一種電動汽車電池充電控制方法及其設備的製作方法
2023-05-16 05:44:16 3
專利名稱：一種電動汽車電池充電控制方法及其設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動汽車電池充電技術，尤其涉及一種電動汽車電池充電控制方法及 其設備。
背景技術：
目前，電動汽車常用的充電方法包括恆壓充電和恆流充電。恆壓充電的初期，電池 組電動勢比較低，充電電流很大，隨著充電過程的進行，電池組電動勢逐漸上升，充電電流 自動減小。恆流充電充電電流可調整，可以對處於各種不同狀態的電池組充電，特別適用於 小電流長時間充電，有利於容量恢復較慢的電池的維護性充電和新電池的初充電等。恆壓 充電的方式在初始充電電流大，易造成放電深度較大的電池組過流和損壞充電設備；充電 末期，由於電動勢增大使得充電電流很小，充滿電需要很長時間。恆流充電不適宜大電流長 時間充電。此外，電池充電過程中，容易出現過充電，電池電壓在達到最高點後又開始下降， 電池溫度和內部壓力迅速上升，縮短電池使用壽命，甚至導致電池損壞。
發明內容
本發明要解決的一個技術問題是提供一種電動汽車電池充電控制方法，可以提高 充電過程中的安全性和節能性。本發明提供一種電動汽車電池充電控制方法，包括測量電池當前的電動勢和充電電流；根據電池當前電動勢和充電電流、電池的理想充電電流確定當前充電參數；根據當前充電參數控制電池的充電。根據本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例，根據當前充電參數控制 電池的充電包括從配網自動化系統獲取充電站的可用充電容量信息，在充電站可用充電 容量的限制下，根據電池的當前充電參數、充電緊急程度調節電池的輸出功率。根據本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例，該方法還包括根據電 池的溫度調整電池的充電電壓。根據本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例，根據電池的溫度調整電 池的充電電壓的步驟包括測量電池的溫度；判斷電池的溫度是否超過預定值；當電池的溫度超過預定值時，調整電池的充電電壓。根據本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例，根據電池的溫度調整電 池的充電電壓採用如下公式Vc = V25. c- (Ta-25) X0. 0055。根據本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例，根據電池當前電動勢和充電電流、電池的理想充電電流確定當前充電參數包括結合分階段調整的恆壓和恆流充 電根據電池當前的電動勢和充電電流確定充電參數。本發明提供的電動汽車電池充電控制方法，實時測量電池的電動勢和充電電流， 結合電池的理想充電電流曲線根據電池當前的電動勢和充電電流調整充電參數，既保證電 池充足電，又避免電池出現過充電，從而確保充電過程的安全性、節能性。本發明要解決的另一個技術問題是提供一種電動汽車電池充電控制設備，可以提 高充電過程中的安全性和節能性。本發明提供一種電動汽車電池充電控制設備，包括電動勢測量單元，用於測量電池當前的電動勢；充電電流測量單元，用於測量電池當前的充電電流；充電參數調整單元，根據電池當前電動勢和充電電流、電池的理想充電電流確定 當前充電參數；充電控制單元，用於根據當前充電參數控制電池的充電。根據本發明的電動汽車電池充電控制設備的一個實施例，充電控制單元從配網自 動化系統獲取充電站的可用充電容量信息，在充電站的可用充電容量的限制下，根據電池 的充電參數、充電緊急程度調節電池的輸出功率。根據本發明的電動汽車電池充電控制設備的一個實施例，該電動汽車電池充電控 制設備還包括溫度補償單元，用於根據電池的溫度調整電池的充電電壓。根據本發明的電動汽車電池充電控制設備的一個實施例，溫度補償單元包括溫度測量裝置，用於測量電池的溫度；電壓調整裝置，用於判斷電池的溫度是否超過預定值；當電池的溫度超過預定值 時，調整電池的充電電壓。根據本發明的電動汽車電池充電控制設備的一個實施例，溫度補償單元對充電電 壓的調整滿足Vc = V25. c_(Ta_25) X0. 0055。本發明提供的電動汽車電池充電控制設備，電動勢測量單元和充電電流測量單元 實時測量電池的電動勢和充電電流，充電參數調整單元結合電池的理想充電電流曲線根據 電池當前的電動勢和充電電流調整充電參數，既保證電池充足電，又避免電池出現過充電， 從而確保充電過程的安全性、節能性。
圖1示出充電電流、充電電壓及電池組電動勢的曲線關係；圖2示出智能充電控制策略下的充電電流和電池理想的充電電流曲線；圖3示出本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例的流程圖；圖4示出本發明的電動汽車電池充電控制方法的另一個實施例的流程圖；圖5示出本發明的電動汽車電池充電控制方法中用充電電壓進行溫度補償的一 個例子的流程圖；圖6示出本發明的電動汽車電池充電控制設備的一個實施例的框圖7示出本發明的電動汽車電池充電控制設備的另一個實施例的框圖；圖8示出本發明的電動汽車電池充電控制設備的又一個實施例的框圖；圖9示出本發明技術方案一個應用例的系統示意圖；圖10示出充電過程中電動勢E的變化曲線；以及圖11示出充電過程中電動勢E的變化曲線。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。在 附圖中，相同的標號表示相同或者相似的組件或者元素。電池組在充電過程中，其充電電流可以簡化為以下公式I = (U-E) /r (1)公式(1)中，I為充電電流，U為充電電壓，E電池組電動勢，r為電池組內阻。從公式(1)可以看出，隨著充電過程的進行，電池組電動勢E逐漸上升，最終接近 額定電壓，而充電電流呈現前高后低的趨勢，圖1示出充電電流、充電電壓及電池組電動勢 的曲線關係。根據電動汽車電池充電特性要求，可以採用實時調整的恆壓和恆流進行充電。圖2 示出智能充電控制策略下的充電電流和電池可接受的理想充電電流曲線。如圖2所示，實 線表示電池可接受的理想充電電流曲線；虛線表示智能充電控制策略下的充電電流曲線。 通過對充電進行控制，使得充電電流曲線趨向於理想充電電流曲線。圖3示出本發明的電動汽車電池充電控制方法的一個實施例的流程圖。如圖3所示，在步驟302，測量電池當前的電動勢和充電電流。例如，可以通過與電 池並聯的電壓計測量電池當前的電動勢，通過串聯的電流傳感器進行採樣獲得當前充電電 流。在步驟304，根據電池當前電動勢和充電電流、電池的理想充電電流確定當前充電 參數。例如，根據理想充電電流曲線獲得當前理想充電電流，結合測量的電池當前的電動勢 根據公式(1)，計算出當前充電電壓。在步驟306，根據當前充電參數控制電池的充電。在本發明的一個實施例中，充電站運行監控系統從配網自動化系統獲取充電站的 可用充電容量信息，充電站運行監控系統在充電站的可用充電容量的限制下，根據電動汽 車動力電池的充電參數、充電緊急程度調節充電站電池的輸出功率。不同的電池可能具有不同的理想充電電流曲線，理想充電電流曲線例如可以由電 池生產廠家根據電池的特性可提供。在一個實施例中，充電站監控系統根據電池的型號信 息從配網自動化系統獲得該電池的理想充電電流信息。在上述實施例中，實時測量電池的電動勢和充電電流，結合電池的理想充電電流 曲線根據電池當前的電動勢和充電電流調整充電參數，既保證電池充足電，又避免電池出 現過充電，從而確保充電過程的安全性、節能性。在本發明的一個實施例中，通過分階段調整的恆壓和恆流充電來模擬理想充電電 流曲線，結合分階段調整的恆壓和恆流充電根據電池當前的電動勢和充電電流確定充電參 數。通過這樣的方式，可以降低充電控制的難度和複雜度，更容易對充電進行控制。
在一個實施例中，通過單片機的電壓測量模塊測量單節電池的電壓值，採用「篩值 平均」的濾波方法測量電池組的電壓，從而提高測量的精度。在對每節電池的電壓模擬量 進行測量時，連續測量多次，然後篩去電壓值的最高值和最低值，再對剩餘的測量值取平均 值，以獲得最佳的測量結果；然後根據電壓的計算方式，獲得電池的電壓。這樣獲得的電池 電動勢的準確度更高。圖4示出本發明的電動汽車電池充電控制方法的另一個實施例的流程圖。
如圖4所示，在步驟402，測量電池當前的電動勢和充電電流；在步驟404，結合電池的理想充電電流曲線根據電池當前的電動勢和充電電流調 整充電參數。對電池當前的電動勢和充電電流與電池的標稱額定電壓和電流進行計算，確 定充電電壓和電流的大小；通過電壓、電流調節器和切換開關實現充電電壓和充電電流的 調整。例如，通過對採集過來的電池組電壓和電流與電池組的標稱額定電壓和電流進行計 算，決定充電電壓和電流的大小。通過配置相應的電壓、電流調節器和切換開關可實現充電 參數的調整。在步驟406，根據電池的溫度調整電池的充電電壓。在上述實施例中，在充電過程中根據電池的溫度調整電池的充電電壓，既保證電 池充足電，又保證電池充電過程中不過熱，確保充電過程的安全性、節能性。圖5示出本發明的電動汽車電池充電控制方法中用充電電壓進行溫度補償的一 個例子的流程圖。如圖5所示，在步驟502，測量每個電池單體溫度Ti。在步驟504，計算電池組溫度平均值TaNTa =YjT1ZN1 (2)在步驟506，例如通過判斷電池組溫度是否大於預定值來判斷電池組溫度是否出 現異常？如果是，則繼續步驟508，否則，繼續步驟502。其中，該預定值可以根據電池種類 加以確定。在步驟508，減小充電電壓，溫度補償計算TaVc = V25. c- (Ta-25) X0. 0055 (3)其中，VC為充電電壓，V25oC為25oC時的充電電壓。在上述實施例中，通過測量電池單體溫度獲得電池組的溫度平均值，通過判斷電 池溫度是否出現異常來調整充電電壓，保證了電壓調整的準確性。圖6示出本發明的電動汽車電池充電控制設備的一個實施例的框圖。如圖6所示， 該實施例的電動汽車電池充電控制設備包括電動勢測量單元61、充電電流測量單元62、充 電參數調整單元63和充電控制單元64。電動勢測量單元61測量電池當前的電動勢。電動 勢測量單元61例如包括與電池並聯的電壓計以測量電池的電動勢。充電電流測量單元62 測量電池當前的充電電流。充電電流測量單元62例如包括與電池串聯的電流傳感器，對電 流進行採樣以測量電池當前的充電電流。充電參數調整單元63根據電池當前電動勢和充 電電流、電池的理想充電電流確定當前充電參數。充電參數調整單元63例如通過單片機或 者DSP邏輯電路實現。充電控制單元64根據當前充電參數控制電池的充電。充電控制單元64例如通過配置相應的電壓、電流調節器和切換開關實現。理想充電電流曲線例如根據 電池的特性提供。通過對採集過來的電池組電壓和電流與電池組的標稱額定電壓和電流進 行計算，決定充電電壓和電流的大小。通過配置相應的電壓、電流調節器和切換開關可實現 充電參數的調整。在本發明的一個實施例中，充電控制單元64從配網自動化系統獲取充電 站的可用充電容量信息，在充電站的可用充電容量的限制下，根據電池的充電參數、充電緊 急程度調節所述電池的輸出功率。在上述實施例中，電動勢測量單元和充電電流測量單元實時測量電池的電動勢和 充電電流，充電參數調整單元結合電池的理想充電電流曲線根據電池當前的電動勢和充電 電流確定充電參數，由充電控制單元根據充電參數對充電進行控制，既保證電池充足電，又 避免電池出現過充電，從而確保充電過程的安全性、節能性。圖7示出本發明的電動汽車電池充電控制設備的另一個實施例的框圖。該實施例 的電動汽車電池充電控制設備包括電動勢測量單元61、充電電流測量單元62、充電參數調 整單元63和充電控制單元64。和圖6相比，該實施例的電動汽車電池充電控制設備還包括 溫度補償單元75，用於根據電池的溫度調整電池的充電電壓。在一個實施例中，溫度補償單 元74對充電電壓的調整滿足公式(3)的條件。在上述實施例中，溫度補償單元在充電過程中根據電池的溫度調整電池的充電電 壓，既保證電池充足電，又保證電池充電過程中不過熱，確保充電過程的安全性、節能性。圖8示出本發明的電動汽車電池充電控制設備的又一個實施例的框圖。和圖7相 比，該實施例的電動汽車電池充電控制設備中溫度補償單元85包括溫度測量裝置851和電 壓調整裝置852。其中，溫度測量裝置851測量電池的溫度，將測量的電池的溫度發送給電 壓調整裝置852 ；電壓調整裝置852判斷電池的溫度是否超過預定值；當電池的溫度超過預 定值時，調整電池的充電電壓。該預定值可以根據電池種類加以確定。在電動汽車充換電站對電池組進行充電控制時，結合電池組可接受的理想充電電 流曲線以及實時跟蹤電池組的溫度並相應採取電壓反饋補償，根據其當前狀態自動調整充 電參數，從而使電池組的性能和壽命得到最大限度的發揮。需要指出，對於圖6至圖7示出的電動汽車電池充電控制設備的實施例的框圖中 的各個單元模塊或者裝置，可以分別作為獨立的設備實現，也可以幾個或者全部作為完整 的設備實現。下面結合圖9-12具體說明本發明技術方案的一個應用例。圖9示出該應用例的系統示意圖。在該應用例中，包括充電電源91、電動汽車蓄 電池92以及電動汽車電池充電控制設備93。電動汽車電池充電控制設備93例如包括電 動勢測量單元61、充電電流測量單元62、充電參數調整單元63和充電控制單元64，充電控 制單元64包括電流調節器641、電壓調節器642和切換開關643。充電參數調整單元63通 過切換開關643控制電流調節器641和電壓調節器642，從而控制充電電源92對蓄電池91 的充電。電動汽車電池充電控制設備93也可以包括其它實施例中的單元或者模塊。對於某種電動汽車的電池組，假定其理想充電電流曲線可表示為I = I。e_at (4)其中，Itl為初始最大充電電流，α為最大接受力比，t為充電時間。電動汽車電池充電控制設備93依照上式控制充電電流，就可以既提高充電效率，同時又不會導致過充電。 在實際應用中，可以通過分階段調整的恆壓和恆流充電來模擬理想充電電流曲 線。例如，具體的調整階段如下表1所示
權利要求
1.一種電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，包括 測量所述電池當前的電動勢和充電電流；根據所述電池當前電動勢和充電電流、所述電池的理想充電電流確定當前充電參數； 根據所述當前充電參數控制所述電池的充電。
2.根據權利要求1所述的電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，所述根據所述當 前充電參數控制所述電池的充電包括從配網自動化系統獲取充電站的可用充電容量信息，在所述充電站可用充電容量的限 制下，根據所述電池的當前充電參數、充電緊急程度調節所述電池的輸出功率。
3.根據權利要求1所述的電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，還包括 根據所述電池的溫度調整所述電池的充電電壓。
4.根據權利要求3所述的電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，所述根據所述電 池的溫度調整所述電池的充電電壓的步驟包括測量所述電池的溫度； 判斷所述電池的溫度是否超過預定值；當所述電池的溫度超過所述預定值時，調整所述電池的充電電壓。
5.根據權利要求3所述的電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，根據所述電池的 溫度調整所述電池的充電電壓採用如下公式Vc = V25. c- (Ta-25) X0. 0055。
6.根據權利要求1所述的電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，根據電池當前電 動勢和充電電流、電池的理想充電電流確定當前充電參數包括結合分階段調整的恆壓和恆流充電根據電池當前的電動勢和充電電流確定充電參數。
7.根據權利要求1所述的電動汽車電池充電控制方法，其特徵在於，所述測量電池當 前的電動勢和充電電流包括通過電流傳感器採樣測量所述電池的充電電流； 通過單片機的電壓模塊測量所述電池的電動勢。
8.一種電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，包括 電動勢測量單元，用於測量電池當前的電動勢； 充電電流測量單元，用於測量所述電池當前的充電電流；充電參數調整單元，根據所述電池當前電動勢和充電電流、所述電池的理想充電電流 確定當前充電參數；充電控制單元，用於根據所述當前充電參數控制所述電池的充電。
9.根據權利要求8所述的電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，所述充電控制單 元從配網自動化系統獲取充電站的可用充電容量信息，在所述充電站的可用充電容量的限 制下，根據所述電池的充電參數、充電緊急程度調節所述電池的輸出功率。
10.根據權利要求8所述的電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，還包括 溫度補償單元，用於根據所述電池的溫度調整所述電池的充電電壓。
11.根據權利要求10所述的電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，所述溫度補償 單元包括溫度測量裝置，用於測量所述電池的溫度；電壓調整裝置，用於判斷所述電池的溫度是否超過預定值；當所述電池的溫度超過所 述預定值時，調整所述電池的充電電壓。
12.根據權利要求10所述的電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，所述溫度補償 單元對所述充電電壓的調整滿足Vc = V25. c- (Ta-25) X0. 0055。
13.根據權利要求8所述的電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，所述充電參數調 整單元結合分階段調整的恆壓和恆流充電根據電池當前的電動勢和充電電流確定充電參數。
14.根據權利要求8所述的電動汽車電池充電控制設備，其特徵在於，所述電動勢測量 單元通過電壓計測量所述電池當前的電動勢；所述充電電流測量單元通過電流傳感器測量 所述電池當前的充電電流。
全文摘要
本發明公開一種電動汽車電池充電控制方法及其設備。該方法包括測量電池當前的電動勢和充電電流；根據電池當前電動勢和充電電流、電池的理想充電電流確定當前充電參數；根據當前充電參數控制電池的充電。充電站運行監控系統可以從配網自動化系統獲取充電站的可用充電容量信息，在充電站的可用充電容量的限制下，根據電池的充電參數、充電緊急程度調節電池的輸出功率。電動汽車充電站對電池組進行充電控制時，結合電池組可接受的理想充電電流曲線以及實時跟蹤電池組的溫度並相應採取電壓反饋補償，根據其當前狀態自動調整充電參數，從而使電池組的性能和壽命得到最大限度的發揮。
文檔編號H02J7/00GK102055216SQ20101050835
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者丁孝華, 倪峰, 儲毅, 孫廣明, 張 浩, 汪映輝, 王相勤, 胡江溢, 賈俊國, 趙明宇, 路致遠, 高春雷 申請人:國家電網公司, 國網電力科學研究院