一种动力电池自启动控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种动力电池自启动控制系统，包括电池控制单元BCU、电池管理单元BMU、环境温度传感器，所述电池控制单元BCU分别连接环境温度传感器、电池管理单元BMU，所述电池控制单元BCU的输出端连接电池温度控制模块；所述电池控制单元BCU的供电输入端通过开关连接车载低压蓄电池；所述控制系统还包括动力电池转换供电回路，所述动力电池转换供电回路的一端连接动力电池，另一端连接至电池控制单元BCU。本发明的优点在于：可以在车辆停车的情况下通过动力电池经DCDC转换后给BCU供电，从而做到在停车的情况下为动力电池进行预热或降温，从而可以实现车辆的快速预热启动或降温启动，减少电池温度对启动时间等待的影响，提高车辆的舒适度和用户体验。

说明书

技术领域

本发明涉电池管理控制领域，特别涉及一种动力电池自启动控制系统及方法。

背景技术

随着国家对电动汽车的大力推广和普及，锂离子动力电池的应用越来越成熟和普遍。锂离子电池由于单体电压高、循环寿命长等优点，备受欢迎，但是锂电池因自身的材料体系关系，对环境要求与传统产品相比更加严格，一般允许的工作温度范围是-20℃～60℃，并且其使用性能受温度影响较大，特别是低温条件下，锂电池的充电容量、充放电倍率和使用寿命都会大幅度降低。因此，低温条件下，只能进行小倍率的充放电，如要进行大倍率充放电，需要对锂电池加热，在达到合适温度后才能发挥电池的最大性能。如在北方等极度寒冷地区，用户在用新能源车时需要较长时间的对电池预热，势必会影响用户的体验。当然在高温条件下，为了保证电池的安全运行也需要进行降温控制。

但是在现有技术中，当车辆处于异常温度下，车辆启动后需要进入很长时间的降温、加热操作，使得车辆的启动使用时间加长，影响用户体验。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种动力电池自启动控制系统及方法，使得车辆在停车状态下也可以启动电池的温度控制装置，避免电动车的电池加热、降温的启动时间。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种动力电池自启动控制系统，包括电池控制单元BCU、电池管理单元BMU、环境温度传感器，所述电池控制单元BCU分别连接环境温度传感器、电池管理单元BMU，所述电池控制单元 BCU的输出端连接电池温度控制模块；所述电池控制单元BCU的供电输入端通过开关连接车载低压蓄电池；所述控制系统还包括动力电池转换供电回路，所述动力电池转换供电回路的一端连接动力电池，另一端连接至电池控制单元BCU。

所述动力电池转换供电回路包括DCDC转换器、熔断器F1、二极管D1，所述DCDC转换器的电源输入端通过熔断器F1连接动力电池的电源输出端，所述 DCDC转换器的供电输出端经二极管D1连接电池控制单元BCU，所述DCDC转换器的供电输出端连接电池控制单元BCU的使能唤醒输入端。

所述DCDC转换器的驱动控制输入端与电池控制单元的高电平驱动输出端连接，所述DCDC转换器的CAN通讯接口连接电池控制单元的CAN接口。

所述电池温度控制模块包括控制继电器、温控装置，所述电池控制单元BCU 的输出端连接控制继电器，所述控制继电器的主触点一端连接温控装置的正极，另一端经熔断器F2连接动力电池的正极，温控装置的负极连接动力电池的负极。

所述温控装置包括加热装置以及降温装置，所述加热装置对电池包进行加热控制，所述降温装置用于对电池包进行降温控制。

所述车载低压蓄电池与电池控制单元BCU之间串接设置防反二极管D2.

所述DCDC转换器的驱动输入端分别连接至充电桩A+信号线以及钥匙档 KEYON信号线。

所述电池控制单元BCU的输出端连接电池均衡装置，所述电池均衡装置用于对电池进行均衡控制。

一种动力电池自启动控制系统的控制方法，包括如下步骤:

当车辆行车状态：此时车载低压蓄电池为电池控制单元供电回路中的开关被闭合，车载低压蓄电池为电池控制单元BCU供电，同时KEYON信号激活，电池管理系统的BCU被激活工作；DCDC转换器接收到的KEYON信号有效，DCDC不输出低压；BMS通过CAN报文向DCDC设定DCDC自启动时间；

当车辆处于充电状态，此时车载低压蓄电池为电池控制单元供电回路中的开关被闭合，充电桩A+唤醒DCDC转换器,DCDC转换器启动工作后将动力电池的输出高压转换成为BMS供电的低压电源，同时充电桩的A+信号唤醒BMS，DCDC 转换器工作后通过CAN报文向BMS输出其工作状态,此时DCDC转换器同时由BMS 的CAN报文及高平驱动和A+信号等控制其工作状态；

当车辆处于停车状态，此时车载低压蓄电池为电池控制单元供电回路中的开关被闭合，BCU处于断电或休眠状态，BMU处于断电或休眠状态，DCDC转换器处于休眠状态，当DCDC到达自唤醒时间时，DCDC启动并输出低压电源，BCU在获得DCDC供的电源和唤醒信号后正常工作，同时BCU供电给BMU使其正常工作，此时DCDC与BCU、BMU通过CAN通讯信息交互；BCU根据检测的温度信号来控制温控模块是否工作。

当BCU、BMU、DCDC稳定工作后，BCU检测环境温度、BMU检测动力电池温度，当动力电池温度与环境温度的差值低于软件设定阈值、且动力电池温度低于软件设定值时，BCU根据软件设定进入加热流程，对动力电池包进行预热；当动力电池温度与环境温度的差值高于软件设定阈值、且动力电池温度高于软件设定值，BCU将控制停止加热；并向DCDC设定下次自唤醒周期，并断开对DCDC 唤醒和保持DCDC正常输出的控制，DCDC在没有这些控制后停止输出，整个系统进入断电或休眠状态，等待下次启动。

BMS可以通过CAN报文向DCDC设定DCDC自启动时间；在行车或充电状态下 BCU设定或者通过远程终端发送设定自启动时间，从而可以做到按照设定时间进行启动。

本发明的优点在于：可以在车辆停车的情况下通过动力电池经DCDC转换后给BCU供电，从而做到在停车的情况下为动力电池进行预热或降温，从而可以实现车辆的快速预热启动或降温启动，减少电池温度对启动时间等待的影响，提高车辆的舒适度和用户体验。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为现有技术的动力电池加热控制系统原理图；

图2为本发明动力电池自启动加热控制系统的结构原理图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本申请主要目的是解决现有技术，当车辆停车熄火后，电池管理系统的BCU 断电后，无法控制动力电池的加热装置或水冷系统工作，使得车辆一直处于低温或高温状态，在用户需要启动车辆时，低温、高温下需要进行温度控制达到动力电池的工作温度，使得启动时间加长，影响用户体验。本申请包括加热装置、水冷装置均设置在动力电池中用于实现对应的功能。以加热装置为例进行如下说明。

如图1所示，为现有技术的加热装置启动控制的示意图，因动力锂电池在不同环境温度下的功率性能是不同的，为了克服低温对动力锂电池性能的影响，就必须利用加热装着对动力锂电池进行加热。在图1中，其整个框架包含：动力锂电池包(包内含BMU(batterymanagement unit)和给电池升温的加热装置)、BCU(battery control unit)、开关、继电器、熔断器等器件，如图1所示。

图1中电源方面：BCU是由整车铅酸蓄电池供电。动力锂电池包内的BMU 由BCU供电。加热装置由动力电池自身供电，因加热装置的功率低，动力锂电池低温下的小倍率放电可以满足加热装置的功率要求。BCU根据软件设定条件对加热继电器的吸合或断开。通讯方面：BCU与BMU经内CAN进行信息交互。

现有的应用方案中，因考虑整车无负载情况下的功耗问题，防止铅酸蓄电池亏电，在车辆下电驻车状态中，铅蓄电池与BCU之间的开关是断开状态。整个电池系统是无低压电源的，系统处于不工作状态。但整车经过北方黑夜的低温，动力锂电池的温度会变得很低，放电功率不足于支持早上行车时电机所需要的大功率。此时再启动加热继电器给动力电池加热势必延长热车时间，造成很差的用车体验。

如图2所示，一种动力电池自启动控制系统，包括电池控制单元BCU、电池管理单元BMU、环境温度传感器，电池控制单元BCU分别连接环境温度传感器、电池管理单元BMU，电池控制单元BCU的控制输出端连接电池温度控制模块；电池控制单元BCU的供电输入端通过开关连接车载低压蓄电池；控制系统还包括动力电池转换供电回路，动力电池转换供电回路的一端连接动力电池，另一端连接至电池控制单元BCU。电池温度控制模块包括加热模块以及水冷模块，加热模块包括加热控制用继电器以及对应的加热装置，水冷模块包括水冷用继电器以及对应的水冷系统，本申请以加热装置进行描述，水冷系统与加热装置同理设置。

车载低压蓄电池通过手动开关K连接二极管D3的阳极，D2的阴极连接BCU 的供电输入正极，车载低压蓄电池的负极连接BCU的供电输入负极，车载低压蓄电池采用铅蓄电池。

动力电池转换供电回路包括DCDC转换器、熔断器F1、二极管D1，DCDC转换器的电源输入正极通过熔断器F1连接动力电池的电源输出正，DCDC转换器的电源输入负极连接动力电池的负极连接。DCDC转换器的供电输出正极与二极管 D1的正极连接，二极管D1的负极连接BCU的供电输入正极，DCDC转换器的负极连接电池控制单元BCU的电源输入负极，同时DCDC转换器的供电输出正极连接电池控制单元BCU的使能唤醒输入端。

DCDC转换器的驱动控制输入端与电池控制单元BCU的高电平驱动输出端连接，用于接收BCU的驱动控制信号；DCDC转换器的CAN通讯接口连接电池控制单元的CAN接口，用于实现DCDC转换器与BCU之间的CAN数据的发送与接收，为后续的DCDC自启动设置参数发送至DCDC转换器中。

电池控制单元BCU的加热控制信号输出端连接加热继电器，用于驱动加热继电器的闭合与断开，控制继电器的主触点一端连接加热装置的正极，另一端经熔断器F2连接动力电池的正极，加热装置的负极连接动力电池的负极。水冷装置与加热装置的控制方式一致，BCU的水冷控制信号的输出端与水冷继电器连接，水冷继电器的一端连接水冷装置正极，另一端经熔断器连接动力电池正极，动力电池负极与冷却装置负极连接，其连接以冷却装置中的电器供电与否为控制目标。

DCDC转换器的驱动输入端分别连接至充电桩A+信号线以及钥匙档KEYON信号线，用于接收A+信号以及钥匙档的KEYON信号。用于根据该信号进行的驱动控制DCDC。

本申请不仅可以在车辆下电后进行加热控制，还可以进行电池均衡控制，电池控制单元BCU的输出端连接电池均衡装置，所述电池均衡装置用于对电池进行均衡控制。可以根据需要预先设置在BCU中均衡启动条件，从而完成均衡。

BCU主要用于控制在下电停车时的控制以及DCDC的自启动时间控制，BCU 通过CAN总线将自启动时间以及参数发送至DCDC转换器中。BCU与TBOX通过 CAN网络连接，TBOX中集成2G通信模块，通过TBOX的2G通信连接手机、智能钥匙等操作终端，可以设置DCDC休眠后启动时间或者周期启动的频率时间等。

一种动力电池自启动控制系统的控制方法，包括如下步骤:

当车辆行车状态：此时车载低压蓄电池为电池控制单元供电回路中的开关被闭合，车载低压蓄电池为电池控制单元BCU供电，同时KEYON信号激活，电池管理系统的BCU被激活工作；DCDC转换器接收到的KEYON信号有效，DCDC不输出低压；BMS通过CAN报文向DCDC设定DCDC自启动时间；

当车辆处于充电状态，此时车载低压蓄电池为电池控制单元供电回路中的开关被闭合，充电桩A+唤醒DCDC转换器,DCDC转换器启动工作后将动力电池的输出高压转换成为BMS供电的低压电源，同时充电桩的A+信号唤醒BMS，DCDC 转换器工作后通过CAN报文向BMS输出其工作状态,此时DCDC转换器同时由BMS 的CAN报文及高平驱动和A+信号等控制其工作状态；

当车辆处于停车状态，此时车载低压蓄电池为电池控制单元供电回路中的开关被闭合，BCU处于断电或休眠状态，BMU处于断电或休眠状态，DCDC转换器处于休眠状态，当DCDC到达自唤醒时间时，DCDC启动并输出低压电源，BCU在获得DCDC供的电源和唤醒信号后正常工作，同时BCU供电给BMU使其正常工作，此时DCDC与BCU、BMU通过CAN通讯信息交互；BCU根据检测的温度信号来控制温控模块是否工作。

当BCU、BMU、DCDC稳定工作后，BCU检测环境温度、BMU检测动力电池温度，当动力电池温度与环境温度的差值低于软件设定阈值、且动力电池温度低于软件设定值时，BCU根据软件设定进入加热流程，对动力电池包进行预热；当动力电池温度与环境温度的差值高于软件设定阈值、且动力电池温度高于软件设定值，BCU将控制停止加热；并向DCDC设定下次自唤醒周期，并断开对DCDC 唤醒和保持DCDC正常输出的控制，DCDC在没有这些控制后停止输出，整个系统进入断电或休眠状态，等待下次启动。

BMS可以通过CAN报文向DCDC设定DCDC自启动时间；在行车或充电状态下 BCU设定或者通过远程终端发送设定自启动时间，从而可以做到按照设定时间进行启动。

在图2中其整个框架包含：动力锂电池包[包内含BMU(battery management unit)和给电池升温的加热装置]、BCU(battery control unit)、DCDC、开关、继电器、熔断器、二极管等器件，如图2所示。

电源和控制方面：

1.BCU的低压正极供电是由两路电源正极并联而成，一路为整车的铅蓄电池正极通过开关控制，另一路为动力电池输出连接熔断器后经由DCDC转换的低压电源正。此两路电源之间用两枚二极管进行隔离，形成互不干扰，防止串电。且DCDC的低压电源输出正极既对BCU供电也并接BCU的使能唤醒pin脚，同时对BCU进行唤醒。BCU的低压负极也是由两路电源负极并联而成，一路为整车的铅蓄电池负极，另一路为动力电池输出连接熔断器后经由DCDC转换的低压电源负极，两路电源负极直接并联，建立共同电势参考点。

2.动力锂电池包内的BMU由BCU供电。动力电池正极输出连接熔断器后再连接加热继电器的主触点，最终连接加热装置的正极，加热继电器的负极可直接连接动力电池的负极，也可按需增加控制装置，所有的控制装置(例如继电器)都是BCU根据软件设定条件进行通断。

3.BCU的高平驱动连接DCDC的唤醒接口，可对DCDC唤醒。

4.BCU检测着环境温度，BMU检测着动力电池包内电池的电压和温度。

通讯方面：

1.BCU与BMU、DCDC经内CAN进行信息交互。

本申请的工作原理包括：

1.车辆行车状态

行车状态(放电)：行车时由整车铅酸供电，打开开关，BMS由整车铅酸供电，同时KEYON信号激活，BMS工作。因DCDC上的KEYON信号有效，DCDC不输出低压。但BMS可以通过CAN报文向DCDC设定DCDC自启动时间。

2.车辆充电状态

充电桩A+唤醒DCDC,DCDC给BMS低压电源，同时A+唤醒BMS，且DCDC工作后通过CAN报文向BMS输出其工作状态,此时DCDC同时由BMS的CAN报文及高平驱动和A+信号等控制其工作状态

BMS同时A+和DCDC的电源作为唤醒信号

BMS可以通过CAN报文向DCDC设定DCDC自启动时间

3.车辆停车状态

此时BCU处于断电或休眠状态，BMU处于断电或休眠状态。DCDC处于休眠状态，但当DCDC到达自唤醒时间时(在行车或充电状态下BCU设定)，DCDC启动并输出低压电源，BCU在获得DCDC供的电源和唤醒信号后正常工作，同时BCU 供电给BMU使其正常工作。此时DCDC与BCU、BMU通过CAN通讯信息交互。

当BCU、BMU、DCDC稳定工作后，BCU检测环境温度、BMU检测动力电池温度。

如动力电池温度与环境温度的差值低于软件设定阈值、且动力电池温度低于软件设定值。BCU根据软件设定进入加热流程，对动力电池包进行预热。随着电池温度的升高，当动力电池温度与环境温度的差值高于软件设定阈值、且动力电池温度高于软件设定值。BCU将控制停止加热。并向DCDC设定下次自唤醒周期，并断开对DCDC唤醒和保持DCDC正常输出的控制，DCDC在没有这些控制后停止输出，整个系统(DCDC、BCU、BMU)进入断电或休眠状态，等待下次启动。

此专利技术方案与现有方案相比的主要特点在于，现有方案中对电池的加热的流程都是在车辆行车/充电开始时才能进行，现有的应用延长了行车/充电时的热车时间。本专利方案的应用，DCDC可以根据需要设定自启动周期，从而 BCU可以通过DCDC提供的电源工作，采集电池的温度和环境温度，根据软件设定的阈值在车辆行车/充电之前对电池包自主开启和停止加热。与现有方案相比有以下优势：

1.BCU对电池的加热是在低温环境下，而且此时预热是自主完成，保证了用户在正常用车时，动力锂电池可以立即发挥最大性能。

2.BCU在自主开启预热时，其自身工作的电能来源于动力锂电池(经DCDC 转换)，避免了整车铅蓄电池的亏电。

此自主加热的参数设定可随软件设定，技术灵活。且本专利方案可增加除了加热以外的其他应用，可对方案优化，在自唤醒中可增加除了检测电池系统状态、电池预热等，还可以增加电池降温、电池均衡、触发消防等一系列的应用方案。

显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。