CN102738528A - 通过电流曲线的更新进行的电池控制 - Google Patents

通过电流曲线的更新进行的电池控制 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过电流曲线的更新进行的电池控制。SOC获取单元获取电池的SOC。然后，SOC获取单元根据所获取的SOC估计容量曲线，并且将所估计出的容量曲线传送到估计单元。估计单元计算用于实现SOC获取单元估计出的容量曲线的电流曲线。更新单元以估计单元算出的电流曲线替换存储的现有电流曲线。存储单元存储估计单元算出的且由更新单元更新的电流曲线。充电单元读取存储在存储单元中的电流曲线，并且基于电流曲线执行充电操作。

Description

通过电流曲线的更新进行的电池控制
技术领域
本发明涉及一种用于使用最佳电流曲线对电池充电的系统和方法。
背景技术
当对普通电池充电时，例如，当要在充电站等处对装载在车辆中的电池充电时，例如通过恒定电流来开始充电操作。当电压随充电操作的开始而增加、达到恒定电压并且进入所谓的“满电荷”状态的状态时，电流逐渐减小，这称为电流曲线(current profile)。电流曲线还称为充电曲线，并且表示充电时间与电流之间的关系。
由于电池容量是当进行时间积分时累积在电池中的电荷，因此其也称为电荷容量。由于所累积的电荷随电池的退化而减少，因此容量曲线也改变。然而，改变是未知的。如果在电池退化并且容量曲线改变的状态下使用与退化前的曲线相同的电流曲线来执行充电操作，则会引起过充电状态，从而加快电池的退化。因此，需要随着容量值的改变而改变充电电流的值，即，需要执行控制以在较早的阶段减小充电电流。
为了估计电池容量随退化进度的改变，传统地已进行了多种尝试。
例如，专利文献1公开了一种用于估计可再充电电池的退化状态的方法和能够实现该方法的辨别装置。该方法包括：在以恒定电流对可再充电电池充电的同时连续地测量可再充电电池的电压的处理；与充电时间相关联地存储连续测量出的电压的处理；根据在连续测量出的可再充电电池的电压达到规定电压之前所存储的可再充电电池的电压随时间流逝的变化的数据而计算电压变化与充电时间的比率的处理；以及根据所算出的电压变化率而估计可再充电电池的满电荷的容量的处理。
专利文献2公开了一种锂离子电池组，其包括容易地估计锂离子电池的容量的方法和在确定锂离子电池的退化时所需的用于警告电池退化的装置。根据该方法，当通过恒流恒压系统对锂离子电池充电时，在从将充电条件从恒流(CC)切换到恒压(CV)的时间点开始过去了时间t之后的时间获得充电电流值It，并且使用充电电流值It估计锂离子电池的容量Ct。
此外，专利文献3公开了一种电池充电状态估计方法、开路电压估计方法以及退化水平计算方法和装置，其中，可以通过考虑非活动退化而更正确地估计电池的充电状态和开路电压。在使用退化水平计算方法的电池充电状态估计方法和开路电压估计方法中，可以计算电池在任意时间的可充电和可放电的总电量与未退化电池的初始电量的比率作为退化水平，并且可以基于退化水平估计电池在任意时间的充电状态和开路电压。
根据以上技术，可以估计电池退化状态和电池容量随退化的改变，但是该技术并不涉及通过基于该改变来改变充电方法而执行的控制。
[专利文献1]日本特开专利公布第2007-166789号
[专利文献2]日本特开专利公布第2001-257008号
[专利文献3]日本特开专利公布第2004-354050号
发明内容
已开发本发明以解决上述问题，并且旨在提供一种用于即使在容量曲线由于电池的退化而改变时也使用最佳电流曲线执行充电操作的系统和方法。
根据本发明的一方面的系统包括：SOC获取单元，用于获取SOC，并且根据所获取的SOC估计容量曲线；估计单元，用于根据所估计出的容量曲线而计算电流曲线；以及充电单元，用于基于所算出的电流曲线而执行充电操作。
在以上根据本发明的系统中，可以使用SOC获取单元所获取的且正充电的电池的电流、电压和温度来估计容量曲线。
以上根据本发明的系统还可以包括用于以估计单元算出的电流曲线替换所存储的电流曲线的更新单元。
在该情况下，该系统还可以包括用于存储估计单元算出的电流曲线的存储单元，并且充电单元可以从存储单元读取电流曲线。
根据本发明的一方面的方法包括：获取SOC的步骤；根据所获取的SOC估计容量曲线的步骤；根据所估计出的容量曲线计算电流曲线的步骤；以及基于所算出的电流曲线而执行充电操作的步骤。
以上根据本发明的方法还可以包括使用正充电的电池的电流、电压和温度来估计容量曲线的步骤。
以上根据本发明的方法还可以包括以所算出的电流曲线更新所存储的电流曲线的步骤。
在该情况下，该方法还可以包括存储所算出的电流曲线的步骤以及读取所存储的电流曲线的步骤。
另外，用于指导计算机使用根据上述本发明的方法的程序可以解决以上问题，这是因为其通过指导计算机执行程序而具有与以上根据本发明的方法的操作和效果相同的操作和效果。
附图说明
图1是根据本发明实施例的对电池充电的框图；
图2示出了由退化导致的容量曲线的变化和根据该变化而算出的电流曲线；
图3是SOC获取单元1和估计单元2的配置的框图；以及
图4是根据本发明的实施例的、根据容量曲线计算电流曲线并且存储电流曲线的流程图。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的实施例。除了本说明书中具体描述的项之外，本领域技术人员基于本技术领域中的现有技术可以理解实施本发明所需的实质。可以基于本说明书中公开的内容和本技术领域中的技术常识来实施本发明。
图1是根据本发明实施例的对电池充电的框图。
SOC获取单元1获取电池的SOC。然后，SOC获取单元1根据所获取的SOC而估计容量曲线，并且将所估计出的容量曲线传送到估计单元2。SOC是指电荷状态，并且用作电池的充电状态的指标。
估计单元2计算用于实现SOC获取单元1估计出的容量曲线的电流曲线。
更新单元3以估计单元2算出的电流曲线来替换存储的现有电流曲线。
存储单元4存储由估计单元2算出的且由更新单元3更新的电流曲线。
充电单元5读取存储在存储单元4中的电流曲线，并且基于电流曲线执行充电操作。根据现有技术，使用由计算机根据估计单元2算出的电流曲线控制充电电流值的方法。
接下来，图2示出了由退化导致的容量曲线的变化和取决于该变化而算出的电流曲线。图2的上部示出了由退化导致的容量曲线的变化，并且图2的下部示出了根据退化容量曲线的估计而算出的电流曲线。横轴表示充电时间(h)，左纵轴表示电压(V)，并且右纵轴表示电流(mA)和容量(mAh)。
在图2的上部，点线6表示电压曲线，实线7表示在退化前执行充电时的电流曲线，实线8表示退化前的容量曲线，并且虚线9表示所估计的退化后的容量曲线。在图2的下部，点线6、实线7、实线8以及虚线9与上述的上部中的那些线相同，但是点划线10表示根据所估计的退化后的容量曲线算出的电流曲线。
首先，在图2的上部，如实线7所示，以恒定电流开始充电操作。结果，如点线6所示，电压在充电操作开始时增大。在图2中，当电压在例如图2中的大约1.0h的时间点处变为恒定时，充电操作达到所谓的“满电荷”的状态。当达到满电荷状态时，电流曲线用于逐渐的电流减小。
由于可以随着电池的退化而累积的电荷减少，因此认为容量曲线如实线8和虚线9所示的那样变化，但是容量的变化是未知的，并且难以直接测量该变化。因此，当使用实线7所示的电流曲线执行充电操作时，测量电池的电流、电压以及温度，并且使用用于获得SOC的现有技术来获取SOC。
例如，使用以下方法。读取终端电压、电流以及电池温度，并且基于终端电压估计开路电压。另外，基于电流变化率计算采样时间，并且使用采样时间计算电流平均值。然后，基于电流平均值和电池温度，参考规定电流容量表，从而计算满电荷容量。然后，可以基于满电荷容量、开路电压、上限电压以及下限电压来计算剩余电流容量。例如，可以使用上述方法获取SOC。
SOC是表示电池的充电状态的指标，并且表示电池相对于原始电池容量被充电的程度。因此，认为可以基于SOC的值来估计如虚线9所示的退化后的容量曲线。在该示例中，如图2的上部中示出的箭头所示，恒定值的退化水平(即，满电荷状态下的容量值)被定义为电池的退化水平。
如虚线9所示，如果在电池退化并且容量曲线改变的状态下使用实线7所示的退化前的电流曲线执行充电操作，则出现过充电状态，并且加速了电池的退化。因此，充电电流值随容量值的改变而改变。即，重要的是使用最佳电流曲线。
在图2的下部，对虚线9所示的估计容量曲线进行时间微分，从而计算如点划线10所示的退化后的最佳电流曲线。使用电流曲线，可以在容量曲线改变的情况下在较早的阶段执行减小充电电流的控制。
由于电压的上限首先被设置有大约20％的裕量(margin)，因此假设虚线6所示的电压曲线在电池退化的状态下尚未改变。
图3是SOC获取单元1和估计单元2的配置的框图。
SOC获取单元1包括电流测量单元11、电压测量单元12、温度测量单元13以及容量估计单元14。此外，估计单元2包括电流曲线计算单元15。
电流测量单元11测量流过正充电的电池的电流。电压测量单元12测量正充电的电池的电压。温度测量单元13测量正充电的电池的温度。SOC获取单元1根据上述三个测量单元所测量出的电流、电压和温度的累积值、使用用于获得SOC的现有技术来获取SOC。容量估计单元14基于所获取的SOC估计容量曲线，并且将估计结果传送到电流曲线计算单元15。
电流曲线计算单元15对容量估计单元14估计出的容量曲线进行时间微分，从而根据容量曲线而计算电流曲线。
图4是根据本发明的实施例的、根据容量曲线计算电流曲线并且存储电流曲线的流程图。
首先，当充电操作开始时开始控制(步骤S1)。然后，SOC获取单元1中的电流测量单元11测量流过正充电的电池的电流(步骤S2)，电压测量单元12测量正充电的电池的电压(步骤S3)，并且温度测量单元13测量正充电的电池的温度，从而获得SOC(步骤S4)。然后，容量估计单元14基于在步骤S4中获取的SOC而估计容量曲线(步骤S5)。
此后，SOC获取单元1确定是否完成了充电操作(步骤S6)，如果充电操作已完成，则将控制转到步骤S7，并且如果充电操作尚未完成，则将控制返回到步骤S2。在步骤S7中，将容量估计单元14估计出的容量曲线存储在存储单元4中。
然后，通过对容量估计单元14估计出的容量曲线进行时间微分，估计单元2中的电流曲线计算单元15根据容量曲线计算电流曲线(步骤S8)。然后，更新单元3通过以电流曲线计算单元15算出的电流曲线替换存储的现有电流曲线来更新该存储的现有电流曲线(步骤S9)。此外，存储单元4存储估计单元2中的电流曲线计算单元15算出的且由更新单元3更新的电流曲线(步骤S10)。然后，控制转到步骤S11，从而终止控制。
根据本发明，尽管容量曲线由于电池的退化而改变，但是可以使用最佳电流曲线对电池充电，从而防止过充电并且最大程度地利用电池寿命。
此外，通过管理作为历史的关于电池的容量曲线的信息和电池的ID，可以在充电操作期间执行电池认证。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
SOC获取单元，获取SOC，并且根据所获取的SOC估计容量曲线；
估计单元，根据所估计出的容量曲线计算电流曲线；以及
充电单元，基于所算出的电流曲线而执行充电操作。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
使用所述SOC获取单元获取且正充电的电池的电流、电压和温度来估计所述容量曲线。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括：
更新单元，以所述估计单元算出的电流曲线替换所存储的电流曲线。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括：
更新单元，以所述估计单元算出的电流曲线替换所存储的电流曲线。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括：
存储单元，存储所述估计单元算出的电流曲线，其中，
所述充电单元从所述存储单元读取所述电流曲线。
6.一种方法，包括：
获取SOC的步骤；
根据所获取的SOC估计容量曲线的步骤；
根据所估计出的容量曲线计算电流曲线的步骤；以及
基于所算出的电流曲线执行充电操作的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
使用正充电的电池的电流、电压和温度估计所述容量曲线的步骤。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
以所算出的电流曲线更新所存储的电流曲线的步骤。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
以所算出的电流曲线更新所存储的电流曲线的步骤。
10.根据权利要求6所述的方法，还包括：
存储所算出的电流曲线的步骤；以及
读取所存储的电流曲线的步骤。
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