一种电动汽车预充电装置及方法
一种电动汽车预充电装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车领域，具体地说是一种电动汽车预充电装置及方法。
【背景技术】
[0002]电动车以动力电池为能源驱动电机工作从而达到使电动车行驶的目的，电动车电机的工作由电机控制器控制，电机控制器的内部有许多用于滤波及稳压的大电容，大电容的正极与蓄电池的正极通过开关连接。车辆中的其他高压用点设备，如DC/DC变换器，附件电机控制器等，同样有前端电容。当直接打开开关，蓄电池瞬间会以非常大的电流给电容充电，其冲击会影响电容的寿命和控制器的可靠性。
[0003]为了保证系统的安全，在电池系统接入电动汽车动力系统的高压回路时，需要对高压回路进行预充电。如中国专利文献CN102769315A中公开了一种电动车电机控制器预充电控制装置及其电动车，该电动车电机控制器预充电控制装置，包括供电开关Kl，其一端接于电动车蓄电池El正极，另一端接于电机控制器的电容组Cz的正极，用于控制电机控制器供电回路的通断；预充电模块，所述预充电模块与供电开关Kl并联，用于控制对电机控制器的电容组Cz的预充电状态。其中，所述预充电模块包括预充电开关K2、二极管Dl以及电阻R1。该方案中通过预充电模块来有效避免电容组一直处于饱和状态，延长电容组的使用寿命。但是在该充电过程中，是通过形成的RC回路给电容进行预充电的，随着电容端的电压升高，充电电流将会下降，在充电后期充电电流会很小。这就使得电动汽车电压平台较高、电机控制器前端电容较大的情况下预充电时间过长，不能满足车辆对高压上电时间的要求。例如，该方案中的电阻Rl如果选择的较小，则使得充电初期电流较大，容易烧毁电路，如果选择的过大，则导致充电后期的充电速度慢，影响充电速度。可见，该方案中的电阻Rl无法使得该预充电过程平稳、高效的完成。
【发明内容】
[0004]为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的预充电电路的充电电流不稳定、充电速度慢，从而提出一种可以高效、稳定地完成预充电过程的电动汽车预充电方法及
目.ο
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车预充电装置，包括电池系统和负载回路，所述电池系统的负极输出端与所述负载回路的负极连接端通过第一可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过第二可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间设有多级预充电电路。
[0006]优选地，所述多级预充电电路包括至少两个可控的预充电电路，所述预充电电路由可控开关和预充电阻组成，可通过多个可控开关及预充电阻的组合，实现预充回路中电阻的控制。
[0007]优选地，所述多级预充电电路包括:
[0008]第三可控开关与第一预充电阻，所述第三可控开关与所述第一预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。
[0009]第四可控开关与第二预充电阻，所述第四可控开关与所述第二预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。
[0010]优选地，，不同所述预充电电路中的预充电阻的阻值不同，通过可控开关的开闭组合，调整预充电路的等效电阻。
[0011]优选地，所述预充电电路为两路或三路或多路，能够通过组合，实现预充电路中等效电阻的控制。
[0012]本发明还提供一种电动汽车预充电方法，包括如下步骤:
[0013]控制第一可控开关，将电池系统的负极输出端和负载回路的负极连接端连接；
[0014]实时获取电池系统的电压和负载回路的电压；
[0015]根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式；
[0016]根据选定的预充电模式，接入相应的预充电路，改变预充回路中的等效电阻值，控制负载回路电压提升；
[0017]当电池系统的电压与负载回路的电压差值小于预设阈值时，控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接。
[0018]优选地，所述预充电模式包括一级预充电模式、二级预充电模式、三级预充电模式，其中
[0019]所述一级预充电模式由第一预充电电路提供；
[0020]所述二级预充电模式由第二预充电电路提供；
[0021 ] 所述三级充电模式由第一预充电电路与第二预充电电路并联提供。
[0022]优选地，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，包括:
[0023]比较电池系统电压与负载回路电压，判断当前系统状态，选择进入一级预充电模式或二级预充电模式。
[0024]优选地，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，还包括:
[0025]进入一级预充电模式或二级预充电模式后，监控预充电过程，当负载电路电压提升程度达到预设程度时，选择进入三级预充电模式，调整预充回路中的预充电电阻。
[0026]优选地，所述控制负载回路电压提升的过程中，监控预充电电流的大小，保证预充电流在安全范围内。
[0027]优选地，还包括控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接确定完成后，将预充电路中的多级预充电路断开。
[0028]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
[0029](I)本发明提供一种电动汽车预充电装置及方法，所述电池系统的负极输出端和所述负载回路的负极连接端通过可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过多级预充电电路连接。所述多级预充电电路能够根据需要控制电路中的预充电阻阻值，进而控制整个预充过程。所述多级预充电电路可通过多个可控开关及预充电阻的组合实现。其对应的预充电方法为实时获取电池系统的电压和负载回路的电压，根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压，确定当前系统状态，选择不同的预充电模式，调整所述多级预充电电路的电阻阻值，在预充开始阶段，缩短预充电时间。
[0030](2)本发明提供一种电动汽车预充电装置及方法，在预充电过程中，根据预充电电压和电池系统电压状态，判断预充电进度，切换不同的预充电模式，控制预充电压的提升过程，使负载回路电压快速提升。
[0031 ] (3)本发明提供一种电动汽车预充电装置及方法，在预充电末期，通过切换不同的预充电模式，改变预充电过程。该多级预充电方式，通过改变预充电阻大小，调整预充电进度，优化预充电过程，在保证安全的前提下，缩短高压预充电时间，进而缩短整个高压上电时间，提升用户体验和车辆性能。
【附图说明】
[0032]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0033]图1是本发明实施例1的电动汽车预充电装置的电路图；
[0034]图2是本发明实施例2的电动汽车预充电方法的流程图；
[0035]图3 -图7是本发明实施例2的电动汽车预充电方法的工作过程中的流程图；
[0036]图8是本是本发明实施例2的电动汽车预充电方法的效果图。
【具体实施方式】
[0037]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明所提供的技术方案作进一步的详细描述。
[0038]实施例1:
[0039]本实施例中提供一种电动汽车预充电装置，如图1所示，包括电池系统和负载回路，所述电池系统的负极输出端与所述负载回路的负极连接端通过可控开关SO连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过S3开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间还设置有多级预充电电路连接，所述多级预充电电路能够根据需要提供可变的电阻阻值，本实施例中的多级预充电电路包括:
[0040]两个预充电电路，并联设置在电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间，每个预充电电路包括一个可控开关和一个电阻。本实施例中，第一路预充电电路包括电阻Rl和可控开关SI,串联在电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端。第二路预充电电路包括可控开关S2和R2，也串联在电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间。
[0041]本实施例中，电阻Rl和电阻R2的阻值不同，如Rl选择的比较大，R2可以选择的比较小。Rl可用于预充电开始阶段，电池系统和负载回路电压差较大的情况，通过较大的预充电阻，减小电流冲击，提升负载电路电压，控制预充过程。R2也可用于预充电开始阶段，电池系统和负载回路电压差较小的情况，通过较小的预充电阻，在保证安全的情况下，加快负载电路电压提升速度，可在预充开始时，加快充电速度。Rl和R2并联后的电阻，在充电后期使用，此时，负载电路电压提升缓慢，通过较小的电阻来加快负载电压的提升速度，保证安全的情况下内，提高充电效率，缩短充电时间。此处Rl和R2的大小，与负载回路中形成的大电容的大小、线路的最大电流以及电阻可以承载的最大功率有关，需要根据具体的充电环境来选择，其目的是保证充电的安全性和可靠性的同时，更大程度提高充电的效率，缩短充电时间。
[0042]在其他可以替换的实施方案中，还可以包括更多路的预充电电路，能够通过组合，实现预充电路中等效电阻的控制。设置的预充电电路越多，预充控制的灵活性越大，但是设置和控制方式则变得越复杂，因此一般也不会设置的特别多，设置两路或三路比较合适，也可以达到所需的目的。
[0043]实施例2:
[0044]本实施例中提供一种电动汽车预充电控制方法，用于图1的预充电装置中，包括如下步骤:
[0045]首先，电池管理系统接到高压上电指令后，闭合负极接触器S0，将电池系统的负极输出端和负载回路的负极连接端连接。
[0046]然后，实时获取电池系统的电压和负载回路的电压；
[0047]接着，根据所述电池系统的电压和负载回路的电压，确定当前系统的状态，选择预充电开始的预充电模式。根据选定的预充电模式，接入相应的预充电路，改变预充回路中的等效电阻值，控制负载回路电压的提升。
[0048]预充电过程中，根据电池系统电压和负载电路的电压，判断预充电进度，在合适时机，进行预充电模式切换，加快预 充电速度。
[0049]根据不同的预充电模式，控制SI, S2的闭合和断开。通过比较电池系统电压与负载回路电压，判断当前系统状态，选择进入一级预充电模式或二级预充电模式。如果电池系统电压与负载回路电压的电压差值很大，为了保证充电电流在安全范围内，选择较大的预充电阻的预充电电路，即Rl回路。如果电池系统与负载回路电压的差值不是很大，则可以选择R2回路。
[0050]预充电过程中，会根据负载回路的电压的实时大小，判断预充电进度，在合适的时机，切换不同的预充电模式，监控预充电过程，根据负载电路电压提升程度，确定预充电进度，并选择进入三级预充电模式，调整预充回路中的预充电电阻，加快负载电路电压提升，缩短预充电时间。
[0051]在三级预充电模式下，Rl和R2并联，在充电后期使用，此时，负载电路电压提升缓慢，通过较小的电阻来加快负载电压的提升速度，保证安全的情况下内，提高充电效率，缩短充电时间。
[0052]预充电末期，当电池系统的电压与负载回路的电压差值小于预设阈值时(此处的阈值根据需要来选择，如选择差值小于一定数值或者负载回路的电压达到电池系统的一定比例时)，根据电池系统电压和负载电路电压，闭合正极接触器S3，将电池系统的正极输出端与负载回路的正极直接连接。当电池系统的正极输出端与负载回路的正极连接后，确定已经达到了直接连接后，会断开预充电路中的多级预充电路，保证充电速度。
[0053]正极接触器S3连接完成后，断开预充接触器S1、S2，移除预充电阻，完成整个预充电过程。此处，为了确保电池系统的正极输出端与负载回路的正极完成连接，避免未完成连接则断开多级预充电电路造成的不稳定，一般会延时一端时间待连接稳定后断开多级预充电电路，避免预充电电路的分流。
[0054]在上述过程中，会一直监控预充电电流，保证预充电流在安全范围内，减少电流冲击。确保预充过程安全可靠。
[0055]作为一个具体的实施方式，过程如下:
[0056]具体的步骤如下:
[0057]首先，检测电池侧电压Ul和负载侧电压U2，比较Ul和U2。若U2〈U1*K1。进入一级预充电模式；若U2>U1*K1，进入二级预充电模式，其中Kl为标定系数。如图3所示。
[0058]当开始充电时U2〈U1*K1，进入一级预充电模式时，闭合SI。此时，SI闭合，S2断开，通过预充电阻Rl，对高压回路进行预充。
[0059]随着预充电过程，监控U2电压。当U2>U1*K2时，进入三级预充电模式，闭合S2。此时SI闭合，S2闭合，通过Rl和R2并联的预充电阻，对高压回路进行预充，如图4所示。这样可以提升预充电电流，快速提升电容两端电压。
[0060]若开始充电时，U2>U1*K1，则先进入二级预充电模式，闭合S2。此时，SI断开，S2闭合，通过预充电阻R2，对高压回路进行预充，由于R2小于R1，此时可以在负载回路电压具有一定电压的情况下，加快负载电压提升速度，缩短充电时间。随着充电的进行，负载回路端的电压U2会增加，当U2>U1*K2时，进入三级预充电模式，闭合SI，如图5所示。此时SI闭合，S2闭合，通过Rl和R2并联的预充电阻，对高压回路进行预充。提升预充电电流，快速提升电容两端电压，缩短预充电时间。
[0061]预充电过程中，实时检测Ul和U2，若U2>U1*K3，同时IU2-U11〈U3，则进入四级预充电模式，闭合S3。此时，R1，R2相当于被短路，高压预充回路电阻很小，电机控制器端电容电压快速提升，最终U2与Ul电压基本相同。当巾241|切4，其中况很小，完成高压预充电，此时断开SI，S2，整个高压上电过程结束，如图6所示。本实施例中的整个总的控制流程图如图7所不。
[0062]其中K1〈K2〈K3，本实施例中，K1、K2、K3、U3、U4为可标定值，预设的参数可为30% ,60% ,95%，15V, 0.1V，此参数仅为便于理解实施例使用，最优的控制参数将根据实际应用进行设定。
[0063]通过Matlab等仿真软件，对本发明的预充电装置及控制方法进行仿真，如图8所示，其中，虚线曲线为普通的预充电方式的充电曲线，实线曲线为本发明的预充电方式的充电曲线可以看出本实施例中的预充电方法可明显缩短预充电时间。
[0064]本发明中的预充电方法，整个多级预充电过程中，始终监控预充电电流及预充电电压，确保预充过程中，预充电电流不超过安全范围。该多级预充电方式，改变预充电阻大小，优化预充电过程，多级预充电方式，在保证安全的前提下，缩短高压预充电时间，进而缩短整个高压上电时间，提升用户体验和车辆性能。
[0065]本发明中的多级预充电控制，以上说明是对发明的一个实施例。通过更多级预充电，或其他方式改变预充电阻的方式，本发明的控制方法同样适用。
[0066]在其他可以替换的实施方案中，预充电电路的数量可以根据需要来选择，电阻的大小根据负载回路中等效的电容的大小，电池系统的电压、以及电路中各个器件的最大功率等来确定。首先，根据电池系统的电压和所述负载电路的电压，判断系统的初始状态，确定预充开始阶段的预充电模式。然后在预充电过程中，监控电池系统电压和负载电路电压，确定预充电进度，在不同的预充电进度时，切换到不同的预充电模式，在保证安全的前提是，加快预充电过程，缩短预充电时间。最后，在预充电完成末期，将电池系统和负载回路直接连接，根据电池系统和负载回路的绝对电压差，判定预充电完成状态。将所述的预充电阻从电池系统和负载回路直接断开，完成整个预充电过程。
[0067]本发明所述的电动汽车的预充电装置，其控制开关可以选择开关管、接触器、继电器等可控的开关元件，通过控制器实现自动控制。控制器通过上述方式比较整个过程中的电池系统的电压和负载回路的电压，实现自动控制上电过程，实现自动化。
[0068]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种电动汽车预充电装置，包括电池系统和负载回路，其特征在于，所述电池系统的负极输出端与所述负载回路的负极连接端通过第一可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过第二可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间设有多级预充电电路。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级预充电电路包括至少两个可控的预充电电路，所述预充电电路由可控开关和预充电阻组成，可通过多个可控开关及预充电阻的组合，实现预充回路中电阻的控制。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述多级预充电电路包括: 第三可控开关与第一预充电阻，所述第三可控开关与所述第一预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。 第四可控开关与第二预充电阻，所述第四可控开关与所述第二预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，不同所述预充电电路中的预充电阻的阻值不同，通过可控开关的开闭组合，调整预充电路的等效电阻。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述预充电电路为两路或三路或多路，能够通过组合，实现预充电路中等效电阻的控制。6.一种电动汽车预充电方法，其特征在于，包括如下步骤: 控制第一可控开关，将电池系统的负极输出端和负载回路的负极连接端连接； 实时获取电池系统的电压和负载回路的电压； 根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式； 根据选定的预充电模式，接入相应的预充电路，改变预充回路中的等效电阻值，控制负载回路电压提升； 当电池系统的电压与负载回路的电压差值小于预设阈值时，控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预充电模式包括一级预充电模式、二级预充电模式、三级预充电模式，其中 所述一级预充电模式由第一预充电电路提供； 所述二级预充电模式由第二预充电电路提供； 所述三级充电模式由第一预充电电路与第二预充电电路并联提供。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，包括: 比较电池系统电压与负载回路电压，判断当前系统状态，选择进入一级预充电模式或二级预充电模式。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，还包括: 进入一级预充电模式或二级预充电模式后，监控预充电过程，当负载电路电压提升程度达到预设程度时，选择进入三级预充电模式，调整预充回路中的预充电电阻。10.根据权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于，所述控制负载回路电压提升的过程中，监控预充电电流的大小，保证预充电流在安全范围内。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接确定完成后，将预充电路中的多级预充电路断开。
【专利摘要】本发明提供一种电动汽车预充电装置，所述电池系统的负极输出端和所述负载回路的负极连接端通过可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过多级预充电电路连接。所述多级预充电电路能够根据需要控制电路中的预充电阻阻值，进而控制整个预充过程。根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压，选择不同的预充电模式，调整所述多级预充电电路的电阻阻值，控制预充电过程，使负载电路电压快速提升。该多级预充电方式，通过在合适的时机控制预充电回路中的预充电阻大小，控制负载回路的电压提升，优化预充电过程，在保证安全的前提下，缩短高压预充电时间，进而缩短整个高压上电时间，提升用户体验和车辆性能。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN104901355
【申请号】CN201510175467
【发明人】赵祥日, 闫丽娟
【申请人】北汽福田汽车股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月14日
【技术领域】
[0001]本发明涉及电动汽车领域，具体地说是一种电动汽车预充电装置及方法。
【背景技术】
[0002]电动车以动力电池为能源驱动电机工作从而达到使电动车行驶的目的，电动车电机的工作由电机控制器控制，电机控制器的内部有许多用于滤波及稳压的大电容，大电容的正极与蓄电池的正极通过开关连接。车辆中的其他高压用点设备，如DC/DC变换器，附件电机控制器等，同样有前端电容。当直接打开开关，蓄电池瞬间会以非常大的电流给电容充电，其冲击会影响电容的寿命和控制器的可靠性。
[0003]为了保证系统的安全，在电池系统接入电动汽车动力系统的高压回路时，需要对高压回路进行预充电。如中国专利文献CN102769315A中公开了一种电动车电机控制器预充电控制装置及其电动车，该电动车电机控制器预充电控制装置，包括供电开关Kl，其一端接于电动车蓄电池El正极，另一端接于电机控制器的电容组Cz的正极，用于控制电机控制器供电回路的通断；预充电模块，所述预充电模块与供电开关Kl并联，用于控制对电机控制器的电容组Cz的预充电状态。其中，所述预充电模块包括预充电开关K2、二极管Dl以及电阻R1。该方案中通过预充电模块来有效避免电容组一直处于饱和状态，延长电容组的使用寿命。但是在该充电过程中，是通过形成的RC回路给电容进行预充电的，随着电容端的电压升高，充电电流将会下降，在充电后期充电电流会很小。这就使得电动汽车电压平台较高、电机控制器前端电容较大的情况下预充电时间过长，不能满足车辆对高压上电时间的要求。例如，该方案中的电阻Rl如果选择的较小，则使得充电初期电流较大，容易烧毁电路，如果选择的过大，则导致充电后期的充电速度慢，影响充电速度。可见，该方案中的电阻Rl无法使得该预充电过程平稳、高效的完成。
【发明内容】
[0004]为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的预充电电路的充电电流不稳定、充电速度慢，从而提出一种可以高效、稳定地完成预充电过程的电动汽车预充电方法及
目.ο
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种电动汽车预充电装置，包括电池系统和负载回路，所述电池系统的负极输出端与所述负载回路的负极连接端通过第一可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过第二可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间设有多级预充电电路。
[0006]优选地，所述多级预充电电路包括至少两个可控的预充电电路，所述预充电电路由可控开关和预充电阻组成，可通过多个可控开关及预充电阻的组合，实现预充回路中电阻的控制。
[0007]优选地，所述多级预充电电路包括:
[0008]第三可控开关与第一预充电阻，所述第三可控开关与所述第一预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。
[0009]第四可控开关与第二预充电阻，所述第四可控开关与所述第二预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。
[0010]优选地，，不同所述预充电电路中的预充电阻的阻值不同，通过可控开关的开闭组合，调整预充电路的等效电阻。
[0011]优选地，所述预充电电路为两路或三路或多路，能够通过组合，实现预充电路中等效电阻的控制。
[0012]本发明还提供一种电动汽车预充电方法，包括如下步骤:
[0013]控制第一可控开关，将电池系统的负极输出端和负载回路的负极连接端连接；
[0014]实时获取电池系统的电压和负载回路的电压；
[0015]根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式；
[0016]根据选定的预充电模式，接入相应的预充电路，改变预充回路中的等效电阻值，控制负载回路电压提升；
[0017]当电池系统的电压与负载回路的电压差值小于预设阈值时，控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接。
[0018]优选地，所述预充电模式包括一级预充电模式、二级预充电模式、三级预充电模式，其中
[0019]所述一级预充电模式由第一预充电电路提供；
[0020]所述二级预充电模式由第二预充电电路提供；
[0021 ] 所述三级充电模式由第一预充电电路与第二预充电电路并联提供。
[0022]优选地，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，包括:
[0023]比较电池系统电压与负载回路电压，判断当前系统状态，选择进入一级预充电模式或二级预充电模式。
[0024]优选地，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，还包括:
[0025]进入一级预充电模式或二级预充电模式后，监控预充电过程，当负载电路电压提升程度达到预设程度时，选择进入三级预充电模式，调整预充回路中的预充电电阻。
[0026]优选地，所述控制负载回路电压提升的过程中，监控预充电电流的大小，保证预充电流在安全范围内。
[0027]优选地，还包括控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接确定完成后，将预充电路中的多级预充电路断开。
[0028]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点，
[0029](I)本发明提供一种电动汽车预充电装置及方法，所述电池系统的负极输出端和所述负载回路的负极连接端通过可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过多级预充电电路连接。所述多级预充电电路能够根据需要控制电路中的预充电阻阻值，进而控制整个预充过程。所述多级预充电电路可通过多个可控开关及预充电阻的组合实现。其对应的预充电方法为实时获取电池系统的电压和负载回路的电压，根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压，确定当前系统状态，选择不同的预充电模式，调整所述多级预充电电路的电阻阻值，在预充开始阶段，缩短预充电时间。
[0030](2)本发明提供一种电动汽车预充电装置及方法，在预充电过程中，根据预充电电压和电池系统电压状态，判断预充电进度，切换不同的预充电模式，控制预充电压的提升过程，使负载回路电压快速提升。
[0031 ] (3)本发明提供一种电动汽车预充电装置及方法，在预充电末期，通过切换不同的预充电模式，改变预充电过程。该多级预充电方式，通过改变预充电阻大小，调整预充电进度，优化预充电过程，在保证安全的前提下，缩短高压预充电时间，进而缩短整个高压上电时间，提升用户体验和车辆性能。
【附图说明】
[0032]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0033]图1是本发明实施例1的电动汽车预充电装置的电路图；
[0034]图2是本发明实施例2的电动汽车预充电方法的流程图；
[0035]图3 -图7是本发明实施例2的电动汽车预充电方法的工作过程中的流程图；
[0036]图8是本是本发明实施例2的电动汽车预充电方法的效果图。
【具体实施方式】
[0037]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明所提供的技术方案作进一步的详细描述。
[0038]实施例1:
[0039]本实施例中提供一种电动汽车预充电装置，如图1所示，包括电池系统和负载回路，所述电池系统的负极输出端与所述负载回路的负极连接端通过可控开关SO连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过S3开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间还设置有多级预充电电路连接，所述多级预充电电路能够根据需要提供可变的电阻阻值，本实施例中的多级预充电电路包括:
[0040]两个预充电电路，并联设置在电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间，每个预充电电路包括一个可控开关和一个电阻。本实施例中，第一路预充电电路包括电阻Rl和可控开关SI,串联在电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端。第二路预充电电路包括可控开关S2和R2，也串联在电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间。
[0041]本实施例中，电阻Rl和电阻R2的阻值不同，如Rl选择的比较大，R2可以选择的比较小。Rl可用于预充电开始阶段，电池系统和负载回路电压差较大的情况，通过较大的预充电阻，减小电流冲击，提升负载电路电压，控制预充过程。R2也可用于预充电开始阶段，电池系统和负载回路电压差较小的情况，通过较小的预充电阻，在保证安全的情况下，加快负载电路电压提升速度，可在预充开始时，加快充电速度。Rl和R2并联后的电阻，在充电后期使用，此时，负载电路电压提升缓慢，通过较小的电阻来加快负载电压的提升速度，保证安全的情况下内，提高充电效率，缩短充电时间。此处Rl和R2的大小，与负载回路中形成的大电容的大小、线路的最大电流以及电阻可以承载的最大功率有关，需要根据具体的充电环境来选择，其目的是保证充电的安全性和可靠性的同时，更大程度提高充电的效率，缩短充电时间。
[0042]在其他可以替换的实施方案中，还可以包括更多路的预充电电路，能够通过组合，实现预充电路中等效电阻的控制。设置的预充电电路越多，预充控制的灵活性越大，但是设置和控制方式则变得越复杂，因此一般也不会设置的特别多，设置两路或三路比较合适，也可以达到所需的目的。
[0043]实施例2:
[0044]本实施例中提供一种电动汽车预充电控制方法，用于图1的预充电装置中，包括如下步骤:
[0045]首先，电池管理系统接到高压上电指令后，闭合负极接触器S0，将电池系统的负极输出端和负载回路的负极连接端连接。
[0046]然后，实时获取电池系统的电压和负载回路的电压；
[0047]接着，根据所述电池系统的电压和负载回路的电压，确定当前系统的状态，选择预充电开始的预充电模式。根据选定的预充电模式，接入相应的预充电路，改变预充回路中的等效电阻值，控制负载回路电压的提升。
[0048]预充电过程中，根据电池系统电压和负载电路的电压，判断预充电进度，在合适时机，进行预充电模式切换，加快预 充电速度。
[0049]根据不同的预充电模式，控制SI, S2的闭合和断开。通过比较电池系统电压与负载回路电压，判断当前系统状态，选择进入一级预充电模式或二级预充电模式。如果电池系统电压与负载回路电压的电压差值很大，为了保证充电电流在安全范围内，选择较大的预充电阻的预充电电路，即Rl回路。如果电池系统与负载回路电压的差值不是很大，则可以选择R2回路。
[0050]预充电过程中，会根据负载回路的电压的实时大小，判断预充电进度，在合适的时机，切换不同的预充电模式，监控预充电过程，根据负载电路电压提升程度，确定预充电进度，并选择进入三级预充电模式，调整预充回路中的预充电电阻，加快负载电路电压提升，缩短预充电时间。
[0051]在三级预充电模式下，Rl和R2并联，在充电后期使用，此时，负载电路电压提升缓慢，通过较小的电阻来加快负载电压的提升速度，保证安全的情况下内，提高充电效率，缩短充电时间。
[0052]预充电末期，当电池系统的电压与负载回路的电压差值小于预设阈值时(此处的阈值根据需要来选择，如选择差值小于一定数值或者负载回路的电压达到电池系统的一定比例时)，根据电池系统电压和负载电路电压，闭合正极接触器S3，将电池系统的正极输出端与负载回路的正极直接连接。当电池系统的正极输出端与负载回路的正极连接后，确定已经达到了直接连接后，会断开预充电路中的多级预充电路，保证充电速度。
[0053]正极接触器S3连接完成后，断开预充接触器S1、S2，移除预充电阻，完成整个预充电过程。此处，为了确保电池系统的正极输出端与负载回路的正极完成连接，避免未完成连接则断开多级预充电电路造成的不稳定，一般会延时一端时间待连接稳定后断开多级预充电电路，避免预充电电路的分流。
[0054]在上述过程中，会一直监控预充电电流，保证预充电流在安全范围内，减少电流冲击。确保预充过程安全可靠。
[0055]作为一个具体的实施方式，过程如下:
[0056]具体的步骤如下:
[0057]首先，检测电池侧电压Ul和负载侧电压U2，比较Ul和U2。若U2〈U1*K1。进入一级预充电模式；若U2>U1*K1，进入二级预充电模式，其中Kl为标定系数。如图3所示。
[0058]当开始充电时U2〈U1*K1，进入一级预充电模式时，闭合SI。此时，SI闭合，S2断开，通过预充电阻Rl，对高压回路进行预充。
[0059]随着预充电过程，监控U2电压。当U2>U1*K2时，进入三级预充电模式，闭合S2。此时SI闭合，S2闭合，通过Rl和R2并联的预充电阻，对高压回路进行预充，如图4所示。这样可以提升预充电电流，快速提升电容两端电压。
[0060]若开始充电时，U2>U1*K1，则先进入二级预充电模式，闭合S2。此时，SI断开，S2闭合，通过预充电阻R2，对高压回路进行预充，由于R2小于R1，此时可以在负载回路电压具有一定电压的情况下，加快负载电压提升速度，缩短充电时间。随着充电的进行，负载回路端的电压U2会增加，当U2>U1*K2时，进入三级预充电模式，闭合SI，如图5所示。此时SI闭合，S2闭合，通过Rl和R2并联的预充电阻，对高压回路进行预充。提升预充电电流，快速提升电容两端电压，缩短预充电时间。
[0061]预充电过程中，实时检测Ul和U2，若U2>U1*K3，同时IU2-U11〈U3，则进入四级预充电模式，闭合S3。此时，R1，R2相当于被短路，高压预充回路电阻很小，电机控制器端电容电压快速提升，最终U2与Ul电压基本相同。当巾241|切4，其中况很小，完成高压预充电，此时断开SI，S2，整个高压上电过程结束，如图6所示。本实施例中的整个总的控制流程图如图7所不。
[0062]其中K1〈K2〈K3，本实施例中，K1、K2、K3、U3、U4为可标定值，预设的参数可为30% ,60% ,95%，15V, 0.1V，此参数仅为便于理解实施例使用，最优的控制参数将根据实际应用进行设定。
[0063]通过Matlab等仿真软件，对本发明的预充电装置及控制方法进行仿真，如图8所示，其中，虚线曲线为普通的预充电方式的充电曲线，实线曲线为本发明的预充电方式的充电曲线可以看出本实施例中的预充电方法可明显缩短预充电时间。
[0064]本发明中的预充电方法，整个多级预充电过程中，始终监控预充电电流及预充电电压，确保预充过程中，预充电电流不超过安全范围。该多级预充电方式，改变预充电阻大小，优化预充电过程，多级预充电方式，在保证安全的前提下，缩短高压预充电时间，进而缩短整个高压上电时间，提升用户体验和车辆性能。
[0065]本发明中的多级预充电控制，以上说明是对发明的一个实施例。通过更多级预充电，或其他方式改变预充电阻的方式，本发明的控制方法同样适用。
[0066]在其他可以替换的实施方案中，预充电电路的数量可以根据需要来选择，电阻的大小根据负载回路中等效的电容的大小，电池系统的电压、以及电路中各个器件的最大功率等来确定。首先，根据电池系统的电压和所述负载电路的电压，判断系统的初始状态，确定预充开始阶段的预充电模式。然后在预充电过程中，监控电池系统电压和负载电路电压，确定预充电进度，在不同的预充电进度时，切换到不同的预充电模式，在保证安全的前提是，加快预充电过程，缩短预充电时间。最后，在预充电完成末期，将电池系统和负载回路直接连接，根据电池系统和负载回路的绝对电压差，判定预充电完成状态。将所述的预充电阻从电池系统和负载回路直接断开，完成整个预充电过程。
[0067]本发明所述的电动汽车的预充电装置，其控制开关可以选择开关管、接触器、继电器等可控的开关元件，通过控制器实现自动控制。控制器通过上述方式比较整个过程中的电池系统的电压和负载回路的电压，实现自动控制上电过程，实现自动化。
[0068]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种电动汽车预充电装置，包括电池系统和负载回路，其特征在于，所述电池系统的负极输出端与所述负载回路的负极连接端通过第一可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过第二可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端之间设有多级预充电电路。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多级预充电电路包括至少两个可控的预充电电路，所述预充电电路由可控开关和预充电阻组成，可通过多个可控开关及预充电阻的组合，实现预充回路中电阻的控制。3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述多级预充电电路包括: 第三可控开关与第一预充电阻，所述第三可控开关与所述第一预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。 第四可控开关与第二预充电阻，所述第四可控开关与所述第二预充电阻串联后，组成预充电路，并联在所述第二可控开关两端。4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，不同所述预充电电路中的预充电阻的阻值不同，通过可控开关的开闭组合，调整预充电路的等效电阻。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述预充电电路为两路或三路或多路，能够通过组合，实现预充电路中等效电阻的控制。6.一种电动汽车预充电方法，其特征在于，包括如下步骤: 控制第一可控开关，将电池系统的负极输出端和负载回路的负极连接端连接； 实时获取电池系统的电压和负载回路的电压； 根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式； 根据选定的预充电模式，接入相应的预充电路，改变预充回路中的等效电阻值，控制负载回路电压提升； 当电池系统的电压与负载回路的电压差值小于预设阈值时，控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预充电模式包括一级预充电模式、二级预充电模式、三级预充电模式，其中 所述一级预充电模式由第一预充电电路提供； 所述二级预充电模式由第二预充电电路提供； 所述三级充电模式由第一预充电电路与第二预充电电路并联提供。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，包括: 比较电池系统电压与负载回路电压，判断当前系统状态，选择进入一级预充电模式或二级预充电模式。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压选择不同的预充电模式，还包括: 进入一级预充电模式或二级预充电模式后，监控预充电过程，当负载电路电压提升程度达到预设程度时，选择进入三级预充电模式，调整预充回路中的预充电电阻。10.根据权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于，所述控制负载回路电压提升的过程中，监控预充电电流的大小，保证预充电流在安全范围内。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括控制第二可控开关将电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端连接确定完成后，将预充电路中的多级预充电路断开。
【专利摘要】本发明提供一种电动汽车预充电装置，所述电池系统的负极输出端和所述负载回路的负极连接端通过可控开关连接，所述电池系统的正极输出端和所述负载回路的正极连接端通过多级预充电电路连接。所述多级预充电电路能够根据需要控制电路中的预充电阻阻值，进而控制整个预充过程。根据所述电池系统的电压和所述负载回路的电压，选择不同的预充电模式，调整所述多级预充电电路的电阻阻值，控制预充电过程，使负载电路电压快速提升。该多级预充电方式，通过在合适的时机控制预充电回路中的预充电阻大小，控制负载回路的电压提升，优化预充电过程，在保证安全的前提下，缩短高压预充电时间，进而缩短整个高压上电时间，提升用户体验和车辆性能。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN104901355
【申请号】CN201510175467
【发明人】赵祥日, 闫丽娟
【申请人】北汽福田汽车股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月14日
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