CN105189190B - 电池的充电管理 - Google Patents

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Abstract

用于管理电池充电的方法，包括：‑以渐增电压控制快速充电阶段，然后‑以调节在第一电压值的渐减电流控制吸收阶段，并且其中，控制该快速充电阶段直至跨该电池的端子的电压达到严格高于该第一电压值的第二电压值。

Description

电池的充电管理
技术领域
本发明涉及电池的充电管理，值得注意的是电动或混合动力车辆的电池的充电管理。
背景技术
电池的充电时间会影响顾客在电动车辆与另一类型车辆之间的选择。为了加速充电过程，可以用相对较高的电压对电池进行充电，但这会削弱电池并因此限制其寿命。
因此，总体上目的是在电池的充电时间和寿命之间达到折衷。
例如来自文件WO 2011122946的已知方案是分两个阶段管理电池的充电
-快速充电阶段(称为“强充”)，其中，将跨电池的端子的电压升高到它达到对应于期望容量或期望充电能量所需的极限电压值。在这个第一阶段过程中，可以例如以恒定电流来对电池充电。
-吸收阶段，在其过程中，跨电池的端子的电压在这个极限电压值周围保持相对恒定。在这个第二阶段，电压可以例如维持在这个极限电压附近从而使得充电电流随着时间而减小。还可以设想施加恒定电流，并且当达到极限电压值时，可以将此电流减小给定的因数，例如0.8。这被称作“多步充电”。
就折衷充电速率/电池寿命而言，存在着对更高性能的电池充电过程的需要。
发明内容
提供了一种用于管理汽车的电池充电的方法，例如包括：
-以渐增电压控制一个快速充电阶段，然后
-以调节在一个第一电压值处的渐减电流控制一个吸收阶段。
控制该快速充电阶段直至跨该电池的端子的电压达到严格高于该第一电压值的一个第二电压值。
因此，使用了用于停止快速充电阶段的电压，该电压高于对应于期望充电容量和/或能量的电压。这可以允许延长快速充电阶段，事实上这个阶段是已充能量/容量与充电时间之间的比率最高的阶段。
此外，在相对高的电压下花费的时间相对较短，这允许保证电池的某种耐用性。
第一电压值可以有利地对应于此电池的预先定义的最大电压。
因此，在快速充电阶段，电池被充电超过了对应于此电池的预定义值。
由于此极限值事实上在电池的寿命过程中很有可能变化，例如从4.08伏特变到4.126伏特，上文中所说明的方法可以允许避免对充电的非必要限制，而电池能够在不遭受损害的情况下吸收更高的功率。
该电池可以例如是电动和/或混合动力车辆的电池，例如这些类型的车辆的驱动电池。
本发明丝毫不受快速充电阶段发生的方式的限制。
例如，这个快速充电阶段可以被控制为使得充电电流在这个阶段的整个过程中或者在这个阶段的仅一部分过程中是恒定的。在另一实施例中，这个快速充电阶段可以被控制为使得充电功率在整个或在一部分快速充电阶段上是恒定的。
本发明不受限于应用吸收阶段的方式，也具体不受限于将电压调节在第一电压值的方式。
具体地，可以将电压调节在若干电压值，例如调节成按渐减值排序的一组相继电压，或者例如调节在第一和第二电压值。
吸收阶段可以恰好在快速充电阶段结束时发生，换言之，一旦检测到跨电池的端子的电压达到第二电压值或者稍后就发生。
例如，在检测到跨电池的端子的电压值已经达到第二电压值的事实之后，可以实施以等于此电压值的恒定电压来充电一个可以是预先确定的或其他的时间。
在一个实施例中，在吸收阶段过程中，电压是恒定的。此电压可以例如等于对应于此电池的极限电压值，或者等于一个或若干个其他值。
例如，可以施加等于第二电压值的恒定电压一个预先确定的时间段，然后施加等于第一电压值的恒定电压。
在另一实施例中，只要电压低于目标电压(例如，第一电压值)就可以施加恒定充电电流或充电功率。一旦跨电池的端子的电压达到第一值，就将充电功率或充电电流的值减小；例如将具有小于一的值的系数(例如0.8或另一个值)应用于所施加的电压或功率值。所以调整是通过用于将跨电池端子的电压调节在第一电压值的步骤来进行的。
在另一实施例中，可以应用功率曲线来使得电压到达目标值，例如第一电压值。可以例如基于对电池的建模来确定此功率曲线。
不言而喻的是，可以结合用于控制跨电池的端子的电压的各种策略，以允许使得此电压从第二电压值到达第一电压值。例如，可以施加处于等于第二电压值的值的恒定电压一个时间段，然后应用功率曲线。
本发明不受限于控制快速充电阶段和吸收阶段的方式。例如，可以提供控制信号的生成以及对电池与电源之间的电连接装置生成的信号的传输，例如充电端子、线路功率、交流发电机或其他电源。
进一步提供了一种包括多条指令的计算机程序产品，当这些执行被针对信号的数字处理装置(例如，处理器)执行时，这些指令用于执行上文中所说明的方法的步骤。此计算机程序可以被存储在硬盘上或尤其是下载的。
进一步提供了一种用于管理汽车的电池充电的设备，包括：
-用于接收测量到的跨电池的端子的电压值的装置。
-处理装置，其被安排成用于以渐增电压控制一个快速充电阶段，然后以调节在一个第一电压值的渐减电流控制一个吸收阶段，这些处理装置被配置成控制该快速充电阶段直至接收到的跨该电池的端子的电压值达到高于该第一电压值的一个第二电压。
此设备可以例如包括、或被集成至一个或多个处理器中，例如微控制器、微处理器或其他设备。
此设备可以被集成至车辆中，例如，电池管理系统或BMS，或其他系统。例如，上文中所说明的设备可以被集成至电动车辆的充电端子中。
该接收装置可以例如包括输入连接器，输入端口或其他装置。处理装置可以例如包括中央处理单元(或CPU)。
进一步提供了包括上文中所说明的用于管理充电的设备、连同用于对电池充电的装置和/或电池本身的用于汽车的电池系统。这些充电装置可以例如包括充电端子、交流发电机或其他装置。
进一步提供了包括上文中所说明的系统和/或设备的车辆(例如，电动和/或混合动力车辆)。
附图说明
通过参照以下这些展示了多个非限制性实施例的附图将更好地理解本发明。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种用于汽车的电池充电系统的一个实例。
图2A是一个图示，示出了当应用了根据本发明的一个实施例的第一示例性方法时跨电池单元的端子的电压随时间的变化。
图2B是一个图示，示出了在应用此第一示例性方法的过程中根据充电时间变化的以kW为单位的充电功率。
图3A是一个图示，示出了当应用了根据本发明的一个实施例的第二示例性方法时跨电池单元的端子的电压随时间的变化。
图3B是一个图示，示出了在应用此第二示例性方法的过程中根据充电时间变化的以kW为单位的充电功率。
图4A是一个图示，示出了当应用了根据本发明的一个实施例的第三示例性方法时跨电池单元的端子的电压随时间的变化。
图4B是一个图示，示出了在应用此第三示例性方法的过程中根据充电时间变化的以kW为单位的充电功率。
图5A是一个图示，示出了当应用了根据本发明的一个实施例的第四示例性方法时跨电池单元的端子的电压随时间的变化。
图5B是一个图示，示出了在应用此第四示例性方法的过程中根据充电时间变化的以kW为单位的充电功率。
图6A是一个图示，示出了当应用了根据本发明的一个实施例的第五示例性方法时跨电池单元的端子的电压随时间的变化。
图6B是一个图示，示出了在应用此第五示例性方法的过程中根据充电时间变化的以kW为单位的充电功率。
图7A是一个图示，示出了当应用了根据本发明的一个实施例的第六示例性方法时跨电池单元的端子的电压随时间的变化。
图7B是一个图示，示出了在应用此第六示例性方法的过程中根据充电时间变化的以kW为单位的充电功率。
具体实施方式
参照图1，电动汽车10包括驱动电池11，可以通过与线路电源连接的充电端子12对该驱动电池重新充电。
电池11可以例如是锂离子电池。
端子12可以例如是向车辆10的电池11供应DC电流的快速充电端子。
此端子12可以结合充电管理设备13，例如，处理器。此处理器包括未示出的接收装置，例如与汽车10的传感器(未示出)处于电联通的输入插头。因此，来自这些传感器的测量结果可以通过充电缆线14发送并被处理器13接收。具体地，处理器13可以接收跨电池11的端子的电压的测量值。更一般地，控制充电电流和电压所需的信息是由车辆10通过充电缆线14传输至充电器的。因此，快速充电端子12与车辆10联通，这可以允许能量的分布更加适用于车辆，并处于最优安全条件下。
具体地，处理器13可以接收跨电池11的端子的电压值。为了获得更快速的充电，处理器13可以通过下述阶段实施充电：
-具有恒定功率的第一阶段，在其过程中，跨电池11的端子的电压将增大。充电功率的值可以是外部温度的函数。可以例如使用图表。
-以及第二阶段，这次是以恒定电压，例如，在其过程中，电池的充电将是稳定化的。
为了减少电池的充电时间，延长了渐增电压下的快速充电阶段，直到跨电池11的端子的电压达到高于对应于期望容量的必需的极限电压值的电压值。
例如，电池可以具有4.08伏特的极限电压值，并且充电阶段继续，直到跨电池的端子的电压值达到4.1伏特、或甚至4.126伏特。
图2A、图2B、图3A、图3B、图4A、图4B、图5A、图5B展示了当外部温度等于25℃时的多种不同策略。另一方面，图6A、图6B、图7a和图7B中的值是仅针对15℃的外界温度测量的。
参照图2A，快速充电阶段持续直到约t＝32mn，换言之，直到跨电池的端子的电压达到4.126伏特的值。随后实施了以处于4.08伏特的恒定电压值进行充电。
于是，跨电池的端子的电压值快速地降低，直到它达到其目标值，并且充电持续直到约t＝79mn。
因此，所应用的方法是有利的，因为当施加恒定电流直到电压达到4.08伏特时，然后当此电压被维持在4.08伏特时，为电池充电需要约81mn。
图3A和图3B展示了另一策略，其中，在快速充电阶段直到跨电池的端子的电压达到4.1伏特之后，将此电压被保持在4.1伏特的这一值10mn，然后施加4.08伏特的电压。图3B再次示出了在此充电时间再次少于80mn。
图4A和图4B对应于第三策略，其中，在快速充电阶段直到跨电池的端子的电压达到4.1伏特之后，施加4.1伏特的电压5mn，然后使得功率水平与每次电压达到目标值时更新的值一样高，此目标值逐渐地减小直到它达到4.08伏特的值。
可以基于电池的建模来获得这个从约t＝33mn开始应用的功率曲线。
例如，已知所施加的充电功率和跨电池的端子的电流电压，就可以知道在下一次采样时跨电池的端子的电压。
使用电池的这种建模，可以计算为了在预先确定的时间结束时达到4.08伏特的电压而有待在每个采样步骤施加的功率。
当应用此策略时，充电时间同样略少于80mn。
图5A和图5B展示了另一实施例，其中，在快速充电阶段过程中，对电池进行充电直到跨其端子的电压达到4.126伏特，并且其中，直接应用了基于电池的建模确定的功率曲线。换言之，目标电压在达到4.08伏特之前随着充电逐渐地变化。这种策略相对有利的是充电时间仅为大约75mn。
当温度较低时，时间的增加甚至会更明显。
例如，对于15℃的外部温度而言，当应用从现有技术已知的方法时，其中，在快速充电阶段，以恒定电流对电池进行充电直到它达到4.08伏特的电压，然后当跨电池的端子的电压达到4.08伏特时，以等于4.08伏特的恒定电压进行充电，并且充电时间是约103mn。
当应用步进式充电策略时，换言之，只要跨电池的端子的电压低于4.08伏特就以恒定电流进行充电，然后，当跨电池的端子的电压达到4.08伏特时，通过应用0.8或0.9的因数来减小充电电流的值，例如，充电时间接近113mn。
当外部温度是15℃并且应用具有以下阶段的充电策略时：
-只要跨电池的端子的电压小于4.08V就应用具有恒定功率的快速充电阶段，然后应用功率曲线直到跨电池的端子的电压达到4.126伏特，以及
-应用吸收阶段，其中，跨电池的端子的电压被保持在4.08伏特，外部温度小于15℃，
充电时间稍微长于100mn。
当外部温度是15℃并且应用具有以下阶段的策略：
-只要跨电池的端子的电压小于4.08V就应用具有恒定功率的快速充电阶段，然后应用功率曲线直到跨电池的端子的电压达到4.126伏特，然后
-应用吸收阶段，其中，电压被保持在4.1V 10mn，并且然后保持在4.08伏特，
充电时间接近101分钟。
参照图6A和图6B，应用具有以下阶段的策略：
-只要跨电池的端子的电压小于4.08V就应用具有恒定功率的快速充电阶段，然后应用功率曲线直到跨电池的端子的电压达到4.126伏特，然后
-应用吸收阶段，其中，电压被保持在4.1V直到约t＝56分钟，然后应用功率曲线，
充电时间接近86分钟。
可以注意到的是，快速充电阶段可以发生在若干阶段上，在此是具有恒定功率的第一阶段和具有跟随渐减曲线的第二阶段。此曲线的应用可以有利的是，当从快速充电阶段到吸收阶段时，它可以允许减小充电功率的下落。
在图7A和图7B的实施例中，应用了图5A和图5B中的策略，外部温度是15℃。然后，充电时间降至80分钟以下。因此，当外部温度相对较低时，本发明会特别有利。
可以注意到的是，在所述图2A至图7B中，采样速率相对高，所以某些点未出现。

Claims (8)

1.一种用于电池的充电管理的方法，包括：
以渐增电压控制一个快速充电阶段，然后
以调节在一个第一电压值的渐减电流控制一个吸收阶段，
该方法的特征在于，控制该快速充电阶段直至跨该电池的端子的电压达到严格高于该第一电压值的一个第二电压值，其中，该第一电压值等于对应于该电池的期望充电容量和/或能量的一个极限电压值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在该快速充电阶段的至少一部分过程中，将充电电流或充电功率保持恒定。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，在该吸收阶段的至少一部分过程中，将跨该电池的端子的电压保持恒定。
4.如权利要求1和2中任一项所述的方法，包括在该吸收阶段的至少一部分过程中，
(a)施加恒定的充电电流或充电功率，
(b)将跨该电池的端子的电压值与一个阈值进行比较，
(c)如果跨该电池的端子的电压电压值达到或超过所述阈值，就对应地减小该充电电流或该充电功率的值，并且
(d)重复步骤(a)至(d)。
5.如权利要求1和2中任一项所述的方法，包括，在该吸收阶段的至少一部分过程中，
应用一个功率或电流曲线，所述曲线是基于对该电池的建模而确定的。
6.一种用于汽车电池的充电管理的设备(13)，包括：
用于接收测量到的跨该电池的端子的电压值的装置，以及
处理装置，其被安排成用于以渐增电压控制一个快速充电阶段，然后以调节在一个第一电压值的渐减电流控制一个吸收阶段，这些处理装置被配置成控制该快速充电阶段直至接收到的跨该电池的端子的电压值达到高于该第一电压值的一个第二电压值，其中，该第一电压值等于对应于该电池的期望充电容量和/或能量的一个极限电压值。
7.一种用于汽车电池的管理充电的系统，包括用于对电池进行充电的装置以及如权利要求6所述的用于汽车电池的充电管理的设备。
8.一种汽车，包括一个驱动电池和一个如权利要求6所述的用于汽车电池的充电管理的设备。
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