CN201887493U - 一种电动汽车电池充电控制设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电动汽车电池充电控制设备。该设备包括：用于测量电池当前的电动势的电动势测量单元；用于测量电池当前的充电电流的充电电流测量单元；根据电池当前电动势和充电电流、电池的理想充电电流确定当前充电参数的充电参数调整单元；用于根据当前充电参数控制电池的充电的充电控制单元。充换电站运行监控***可以从配网自动化***获取充换电站的可用充电容量信息，在充换电站的可用充电容量的限制下，根据电池的充电参数、充电紧急程度调节电池的输出功率。电动汽车充换电站对电池组进行充电控制时，结合电池组可接受的理想充电电流曲线以及实时跟踪电池组的温度并相应采取电压反馈补偿，根据其当前状态自动调整充电参数，从而使电池组的性能和寿命得到最大限度的发挥。

Description

一种电动汽车电池充电控制设备

技术领域

本实用新型涉及电动汽车电池充电技术，尤其涉及一种电动汽车电池充电控制设备。

背景技术

目前，电动汽车常用的充电方法包括恒压充电和恒流充电。恒压充电的初期，电池组电动势比较低，充电电流很大，随着充电过程的进行，电池组电动势逐渐上升，充电电流自动减小。恒流充电充电电流可调整，可以对处于各种不同状态的电池组充电，特别适用于小电流长时间充电，有利于容量恢复较慢的电池的维护性充电和新电池的初充电等。恒压充电的方式在初始充电电流大，易造成放电深度较大的电池组过流和损坏充电设备；充电末期，由于电动势增大使得充电电流很小，充满电需要很长时间。恒流充电不适宜大电流长时间充电。

此外，电池充电过程中，容易出现过充电，电池电压在达到最高点后又开始下降，电池温度和内部压力迅速上升，缩短电池使用寿命，甚至导致电池损坏。

发明内容

本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种电动汽车电池充电控制设备，可以提高充电过程中的安全性和节能性。

本实用新型提供一种电动汽车电池充电控制设备，包括：

用于测量电池当前的电动势的电动势测量单元；

用于测量电池当前的充电电流的充电电流测量单元；

根据电池当前电动势和充电电流、电池的理想充电电流确定当前充电参数的充电参数调整单元；

用于根据当前充电参数控制电池的充电的充电控制单元。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的一个实施例，充电控制单元从配网自动化***获取充换电站的可用充电容量信息，在充换电站的可用充电容量的限制下，根据电池的充电参数、充电紧急程度调节电池的输出功率。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的一个实施例，该电动汽车电池充电控制设备还包括：

用于根据电池的温度调整电池的充电电压的温度补偿单元。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的一个实施例，温度补偿单元包括：

用于测量电池的温度的温度测量装置；

用于判断电池的温度是否超过预定值、当电池的温度超过预定值时调整电池的充电电压的电压调整装置。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的一个实施例，温度补偿单元对充电电压的调整满足：

Vc＝V_25℃-(T_a-25)×0.0055。

本实用新型提供的电动汽车电池充电控制设备，电动势测量单元和充电电流测量单元实时测量电池的电动势和充电电流，充电参数调整单元结合电池的理想充电电流曲线根据电池当前的电动势和充电电流调整充电参数，既保证电池充足电，又避免电池出现过充电，从而确保充电过程的安全性、节能性。

本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种电动汽车电池充电控制方法，可以提高充电过程中的安全性和节能性。

本实用新型提供一种电动汽车电池充电控制方法，包括：

测量电池当前的电动势和充电电流；

根据电池当前电动势和充电电流、电池的理想充电电流确定当前充电参数；

根据当前充电参数控制电池的充电。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例，根据当前充电参数控制电池的充电包括：从配网自动化***获取充换电站的可用充电容量信息，在充换电站可用充电容量的限制下，根据电池的当前充电参数、充电紧急程度调节电池的输出功率。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例，该方法还包括：根据电池的温度调整电池的充电电压。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例，根据电池的温度调整电池的充电电压的步骤包括：

测量电池的温度；

判断电池的温度是否超过预定值；

当电池的温度超过预定值时，调整电池的充电电压。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例，根据电池的温度调整电池的充电电压采用如下公式：

Vc＝V_25℃-(T_a-25)×0.0055。

根据本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例，根据电池当前电动势和充电电流、电池的理想充电电流确定当前充电参数包括：结合分阶段调整的恒压和恒流充电根据电池当前的电动势和充电电流确定充电参数。

本实用新型提供的电动汽车电池充电控制方法，实时测量电池的电动势和充电电流，结合电池的理想充电电流曲线根据电池当前的电动势和充电电流调整充电参数，既保证电池充足电，又避免电池出现过充电，从而确保充电过程的安全性、节能性。

附图说明

图1示出充电电流、充电电压及电池组电动势的曲线关系；

图2示出智能充电控制策略下的充电电流和电池理想的充电电流曲线；

图3示出本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例的流程图；

图4示出本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的另一个实施例 的流程图；

图5示出本实用新型的电动汽车电池充电控制方法中用充电电压进行温度补偿的一个例子的流程图；

图6示出本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的一个实施例的框图；

图7示出本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的另一个实施例的框图；

图8示出本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的又一个实施例的框图；

图9示出本实用新型技术方案一个应用例的***示意图；

图10示出充电过程中电动势E的变化曲线；以及

图11示出充电过程中电动势E的变化曲线。

具体实施方式

下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。在附图中，相同的标号表示相同或者相似的组件或者元素。

电池组在充电过程中，其充电电流可以简化为以下公式：

I＝(U-E)/r    (1)

公式(1)中，I为充电电流，U为充电电压，E电池组电动势，r为电池组内阻。

从公式(1)可以看出，随着充电过程的进行，电池组电动势E逐渐上升，最终接近额定电压，而充电电流呈现前高后低的趋势，图1示出充电电流、充电电压及电池组电动势的曲线关系。

根据电动汽车电池充电特性要求，可以采用实时调整的恒压和恒流进行充电。图2示出智能充电控制策略下的充电电流和电池可接受的理想充电电流曲线。如图2所示，实线表示电池可接受的理想充电电流曲线；虚线表示智能充电控制策略下的充电电流曲线。通过对充电进行控制，使得充电电流曲线趋向于理想充电电流曲线。

图3示出本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的一个实施例的流程图。

如图3所示，在步骤302，测量电池当前的电动势和充电电流。例如，可以通过与电池并联的电压计测量电池当前的电动势，通过串联的电流传感器进行采样获得当前充电电流。

在步骤304，根据电池当前电动势和充电电流、电池的理想充电电流确定当前充电参数。例如，根据理想充电电流曲线获得当前理想充电电流，结合测量的电池当前的电动势根据公式(1)，计算出当前充电电压。

在步骤306，根据当前充电参数控制电池的充电。

在本实用新型的一个实施例中，充换电站运行监控***从配网自动化***获取充换电站的可用充电容量信息，充换电站运行监控***在充换电站的可用充电容量的限制下，根据电动汽车动力电池的充电参数、充电紧急程度调节充换电站电池的输出功率。

不同的电池可能具有不同的理想充电电流曲线，理想充电电流曲线例如可以由电池生产厂家根据电池的特性可提供。在一个实施例中，充换电站监控***根据电池的型号信息从配网自动化***获得该电池的理想充电电流信息。

在上述实施例中，实时测量电池的电动势和充电电流，结合电池的理想充电电流曲线根据电池当前的电动势和充电电流调整充电参数，既保证电池充足电，又避免电池出现过充电，从而确保充电过程的安全性、节能性。

在本实用新型的一个实施例中，通过分阶段调整的恒压和恒流充电来模拟理想充电电流曲线，结合分阶段调整的恒压和恒流充电根据电池当前的电动势和充电电流确定充电参数。通过这样的方式，可以降低充电控制的难度和复杂度，更容易对充电进行控制。

在一个实施例中，通过单片机的电压测量模块测量单节电池的电压值，采用“筛值平均”的滤波方法测量电池组的电压，从而提高测量的精度。在对每节电池的电压模拟量进行测量时，连续测量多次，然后筛 去电压值的最高值和最低值，再对剩余的测量值取平均值，以获得最佳的测量结果；然后根据电压的计算方式，获得电池的电压。这样获得的电池电动势的准确度更高。

图4示出本实用新型的电动汽车电池充电控制方法的另一个实施例的流程图。

如图4所示，在步骤402，测量电池当前的电动势和充电电流；

在步骤404，结合电池的理想充电电流曲线根据电池当前的电动势和充电电流调整充电参数。对电池当前的电动势和充电电流与电池的标称额定电压和电流进行计算，确定充电电压和电流的大小；通过电压、电流调节器和切换开关实现充电电压和充电电流的调整。例如，通过对采集过来的电池组电压和电流与电池组的标称额定电压和电流进行计算，决定充电电压和电流的大小。通过配置相应的电压、电流调节器和切换开关可实现充电参数的调整。

在步骤406，根据电池的温度调整电池的充电电压。

在上述实施例中，在充电过程中根据电池的温度调整电池的充电电压，既保证电池充足电，又保证电池充电过程中不过热，确保充电过程的安全性、节能性。

图5示出本实用新型的电动汽车电池充电控制方法中用充电电压进行温度补偿的一个例子的流程图。

如图5所示，在步骤502，测量每个电池单体温度Ti。

在步骤504，计算电池组温度平均值Ta

$T_a=\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i/N---\left(2\right)$

在步骤506，例如通过判断电池组温度是否大于预定值来判断电池组温度是否出现异常？如果是，则继续步骤508，否则，继续步骤502。其中，该预定值可以根据电池种类加以确定。

在步骤508，减小充电电压，温度补偿计算T_a

Vc＝V_25℃-(T_a-25)×0.0055    (3)

其中，VC为充电电压，V25℃为25℃时的充电电压。

在上述实施例中，通过测量电池单体温度获得电池组的温度平均值，通过判断电池温度是否出现异常来调整充电电压，保证了电压调整的准确性。

图6示出本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的一个实施例的框图。如图6所示，该实施例的电动汽车电池充电控制设备包括电动势测量单元61、充电电流测量单元62、充电参数调整单元63和充电控制单元64。电动势测量单元61测量电池当前的电动势。电动势测量单元61例如包括与电池并联的电压计以测量电池的电动势。充电电流测量单元62测量电池当前的充电电流。充电电流测量单元62例如包括与电池串联的电流传感器，对电流进行采样以测量电池当前的充电电流。充电参数调整单元63根据电池当前电动势和充电电流、电池的理想充电电流确定当前充电参数。充电参数调整单元63例如通过单片机或者DSP逻辑电路实现。充电控制单元64根据当前充电参数控制电池的充电。充电控制单元64例如通过配置相应的电压、电流调节器和切换开关实现。理想充电电流曲线例如根据电池的特性提供。通过对采集过来的电池组电压和电流与电池组的标称额定电压和电流进行计算，决定充电电压和电流的大小。通过配置相应的电压、电流调节器和切换开关可实现充电参数的调整。在本实用新型的一个实施例中，充电控制单元64从配网自动化***获取充换电站的可用充电容量信息，在充换电站的可用充电容量的限制下，根据电池的充电参数、充电紧急程度调节所述电池的输出功率。

在上述实施例中，电动势测量单元和充电电流测量单元实时测量电池的电动势和充电电流，充电参数调整单元结合电池的理想充电电流曲线根据电池当前的电动势和充电电流确定充电参数，由充电控制单元根据充电参数对充电进行控制，既保证电池充足电，又避免电池出现过充电，从而确保充电过程的安全性、节能性。

图7示出本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的另一个实施例的框图。该实施例的电动汽车电池充电控制设备包括电动势测量单元61、充电电流测量单元62、充电参数调整单元63和充电控制单元64。 和图6相比，该实施例的电动汽车电池充电控制设备还包括温度补偿单元75，用于根据电池的温度调整电池的充电电压。在一个实施例中，温度补偿单元74对充电电压的调整满足公式(3)的条件。

在上述实施例中，温度补偿单元在充电过程中根据电池的温度调整电池的充电电压，既保证电池充足电，又保证电池充电过程中不过热，确保充电过程的安全性、节能性。

图8示出本实用新型的电动汽车电池充电控制设备的又一个实施例的框图。和图7相比，该实施例的电动汽车电池充电控制设备中温度补偿单元85包括温度测量装置851和电压调整装置852。其中，温度测量装置851测量电池的温度，将测量的电池的温度发送给电压调整装置852；电压调整装置852判断电池的温度是否超过预定值；当电池的温度超过预定值时，调整电池的充电电压。该预定值可以根据电池种类加以确定。

在电动汽车充换电站对电池组进行充电控制时，结合电池组可接受的理想充电电流曲线以及实时跟踪电池组的温度并相应采取电压反馈补偿，根据其当前状态自动调整充电参数，从而使电池组的性能和寿命得到最大限度的发挥。

需要指出，对于图6至图7示出的电动汽车电池充电控制设备的实施例的框图中的各个单元模块或者装置，可以分别作为独立的设备实现，也可以几个或者全部作为完整的设备实现。

下面结合图9-12具体说明本实用新型技术方案的一个应用例。

图9示出该应用例的***示意图。在该应用例中，包括充电电源91、电动汽车蓄电池92以及电动汽车电池充电控制设备93。电动汽车电池充电控制设备93例如包括电动势测量单元61、充电电流测量单元62、充电参数调整单元63和充电控制单元64，充电控制单元64包括电流调节器641、电压调节器642和切换开关643。充电参数调整单元63通过切换开关643控制电流调节器641和电压调节器642，从而控制充电电源92对蓄电池91的充电。电动汽车电池充电控制设备93也可以包括其它实施例中的单元或者模块。

对于某种电动汽车的电池组，假定其理想充电电流曲线可表示为：

I＝I₀e^-αt    (4)

其中，I₀为初始最大充电电流，α为最大接受力比，t为充电时间。

电动汽车电池充电控制设备93依照上式控制充电电流，就可以既提高充电效率，同时又不会导致过充电。

在实际应用中，可以通过分阶段调整的恒压和恒流充电来模拟理想充电电流曲线。例如，具体的调整阶段如下表1所示：

表1

t1时段，以较大的电池I1恒流充电，直至电池组电动势E逐渐增大至U1时，进入t2时段；t2时段，以U1进行恒压充电，直至充电电流I逐渐变小至I2时，进入t3时段；t3时段，以I2恒流充电，直至电池组电动势E逐渐增大至U2时，进入t4时段；t4时段，以U2进行恒压充电，直至电池充满为止。图10和图11分别示出充电过程中电动势E和电流I的变化曲线。

只要设定好I1、U1、I2以及U2的值，通过采集电池组电动势E以及电流I，即可确定相对应的t1、t2、t3、t4各时段值，在控制上也比较容易实现。

本实用新型的实施例，在充电过程中动态的跟踪电池的电动势、充电电流，充电设备根据电池的当前状态自动确定充电参数，从而使充电电流始终保持在电池可接受的充电电流曲线附近。避免电池出现过充电，以确保充电过程的节能性。通过在充电过程中对电池的温度进行跟踪，用充电电压进行温度补偿，使电池组在充电时温度不至于过高，确 保充电过程的安全性，并使得电池组的性能和寿命得到最大程度的保证。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，包括：

用于测量电池当前的电动势的电动势测量单元；

用于测量所述电池当前的充电电流的充电电流测量单元；

根据所述电池当前电动势和充电电流、所述电池的理想充电电流确定当前充电参数的充电参数调整单元；

用于根据所述当前充电参数控制所述电池的充电的充电控制单元。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，所述充电控制单元从配网自动化***获取充换电站的可用充电容量信息，在所述充换电站的可用充电容量的限制下，根据所述电池的充电参数、充电紧急程度调节所述电池的输出功率。

3.根据权利要求1所述的电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，还包括：

用于根据所述电池的温度调整所述电池的充电电压的温度补偿单元。

4.根据权利要求3所述的电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，所述温度补偿单元包括：

用于测量所述电池的温度的温度测量装置；

用于判断所述电池的温度是否超过预定值、当所述电池的温度超过所述预定值时调整所述电池的充电电压的电压调整装置。

5.根据权利要求3所述的电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，所述温度补偿单元对所述充电电压的调整满足：

Vc＝V_25℃-(T_a-25)×0.0055。

6.根据权利要求1所述的电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，所述充电参数调整单元结合分阶段调整的恒压和恒流充电根据电池当前的电动势和充电电流确定充电参数。

7.根据权利要求1所述的电动汽车电池充电控制设备，其特征在于，所述电动势测量单元通过电压计测量所述电池当前的电动势；所述充电电流测量单元通过电流传感器测量所述电池当前的充电电流。

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