一種應用于動力電池的智能充電系統與充電方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及電動汽車的充電技術領域，具體涉及一種應用于動力電池的智能充電 系統與充電方法。
【背景技術】
[0002] 當前，隨著工業發展和社會需求的增加，汽車在社會生活中扮演著越來越重要的 角色。伴隨著能源緊缺、工業污染、汽車尾氣等嚴重問題的出現，迫切需要尋找新的途徑來 發展汽車工業，電動汽車的出現正順應了這種需求。電池是電動汽車的動力來源，其性能確 定了電動汽車的行駛里程。而限于短期內難以突破電池儲存電量少、充電次數有限、充電時 間長、價格高、續航里程短、能量密度低等技術瓶頸，因此當前電動汽車設計的關鍵點是如 何最優化利用電池，包括控制合理的充放電狀態等。
[0003] 針對控制合理的充電狀態，目前已出現的充電方法，如公告號為CN 103390770A， 名稱為"一種鋰離子電池化成分段充電方法"的發明專利，公開的四階段充電方法，分別是： 一到三階段是恒流充電階段、四階段是恒壓充電階段。這種方法能夠保證鋰離子電池良好 性能不變的前提下有效減少充電時間。但是該方法沒有考慮與BMS(電池管理系統）之間 通訊，因此該方法的四階段充電過程完全由充電器獨立控制，不具有反饋機制，因此各階段 的控制精度不高。
[0004] 再如，公告號為CN 101969218A，公開的名稱為"一種純電動汽車用充電方法"的發 明專利，采取多段恒流、快速脈沖、恒壓充電相結合的充電控制策略，并且與BMS之間進行 通訊，采集反饋電池狀態信息，有效地增加了分段控制的精度、縮短了充電時間。但是該控 制策略考慮的電池狀態信息較少，比如關系到安全充電的絕緣電阻，關系到電池老化程度 的內阻等。該充電系統有待完善。
[0005] 目前電動汽車的電池在使用過程中，存在的問題如下：電動汽車所采用的動力鋰 電池電壓電流沒有具體的統一標準；汽車廠商所采用的鋰電池規格也不盡統一；現有的大 部分充電設備與BMS之間不具備通訊功能；少量帶通訊功能的充電器，傳遞的電池狀態信 息較少，不能滿足當前要求電池性能良好的前提下快速、安全充電。當前的智能充電系統雖 然能夠滿足大部分電動車充電，但是充電過程中分段充電控制不夠精細化；充電終止電壓 電流條件范圍較寬，不能針對任意規格電池精確確定充電終止條件。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題是現有充電過程中各充電階段控制不夠精確的缺陷， 提供一種應用于動力電池的智能充電系統與充電方法。
[0007] 為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：
[0008] -種應用于動力電池的智能充電系統，由交流變換模塊、整流濾波模塊、穩壓模 塊、DC-DC模塊、電壓檢測模塊、電壓A/D轉換模塊、可控電流輸出模塊、電流檢測模塊、電流 A/D轉換模塊、主控制器模塊、繼電器控制模塊、繼電器、電池管理系統和通訊模塊組成；
[0009] 交流變換模塊、整流濾波模塊、DC-DC模塊、可控電流輸出模塊和繼電器依次連接， 其中交流變換模塊的輸入端與市電相連，繼電器的輸出端與電池連接；
[0010] 電壓檢測模塊的輸入端連接DC-DC模塊的輸出端，電壓檢測模塊的輸出端經電壓 A/D轉換模塊連接主控制器模塊的輸入端；主控制器模塊通過PffM波控制DC-DC模塊的輸 出；
[0011] 電流檢測模塊的輸入端連接可控電流輸出模塊的輸出端，可控電流輸出模塊的輸 出端經電流A/D轉換模塊連接主控制器模塊的輸入端；主控制器模塊通過PffM波控制可控 電流輸出模塊的輸出；
[0012] 繼電器控制模塊的輸入端連接主控制器模塊的輸出端，繼電器控制模塊的輸出端 連接繼電器的控制端；穩壓模塊的輸入端連接整流濾波模塊的輸出端，穩壓模塊的輸出端 連接主控制器模塊；
[0013] 電池管理系統的采集端連接電池，電池管理系統的通訊端經通訊模塊連接主控制 器模塊。
[0014] 上述應用于動力電池的智能充電系統還進一步包括一直流濾波模塊，該直流濾波 模塊的輸入端與可控電流輸出模塊的輸出端相連，可控電流輸出模塊的輸出端與繼電器的 輸入端相連。
[0015] 上述應用于動力電池的智能充電系統還進一步包括一數據存儲模塊，該數據存儲 模塊與接主控制器模塊相連。
[0016] -種應用于動力電池的智能充電方法，包括如下步驟：
[0017] 步驟1、將交流變換模塊的輸入端與市電相連，繼電器的輸出端與電池連接，主控 制器模塊與電池管理系統連接；
[0018] 步驟2、主控制器讀取電池管理系統發送的初始化閾值數據，并將初始化閾值數據 存儲在主控制器模塊中；其中初始化閾值數據包括電池最佳充電溫度T P，充電環境溫度閾 值Τ。、最大充電環境溫度閾值Tniax、且I^Tniax，電壓均衡閾值V a，最大充電電壓Uniax，最小充電 電壓U_，電壓接近閾值ε，電池允許最大充電電流I niax，恒壓充電階段充電結束電流閾值 Ia，涓流充電階段充電結束電壓閾值Ua、且U_〈Ua〈U_;
[0019] 步驟3、主控制器模塊經繼電器控制模塊控制繼電器開啟，充電開始，主控制器讀 取電池管理系統發送的電池狀態數據，包括電池組溫度τ、電池單體最高電Sv niax、電池單體 最低電壓v_，電池組電壓U、電池組充電電流I、荷電狀態S0C、電池組內阻R。、絕緣電阻R ;
[0020] 步驟4、進行充電階段的判斷；
[0021] 步驟4-1、溫度判斷；主控制器模塊根據電池管理系統送來的電池組溫度T，判斷 是否適合充電；若Τ〈τ。，則電池組溫度適合充電，并轉入步驟4-2 ;若T。彡T彡Tniax同時成 立，則電池組溫度偏高，通過啟動電池自帶的降溫風扇后，繼續充電，轉入步驟3 ;若Τ>Τ_， 則電池組溫度不適合充電，轉入步驟5,充電結束；
[0022] 步驟4-2、均衡判斷；主控制器模塊根據電池管理系統送來的電池單體最高電壓 Vniax和電池單體最低電壓v_，判斷是否需要均衡；若v_-v_》va，則斷開繼電器暫停充電， 進入均衡充電狀態，返回步驟4-2,循環判斷；若V_-V_〈V a，轉入步驟4-3 ;
[0023] 步驟4-3、最大充電電壓判斷；主控制器模塊根據電池管理系統送來的電池組電 壓U，判斷是否已接近最大充電電壓1]_;若|υ_-υ|〈ε，主控制器模塊需要根據電池管理 系統送來的電池充電電流I，判斷此刻的充電電流1>13是否成立，若成立，則轉入步驟4-6， 進入恒壓充電階段，若不成立，轉入步驟4-7;如果|υ_-υ|〈ε不成立，則需要判斷1]>比是 否成立，若不成立，轉入步驟4-4,如果成立，轉入步驟4-5,進入多段恒壓恒流交替充電階 段；
[0024] 步驟4-4、涓流充電階段判斷；主控制器模塊根據電池管理系統送來的電池充電 電壓U，判斷是否繼續進入涓流充電：若U_彡U〈U a，轉入步驟3 ;如果U>Ua，轉入步驟4-5 ;
[0025] 步驟4-5、多段恒壓恒流交替充電階段判斷；主控制器模塊根據電池管理系統送 來的電池充電電壓U，判斷是否繼續進入多段恒壓恒流交替充電；若U aS U < Uniax，轉入步驟 3 ;如果|U_-U|〈 ε成立，再判斷此刻1>13是否成立，若成立轉入步驟4-6,進入恒壓充電階 段；否則，轉入步驟4-7,進入浮充電階段；
[0026] 步驟4-6、恒壓充電階段判斷；若|υ_-υ|〈ε成立，同時I>Ia成立，轉入步驟3;若 Uniax-U I〈 ε成立，1>13不成立時，轉入步驟4-7,進入浮充電階段；
[0027] 步驟4-7、浮充電階段判斷；若|U_-U|〈 ε成立，同時KIa成立，轉入步驟3,否則， 轉入步驟4-8 ;
[0028] 步驟4-8、充電終止判斷；若通訊異常、T>T_、1〈1_、U>U_、絕緣電阻小于安全值 滿足之一，判斷為充電結束，轉到步驟5 ;
[0029] 步驟5、主控制器模塊經繼電器控制模塊控制繼電器關閉，充電結束。
[0030] 所述步驟4-5中，多段恒壓恒流交替充電階段采用模糊控制規則來完成，其具體 過程是：
[0031 ] 依據模糊規則庫，根據溫度變化量Δ T = T-Tp和溫度變化率Δ? = ?/ΔΓ/冶確定第 一段電流交替過渡值I1，且K I _，其中1_為電池的最高充電電流，其具體數據來自于 電池規格參數，主控制器模塊控制可控電流輸出模塊的輸出端電流切換到I1，并進入到以 I1作為恒定電流的第一段恒流充電；
[0032] 隨著第一段恒流充電的進行，電池充電電壓U逐步升高，當U升高到U1= λ U。（ λ 取1. 05~1. 15, U。為第一段恒流充電開始時的電池組電壓）時，主控制器模塊控制DC-DC 模塊的輸出端電壓切換到U1，并進入到以U1作為恒定電壓的第一段恒壓充電；
[0033] 依據模糊規則庫，根據溫度變化量Δ T和溫度變化率λ f = ?/Δ77汾確定第二段電 流交替過渡值