CN112865216B - 一种纯电动汽车慢充能量管理***及其方法 - Google Patents

一种纯电动汽车慢充能量管理***及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车慢充能量管理***，包括：充电温度编辑模块，所述充电温度编辑模块用于编辑电池充电的温度区间；监测模块，所述监测模块用于检测所述电池的温度；判断模块，所述判断模块用于判断当前温度值与所述温度区间的大小关系；控制模块，所述控制模块根据所述判断模块结果来调整车载充电装置的输出对象，当电池温度在预设的所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置对所述电池充电；当电池温度不在预设的所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置输出功率给用于调节温度的温度调节器，所述控制模块控制所述温度调节器将电池温度调节至预设的所述温度区间，从而所述控制模块控制所述车载充电装置对所述电池充电。本发明通过在电池充电时提供电池一个最佳的温度区间，保证充电效果，合理优化能量的分配使用，提高充电效率，节约能源。

Description

一种纯电动汽车慢充能量管理***及其方法
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种纯电动汽车慢充能量管理***及其方法。
技术背景
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料，但采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。纯电动汽车（Battery Electric Vehicle，简称BEV)）是指以车载电源为动力的车辆，是新能源汽车之一。
比如公开号为CN201710665249.8的中国专利文件公开了一种纯电动汽车充电方法及单元，该方法包括，当纯电动汽车处于休眠状态时，若纯电动汽车的VCU确定12V蓄电池的剩余电量小于第一预设值，则判断纯电动汽车的动力蓄电池的剩余电量是否大于第二预设值，若大于，则向电池管理***BMS发送智能充电指令，以使得：BMS控制主继电器吸合接通动力蓄电池，由动力蓄电池通过DC-DC模块向12V蓄电池充电。
纯电动汽车充电方式一般为快速充电方式和慢速充电方式，然而，城市中大规模的快充桩成本较高，维护繁琐，利用车载充电装置（OBC）进行慢充的方式较为普遍。但慢充充电时间较长，影响慢充充电效率的主要因素有电池充电温度、充电能量不能合理分配造成能量的损失和电池不能完全进行充电。
发明内容
针对以上现有技术中的问题，本发明提供了一种纯电动汽车慢充能量管理***及其方法，在电池充电时提供电池一个最佳的温度区间，保证充电效果，合理优化能量的分配使用，提高充电效率，节约能源。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现:一种纯电动汽车慢充能量管理***，包括：
充电温度编辑模块，所述充电温度编辑模块用于编辑电池充电的温度区间；
监测模块，所述监测模块用于检测所述电池的温度；
判断模块，所述判断模块用于判断当前温度值与所述温度区间的大小关系；
控制模块，所述控制模块根据所述判断模块结果来调整车载充电装置的输出对象，当电池温度在预设的所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置对所述电池充电；当电池温度不在预设的所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置输出功率给用于调节温度的温度调节器，所述控制模块控制所述温度调节器将电池温度调节至预设的所述温度区间，从而所述控制模块控制所述车载充电装置对所述电池充电。
由此，为提高所述纯电动汽车慢充时的充电效率，本发明提供一种纯电动汽车慢充能量管理***，该***包含所述充电温度编辑模块、所述监测模块、所述判断模块和所述控制模块。为使所述电池充电前或充电时进入最高充电状态，从而提高充电效率；所述充电温度编辑模块用于编辑所述电池充电的温度区间，预设的所述温度区间是所述电池达到最高充电状态的温度范围。所述监测模块用于实时检测所述电池的温度。所述判断模块用于判断电池温度与所述温度区间的大小关系。所述控制模块根据所述判断模块结果来调整所述车载充电装置的输出对象；为减小所述充电电池的能量损耗，所述温度调节装置的能量也来自所述车载充电装置。当电池温度在所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置的主要输出功率输送给所述电池进行充电。当电池温度低于预设的温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置输出功率给所述温度调节装置进行升温；当电池温度高于预设的温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置输出功率给所述温度调节装置进行冷却，通过所述温度调节装置将电池温度控制在预设的所述温度区间，所述电池进行充电。所述车载充电装置的输出功率不变，通过所述车载充电装置提供能量来调节温度；相比间接通过所述电池提供电能消耗，提高了对所述电池的充电效率。
作为本发明的优选，所述温度调节装置为温度调节器CLM，所述温度调节器CLM包含用于加热的PTC和用于冷却的压缩机EAC。
由此，为实现温度的升高或者降低，通过所述PTC5加热使温度升高，通过所述压缩机EAC冷却使温度降低。
作为本发明的优选，所述车载充电装置连接用于为整车低压负载提供能量的供能装置。
由此，为进一步降低对所述电池的能量消耗，提高所述电池的充电效率。所述供能装置与所述车载充电装置相连，所述车载充电装置通过慢充桩提供电能给所述供能装置。
作为本发明的优选，所述供能装置为DC/DC转换模块。
由此，所述车载充电装置与所述DC/DC转换模块的高压输入端连接，所述DC/DC转换模块将高压电转换为低压电，为所述整车低压负载的运行提供能量。
本发明还涉及一种实施如上所限定的充电***的纯电动汽车慢充能量管理方法，包括如下步骤：
S1、充电温度区间自定义步骤，
设定所述电池充电的温度区间，该温度区间使所述电池达到最高充电状态；
S2、电池温度持续检测步骤，
持续检测当前电池的温度；
S3、电池温度判断步骤，
将电池的温度值与预先设定的所述温度区间进行比较；
S4、电池充电步骤；
根据S3步骤中的判断结果调整所述电池温度进行充电；
当电池温度在预设的所述温度区间时，整车控制器VCU控制所述车载充电装置对所述电池进行充电；
当电池温度不在预设的所述温度区间时，包含两种情况:
当电池温度低于预设的所述温度区间时
所述整车控制器VCU控制所述车载充电装置输出功率给所述温度调节装置进行升温；升温后，所述电池温度在预设的所述温度区间，所述电池充电；
当电池温度高于预设的所述温度区间时
所述整车控制器VCU控制所述车载充电装置输出功率给所述温度调节装置进行降温；降温后，所述电池温度在预设的所述温度区间，所述电池充电。
由此，为提高纯电动汽车慢充的充电效率，本发明提供一种纯电动汽车慢充能量管理方法，该方法通过使所述电池达到最高充电状态，以提高充电效率。为达到电池的最高充电状态，首先设定所述电池充电的温度区间；在预设的温度区间，所述电池的充电效率最大。检测所述电池的温度；将当前测量的电池温度值与预先设定的所述温度区间进行比较。当检测到的电池温度在预设的所述温度区间时，所述车载充电装置对所述电池进行充电。当检测到的电池温度低于预设的所述温度区间时，所述PTC请求所述整车控制器输入功率，为合理分配能量，减少能量的损耗；所述车载充电装置对所述温度调节器CLM的输出功率为所述PTC的请求功率，所述PTC进行加热以升高温度。当检测到的电池温度高于预设的所述温度区间时，所述压缩机EAC请求所述整车控制器输入功率，所述车载充电装置对所述温度调节器CLM的输出功率为所述压缩机EAC的请求功率，所述压缩机EAC进行冷却以降低温度。通过升温或降温过程将温度控制在预设的所述温度区间，所述电池充电。
作为本发明的优选，在所述电池充电中，所述整车控制器VCU通讯连接电池管理***BMS获得所述电池的最大充电值，控制所述车载充电装置对所述电池的充电。
由此，为提高电池充电的安全性，所述整车控制器VCU通讯连接所述电池管理***BMS，所述电池管理***BMS将电池最大充、放电流值传输给所述整车控制器VCU，所述整车控制器VCU根据电池的最大充、放电流值控制所述车载充电装置对所述电池的输入功率，来确保充电安全，避免充电失衡引发的不安全因素。
作为本发明的优选，当所述电池温度不在预设的所述温度区间时，所述车载充电装置的能量流向包含如下两个阶段：
阶段一：所述电池充电前，获得电池充电温度区间，
所述车载充电装置对所述电池输入电流为0，所述车载充电装置为所述DC/DC转换模块（4）和所述温度调节器CLM（5）提供能量；
阶段二：所述电池充电中，控制电池充电温度在预设的所述温度区间，
所述车载充电装置对所述电池输入电流不为0，所述车载充电装置为所述电池、所述温度调节器CLM（5）和所述DC/DC转换模块（4）三者提供能量。
由此，当所述电池温度不在预设的所述温度区间时，所述车载充电装置的能量流向包含如下两个阶段。阶段一：为使所述电池充电前，所述电池充电温度达到最高充电状态。此时，所述车载充电装置对所述电池的输入电流为0，不对所述电池进行充电。所述车载充电装置对所述温度调节器CLM供能，通过所述温度调节器CLM调节温度以使电池温度达到设定的所述温度区间；所述车载充电装置还对所述DC/DC转换模块输入功率，运行整车低压负载，从而辅助充电。所述车载充电装置的输入功率不变，为合理分配能量，所述车载充电装置主要能量输出给所述温度调节器CLM，当电池温度达到所述温度区间时，所述电池开始充电。阶段二：所述车载充电装置对所述电池输入电流不为0。所述车载充电装置主要能量用于所述电池充电，为保证所述电池充电时，所述电池温度在所述温度区间和低压负载的运行；另一部分能量用于所述温度调节器CLM和所述DC/DC转换模块的运行。
作为本发明的优选，所述阶段一中，所述整车控制器VCU控制所述DC/DC转换模块的输出功率为定值。
由此，所述车载充电装置的输入功率不变，为使所述车载充电装置对所述电池的输入功率最大化，合理分配能量；所述整车控制器VCU控制所述DC/DC转换模块的输出功率为定值，该值仅供维持整车低压负载的最低消耗。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过预设电池充电的温度区间，使电池在充电时，达到电池的最高充电状态，提高电池的充电效率；
2、通过车载充电装置直接为温度调节器CLM和DC/DC转换模块供能，避免了电池能量的消耗；
3、整车控制器合理分配能量至温度调节器CLM以及DC/DC转换模块，使电池的充电能量最大化，一方面提高了充电安全，另一方面保证了对电池最大充电功率的输入。
附图说明：
图1是本发明实施例一中的***结构示意图；
图2是本发明实施例一中的步骤流程图；
图3是本发明实施例一中纯电动汽车***的结构示意图。
图中：
1、车载充电装置OBC，2、电池管理***BMS，3、整车控制器VCU，4、DC/DC转换模块，5、温度调节器CLM，51、PTC，52、压缩机EAC。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例1，为提高电池的充电效率，通过预设电池充电的温度区间，使电池在该温度区间充电时，充电效率最高；进一步通过车载充电装置为温度调节器CLM5供能，实现该温度区间。
为实现上述目的，如图1所示，本实施例提供一种纯电动汽车慢充能量管理***，该***包含充电温度编辑模块、监测模块、判断模块和控制模块。为使电池充电前或充电时进入最高充电状态，从而提高充电效率；首先充电温度编辑模块用于编辑电池充电的温度区间，该温度区间是电池达到最高充电状态的温度范围。监测模块用于实时检测电池的温度。判断模块用于判断电池的温度与温度区间的大小关系。控制模块根据判断模块的结果来调整车载充电装置的输出对象。电池温度低于预设的温度区间时，控制模块控制车载充电装置输出功率给PTC51用于升温；电池温度高于预设的温度区间时，控制模块控制车载充电装置输出功率给压缩机EAC52用于冷却；当电池温度在温度区间时，控制模块控制车载充电装置的输出功率输送给电池进行充电。车载充电装置的输出功率不变，通过车载充电装置提供能量来调节温度；相比间接通过电池提供电能消耗，提高了对电池的充电效率。
根据如上所限定的充电***，提供一种纯电动汽车慢充能量管理方法，如图2所示是该方法的流程图，其包括以下步骤：
设定充电电池的温度区间，在该温度区间，电池的充电效率最大；
持续检测当前电池的温度;
将当前电池的温度与预先设定的温度区间进行比较；
当检测到的电池温度低于预设的温度区间时，PTC51请求整车控制器3输入功率，整车控制器3控制车载充电装置对PTC51输出功率，PTC51进行加热以升高温度；
当检测到的电池的温度高于预设的温度区间时，EAC52请求整车控制器3输入功率，整车控制器3控制车载充电装置对EAC52输出功率，压缩机EAC52进行冷却以降低温度。
当检测到电池的温度达到预设的温度区间时，整车控制器3控制车载充电装置对电池进行充电。
本实施例中，为使电池充电时进入最高充电状态，电池充电时，要始终保持在预设的温度区间。而当电池温度不在预设的温度区间有两种情况，第一种是电池充电前，电池温度不在预设的温度区间；第二种情况是电池充电时，电池温度不在预设的温度区间。根据这两种情况，为提高电池的充电效率，车载充电电池的能量流向分为两个阶段：
阶段一：为使电池充电前，电池充电温度达到最高充电状态。此时，车载充电装置对电池的输入电流为0，不对电池进行充电。车载充电装置对温度调节器CLM供能，通过温度调节器CLM调节温度以使电池温度达到设定的温度区间；车载充电装置还对DC/DC转换模块输入功率，运行整车低压负载，从而辅助充电。车载充电装置的输入功率不变，为合理分配能量，车载充电装置主要能量输出给温度调节器CLM，当电池温度达到温度区间时，电池开始充电。
阶段二：车载充电装置对电池输入电流不为0。车载充电装置主要能量用于电池充电，为保证电池充电时，电池温度在温度区间和低压负载的运行；另一部分能量用于温度调节器CLM和DC/DC转换模块的运行。
如图3所示，是该纯电动汽车的***结构示意图，包含车载充电装置OBC1、电池管理***BMS2、整车控制器VCU3、温度调节器CLM5与充电辅助装置的DC/DC转换模块4。整车控制器VCU3将温度调节器CLM5请求功率和DC/DC转换模块4输出功率传送至电池管理***BMS2；电池管理***BMS2将电池的最大充、放电功率反馈给整车控制器VCU3。整车控制器VCU3根据电池的最大充、放电功率进行能量分配，以保证电池充电安全，避免充电失衡引发的不安全因素。首先通过整车控制器VCU3预设电池的充电温度区间，检测当前的电池温度，并与预设的温度区间进行比较。对于调整车载充电装置OBC1输出对象，包含电池充电前和充电时两种情况，通过这两种情况又可划分为四种工况，如下所述：
第一种工况：若电池充电前，检测到当前的电池温度低于预设充电温度区间，PTC51向整车控制器VCU3发送请求功率，车载充电装置OBC1输出给电池的电流为0，对PTC51和DC/DC转换模块4输出功率；该输出功率等于DC/DC转换模块4输出功率请求与PTC51请求功率之和，整车控制器VCU3允许温度调节器CLM5的可用功率限值按照PTC51功率请求。
第二种工况：若电池充电前，检测到当前的电池温度高于预设充电温度区间，压缩机EAC52向整车控制器VCU3发送请求功率。车载充电装置OBC1输出给电池的电流为0，对压缩机EAC52和DC/DC转换模块4输出功率；该输出功率等于DC/DC转换模块4输出功率请求与压缩机EAC52请求功率之和，整车控制器VCU3允许温度调节器CLM5的可用功率限值按照压缩机EAC52功率请求。
同时，为减小整车低压负载的消耗功率，在以上独立加热或独立冷却的情况下，整车控制器VCU3控制车载充电装置OBC1输出给DC/DC转换模块4的输出功率为定值800W，仅供维持整车低压负载的最低消耗。
通过PTC51加热升高温度或者通过压缩机EAC52冷却降低温度之后，当检测到当前的电池温度在预设的温度区间时，车载充电装置OBC1对电池进行充电。
第三种工况：若电池充电时，检测到当前的温度值低于预设充电温度区间时，此时，车载充电装置OBC1输出功率等于电池请求充电功率、PTC51请求功率和DC/DC转换模块4输出功率请求之和；整车控制器VCU3允许温度调节器CLM5的可用功率限值按照PTC51功率请求。
第四种工况：若电池充电时，检测到当前的温度值高于预设充电温度区间时，车载充电装置OBC1输出功率等于电池请求充电功率、压缩机EAC52请求功率和DC/DC转换模块4输出功率请求之和；整车控制器VCU3允许温度调节器CLM5的可用功率限值按照压缩机EAC52功率请求。
同时，在上述第三种工况和第四种工况中，DC/DC转换模块4向整车控制器VCU3发送DC/DC转换模块4的工作模式、DC/DC输出功率和DC/DC最大输出功率。整车控制器VCU3反馈DC/DC使能信号和DC/DC功率限制信号给DC/DC转换模块4，通过限定车载充电装置OBC1对DC/DC转换模块的输入功率，来增加车载充电装置OBC1对电池的输入功率，合理分配能量，提高电池的充电效率。

Claims (4)

1.一种纯电动汽车慢充能量管理***，其特征在于，包括：
充电温度编辑模块，所述充电温度编辑模块用于编辑电池充电的温度区间；
监测模块，所述监测模块用于检测所述电池的温度；
判断模块，所述判断模块用于判断电池温度值与预设的所述温度区间的大小关系；
控制模块，所述控制模块根据所述判断模块结果来调整车载充电装置的输出对象，当电池温度在预设的所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置对所述电池充电；当电池温度不在预设的所述温度区间时，所述控制模块控制所述车载充电装置输出功率给用于调节温度的温度调节器；所述控制模块控制所述温度调节器将电池温度调节至预设的所述温度区间，从而所述控制模块控制所述车载充电装置对所述电池充电；所述车载充电装置连接用于为整车低压负载提供能量的供能装置，所述供能装置为DC/DC转换模块（4），当所述电池温度不在预设的所述温度区间时，所述车载充电装置的能量流向包含如下两个阶段：
阶段一：所述电池充电前，获得电池充电温度区间，
所述车载充电装置对所述电池输入电流为0，所述车载充电装置为所述DC/DC转换模块（4）和所述温度调节器CLM（5）提供能量； 所述整车控制器VCU（3）控制所述DC/DC转换模块（4）的输出功率为定值，该定值仅供维持整车低压负载的最低消耗；
阶段二：所述电池充电中，控制电池充电温度在预设的所述温度区间，
所述车载充电装置对所述电池输入电流不为0，所述车载充电装置为所述电池、所述温度调节器CLM（5）和所述DC/DC转换模块（4）三者提供能量。
2.根据权利要求1所述一种纯电动汽车慢充能量管理***，其特征在于，所述温度调节装置是温度调节器CLM（5），所述温度调节器CLM（5）包含用于加热的PTC（51）和用于冷却的压缩机EAC（52）。
3.一种纯电动汽车慢充能量管理方法，其实施根据权利要求1或2所述的充电***，其特征在于，包括如下步骤：
S1、充电温度区间自定义步骤，
设定所述电池充电的温度区间，该温度区间使所述电池达到最高充电状态；
S2、电池温度持续检测步骤，
持续检测当前电池的温度；
S3、电池温度判断步骤，
将电池的温度值与预先设定的所述温度区间进行比较；
S4、电池充电步骤，
根据S3步骤中的判断结果调整所述电池温度进行充电；
当电池温度在预设的所述温度区间时，整车控制器VCU（3）控制所述车载充电装置对所述电池进行充电；
当电池温度不在预设的所述温度区间时，包含两种情况:
当电池温度低于预设的所述温度区间时
所述整车控制器VCU（3）控制所述车载充电装置输出功率给所述温度调节装置进行升温；升温后，所述电池温度在预设的所述温度区间，所述电池充电；
当电池温度高于预设的所述温度区间时
所述整车控制器VCU（3）控制所述车载充电装置输出功率给所述温度调节装置进行降温；降温后，所述电池温度在预设的所述温度区间，所述电池充电。
4.根据权利要求3所述一种纯电动汽车慢充能量管理方法，其特征在于，所述电池充电中，所述整车控制器VCU（3）通讯连接电池管理***BMS（2）获得所述电池的最大充电值，控制所述车载充电装置对所述电池的输入功率。
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