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原文传递充电桩控制方法及其控制器

专利名称：	充电桩控制方法及其控制器
摘要：	本发明公开了一种充电桩控制方法及其控制器，要解决的技术问题是在电动汽车充电中发生故障的初期准确检测到故障。本发明包括以下步骤：建立通信连接，设定，采样，计算温度、荷电状态、电压和电流应属区间，判断动力电池是否处于应属区间内。本发明的充电桩控制器，设有通信管理模块、数据存储模块、逻辑控制模块、双重异常保护模块和采样模。本发明与现有技术相比，采用斜率保护，在电动汽车充电过程中发生故障的初期准确的检测故障，将故障信息上报至监控系统和推送至车主的智能手机APP中，为运维人员和车主处理故障争取时间，就可以有效的抑制故障的扩散，降低事故范围，乃至阻止事故的发生。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	长园深瑞继保自动化有限公司
发明人：	徐成斌;肖元;陈锐;朱小帆;丁凯;祖连兴;许青松;张壹飞;刘旭杰;龚德强
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-24T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201811588205.0
公开号：	CN109760542A
代理机构：	深圳市中知专利商标代理有限公司
代理人：	孙皓;林虹
分类号：	B60L53/62(2019.01);B;B60;B60L;B60L53
申请人地址：	518057 广东省深圳市南山区高新技术产业园北区科技北一路13号
主权项：	1.一种充电桩控制方法，包括以下步骤：一、建立充电桩控制器与电动汽车的电池管理系统(BMS)通信连接，充电桩控制器按4Hz频率实时读取动力电池的定值保护参数、系统参数、实际参数、充电需求和电池管理系统(BMS)判断的告警状态；二、充电桩控制器根据动力电池的充电需求和定值保护参数，设定充电桩的工作模式、保护定值，充电电流指令值或充电电压指令值；三、充电桩控制器指令开始充电；四、充电桩控制器采样、监测实时充电电压、充电电流和充电枪头温度数据和充电桩的故障状态，电池管理系统(BMS)上传的动力电池的所有数据信息和状态信息；五、计算动力电池温度的应属区间；六、判断动力电池的温度是否处于温度应属区间内，如果温度不在温度应属区间内，立即停止充电，向充电桩运维管理系统上报温度异常的故障信号；如果温度在温度应属区间内，继续充电；七、计算动力电池荷电状态(SOC)的应属区间；八、判断动力电池的荷电状态(SOC)是否处于荷电状态(SOC)应属区间内，如果荷电状态(SOC)不在荷电状态(SOC)应属区间内，立即停止充电，向充电桩运维管理系统上报温度异常的故障信号；如果荷电状态(SOC)在荷电状态(SOC)应属区间内，继续充电；九、计算动力电池的充电电压的应属区间；十、判断动力电池的充电电压是否处于电压应属区间内，如果充电电压不在电压应属区间内，立即停止充电，向充电桩运维管理系统上报温度异常的故障信号；如果充电电压在电压应属区间内，继续充电；十一、计算动力电池的充电电流的应属区间；十二、判断动力电池的充电电流是否处于电流应属区间内，如果充电电流不在电流应属区间内，立即停止充电，向充电桩运维管理系统上报温度异常的故障信号；如果充电电流在电流应属区间内，继续充电，再按步骤五计算判断，直至充电结束。 2.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤一中定值保护参数为最高允许总电压、最高允许单体电压、最高允许充电电流、最高允许温度；所述系统参数为动力电池额定容量、额定总电压、总标称能量、温度定值保护区间；所述实际参数为动力电池初始荷电状态(SOC)、最高温度、最低温度、最高单体电压、最高电压编号、最高温度编号、最低温度编号、异常告警状态、当前荷电状态(SOC)、剩余充电时间；所述充电需求为电动汽车充电电流指令值或充电电压指令值；所述电池管理系统(BMS)判断的告警状态为电压异常定值上下限设定值、电流异常定值上下限设定值。 3.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤二中工作模式为恒流充电模式和恒压充电模式；所述保护定值为单体最高充电电压、最高允许充电电流、最高允许充电总电压、最高允许温度。 4.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤四数据信息为动力电池的最高允许总电压、最高允许单体电压、最高允许充电电流、最高允许温度、额定容量、额定总电压、总标称能量、温度定值保护区间、初始荷电状态(SOC)、实时电压、实时电流、实时温度、充电电流指令值、充电电压指令值、充电时间、最高温度、最低温度、最高单体电压、最高电压编号、最高温度编号、最低温度编号、当前荷电状态(SOC)、剩余充电时间；所述状态信息为动力电池的异常告警状态。 5.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤五计算动力电池温度的应属区间，包括以下步骤： (1)实时读取充电桩的充电电流，结合电池管理系统(BMS)采集的动力电池的实时温度，计算实时动力电池在充电过程中可接受的温度异常斜率上限设定kt_max和下限设定kt_min， kt_min_n＝-0.5(℃/min) (2) 式(1)和式(2)中，kt_max_n是第n个时刻温度异常斜率上限，kt_min_n是第n个时刻温度异常斜率下限，Ic_n是第n个时刻的充电电流，IN是动力电池的额定充电电流，0.5是调整系数；以温度异常斜率上限设定kt_max和下限设定kt_min作为温度变化的斜率保护区间[Tk_min，Tk_max]，根据线性叠加原理y＝kx+b有： Tk_max_n＝Tn-1+kt_max_n×(tn-tn-1)(℃) (3) Tk_min_n＝Tn-1+kt_min_n×(tn-tn-1)(℃) (4) 式(3)和式(4)中，Tk_max_n是第n个时刻异常斜率保护的温度上限，Tk_min_n是第n个时刻异常斜率保护的温度下限，Tn-1是第n-1个时刻动力电池的温度，tn是指第n个时刻，tn-1是指第n-1个时刻； (2)将动力电池的电池管理系统通信上传的可接受最高电池温度Tc_max和最低电池温度Tc_min作为温度异常定值上、下限，设定为动力电池的定值保护温度区间[Tc_min，Tc_max]； (3)将温度变化的斜率保护区间[Tk_min，Tk_max]与定值保护温度区间[Tc_min，Tc_max]进行比较计算，将[Tk_min，Tk_max]与[Tc_min，Tc_max]两者重合的区间作为充电过程中动力电池的温度应属区间[Tmin，Tmax]。 6.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤七计算动力电池荷电状态(SOC)的应属区间，包括以下步骤： (1)计算动力电池充电的安时容量增量：式(5)中，是指从t0到tn动力电池的充电安时容量增量，t0是指充电起始时刻，Ic(t)是指t时刻的充电电流； tn时刻动力电池的荷电状态(SOC)值：式(6)中，是指tn时刻动力电池的SOC数值，是指t0时刻动力电池的荷电状态(SOC)数值，是指从t0到tn动力电池的荷电状态(SOC)增量，EN是指动力电池的额定安时容量；动力电池荷电状态(SOC)的变化斜率为：式(7)中，Ic(tn)指tn时刻的充电电流；计算得到tn时刻荷电状态(SOC)异常斜率的上限和下限为：式(8)和式(9)中，ec为充电桩的电流采样误差，eb为动力电池的电流采样点误差，es为充电桩的电流采样点与动力电池的电流采样点位置不同导致的误差，根据tn时刻荷电状态(SOC)异常斜率的上限和下限计算tn时刻异常斜率保护的SOC上限和下限式(10)和式(11)中，是tn时刻异常斜率保护的荷电状态(SOC)上限，是tn时刻异常斜率保护的荷电状态(SOC)下限，ks_max(t)是t时刻动力电池荷电状态(SOC)异常斜率上限，ks_mmin(t)是t时刻动力电池荷电状态(SOC)异常斜率下限；以动力电池荷电状态(SOC)异常斜率上限ks_max和下限ks_mmin作为温度变化的斜率保护区间[Sk_min，Sk_max]； (2)将动力电池的荷电状态(SOC)异常定值上下限，设为定值保护的荷电状态(SOC)区间[Sc_min，Sc_max]； (3)将斜率保护的荷电状态(SOC)区间和定值保护的荷电状态(SOC)区间进行比较计算，把重合的区间作为充电过程中动力电池的荷电状态(SOC)应属区间[Smin，Smax]。 7.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤九计算动力电池的充电电压的应属区间，包括以下步骤： (1)将动力电池的最高允许总电压和最低允许电压，作为电压异常定值保护的电压区间[Vc_min，Vc_max]； (2)判断动力电池处于恒流充电模式，计算出动力电池在恒流充电模式下电压可接受的变化斜率上限kv_max和斜率下限kv_min；动力电池电压的变化斜率kv_n为：式(12)中，V(i+1)表示第i+1个时刻动力电池的电压，V(i)表示第i个时刻动力电池的电压，m为电压的采样频率；设置电压变化斜率下限为kv_min＝0，电压变化斜率上限kv_max_n为：式(13)中，Δt是指动力电池电压采样的时间间隔，ΔSOC是指动力电池在Δt时间内SOC的变化量，Ic(n)是指第n个时刻的充电电流，EN是指动力电池的额定安时容量；动力电池在第n个时刻斜率保护的电压上限Vk_max_n和下限Vk_min_n分别为： Vk_max_n＝Vn-1+kv_max_n×Δt(V)； (14) Vk_min_n＝Vn-1+kv_min×Δt＝Vn-1(V) (15) 式(14)和式(15)中，Vn-1为第n-1个时刻的电压采样值，将电压上限Vk_max_n和下限Vk_min_n作为斜率保护的电压区间[Vk_min，Vk_max]； (3)将电压异常定值保护的电压区间和斜率保护的电压区间，进行比较计算，把重合的区间作为充电过程中动力电池的电压应属区间[Vmin，Vmax]。 8.根据权利要求1所述的充电桩控制方法，其特征在于，所述步骤十一计算动力电池的充电电流的应属区间，包括以下步骤： (1)将动力电池的最高允许充电电流和最低充电电流作为定值保护的电流区间[Ic_min，Ic_max]； (2)判断动力电池处于恒压充电模式，动力电池电流的变化斜率ki_n为：式(16)中，I(i+1)表示第i+1个时刻动力电池的电流，I(i)表示第i个时刻动力电池的电流；设置电流变化斜率上限ki_max＝0；斜率保护的电流上限Ik_max_n和斜率保护的电流下限Ik_min_n为： Ik_max_n＝In-1+ki_max_n×Δt＝In-1 (17) Ik_min_n＝0 将斜率保护的电流上限Ik_max_n和斜率保护的电流下限Ik_min_n作为斜率保护的电流区间[Ik_min，Ik_max]； (3)将定值保护的电流区间和斜率保护的电流区间，进行比较计算，把重合的区间作为充电过程中动力电池的电流应属区间[Imin，Imax]。 9.一种充电桩控制器，其特征在于：所述充电桩控制器设有通信管理模块、数据存储模块、逻辑控制模块、双重异常保护模块和采样模块；所述通信管理模块用于对动力电池的数据和充电桩的状态参数进行统一化管理；所述数据为电池管理系统上传到充电桩控制器的最高允许总电压、最高允许单体电压、最高允许充电电流、最高允许温度、额定容量、额定总电压、总标称能量、温度定值保护区间、初始荷电状态(SOC)、实时电压、实时电流、实时温度、充电电流指令值、充电电压指令值、充电时间、最高温度、最低温度、最高单体电压、最高电压编号、最高温度编号、最低温度编号、异常告警状态、当前荷电状态(SOC)、剩余充电时间；所述状态参数为充电电压、充电电流、开关状态、故障状态；所述数据存储模块用于对充电信息数据进行存储，便于充电异常状况的数据追溯和分析；所述充电信息数据为动力电池的最高允许总电压、最高允许单体电压、最高允许充电电流、最高允许温度、额定容量、额定总电压、总标称能量、温度定值保护区间、初始S荷电状态(SOC)、实时电压、实时电流、实时温度、充电电流指令值、充电电压指令值、充电时间、最高温度、最低温度、最高单体电压、最高电压编号、最高温度编号、最低温度编号、异常告警状态、当前荷电状态(SOC)、剩余充电时间和充电桩的充电电压、充电电流、充电枪头温度、故障状态；所述逻辑控制模块根据动力电池的电池管理系统发出的充电电流指令值和充电电压指令值指令，实时控制充电模块的出力；所述双重异常保护模块实现充电过程中特征量异常趋势的检测和故障判断；所述采样模块实时监测充电桩充电电压、充电电流和充电枪头温度数据信息。 10.根据权利要求9所述的充电桩控制器，其特征在于：所述充电桩控制器设有加密认证模块、计量计费模块、电源模块和故事信息主动推送模块；所述加密认证模块用于对与充电桩通信交互的充电桩运维管理系统单元进行身份认证，并对通信交互的数据进行加密；所述计量计费模块用于统计充电过程中的电量信息；所述电源模块为充电桩控制器提供稳定可靠的电源供应；所述故障信息主动推送模块将故障信息主动推送至车主的手机。
所属类别：	发明专利