充电桩控制方法及其控制器技术

本发明专利技术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。本发明专利技术包括以下步骤：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。本发明专利技术的充电桩控制器，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。本发明专利技术与现有技术相比，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。

Control Method and Controller of Charging Pile

The invention discloses a charging pile control method and its controller, and the technical problem to be solved is to accurately detect the fault in the initial stage of electric vehicle charging. The invention includes the following steps: establishing communication connection, setting, sampling, calculating temperature, charging state, voltage and current should belong to the interval, and judging whether the power battery is in the interval. The charging pile controller of the invention comprises a communication management module, a data storage module, a logic control module, a dual exception protection module and a sampling module. Compared with the existing technology, the present invention can effectively suppress the spread of faults, reduce the scope of accidents and even prevent accidents by adopting slope protection, accurately detecting faults in the initial stage of electric vehicle charging process, reporting fault information to the monitoring system and pushing it to the owner's smart phone APP, and gaining time for operation and maintenance personnel and owner to deal with faults. \u3002

【技术实现步骤摘要】
充电桩控制方法及其控制器
本专利技术涉及一种电动汽车的控制方法及其控制器，特别是一种电动汽车的充电的控制方法及其控制器。
技术介绍
随着电动汽车使用的普及和保有量的增长，电动汽车使用的安全性也成为了人们重点关注的问题，而电动汽车安全性中最为重要的就是保证动力电池的安全。动力电池作为高能量密度的元件，一旦使用不当或发生内部故障，动力电池就可能热失控，如果保护不及时，甚至可能出现燃烧事故，及早的发现和切除故障是降低事故损失的有效途径之一。目前电动汽车充电桩都具备一定的异常检测和故障保护功能，其中针对动力电池的保护一般采用定值保护，也就是根据电动汽车的电池管理系统BMS对动力电池的额定参数和承受能力制定限值，如一辆电动汽车的BMS中对于动力电池的限值保护有：最高允许充电电压限值、最高允许充电电流限值、最高允许温度限值。动力电池发生燃烧都存在一个“热积蓄-热失控-热扩散”的过程，如果可以及早的发现故障，切除故障，可以有效的降低事故范围，甚至阻止事故的发生。现有技术的充电桩针对动力电池的定值保护只有在电压、电流和温度特征量超出上下限时，才会停止充电和关断开关，而在电动汽车充电过程中有些故障在未达到定值保护的限值时，已经进入了故障快速扩散阶段，致使阻止事故发生的难度较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种充电桩控制方法及其控制器，要解决的技术问题是能够在电动汽车充电过程中发生故障的初期准确检测到故障。本专利技术采用以下技术方案：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的应属区间；八、判断动力电池的荷电状态是否处于荷电状态应属区间内，如果荷电状态不在荷电状态应属区间内，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；如果荷电状态在荷电状态应属区间内，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。本专利技术的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、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、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。本专利技术的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。本专利技术的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、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、剩余充电时间；所述状态信息为动力电池的异常告警状态。本专利技术的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值：式(6)中，是指tn时刻动力电池的荷电状态数值，是指t0时刻动力电池的荷电状态数值，是指从t0到tn动力电池的荷电状态增量，EN是指动力电池的额定安时容量；动力电池荷电状态的变化斜率为：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上限，是tn时刻异常斜率保护的SOC下限，ks_max(t)是t时刻动力电池荷电状态异常斜率上限，ks_mmin(t)是t时刻动力电池荷电状态异常斜率本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐成斌，陈锐，朱小帆，丁凯，祖连兴，许青松，张壹飞，刘旭杰，龚德强，肖元，
申请(专利权)人：长园深瑞继保自动化有限公司，南方电网科学研究院有限责任公司，深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44