CN113595201B - 一种动力电池组充电装置及充电控制方法 - Google Patents

一种动力电池组充电装置及充电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种动力电池组充电装置，包括多个充电控制继电器、多个主回路放电控制继电器以及BMS，动力电池组由多个电池串并联形成，每个电池单体的负极连接至充电负极母线，每个电池单体的正极对应的采用一个充电控制继电器连接至充电正极母线；动力电池组中的两个相邻的电池单体之间串接设置主回路放电控制继电器，用于控制多个电池单体的串并联在一起；BMS的输出端分别连接每个充电控制继电器和主回路放电控制继电器，用于根据充放电状态来控制充电控制继电器和主回路放电控制继电器的闭合与断开。本发明用以解决现有充高现象，避免因充高导致动力电池电量偏低，续航里程下降，严重可能会导致安全事故等问题出现。

Description

一种动力电池组充电装置及充电控制方法
技术领域
本发明涉及电池充电领域，特别涉及一种电动汽车动力电池组充电装置及充电控制方法。
背景技术
随着全球气候逐步恶化、城市大气污染加剧和石油资源过度消耗，发展节能、环保汽车已成为世界汽车工业技术创新的重要方向和汽车产业可持续发展的必然选择。电动汽车在这样的大环境下得以快速发展，新能源汽车越来越成为汽车市场的主流车型。动力电池主要类型有：铅酸蓄电池、镍氢电池、镍镉电池和锂电池，而大部分以锂电池偏多。影响动力电池性能和寿命的主要因素包括电池温度、电池内阻、单体电池一致性等，电池单体由于制造和使用环境的差异性，在电池的使用过程中，电池单体的差异性将逐步恶化，锂电池单体的不一致性不仅影响电池的性能和寿命，而且影响电池的安全，由于电池性能的不一致性在成组过程中是不可避免的，相对较高电压的电池会过早进入过充状态，如不采取相应措施，随着充电状态的持续，极化作用极速加强，升温加剧、电池健康状态恶化，并有可能导致电池内部物质燃烧，起火，甚至引起电池包的***。现有技术在充电时未做到保护作用，基于次本申请设计一种充电控制装置及充电控制方法，可以提高充电的安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动力电池组充电装置及充电控制方法，用以解决现有充高现象，避免因充高导致动力电池电量偏低，续航里程下降，严重可能会导致安全事故等问题出现。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种动力电池组充电装置，包括多个充电控制继电器、多个主回路放电控制继电器以及电池管理***BMS，动力电池组由多个电池串并联形成，每个电池单体的负极连接至充电负极母线，每个电池单体的正极对应的采用一个充电控制继电器连接至充电正极母线；动力电池组中的两个相邻的电池单体之间串接设置主回路放电控制继电器，用于控制多个电池单体的串并联在一起；所述电池管理***BMS的输出端分别连接每个充电控制继电器和主回路放电控制继电器，用于根据充放电状态来控制充电控制继电器和主回路放电控制继电器的闭合与断开。
所述充电正极母线、充电负极母线连接至车载充电机***，所述车载充电机***用于通过充电插座连接充电站。
电池管理***BMS与充电状态获取模块连接，用于获取车辆处于充电状态，并在充电状态时控制每一个充电控制继电器闭合、控制每一个放电继电器断开。
所述电池管理***与充电状态检测模块连接，所述充电状态检测模块用于检测每一个电池单体的充满状态，并将处于充满状态的电池单体对应的充电控制继电器断开。
所述电池管理***在接收到放电请求信号后，控制每一充电控制继电器断开同时控制每一个主回路放电控制继电器闭合。
一种动力电池组充电装置的控制方法，包括充电控制步骤：
在车辆处于充电状态时，BMS控制所有的充电控制继电器闭合，断开所有的主回路放电控制继电器；此时，BMS与充电桩连接成功，BMS请求充电桩响应充电请求，BMS发送至充电桩的充电请求信息包括充电电压和充电电流；充电桩按照BMS请求信息来控制充电过程，
在充电过程中，BMS实时监控每一个电池单体的充满状态，当任一电池单体达到充满状态后，BMS控制该电池单体对应的充电控制继电器断开与正极充电母线的连接，直至所有电池单体均处于充满状态后BMS判断电池组充满并发出充电结束请求至充电桩，结束充电。
所述电池管理***BMS在接收到整车控制器的上电请求时，先断开所有的充电控制继电器、闭合所有主回路放电控制继电器，然后在响应上电请求，闭合动力电池组的主正主负继电器。
BMS发送至充电桩的充电请求信息中，充电电压按照额定电压进行请求，充电电流按照实时采集的温度读取电芯矩阵表中的电流值乘以电池单体个数N后的数值进行请求电流；当充电过程中，BMS检测到电池单体达到充满状态后，此时在将充满的电池单体的充电控制继电器断开，同时BMS发出新的电流请求需求，BMS向充电桩发出的电流请求为：实时采集的温度读取电芯矩阵表中的电流值乘以正在处于充电状态的电池单体个数n后的数值；其中n为动力电池组电池单体个数N减去充满电断开的充电控制继电器个数。
本发明的优点在于：结构简单，成本低，仅需要在电池包增加若干控制用继电器来控制每一串电池单体的充电即可，可以做到每一个电池单体准确可靠的充满，避免过充产生的各种电池损伤及动力电池的寿命削减；通过BMS来进行继电器的控制及充放电过程中继电器的闭合断开，简单可靠安全；能够解决单体不一致性导致的充高问题，避免因充高导致动力电池电量偏低，续航里程下降，导致客户抱怨等诸多问题。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的动力电池组充电电路拓扑结构图；
图2是本方案电芯的充电矩阵表
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明为了避免充电过程中由于电池单体的不一致导致充电过程中高压的电池单体过充造成的电池组的安全风险，为了实现这一目的，采用一种动力电池组充电装置具体包括：包括多个充电控制继电器、多个主回路放电控制继电器以及电池管理***BMS；
动力电池组由多个电池串并联形成，每个电池单体的负极连接至充电负极母线，每个电池单体的正极对应的采用一个充电控制继电器连接至充电正极母线；动力电池组中的两个相邻的电池单体之间串接设置主回路放电控制继电器，用于控制多个电池单体的串并联在一起；所述电池管理***BMS的输出端分别连接每个充电控制继电器和主回路放电控制继电器，用于根据充放电状态来控制充电控制继电器和主回路放电控制继电器的闭合与断开。
如图1所示，+为正极充电母线，-为负极充电母线，S充1、S充2……S充40为40个充电控制继电器；S放1、S放2……S放40为40个主回路放电控制继电器，数字1-40为40个电池单体。每个电池单体均通过一个充电控制继电器连接至正极充电母线上，每个电池单体相互串接在一起，在相邻的串接电池单体之间均设置一个主回路放电控制继电器。当每一个主回路放电继电器闭合后，整个电池组连同在一起为外放电，在充电时，断开放电继电器，则每个电池单体作为一个独立个体进行控制充电。
充电正极母线、充电负极母线连接至车载充电机***，车载充电机***用于通过充电插座连接充电站。充电母线作为车内的充电布线，其可以通过充电机、充电座等用于连接外部充电桩，从而实现充电的目的。
电池管理***BMS与充电状态获取模块连接，用于获取车辆处于充电状态，并在充电状态时控制每一个充电控制继电器闭合、控制每一个放电继电器断开。充电状态可以根据车辆的充电插头是否***充电枪来判断，充电状态下需要控制充电继电器闭合，放电继电器断开。
电池管理***与充电状态检测模块连接，充电状态检测模块用于检测每一个电池单体的充满状态，并将处于充满状态的电池单体对应的充电控制继电器断开。在充电进行中，通过对每个电池单体的SOC进行检测，检测SOC来判断是否充满，充满后需要进行断开充电继电器。
在放电时，电池管理***在接收到放电请求信号后，控制每一充电控制继电器断开同时控制每一个主回路放电控制继电器闭合。放电请求信号一般为点火信号、启动信号等由整车CAN读取获取。
一种动力电池组充电装置的控制方法，包括充电控制步骤：
在车辆处于充电状态时，BMS控制所有的充电控制继电器闭合，断开所有的主回路放电控制继电器；此时，BMS与充电桩连接成功，BMS请求充电桩响应充电请求，BMS发送至充电桩的充电请求信息包括充电电压和充电电流；充电桩按照BMS请求信息来控制充电过程，
在充电过程中，BMS实时监控每一个电池单体的充满状态，当任一电池单体达到充满状态后，BMS控制该电池单体对应的充电控制继电器断开与正极充电母线的连接，直至所有电池单体均处于充满状态后BMS判断电池组充满并发出充电结束请求至充电桩，结束充电。
所述电池管理***BMS在接收到整车控制器的上电请求时，先断开所有的充电控制继电器、闭合所有主回路放电控制继电器，然后在响应上电请求，闭合动力电池组的主正主负继电器。
BMS发送至充电桩的充电请求信息中，充电电压按照额定电压进行请求，充电电流按照实时采集的温度读取电芯矩阵表中的电流值乘以电池单体个数N后的数值进行请求电流；当充电过程中，BMS检测到电池单体达到充满状态后，此时在将充满的电池单体的充电控制继电器断开，同时BMS发出新的电流请求需求，BMS向充电桩发出的电流请求为：实时采集的温度读取电芯矩阵表中的电流值乘以正在处于充电状态的电池单体个数n后的数值；其中n为动力电池组电池单体个数N减去充满电断开的充电控制继电器个数。
本发明采用动力电池组并联阶梯充电的控制方法。并联阶梯充电控制过程包括以下步骤：
该方案是一种三元锂离子电池，用在插电式混合动力乘用车上，采用3.7V80Ah三元锂离子电芯，串并联方式：40S1P，动力电池组电量：11.84kWh。
1.当充电时闭合每一串的正极继电器，充电电压按照4.3V进行请求，充电电流按照电芯矩阵表的值乘以N(此处为40)进行请求。备注：N等于电池***串数
2.当某一串或某几串充满时，进行断开所在串数的正极继电器，并继续充电；充电电压不变依然按照4.3V进行请求，充电电流按照电芯矩阵表的值乘以(N-M)进行请求。备注：M等于充满的串数。
3.继续按照步骤2进行，直至全部充满为止。
4.放电的时候断开充电正极继电器，闭合所有放电继电器即可。
控制原理如图1所示：1-40是动力电池组串数，S放1-39是主回路放电继电器，S充1-40是充电控制继电器，﹢为充电总正，﹣为充电总负。
1.当充电时闭合S充1-40所有继电器,断开S放1-39继电器，此时BMS与充电桩连接成功，BMS开始请求充电桩响应，充电电压按照4.3V进行请求，充电电流按照电芯矩阵表的值乘以N(此处为40)进行请求。备注：N等于电池***串数。
2.当某一串或某几串充满，BMS检测到具体相应的串数，然后断开所在串数的正极继电器，并继续充电；同时因为充电电压是并联，电压不会改变，依然按照4.3V进行请求，充电电流按照电芯矩阵表的值乘以(N-M)进行请求。备注：M等于充满的串数。
3.继续按照步骤2进行，直至全部充满为止。
4.放电时断开S充1-40所有继电器，闭合S放1-39继电器，即可进行放电。
此方法能解决单体不一致性导致的充高问题，避免因充高导致动力电池电量偏低，续航里程下降，导致客户抱怨等诸多问题。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种动力电池组充电装置的控制方法，其特征在于：所述装置包括多个充电控制继电器、多个主回路放电控制继电器以及电池管理***BMS，动力电池组由多个电池串并联形成，每个电池单体的负极连接至充电负极母线，每个电池单体的正极对应的采用一个充电控制继电器连接至充电正极母线；动力电池组中的两个相邻的电池单体之间串接设置主回路放电控制继电器，用于控制多个电池单体的串并联在一起；所述电池管理***BMS的输出端分别连接每个充电控制继电器和主回路放电控制继电器，用于根据充放电状态来控制充电控制继电器和主回路放电控制继电器的闭合与断开；所述充电正极母线、充电负极母线连接至车载充电机***，所述车载充电机***用于通过充电插座连接充电站；电池管理***BMS与充电状态获取模块连接，用于获取车辆处于充电状态，并在充电状态时控制每一个充电控制继电器闭合、控制每一个放电继电器断开；所述电池管理***与充电状态检测模块连接，所述充电状态检测模块用于检测每一个电池单体的充满状态，并将处于充满状态的电池单体对应的充电控制继电器断开；所述电池管理***在接收到放电请求信号后，控制每一充电控制继电器断开同时控制每一个主回路放电控制继电器闭合；
所述方法包括充电控制步骤：
在车辆处于充电状态时，BMS控制所有的充电控制继电器闭合，断开所有的主回路放电控制继电器；此时，BMS与充电桩连接成功，BMS请求充电桩响应充电请求，BMS发送至充电桩的充电请求信息包括充电电压和充电电流；充电桩按照BMS请求信息来控制充电过程，
在充电过程中，BMS实时监控每一个电池单体的充满状态，当任一电池单体达到充满状态后，BMS控制该电池单体对应的充电控制继电器断开与正极充电母线的连接，直至所有电池单体均处于充满状态后BMS判断电池组充满并发出充电结束请求至充电桩，结束充电；
所述电池管理***BMS在接收到整车控制器的上电请求时，先断开所有的充电控制继电器、闭合所有主回路放电控制继电器，然后在响应上电请求，闭合动力电池组的主正主负继电器；
BMS发送至充电桩的充电请求信息中，充电电压按照额定电压进行请求，充电电流按照实时采集的温度读取电芯矩阵中的电流值乘以电池单体个数N后的数值进行请求电流；当充电过程中，BMS检测到电池单体达到充满状态后，此时在将充满的电池单体的充电控制继电器断开，同时BMS发出新的电流请求需求，BMS向充电桩发出的电流请求为：实时采集的温度读取电芯矩阵中的电流值乘以正在处于充电状态的电池单体个数n后的数值；其中n为动力电池组电池单体个数N减去充满电断开的充电控制继电器个数。
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