CN110406426B - 一种锂电叉车专用锂电池包***及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电叉车专用锂电池包***及控制方法，属于电动叉车锂电池包监控技术领域。包括电池模组、电池管理***、DCDC转换器、放电连接器和充电连接器，所述锂电池包***还包括安装在电池模组上的加热片，所述电池模组通过DCDC转换器与电池管理***连接，并且电池模组分别与放电连接器和充电连接器连接；加热片的两端分别连接在电池模组的两端。制定合理的加热策略并通过CAN通信与锂电叉车进行交互信息，能够保证锂电池包***和锂电叉车在低温环境下的使用。

Description

一种锂电叉车专用锂电池包***及控制方法
技术领域
本发明涉及电动叉车锂电池包监控技术领域，尤其涉及一种锂电叉车专用锂电池包***及控制方法。
背景技术
随着目前车辆保有量的不断增加，传统石油化学能源的消耗日渐累加，造成了严重的环境污染问题。石油作为一种短期内不可再生资源，随着使用量的加大和保有量的减少，供应量将会日趋紧张，价格将会不断增长，这将限制以传统石油作为能源的一系列产业发展。当今世界能源发展的现状衍生出了很多的新能源产品，并广泛地实际应用于交通需求市场。国家的大力扶持，市场需求的增长，推动我国锂电经济的跨越式发展。铁锂电池进入叉车行业会给电动叉车带来颠覆性的发展潜力，对比铅酸电池，锂电池在实用性、经济性方面具有较大优势，是未来电动叉车的发展趋势。
目前，市场上电动叉车所用的电池以铅酸电池为主，很少采用锂离子电池，铅酸电池充电时会“析氢”，产生酸雾，对环境污染严重；铅酸电池放电率低，一般的铅酸电池放电率仅为83.0％，电池容量没法得到充分利用；铅酸电池充电效率低，铅酸电池的平均充电效率为80％，且电量由0％充电至100％需要8～10小时，充电过程中会产生酸雾，需置于专用通风充电间，否则易产生空气爆燃，充电时还需要人工检查蒸馏水含量及人工补充；铅酸电池具有电池记忆效应，完全充放电400～1000次以内，剩余电量10％，有记忆效应；低温放电性能方面，铅酸电池的最佳放电温度为25℃，温度每降一度，容量下降1％，0℃容量剩余70％-75％；电池静置方面，铅酸电池静置1年内不使用或不充电，会导致电池容量快速降低，铅酸电池使用及回收时对环境易产生重金属污染，如何研制一种安全、环保、使用寿命长、可快速充放电的电动叉车用锂离子电池，是本领域专业技术人员迫切需要解决的一个技术问题。
由于锂电池的化学特性，电芯在0℃以下的情况下，放电和充电能力都有很大的限制，无限制的使用会严重影响电池***的容量，大大缩减电池寿命。所以目前普通的电动叉车用锂电池包都不适用于低温环境。
因此，为解决上述问题，急需发明一种新的锂电池包***。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锂电叉车专用锂电池包***及控制方法，通过对锂电池的温度进行监控，避免锂电池工作在低温环境。
一种锂电叉车专用锂电池包***，包括电池模组、电池管理***、DCDC转换器、放电连接器和充电连接器，所述锂电池包***还包括安装在电池模组上的加热片，所述电池模组通过DCDC转换器与电池管理***连接，并且电池模组分别与放电连接器和充电连接器连接；加热片的两端分别连接在电池模组的两端。
进一步的，所述的电池模组上设有温度传感器，温度传感器测量模组电芯的温度，并且温度传感器与电池管理***连接；电池模组两端与电池管理***连接，电池管理***采集电池模组两端电压和温度传感器温度数据。
进一步的，所述的电池模组正端设有总正熔断器，并且通过总正熔断器分别与DCDC转换器、放电连接器正端和充电连接器正端连接；所述电池模组的负端设有分流器，并通过分流器分别与DCDC转换器、放电连接器负端和充电连接器负端连接；所述加热片的一端与总正熔断器、充电连接器的正端、放电连接器的正端连接，加热片的另一端与分流器、充电连接器负端、放电连接器负端连接。
进一步的，所述的电池模组的正端与充电连接器之间串联有充电继电器，所述电池模组的正端与放电连接器之间串联有放电继电器；所述的电池模组与DCDC转换器之间设有钥匙开关。
进一步的，所述的加热片的两端分别设有加热正继电器和加热负继电器，加热正继电器与电池模组的正端连接，另一端与充电连接器和放电连接器的正端连接，加热负继电器与电池模组的负端连接，另一端与充电连接器和放电连接器负端连接。
进一步的，所述的放电继电器两端并联有预充电阻和预充继电器，所述预充电阻与预充继电器串联连接。
进一步的，当电池模组需要进行充电时，上电初始电芯最低温度Tmin>12℃，不开启加热，直接进入纯充电模式，电池模组充电；电芯最低温度Tmin<-28℃时，禁止加热；加热开启条件：电芯最低温度Tmin<=12℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=15℃。
进一步的，当电池模组放电时，上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，不开启加热，直接进入纯放电；电芯最低温度Tmin<-30℃时，禁止加热；加热开启条件：上电初始电芯最低温度Tmin<=5℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=10℃。
进一步的，上电初始电芯最低温度Tmin<-10℃且SOC＜20%，不闭合加热继电器，并向整车发送降功率指令，60S之后发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S，断开放电继电器，继电器不恢复；上电初始电芯最低温度Tmin＜-10℃且SOC≥20%，发送停车指令，闭合加热继电器开始加热；上电初始电芯最低温度-10℃≤Tmin≤5℃，闭合加热继电器开始加热；上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，纯放电模式；当Tmin≥10℃，进入第二次加热判断，当Tmin≤0℃时，向整车发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S断开放电继电器；重新上电，则再次进入加热判断。
一种基于所述的一种锂电叉车专用锂电池包***的控制方法，包括以下步骤：
（1）BMS电源管理***上电，判断是否检测到充电信号，若检测到充电信号则断开放电相关继电器，进入充电模式，执行步骤（2）；若没有检测到充电信号，则断开充电继电器进入步骤（4）放电模式；
（2）进入充电模式后，判断是否存在充电故障或者充满，若是，则向充电机发送终止充电报文，2s之后切断充电相关继电器，重新执行步骤（1）BMS电源管理***重新上电；若否，则执行步骤（3）；
（3）闭合充电继电器，执行充电加热方法：上电初始电芯最低温度Tmin>12℃，不开启加热，直接进入纯充电；所述电芯最低温度Tmin<-28℃时，禁止加热；加热开启条件：电芯最低温度Tmin<=12℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=15℃；当电芯最低温度Tmin<0℃，进行加热，并且不充电；完成以上判断和动作后BMS电源控制***重新上电；
（4）进入放电模式后，判断是否存在放电保护，若存在，则在1s后，断开放电相关继电器并锁定，然后返回步骤（1），BMS电源管理***重新上电；若不存在放电保护，则闭合预充继电器，500ms后闭合放电继电器，1000ms后断开预充继电器，然后执行步骤（5）放电加热方法；
（5）放电加热方法：上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，不开启加热，直接进入纯放电；电芯最低温度Tmin<-30℃时，禁止加热；加热开启条件：上电初始电芯最低温度Tmin<=5℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=10℃；上电初始电芯最低温度Tmin<-10℃且SOC＜20%，不闭合加热正继电器或者加热负继电器，并向整车发送降功率指令，60S之后发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S，断开放电继电器，继电器不恢复；上电初始电芯最低温度Tmin＜-10℃且SOC≥20%，发送停车指令，闭合加热正继电器和加热负继电器开始加热；上电初始电芯最低温度-10℃≤Tmin≤5℃，闭合加热正继电器和加热负继电器开始加热；上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，纯放电模式；当Tmin≥10℃，进入第二次加热判断，当Tmin≤0℃时，向整车发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S断开放电继电器；完成以上动作和判断后，BMS电源控制***重新上电，则再次进入加热判断。
本发明提供一种锂电叉车用锂电池包***，制定合理的加热策略并通过CAN通信与锂电叉车进行交互信息，能够保证锂电池包***和锂电叉车在低温环境下的使用。
附图说明
图1为本发明结构连接图；
图2为本发明控制流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，一种锂电叉车专用锂电池包***，包括电池模组、加热片、电池管理***、非隔离型DCDC转换器、调试口、放电连接器和充电连接器。所述电池模组的正端设有总正熔断器，并且通过总正熔断器分别与DCDC转换器、放电连接器和充电连接器的正端连接。所述电池模组的负端设有分流器，并通过分流器分别与DCDC转换器、放电连接器和充电连接器的负端连接。所述DCDC转换器与电池管理***连接，并且为了防止DCDC转换器与电池管理***反接损坏电池管理***，在DCDC转换器与电池管理***之间设有二极管，防止电流反向流动，DCDC转换器和电池管理***的负端接地。电池管理***通过第一CAN总线分别与调试口和放电连接器连接，通过第二CAN总线分别与调试口和充电连接器连接。
为了实现对电池管理***关断电的控制，总正熔断器与DCDC转换器之间设有钥匙开关，开关闭合，DCDC转换器上电进行电压转换，电池管理***工作；开关断开，DCDC转换器断电，电池管理***不工作。
为了实现充放电的控制，在总正熔断器和放电连接器正端之间串联有放电继电器、预充电阻和预充电继电器，所述放电继电器与预充电阻、预充电继电器并联连接，预充电阻与预充继电器串联连接。预充电阻和预充继电器在放电继电器吸合前，给整车控制器的电容预充电，防止放电继电器粘连用的。总正熔断器和充电连接器正端之间串联有充电继电器。
由于锂电池在低温的环境下，不能进行充放电，因此在电池模组上设有加热片，加热片的两端设有加热继电器，加热片的一端设有加热正继电器，加热正继电器的另一端与总正熔断器和放电继电器的公共端连接；所述加热片的另一端设有加热负继电器，加热负继电器的另一端与分流器和放电连接器的负端连接。当一个加热继电器发生粘连情况时，另一个加热继电器可以起到控制断开的作用。
电池模组上设有温度传感器，用于测量电池模组上模组电芯的温度，温度传感器的两端与电池管理***连接，同时，电池模组两端与电池管理***连接，电池管理***采集电池模组两端的电压。***中所用的继电器均为汽车级继电器。
如图2所示，控制方法如下：
（1）BMS电源管理***上电，判断是否检测到充电信号，若检测到充电信号则断开放电相关继电器，进入充电模式，执行步骤（2）；若没有检测到充电信号，则断开充电继电器进入步骤（4）放电模式；
（2）进入充电模式后，判断是否存在充电故障或者充满，若是，则向充电机发送终止充电报文，2s之后切断充电相关继电器，重新执行步骤（1）BMS电源管理***重新上电；若否，则执行步骤（3）；
（3）闭合充电继电器，执行充电加热方法：上电初始电芯最低温度Tmin>12℃，不开启加热，直接进入纯充电；纯充电的电流I总=I矩阵，I矩阵为模组电流；所述电芯最低温度Tmin<-28℃时，禁止加热。加热开启条件：电芯最低温度Tmin<=12℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=15℃，电流I总=I矩阵+I加热。当电芯最低温度Tmin<0℃，进行加热，并且不充电，I总=I加热。完成以上判断和动作后BMS电源控制***重新上电；
（4）进入放电模式后，判断是否存在放电保护，若存在，则在1s后，断开放电相关继电器并锁定，然后返回步骤（1），BMS电源管理***重新上电；若不存在放电保护，则闭合预充继电器，500ms后闭合放电继电器，1000ms后断开预充继电器，然后执行步骤（5）放电加热方法；
（5）放电加热方法：上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，不开启加热，直接进入纯放电；电芯最低温度Tmin<-30℃时，禁止加热；加热开启条件：上电初始电芯最低温度Tmin<=5℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=10℃；上电初始电芯最低温度Tmin<-10℃且SOC＜20%（SOC为电量），不闭合加热正继电器或者加热负继电器，并向整车发送降功率指令，60S之后发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S，断开放电继电器，继电器不恢复；上电初始电芯最低温度Tmin＜-10℃且SOC≥20%，发送停车指令，闭合加热正继电器和加热负继电器开始加热；上电初始电芯最低温度-10℃≤Tmin≤5℃，闭合加热正继电器和加热负继电器开始加热；上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，纯放电模式；当Tmin≥10℃，进入第二次加热判断，当Tmin≤0℃时，向整车发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S断开放电继电器；完成以上动作和判断后，BMS电源控制***重新上电，则再次进入加热判断。

Claims (9)

1.一种锂电叉车专用锂电池包***，包括电池模组、电池管理***、DCDC转换器、放电连接器和充电连接器，其特征在于所述锂电池包***还包括安装在电池模组上的加热片，所述电池模组通过DCDC转换器与电池管理***连接，并且电池模组分别与放电连接器和充电连接器连接；加热片的两端分别连接在电池模组的两端；
上电初始电芯最低温度Tmin<-10℃且SOC＜20%，不闭合加热继电器，并向整车发送降功率指令，60S之后发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S，断开放电继电器，继电器不恢复；上电初始电芯最低温度Tmin＜-10℃且SOC≥20%，发送停车指令，闭合加热继电器开始加热；上电初始电芯最低温度-10℃≤Tmin≤5℃，闭合加热继电器开始加热；上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，纯放电模式；当Tmin≥10℃，进入第二次加热判断，当Tmin≤0℃时，向整车发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S断开放电继电器；重新上电，则再次进入加热判断。
2.根据权利要求1所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于所述的电池模组上设有温度传感器，温度传感器测量模组电芯的温度，并且温度传感器与电池管理***连接；电池模组两端与电池管理***连接，电池管理***采集电池模组两端电压和温度传感器温度数据。
3.根据权利要求1所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于所述的电池模组正端设有总正熔断器，并且通过总正熔断器分别与DCDC转换器、放电连接器正端和充电连接器正端连接；所述电池模组的负端设有分流器，并通过分流器分别与DCDC转换器、放电连接器负端和充电连接器负端连接；所述加热片的一端与总正熔断器、充电连接器的正端、放电连接器的正端连接，加热片的另一端与分流器、充电连接器负端、放电连接器负端连接。
4.根据权利要求1所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于所述的电池模组的正端与充电连接器之间串联有充电继电器，所述电池模组的正端与放电连接器之间串联有放电继电器；所述的电池模组与DCDC转换器之间设有钥匙开关。
5.根据权利要求1所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于所述的加热片的两端分别设有加热正继电器和加热负继电器，加热正继电器与电池模组的正端连接，另一端与充电连接器和放电连接器的正端连接，加热负继电器与电池模组的负端连接，另一端与充电连接器和放电连接器负端连接。
6.根据权利要求4所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于所述的放电继电器两端并联有预充电阻和预充继电器，所述预充电阻与预充继电器串联连接。
7.根据权利要求2所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于当电池模组需要进行充电时，上电初始电芯最低温度Tmin>12℃，不开启加热，直接进入纯充电模式，电池模组充电；电芯最低温度Tmin<-28℃时，禁止加热；加热开启条件：电芯最低温度Tmin<=12℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=15℃。
8.根据权利要求2所述的一种锂电叉车专用锂电池包***，其特征在于当电池模组放电时，上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，不开启加热，直接进入纯放电；电芯最低温度Tmin<-30℃时，禁止加热；加热开启条件：上电初始电芯最低温度Tmin<=5℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=10℃。
9.一种基于权利要求2所述的一种锂电叉车专用锂电池包***的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）BMS电源管理***上电，判断是否检测到充电信号，若检测到充电信号则断开放电相关继电器，进入充电模式，执行步骤（2）；若没有检测到充电信号，则断开充电继电器进入步骤（4）放电模式；
（2）进入充电模式后，判断是否存在充电故障或者充满，若是，则向充电机发送终止充电报文，2s之后切断充电相关继电器，重新执行步骤（1）BMS电源管理***重新上电；若否，则执行步骤（3）；
（3）闭合充电继电器，执行充电加热方法：上电初始电芯最低温度Tmin>12℃，不开启加热，直接进入纯充电；所述电芯最低温度Tmin<-28℃时，禁止加热；加热开启条件：电芯最低温度Tmin<=12℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=15℃；当电芯最低温度Tmin<0℃，进行加热，并且不充电；完成以上判断和动作后BMS电源控制***重新上电；
（4）进入放电模式后，判断是否存在放电保护，若存在，则在1s后，断开放电相关继电器并锁定，然后返回步骤（1），BMS电源管理***重新上电；若不存在放电保护，则闭合预充继电器，500ms后闭合放电继电器，1000ms后断开预充继电器，然后执行步骤（5）放电加热方法；
（5）放电加热方法：上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，不开启加热，直接进入纯放电；电芯最低温度Tmin<-30℃时，禁止加热；加热开启条件：上电初始电芯最低温度Tmin<=5℃；关闭条件：电芯最低温度Tmin>=10℃；上电初始电芯最低温度Tmin<-10℃且SOC＜20%，不闭合加热正继电器或者加热负继电器，并向整车发送降功率指令，60S之后发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S，断开放电继电器，继电器不恢复；上电初始电芯最低温度Tmin＜-10℃且SOC≥20%，发送停车指令，闭合加热正继电器和加热负继电器开始加热；上电初始电芯最低温度-10℃≤Tmin≤5℃，闭合加热正继电器和加热负继电器开始加热；上电初始电芯最低温度Tmin>5℃，纯放电模式；当Tmin≥10℃，进入第二次加热判断，当Tmin≤0℃时，向整车发送停车指令，若检测到放电电流>30A持续8S断开放电继电器；完成以上动作和判断后，BMS电源控制***重新上电，则再次进入加热判断。
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