CN105762887B - 一种动力电池快速直流充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池快速直流充电方法，解决了现有技术充电不安全和降低了电池使用寿命的问题。该动力电池快速直流充电方法包括以下四个步骤：快速直流充电初始化、快速直流充电效率估算、动态压差快速直流充电电流估算、快速直流充电结束判断。通过上述设置，本方法在现有的电池管理系统基础之上，通过对电池可用参数控制快速直流充电，充分保证了电池寿命和时间二者之间的平衡性，保障了电池的准确使用，可充分延长其使用寿命，提高了电池使用的安全度，有效地解决了现有技术存在的问题。

Description

一种动力电池快速直流充电方法
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，具体的说，是涉及一种动力电池快速直流充电方法。
背景技术
随着电子技术渗入汽车领域，汽车电子化程度日益提高，纯电动汽车在传统汽车的基础上增加了动力电池及高压控制回路系统，并通过电池管理系统进行控制及充电。
现有技术中，车用动力电池主要采用充电进行能量补充，常规的两种充电方式分别为慢速充电及快速直流充电。为满足更快速使用车辆，用户通常采用快速充直流电进行能量补充。快直流速充电是采用大电流充电来减少充电时间，而该充电模式在本质上是用电池寿命来换取时间。快直流速充电的技术手段主要为参照电池特性最大电流充电，在充电末端进行阶梯降电流方式充电，未考虑电池单体一致性，导致单体差异过大，其主要存在以下缺陷：电池不合理使用导致电池老化加剧，导致质保期提前；存在安全隐患，电池过充电会起火爆炸。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种快速直流充电和电池寿命间平衡的动力电池快速直流充电方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种动力电池快速直流充电方法，包括以下步骤：
（1）快速直流充电初始化的步骤；
（2）快速直流充电效率估算的步骤；
（3）动态压差快速直流充电电流估算的步骤；
（4）快速直流充电结束判断的步骤。
进一步的，所述步骤（1）的具体方法如下：
（11）直流充电桩与车辆握手；
（12）采集电池的直流充电参数：电池平均温度、最大单体电压、最小单体电压、单体电压压差、总电压、电池电流。
进一步的，所述步骤（2）的具体方法如下：
（21）判断电池平均温度是否大于电池充电最大允许温度阈值T1，若是，则输出电池充电效率为0，否则，执行下一步；
（22）判断电池平均温度是否小于电池充电最小允许温度阈值T2，若是，则输出电池充电效率为0，否则，执行下一步；
（23）判断电池平均温度是否大于电池充电温度阈值T3，或者电池平均温度是否小于电池充电温度阈值T4，若是，则输出电池充电效率为1，否则，执行下一步；
（24）通过电池平均温度线性表，查表得到电池充电效率。
进一步的，所述步骤（2）中各阈值关系如下：
电池充电最小允许温度阈值T2＜电池充电温度阈值T3＜电池充电温度阈值T4＜电池充电最大允许温度阈值T1。
进一步的，所述步骤（3）的具体方法如下：
（31）输出初始电池充电需求电流；
（32）判断步骤（31）中初始电池充电需求电流是否需要修正，若是，则将修正后得到的电池充电需求电流作为中期的电池充电需求电流，若否，则采用步骤（31）中初始电池充电需求电流作为中期的电池充电需求电流；
（33）将中期的电池充电需求电流乘以所述步骤（2）得到的电池充电效率得到最终输出的电池充电需求电流。
进一步的，所述步骤（31）的具体方法如下：
（311）判断单体电压压差是否小于电池充电单体压差阈值T5，若是，则初始电池充电需求电流为电池允许最大充电电流，若否，则执行下一步；
（312）判断单体电压压差是否大于电池充电单体压差阈值T6，若是，则初始电池充电需求电流为电池允许最小充电电流，否则，执行下一步；
（313）通过单体电压压差电流表，查表得到初始电池充电需求电流。
进一步的，所述步骤（32）的具体方法如下：
判断所述步骤（12）采集的电池电流减初始电池充电需求电流的绝对值是否大于电流偏差阈值T7，若是，则将单体电压压差电流表中，当前单体电压压差对应的电流值修正为电池电流减去单体电压压差电流表修正阈值T8，并将修正后的电流值作为中期的电池充电需求电流；否则，初始电池充电需求电流作为中期的电池充电需求电流。
进一步的，电池充电单体压差阈值T5<电池充电单体压差阈值T6；电流偏差阈值T7>单体电压压差电流表修正阈值T8。
进一步的，所述步骤（4）的具体方法如下：
（41）充电过程中首先判断电池充电效率是否等于0，若是，则电池不允许充电，充电结束且电池充电需求电流输出为0，若否，执行下一步；
（42）判断最大单体电压是否大于电池充电截止最大单体电压阈值T9，若是，则充电正常结束且电池充电需求电流输出为0，若否，执行下一步；
（43）判断总电压是否大于电池充电截止最大总电压阈值T10，若是，则充电正常结束且电池充电需求电流输出为0，若否，执行下一步；
（44）正常充电，电池充电需求电流为根据所述步骤（3）得到的电池充电需求电流。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在现有的电池管理系统基础之上，通过对电池可用参数控制快速直流充电，结合平均温度进行电池充电效率估算和基于动态压差进行快速直流充电参数修正，由此，充分保证了电池寿命和时间二者之间的平衡性，保障了电池的准确使用，不仅可充分延长其使用寿命，而且，提高了电池使用的安全度，有效地解决了现有技术存在的问题。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为快速直流充电初始化流程图。
图3为快速直流充电效率估算流程图。
图4 为动态压差快速直流充电电流估算流程图。
图5为快速直流充电结束判断流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1所示，本实施例提供了一种动力电池快速直流充电方法，该方法主要包括四个步骤：快速直流充电初始化、快速直流充电效率估算、动态压差快速直流充电电流估算、快速直流充电结束判断。通过上述设置，本方法在现有的电池管理系统基础之上，通过对电池可用参数控制快速直流充电，充分保证了电池寿命和时间二者之间的平衡性，保障了电池的准确使用，可充分延长其使用寿命，提高了电池使用的安全度，有效地解决了现有技术存在的问题。
为了使得本领域技术人员对本方法有更清晰的了解和认识，下面对每步骤进行详细说明；
一、快速直流充电初始化
如图2所示，快速直流充电初始化的方法如下：第一、建立连接，直流充电桩与车辆握手，软件采用国标设计，本文不细述，充电桩车辆充电握手成功；第二、采集数据，采集电池的直流充电参数，参数具体包括有：电池平均温度、最大单体电压、最小单体电压、单体电压压差、总电压、总电流(实时电池电流)。
二、快速直流充电效率估算
如图3所示，采用平均温度进行电池充电效率估算，估算得到的电池充电效率用于后续的充电电流估算，在此采用平均温度进行电池充电效率估算与现有技术相比，其充分考虑到了每个电池单体间的差异，将现有粗糙的方法转换为更精细的方法，为快速直流充电的科学化、合理化管理控制奠定了基础。
具体的说，本实施例中快速直流充电效率估算包括有以下步骤：
（1）判断电池平均温度大于电池充电最大允许温度阈值T1是否成立，若是，则输出电池充电效率为0；（2）否则，判断电池平均温度小于电池充电最小允许温度阈值T2是否成立，若是，则输出电池充电效率为0；（3）否则，判断电池平均温度大于电池充电温度阈值T3或电池平均温度小于电池充电温度阈值T4是否成立，若是，则输出电池充电效率为1；（4）否则，根据电池平均温度线性查表得到电池充电效率。其中，上述阈值为设定值，且各阈值关系如下：电池充电最小允许温度阈值T2＜电池充电温度阈值T3＜电池充电温度阈值T4＜电池充电最大允许温度阈值T1。
本实施例中，电池平均温度线性表有两个，第一个表在区间为电池充电最小允许温度阈值与电池充电温度阈值之间，为电池低温表；第二个表区间为电池充电温度阈值与电池充电最大允许温度阈值之间。上述表内容依据电池不同而不同。
三、动态压差快速直流充电电流估算
如图4所示，该方案基于动态压差进行快速直流充电参数修正，其有益效果在于：动态压差修正方法在于准确反映快速直流充电与电池性能之间的关系，在两者之间找到最佳的平衡充电方式。满足用户使用的同时，延长了电池的使用寿命，此其一。其二，本方法为用户提供了多样的充电方式选择。
动态压差快速直流充电电流估算主要包括以下步骤：
第一，（1）判断单体电压压差小于电池充电单体压差阈值T5是否成立，若是，则输出电池充电需求电流为电池允许最大充电电流；（2）否则，判断单体电压压差大于电池充电单体压差阈值T6是否成立，若是，则输出电池充电需求电流为电池允许最小充电电流；（3）否则，单体电压压差线性查表(单体电压压差电流表)得到电池充电需求电流。
第二，修正。判断电池电流减电池充电需求电流的绝对值大于电流偏差阈值T7是否成立，若是，则单体电压压差电流表中，当前单体电压压差对应的电流值修正为电池电流减单体电压压差电流表修正阈值T8；否则保持，即不进行修正。其中，电池充电需求电流为根据第一步所得到的电池充电需求电流；电池电流是指快速直流充电初始化过程中所采集的实时电池电流。若不进行修正，则电池充电需求电流等于第一步骤中得到的电池充电需求电流，若进行修正，则电池充电需求电流等于第一步骤中得到的电池充电需求电流减去单体电压压差电流表修正阈值T8。
修正后的电流值是单体电压压差表根据阈值T8更新后，查表得到。举个例子：
电池当前真实充电电流为100A，发出的电池需求电流70A，设置的电流偏差阈值为20A。上述明显充电电流过大，成立就对下表进行参数修正。如果当前单体电压压差在下表中，例如100mv则对其参数设置为100-70为30A，如果当前压差不在表中为50mv则对该表增加一列50mv参数为30A。正常充电过程需求为70A，实际充电电流偏差肯定不会大于±2A，而造成电池实际电流过大的原因为电池性能变化导致无法准确控制，因此通过动态更新单体电压压差表对后续充电过程进行控制，这样形成一个闭环控制策略。
下表和相关参数阈值需要进行电池充电测试进行设置。
单体电压压差(mV) 100 150 200 250
充电电流(A) 50 35 20 10
第三，输出的电池充电需求电流等于电池充电需求电流乘以电池充电效率。其中，电池充电需求电流为步骤第二中得到的修正后或不修正的电池充电需求电流值。
上述阈值为设定值，各阈值关系如下：电池充电单体压差阈值T5<电池充电单体压差阈值T6；电流偏差阈值T7>单体电压压差电流表修正阈值T8。
单体电压压差电流表说明：单体电压压差电流表为不同电池试验后数据整理所得，由于不同电池在不同使用环境下所需能承受的充电电流不同，因此在第二步骤中对该表进行实时修正，其中，修正参数单体电压压差电流表修正阈值，可依据实际情况取不同正负设置，样表如下：
单体电压压差(mV) 100 150 200 250
充电电流(A) 50 35 20 10
上表根据电池性能和电量不同电流值也相应不同。
四、快速直流充电结束判断
如图5所示，该判断延续在充电过程中，具体的说，在充电过程中：
（1）首先判断电池充电效率等于0是否成立，若是，则电池不允许充电，充电结束且电池充电需求电流输出为0；（2）否则，判断最大单体电压大于电池充电截止最大单体电压阈值T9是否成立，若是，则充电正常结束且电池充电需求电流输出为0；（3）否则，判断总电压大于电池充电截止最大总电压阈值T10是否成立，若是，则充电正常结束且电池充电需求电流输出为0；（4）否则，根据电池充电需求电流正常充电，电池充电需求电流为基于步骤三所估算的电池充电需求电流。上述阈值为设定值。
采用上述充电方法，在现有的电池管理系统基础之上，通过充分利用软硬件资源并通过对电池可用参数控制快速直流充电，充分保证其在寿命和时间的平衡性。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构或方法基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种动力电池快速直流充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)快速直流充电初始化的步骤；
(11)直流充电桩与车辆握手；
(12)采集电池的直流充电参数：电池平均温度、最大单体电压、最小单体电压、单体电压压差、总电压、电池电流；
(2)快速直流充电效率估算的步骤；
(21)判断电池平均温度是否大于电池充电最大允许温度阈值T1，若是，则输出电池充电效率为0，否则，执行下一步；
(22)判断电池平均温度是否小于电池充电最小允许温度阈值T2，若是，则输出电池充电效率为0，否则，执行下一步；
(23)判断电池平均温度是否大于电池充电温度阈值T3，或者电池平均温度是否小于电池充电温度阈值T4，若是，则输出电池充电效率为1，否则，执行下一步；
(24)通过电池平均温度线性表，查表得到电池充电效率；
其中，电池充电最小允许温度阈值T2＜电池充电温度阈值T3＜电池充电温度阈值T4＜电池充电最大允许温度阈值T1；
(3)动态压差快速直流充电电流估算的步骤；
(31)输出初始电池充电需求电流；
(32)判断步骤(31)中初始电池充电需求电流是否需要修正，若是，则将修正后得到的电池充电需求电流作为中期的电池充电需求电流，若否，则采用步骤(31)
中初始电池充电需求电流作为中期的电池充电需求电流；
(33)将中期的电池充电需求电流乘以所述步骤(2)得到的电池充电效率得到最终输出的电池充电需求电流；
(4)快速直流充电结束判断的步骤。
2.根据权利要求1所述的动力电池快速直流充电方法，其特征在于，所述步骤(31)的具体方法如下：
(311)判断单体电压压差是否小于电池充电单体压差阈值T5，若是，则初始电池充电需求电流为电池允许最大充电电流，若否，则执行下一步；
(312)判断单体电压压差是否大于电池充电单体压差阈值T6，若是，则初始电池充电需求电流为电池允许最小充电电流，否则，执行下一步；
(313)通过单体电压压差电流表，查表得到初始电池充电需求电流。
3.根据权利要求2所述的动力电池快速直流充电方法，其特征在于，所述步骤(32)的具体方法如下：
判断所述步骤(12)采集的电池电流减初始电池充电需求电流的绝对值是否大于电流偏差阈值T7，若是，则将单体电压压差电流表中，当前单体电压压差对应的电流值修正为电池电流减去单体电压压差电流表修正阈值T8，并将修正后的电流值作为中期的电池充电需求电流；否则，初始电池充电需求电流作为中期的电池充电需求电流。
4.根据权利要求3所述的动力电池快速直流充电方法，其特征在于，电池充电单体压差阈值T5<电池充电单体压差阈值T6；电流偏差阈值T7>单体电压压差电流表修正阈值T8。
5.根据权利要求1所述的动力电池快速直流充电方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体方法如下：
(41)充电过程中首先判断电池充电效率是否等于0，若是，则电池不允许充电，充电结束且电池充电需求电流输出为0，若否，执行下一步；
(42)判断最大单体电压是否大于电池充电截止最大单体电压阈值T9，若是，则充电正常结束且电池充电需求电流输出为0，若否，执行下一步；
(43)判断总电压是否大于电池充电截止最大总电压阈值T10，若是，则充电正常结束且电池充电需求电流输出为0，若否，执行下一步；
(44)正常充电，电池充电需求电流为根据所述步骤(3)得到的电池充电需求电流。
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