[发明专利]电动汽车蓄电池智能充电及电池管理装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字充电技术，尤其涉及由蓄电池提供能源的纯电动汽车（PEV）和插电式混合动力汽车（PHEV）所使用的给蓄电池组充电的充电器。

背景技术

由于中国能源结构、节能减排和工业转型等因素的压力，中国政府决定大力发展电动汽车产业，即将发布的《节能与新能源汽车产业发展规化》要求在2020年新能源汽车保有量达到500万辆。《规划》是我国未来10年新能源汽车产业发展的纲领性文件。热衷于争夺新能源汽车项目的国家投资和地方投资，成为大家关注的焦点，中央财政规划安排1000亿元用于支持新能源产业、央企联盟亦筹资1000亿元用于发展新能源产业。电动汽车产业将成为未来最为惹眼新兴产业。电动汽车充电机作为电动汽车的必备配套设施，也顺势成为前途广大的新型产业。

电动汽车充电机是对电池充电时用到的有特定功能的电力转换装置，是一种专为电动汽车的车用电池充电的设备。电动汽车充电机可以分为直流充电机和交流充电机。电动汽车充电机至少能为以下三种类型动力蓄电池中的一种充电：锂离子蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池。

市场研究表明电动汽车充电机的充电效率和功率因数：交流输入隔离型AC-DC充电机的输出电压为额定电压的50%～100%，并且输出电流为额定电流时，功率因数应大于0.85，效率应大于等于90%。目前,基于蓄电池组端电压的充电方式是动力电池充电器的常用方法,它的优点是控制简单、易于实现,但这种充电方法跟随电池特性曲线的性能不理想,并且会导致电池组中部分单体电池严重过充,从而降低了电池的使用寿命。针对以上问题, ,本发明提出依据电池SOC(State Of Charge,电池荷电状态)估计值进行多段式充电的充电策略,改善充电器跟随电池特性曲线的性能,同时采用电能回馈式均衡方法实现各单体电池间的均衡充电,避免了单体电池过充现象,在确保电池充电寿命的前提下, 控制充电器依据电池特性曲线对电池进行充电,实现对动力电池的快速与均衡充电，这是实现动力电池快速充电的理想途径。

同时本发明采用恒压恒流充电模式，自动完成整个充电过程。使整个充电过程更贴近电池原有特性，避免采用汽车原充电方式所造成的蓄电池欠充、过充等问题，有效延长蓄电池使用寿命。本发明充电机工作时无需人工值守，超长时间充电，无过充危险。

发明内容

本发明利用移相全桥ZVS(零电压开关)变换器电路设计出充电器的主电路,采用了移相PWM控制模式,以DSP数字处理器TMS320F2812芯片为核心设计出整个系统的控制电路。通过分析SOC的非线性特点和影响电池SOC的相关因素,从估算的实时性与精度等角度,对现有SOC估算方法进行比较,采用安时计量法结合卡尔曼滤波法实现SOC估算,并进行了SOC估计算法的设计。在此基础上,对依据SOC估计值实现多段式充电曲线和均衡充电的控制采用PID算法对充电器输出电流和输出电压进行调节。电池的荷电状态SOC被用来反映电池的剩余容量状况，这是目前国内外比较统一的认识，其数值定义为电池剩余容量占电池总容量的比值，即SOC=Q_C/C_I。

充电器的对象是蓄电池组，蓄电池组是由多节单体电池串并联而组成。这些电池的老化速度不一，来自多个批次，而且温度不同，蓄电池的单体之间存在一定的离散型。这些因素意味着它们具有不同的容量，而电荷量相同的电池有可能具有不同的电荷水平。为此，充电器的电池监视系统重点关注电池电压。必须准确地测量每节电池的电压，然后采用电流和温度测量来调整读数(针对ESR和容量变化)。为防止充放电过程中由于个体差异引起的电池端电压的影响，就需要适时检测各单体电池的端电压参数。

在电池管理监控方面我们选用了凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation)的LTC6802芯片，它是一款完整的、高度集成的多节电池监视 IC LTC6802，能测量多达 12 个单独的电池。该器件的专有设计使得能够把多个 LTC6802 串联起来 (无需使用光耦合器或光隔离器)，以实现长串串接电池中每节电池的精准电压监视。长电池串能够实现高功率和可再充电应用，例如：电动汽车、混合动力汽车、单脚滑行车、摩托车、高尔夫球车、轮椅、小船、叉式升降机、机器人、便携式医疗设备和不间断电源 (UPS) 系统。

附图说明

图1蓄电池智能充电数字充电器框图。

图2充电器电源主电路。

图3主功率电路。

图4半桥驱动电路。

图5 LTC6802芯片框图。