專利名稱：基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種電動汽車充電機的自適應(yīng)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
電動汽車事業(yè)取得了長足的進(jìn)步，但是電池系統(tǒng)的相對脆弱是電動車發(fā)展的瓶頸。鋰電池具有能量密度和體積密度高、工作電壓高、無記憶效應(yīng)、自放電低又無環(huán)境污染問題的優(yōu)點，是電動汽車的理想動力源。但鋰電池的抗過充電能力較鉛酸電池差。傳統(tǒng)基于電池組端電壓的充電方法使得電池組中部分電池在充電過程中存在嚴(yán)重的過充電現(xiàn)象， 使得電池的容量下降迅速，電池的壽命嚴(yán)重縮短，車輛的運行成本增加，阻礙了電動汽車的發(fā)展。電動汽車對電池的要求更高，原因是(1)容量大；(2)大量串并聯(lián)；(3)工作電流大且變化迅速；(4)工作環(huán)境惡劣等。由于在生產(chǎn)和使用電池過程中，單體電池之間會因為初始容量、發(fā)熱以及自放電等不完全相同而導(dǎo)致實際容量的差異，且容量越低的電池在使用過程中越容易出現(xiàn)過充電和過放電，容量衰減越嚴(yán)重，表現(xiàn)出正反饋，使得電池的一致性越來越差；為了達(dá)到均衡的效果，均衡器的容量、體積和質(zhì)量都大，這與車輛空間以及高的運行效率之間形成矛盾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種借助電池管理系統(tǒng)和充電機的實時通信，從而實現(xiàn)電動汽車自適應(yīng)充電的智能充電控制系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，包括充電機以及設(shè)于汽車上的電池組和電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的充電機通過CAN-bus總線電連接到所述的電池管理系統(tǒng)， 該充電機接收所述電池管理系統(tǒng)的指令，并根據(jù)該指令控制對汽車電池組的充電作業(yè)。本技術(shù)方案采用電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合的充電模式能有效地解決電池的過充電問題，提高電池充電的安全性，對于電池循環(huán)次數(shù)的增加有重要的意義。電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機之間建立聯(lián)系，由電池管理系統(tǒng)發(fā)出充電指令，從而有效地解決部分電池的過充電問題。電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為電池管理系統(tǒng)通過對電池的當(dāng)前狀態(tài)(如溫度、單體電池電壓、電池充電電流、一致性以及溫升等)進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的允許充電電流進(jìn)行估算；充電過程中，通過CAN-bus總線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，電池管理系統(tǒng)將充電參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令輸出電流。當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出；這樣就有效地防止了電池過充電，達(dá)到延長電池壽命的目的。充電過程中一旦出現(xiàn)故障，電池管理系統(tǒng)可以將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機停機， 避免發(fā)生事故，保障充電的安全。在該充電模式下，完善了電池管理系統(tǒng)的管理和控制功能，使充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令，實時地改變輸出電流，達(dá)到防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的，同時充電機具有了更好的適應(yīng)性，充電機不需要區(qū)分電池的類型，只需要得到電池管理系統(tǒng)提供的電流指令就能實現(xiàn)快速、安全的充電，提高了充電的安全性和智能化水平，還簡化了充電工作人員設(shè)置充電參數(shù)等繁瑣的工作。同時，電池管理系統(tǒng)軟件易于設(shè)計和升級，數(shù)據(jù)采集和分析更加簡單和直觀。
作為上述技術(shù)方案的改良，本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案如下
進(jìn)一步，上述的充電機包括AC-DC鏈路和MCU控制單元，所述的MCU控制單元控制連接到所述的AC-DC鏈路，該MCU控制單元采集該AC-DC鏈路的工作數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的工作數(shù)據(jù)控制該AC-DC鏈路的工作狀態(tài)。進(jìn)一步，上述的AC-DC鏈路進(jìn)一步包括順序連接的輸出采樣放大電路、PID調(diào)節(jié)電路、PWM控制電路、IGBT驅(qū)動和保護(hù)電路，所述的MCU控制單元具有一輸入端和一輸出端，所述的輸入端電連接到所述的輸出采樣放大電路，所述的輸出端電連接到所述的PID調(diào)節(jié)電路。進(jìn)一步，上述的MCU控制單元具有一 CAN-bus總線接口，所述的電池管理系統(tǒng)通過該CAN-bus總線接口連接到所述的MCU控制單元。進(jìn)一步，上述的所述的MCU控制單元還電連接有一設(shè)置及顯示電路，該設(shè)置及顯示電路與所述的MCU控制單元雙向通信。進(jìn)一步，上述的IGBT驅(qū)動和保護(hù)電路的輸出端還電連接有一保護(hù)電路，該保護(hù)電路和所述的MCU控制單元雙向通信。進(jìn)一步，上述的保護(hù)電路的輸入端連接有一輸入保護(hù)電路。一種基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)的方法，該方法使用了上述所述的任一項基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于該方法包括如下控制過程a、電池管理系統(tǒng)通過對電池的溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的允許充電電流進(jìn)行估算；b、充電過程中，通過CAN-bus總線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，電池管理系統(tǒng)將充電參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令輸出電流；C、當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出；d、充電過程中一旦出現(xiàn)故障時，電池管理系統(tǒng)將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機停機；e、充電過程中一旦出現(xiàn)通訊故障時，充電機自動停機。通過如上方法，在確保安全的前提下，達(dá)到防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的，同時充電機具有了更好的適應(yīng)性，充電機不需要區(qū)分電池的類型，只需要得到電池管理系統(tǒng)提供的電流指令就能實現(xiàn)快速、安全的充電，提高了充電的安全性和智能化水平，還簡化了充電工作人員設(shè)置充電參數(shù)等繁瑣的工作。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明充電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但不作為對本發(fā)明的限定。如圖1所示，本實施例包括充電機以及設(shè)于汽車上的電池組和電池管理系統(tǒng)，充電機通過CAN-bus總線電連接到電池管理系統(tǒng)，該充電機接收所述電池管理系統(tǒng)的指令， 并根據(jù)該指令控制對汽車電池組的充電作業(yè)。采用電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合的充電模式能有效地解決電池的過充電問題，提高電池充電的安全性，對于電池循環(huán)次數(shù)的增加有重要的意義。電池管理系統(tǒng)是對電池的性能和狀態(tài)了解最為全面的設(shè)備，所以將電池管理系統(tǒng)和充電機之間建立聯(lián)系，由電池管理系統(tǒng)發(fā)出充電指令，從而有效地解決部分電池的過充電問題。電池管理系統(tǒng)和充電機協(xié)調(diào)配合充電模式的原理為電池管理系統(tǒng)通過對電池的當(dāng)前狀態(tài)(如溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等)進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的允許充電電流進(jìn)行估算；充電過程中，通過CAN-bus總線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來電池管理系統(tǒng)將充電參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令輸出電流。當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出；這樣就有效地防止了電池過充電，達(dá)到延長電池壽命的目的。充電過程中一旦出現(xiàn)故障，電池管理系統(tǒng)可以將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機停機，避免發(fā)生事故，保障充電的安全。在該充電模式下，完善了電池管理系統(tǒng)的管理和控制功能， 使充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令，實時地改變輸出電流，達(dá)到防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的，同時充電機具有了更好的適應(yīng)性，充電機不需要區(qū)分電池的類型，只需要得到電池管理系統(tǒng)提供的電流指令就能實現(xiàn)快速、安全的充電，提高了充電的安全性和智能化水平，還簡化了充電工作人員設(shè)置充電參數(shù)等繁瑣的工作。同時，電池管理系統(tǒng)軟件易于設(shè)計和升級，數(shù)據(jù)采集和分析更加簡單和直觀。如圖2所示，本實施例的充電機包括AC-DC鏈路和MCU控制單元，所述的MCU控制單元控制連接到所述的AC-DC鏈路，該MCU控制單元采集該AC-DC鏈路的工作數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的工作數(shù)據(jù)控制該AC-DC鏈路的工作狀態(tài)。本實施例的AC-DC鏈路進(jìn)一步包括順序連接的輸出采樣放大電路、PID調(diào)節(jié)電路、 PWM控制電路、IGBT驅(qū)動和保護(hù)電路，所述的MCU控制單元具有一輸入端和一輸出端，所述的輸入端電連接到所述的輸出采樣放大電路，所述的輸出端電連接到所述的PID調(diào)節(jié)電路。本實施例的MCU控制單元具有一 CAN-bus總線接口，所述的電池管理系統(tǒng)通過該 CAN-bus總線接口連接到所述的MCU控制單元。本實施例的MCU控制單元還電連接有一設(shè)置及顯示電路，該設(shè)置及顯示電路與所述的MCU控制單元雙向通信。本實施例的IGBT驅(qū)動和保護(hù)電路的輸出端還電連接有一保護(hù)電路，該保護(hù)電路和所述的MCU控制單元雙向通信。保護(hù)電路的輸入端連接有一輸入保護(hù)電路。一種基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)的方法，該方法使用了如上所述的基于 CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，該方法包括如下控制過程a、電池管理系統(tǒng)通過對電池的溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的允許充電電流進(jìn)行估算；b、充電過程中，通過CAN-bus總線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，電池管理系統(tǒng)將充電參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令輸出電流；C、當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出；d、充電過程中一旦出現(xiàn)故障時，電池管理系統(tǒng)將最大限度允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機停機； e、充電過程中一旦出現(xiàn)通訊故障時，充電機自動停機。通過如上方法，在確保安全的前提下，達(dá)到防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的，同時充電機具有了更好的適應(yīng)性，充電機不需要區(qū)分電池的類型，只需要得到電池管理系統(tǒng)提供的電流指令就能實現(xiàn)快速、安全的充電，提高了充電的安全性和智能化水平，還簡化了充電工作人員設(shè)置充電參數(shù)等繁瑣的工作。需要特別說明的是如上所述是結(jié)合具體內(nèi)容提供的一種實施方式，并不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。凡與本發(fā)明結(jié)構(gòu)、裝置等近似、雷同，或是對于本發(fā)明構(gòu)思前提下做出若干技術(shù)推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，包括充電機以及安裝于汽車上的電池組和電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述的充電機通過CAN-bus總線電連接到所述的電池管理系統(tǒng)， 該充電機接收所述電池管理系統(tǒng)的指令，并根據(jù)該指令控制對汽車電池組的充電作業(yè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于所述的充電機包括AC-DC鏈路和MCU控制單元，所述的MCU控制單元控制連接到所述的AC-DC鏈路，該MCU控制單元采集該AC-DC鏈路的工作數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的工作數(shù)據(jù)控制該AC-DC 鏈路的工作狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于所述的 AC-DC鏈路進(jìn)一步包括順序連接的輸出采樣放大電路、PID調(diào)節(jié)電路、PWM控制電路、IGBT驅(qū)動和保護(hù)電路，所述的MCU控制單元具有一輸入端和一輸出端，所述的輸入端電連接到所述的輸出采樣放大電路，所述的輸出端電連接到所述的PID調(diào)節(jié)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于所述的 MCU控制單元具有一 CAN-bus總線接口，所述的電池管理系統(tǒng)通過該CAN-bus總線接口連接到所述的MCU控制單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于 所述的MCU控制單元還電連接有一設(shè)置及顯示電路，該設(shè)置及顯示電路與所述的MCU控制單元雙向通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于所述的 IGBT驅(qū)動和保護(hù)電路的輸出端還電連接有一保護(hù)電路，該保護(hù)電路和所述的MCU控制單元雙向通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于所述的保護(hù)電路的輸入端連接有一輸入保護(hù)電路。
8.一種基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)的方法，該方法使用了根據(jù)權(quán)利要求1-7 任一項所述的基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)，其特征在于該方法包括如下控制過程a、電池管理系統(tǒng)通過對電池的溫度、單體電池電壓、電池工作電流、一致性以及溫升等當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并利用這些參數(shù)對當(dāng)前電池的允許充電電流進(jìn)行估算；b、充電過程中，通過CAN-bus總線將電池管理系統(tǒng)和充電機聯(lián)系起來，電池管理系統(tǒng)將充電參數(shù)實時地傳送到充電機，充電機根據(jù)電池管理系統(tǒng)的指令輸出電流；C、當(dāng)電池的電壓、溫度超限時，電池管理系統(tǒng)能實時檢測到并及時通知充電機改變電流輸出；d、充電過程中一旦出現(xiàn)故障時，電池管理系統(tǒng)將最大允許充電電流設(shè)為0，迫使充電機停機；e、充電過程中一旦出現(xiàn)通訊故障時，充電機自動停機。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于CAN-bus總線的自適應(yīng)充電系統(tǒng)及其充電方法，包括充電機以及設(shè)于汽車上的電池組和電池管理系統(tǒng)，充電機通過CAN-bus總線電連接到所述的電池管理系統(tǒng)，該充電機接收所述電池管理系統(tǒng)的指令，并根據(jù)該指令控制對汽車電池組的充電作業(yè)。本發(fā)明實現(xiàn)了防止電池組中所有電池發(fā)生過充電以及優(yōu)化充電的目的，同時充電機具有了更好的適應(yīng)性。
文檔編號H02J7/00GK102447276SQ20101050654
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月8日
發(fā)明者張福成 申請人:中山市浩成自動化設(shè)備有限公司