器的阈值，若小于阈值，执行s11；

s2，闭合第二开关，接通预充电电路；

s3，启动第二定时器；

s4，检测负载的输出电压；

s5，判断输出电压是否大于阈值，若大于阈值执行s8；

s6，判断第二定时器是否大于第二定时器的阈值，若小于第二定时器的阈值，执行s4；

s7，第二定时器超时，则闭合标志位；

s8，闭合第一开关，接通主供电电路；

s9，重新启动第一定时器；

s10，延时断开第二开关；

s11，退出预充电电路；

s12，闭合第一开关，接通主供电电路；

s13，第一定时器重新启动；

s14，退出预充电电路。

作为本发明的第三方面，本发明还公开了一种电动汽车，包括：

上述任一技术方案中所述的充电装置。

(三)有益效果

本发明公开的电池包充电装置及控制方法，具有如下有益效果：

1、电池包的供电电路给负载供电，在闭合供电电路的瞬间产生很大的浪涌电流，将预充电电路与供电电路并联，降低浪涌电流，提高开关的使用寿命。

2、负载增加预充电电路，减小负载两端的电压差，从而提高系统的可靠性。

3、供电电路和预充电电路中设置保险丝，防止电路中的电流过大，起到过载保护。

4、将多个负载并联后，接到供电电路和预充电电路，实现多个负载一起预充电和供电，减少了部分部件，降低了成本。

5、预充电控制方法减少了预充电动作次数，并有预充超时和电压检测，增加了可靠性。

附图说明

以下参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释和说明本发明，而不能理解为对本发明的保护范围的限制。

图1是本发明公开的一种电池包充电装置的第一实施例的电路图。

图2是电池包充电装置的具体实施电路图。

图3是本发明公开的一种电池包充电装置的控制方法的第一实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

需要说明的是：在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面参考图1-图2详细描述本发明公开的电池包充电装置的第一实施例。本实施例主要应用于电动汽车，降低浪涌电流和降低预充电电路成本，并提高预充电电路的可靠性。

如图1和图2所示，本实施例主要包括有、供电电路、至少一个预充电电路和控制装置400。

电池包210是用于给电动汽车提供电力，同时也对电动汽车上的其他电器提供电力，如空调控制器、充电机等。

供电电路包括电池包210，用于将电池包210的电能输送至负载100，以对负载100施加供电电压，预充电电路与供电电路并联，预充电电路用于将电池包210的电能输送至负载100，以对负载100施加预电压，预电压的数值小于供电电压的数值，也就是说，给负载100充电前，先对负载100进行预充电，使其减小负载100与供电电压两端的电压差后，在对负载100进行充电。

控制装置400用于控制供电电路与预充电电路的开通与断开，以及检测预电压值，当检测预电压值达到阈值时，闭合供电电路以对负载100施加供电电压。当控制装置400接收到给负载100充电的命令时，控制装置400启动预充电电路，对负载100进行预充电，当负载100的预电压达到阈值时，控制装置400启动供电电路给负载100进行充电，而后断开预充电电路。

在一种实施方式中，供电电路包括：第一保险丝220和第一开关230。第一保险丝220、第一开关230主触点、电池包210和负载100依次串联连接，第一开关230用于控制供电电路的通断。电池包210的输出端接第一保险丝220的一端，第一保险丝220的另一端接第一开关230的一端，第一开关230的另一端接负载100的一端，负载100的另一端接电池包210的另一端，从而形成供电电路的回路，用于给负载100提供电能。

在一种实施方式中，预充电电路包括：第二保险丝310、第二开关320、电阻330和二极管340，第二保险丝310、第二开关320主触点、电阻330、二极管340、电池包210和负载100依次串联连接，第二开关320用于控制预充电电路的通断。电池包210的输出端接第二保险丝310的一端，第二保险丝310的另一端与第二开关320的一端连接，第二开关320的另一端与电阻330的一端连接，电阻330的另一端与二极管340的一端连接，二极管340的另一端与负载100的一端连接，负载100的另一端与电池包210的另一端连接，从而形成预充电电路的回路，用于在供电电路给负载100提供电能之前给负载100提供预电能。

在一种实施方式中，二极管340连接于电池包210的正极输出端与负载100正端子之间，或二极管340连接于电池包210的负极输出端与负载100负端子之间。

预充电电路的接法有两种，一种是电池包210的正极输出接第二保险丝310的一端，第二保险丝310的另一端与第二开关320的一端连接，第二开关320的另一端与电阻330的一端连接，电阻330的另一端与二极管340的正极连接，二极管340的负极与负载100的负端子连接，负载100的正端子与电池包210的另一端连接，从而形成预充电电路的回路。

另一种接法是电池包210的负极输出接第二保险丝310的一端，第二保险丝310的另一端与第二开关320的一端连接，第二开关320的另一端与电阻330的一端连接，电阻330的另一端与二极管340的负极连接，二极管340的正极与负载100的负端子连接，负载100的正端子与电池包210的另一端连接，从而形成预充电电路的回路。

在一种实施方式中，充电装置还设置有第三开关350，电池包210、第三开关350主触点和负载100依次串联，第三开关350用于控制供电电路、预充电电路。也就是说，第三开关350的一端与电池包210的一端连接，第三开关350的另一端与负载100连接。

电池包210的正极接第三开关350的触点的一端，第三开关350的触点的另一端接负载100的正端，或是电池包210的负极接第三开关350的触点的一端，第三开关350的触点的另一端接负载100的负端。为了节约成本，第三开关350可以省略，电池包210直接接到负载100。

在一种实施方式中，所有开关均选用接触式开关，本发明中，接触开关的常开触点与电路连接。

在一种实施方式中，控制装置400包括：第一定时器、第二定时器和检测器。其中第一定时器用于判断两次预充电的间隔；第二定时器用于控制预充电的最大时间和判断预充电超时；检测器用于检测预电压的值，当检测预电压值达到阈值时，闭合供电电路。

在一种实施方式中，充电装置包括：电池管理系统410，电池管理系统410连接于所有开关的控制端，并且与所有定时器连接，用于控制供电电路与预充电电路的开通与断开。接触开关的线圈两端分别与电池管理系统410的两端连接。

如图2所示，本发明中设置了4个负载分别为电机控制器、dcdc、电动空调和车载充电机。

电池包的正极接保险丝f1的一端，保险丝f1的另一端接开关k1的主触点的一端，开关k1的主触点的另一端接到电机控制器输出端子的正端；电池包210的正极接保险丝f5的一端，保险丝f5的另一端接电阻r的一端，电阻r的另一端接二极管d1的正极，二极管d1的负极接电机控制器输出端子的正端；电池包的负极接开关k6的触点的一端，开关k6的触点另一端接电机控制器输出端子的负端；开关k1、开关k5和开关k6的控制端子分别接到bms(电池管理系统)两端。

当开关k1和开关k6的控制端k1和k6闭合,电机控制器输出端子上建立起电压。当开关k5和开关k6的控制端k5、k6闭合时，电机控制器内部的电容通过电阻r和二极管d1的限流完成预充电工作。

预充电接触器为开关k6，开关k6的主触点和充电电阻r串联后，并联在开关k6主开关触点上，开关k6主开关接触器回路在开关k6主开关闭合前，闭合预充电接触器触点开关k5，借助于预充电阻r的限流作用限制负载的充电电流。在电机控制器端的电压提高到一定值时，闭合开关k1，因触点两端的电位差小，从而避免在开关k1、k6的触电上流过大的浪涌电流，保护开关。

电池包的正极接保险丝f2的一端，保险丝f1的另一端接开关k2的主触点的一端，开关k2的主触点的另一端接到dcdc(电源模块)输出端子的正端；电池包的正极接保险丝f5的一端，保险丝f5的另一端接电阻r的一端，电阻r的另一端接二极管d2的正极，二极管d2的负极接dcdc输出端子的正端；电池包210的负极接开关k6的触点的一端，开关k6的触点另一端接dcdc输出端子的负端；开关k2、开关k5和开关k6的控制端子分别接到bms两端。

当开关k2和开关k6的控制端k1和k6闭合,dcdc输出端子上建立起电压。当开关k5和开关k6的控制端k5、k6闭合时，dcdc内部的电容通过电阻r和二极管d2的限流完成预充电工作，从而实现一个开关和一个预充电阻为多个负载预充电。

电池包的正极接保险丝f3的一端，保险丝f3的另一端接开关k3的主触点的一端，开关k3的主触点的另一端接到电动空调输出端子的正端；电池包的正极接保险丝f5的一端，保险丝f5的另一端接电阻r的一端，电阻r的另一端接二极管d3的正极，二极管d3的负极接电动空调输出端子的正端；电池包的负极接开关k6的触点的一端，开关k6的触点另一端接电动空调输出端子的负端；开关k3、开关k5和开关k6的控制端子分别接到bms两端。

当开关k3和开关k6的控制端k1和k6闭合,电动空调输出端子上建立起电压。当开关k5和开关k6的控制端k5、k6闭合时，电动空调内部的电容通过电阻r和二极管d3的限流完成预充电工作。

电池包的正极接保险丝f4的一端，保险丝f4的另一端接开关k4的主触点的一端，开关k4的主触点的另一端接到车载充电机输出端子的正端；电池包的正极接保险丝f5的一端，保险丝f5的另一端接电阻r的一端，电阻r的另一端接二极管d4的正极，二极管d4的负极接车载充电机输出端子的正端；电池包210的负极接开关k6的触点的一端，开关k6的触点另一端接车载充电机输出端子的负端；开关k4、开关k5和开关k6的控制端子分别接到bms两端。

当开关k4和开关k6的控制端k1和k6闭合,车载充电机输出端子上建立起电压。当开关k5和开关k6的控制端k5、k6闭合时，车载充电机内部的电容通过电阻r和二极管d4的限流完成预充电工作。

下面参考图1-3详细描述本发明公开的一种电池包充电装置的控制方法的第一实施例。本实施例主要应用于电动汽车，降低浪涌电流和降低预充电电路成本，并提高预充电电路的可靠性。

如图1-3所示，本实施例主要包括电池包充电装置第一实施例中记载的装置，及控制方法。

供电电路，供电电路用于将电池包210的电能输送至负载100，以对负载100施加供电电压，用于对至少一个负载供电；

至少一个预充电电路，预充电电路与供电电路并联，用于将电池包210的电能输送至负载100，以对负载100施加预电压，其中，预电压小于供电电压；

控制装置400，控制装置400用于控制供电电路、预充电电路的通断,以及检测预电压的值，当检测预电压值达到阈值时，闭合供电电路。

在一种可能的实施方式中，供电电路包括：

第一保险丝220和第一开关230，第一保险丝220、第一开关230主触点、电池包210和负载100依次串联连接，第一开关230用于控制供电电路的通断，用于控制至少一个负载。

在一种可能的实施方式中，预充电电路包括：

第二保险丝310、第二开关320、电阻330和二极管340，第二保险丝310、第二开关320主触点、电阻330、二极管340、电池包210和负载100依次串联连接，第二开关320用于控制预充电电路的通断。

在一种可能的实施方式中，二极管340连接于电池包210的正极输出端与负载100正端子之间，或二极管340连接于电池包210的负极输出端与负载100负端子之间。

在一种可能的实施方式中，充电装置还设置有第三开关350，电池包210、第三开关350主触点和负载100依次串联，第三开关350用于控制供电电路、预充电电路。

在一种可能的实施方式中，控制装置400包括：

第一定时器，第一定时器用于判断两次预充电的间隔；

第二定时器，第二定时器用于控制预充电的时间和判断预充电超时；

检测器，检测器用于检测预电压的值，当检测预电压值达到阈值时，闭合供电电路。

在一种可能的实施方式中，充电装置还包括：

电池管理系统410，电池管理系统410连接于所有开关的控制端，并且与所有定时器连接。

在一种可能的实施方式中，所有开关均选用接触式开关或电子开关。

如图3所示，在一种实施方式中，s1,判断第一定时器是否大于第一定时器的阈值，若小于阈值，执行s11；

s2，闭合第二开关，接通预充电电路；

s3，启动第二定时器；

s4，检测负载的输出电压；

s5，判断输出电压是否大于阈值，若大于阈值执行s8；

s6，判断第二定时器是否大于第二定时器的阈值，若小于第二定时器的阈值，执行s4；

s7，第二定时器超时，则闭合标志位；

s8，闭合第一开关，接通主供电电路；

s9，重新启动第一定时器；

s10，延时断开第二开关；

s11，退出预充电电路；

s12，闭合第一开关，接通主供电电路；

s13，第一定时器重新启动；

s14，退出预充电电路。

具体的步骤为：s1，检查第一定时器，若第一定时器未到达定时时间，进入s11；

s11，闭合第一开关230，给负载100供电；

s12，重新启动第一定时器；

s13，退出供电电路启动过程。

当bms接收到给容性负载100加电的之指令后，首先检查第一定时是否到达定时时间tth1，如果第一定时器未到达定时时间tth1，则第一开关230，给容性负载100充电，第一定时器启动，从而退出启动过程。

s2，检查第一定时器，若第一定时器到达定时时间，进入s21；

s21，闭合第二开关320，给负载100供电，使负载100产生预电压；

s22，启动第二定时器，开始计时；

s23，检测器检测负载100输出的预电压，若预电压达到阈值，进入s26；

s24，若预电压未达到阈值，检测器检测第二定时器的时间，若未到达第二定时器计时时间，进入s23；

s25，若第二定时器达到第二定时器计时时间，则进入置超时闭合标志位；

s26，闭合第一开关230，给负载100供电；

s27，重新启动第一定时器；

s28，延时断开第二开关320；

s29，完成对负载100的预充电。当bms接收到给负载100加电的之指令后，首先检查第一定时是否到达定时时间tth1，如果第一定时器未到达定时时间tth1，则第二开关320，给负载100预充电，第二定时器启动，并开始计时，其次检测负载100输出的电压值，若是达到阈值，则闭合第一开关230，给负载100充电，第一定时器启动，延时断开第二开关320，从而退出供电电路启动过程。

若检测负载100输出的电压值未到达阈值后，判断第二定时器是否到达计时时间tth2，若是到达计时时间tth2，则置超时闭合标志位，闭合第一开关230，给负载100充电，第一定时器启动，延时断开第二开关320，从而退出预充电电路启动过程。

若第二定时器为到达计时时间tth2，返回至检测负载100输出的电压值，再次对负载100输出的电压值进行检测，而后重复上述动作。

如图2所示，具体来说，bms内制的第一定时器初始化设置成到达定时时间tth1。当接收到给电机控制器和dcdc接通电路的指令后，首先检查bms内的第一定时器是否到达定时时间tth1，如果没有到达定时时间tth1，bms闭合开关k1、开关k2和开关k6，接通电路，给负载100供电。同时，启动第一定时器，退出启动程序。如果已经达到第一定时器的定时时间tth1，则闭合开关k5和开关k6,给电机控制器和dcdc供电，电流通过开关k5、电阻r、二极管d1、二极管d2构成的预充电电路，给dcdc和电机控制器充电。启动第二定时器，第二定时器开始计时，检测负载100输出电压，如果负载100输出的电压达到阈值uth，闭合开关k1和开关k2，延时断开预充继电器，退出充电过程。如果负载100输出的电压未达到阈值uth，检测第二定时器是否到达计时时间tth2，如果达到计时时间tth1，置超时闭合标志位，闭合开关k1和开关k2，延时断开预充继电器，退出充电过程。如果，第二定时器未到达计时时间tth2，重新检测负载100输出电压值和第二定时器，直到有条件满足，退出预充过程。

下面参考图1-图3详细描述本发明公开的一种电动汽车的第一实施例。本实施例主要应用于电动汽车，降低浪涌电流和降低预充电电路成本，并提高预充电电路的可靠性。

如图1-图3所示，本实施例主要包括电池包充电装置第一实施例中记载的装置，主要有负载100、供电电路、预充电电路和控制装置400，包括：