CN109428368A - 给电池组充电的方法和系统、电池组管理系统和充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及给电池组充电的方法和系统、电池组管理系统和充电设备。本发明涉及电池组管理系统、用于给电池组充电的系统、耗能器、充电设备和用于给电池组（1）充电的方法，该方法包括：确定（100）电池组（1）的放电速度；根据放电速度依据预先限定的参考（3）来确定（200）电池组（1）的充电状态的预先限定的阈值（2）；确定（300）电池组（1）的当前的充电状态；当电池组（1）的当前的充电状态低于预先限定的阈值（2）时，开启（400）对电池组（1）的充电；作为对开启（400）的响应，给电池组（1）充电（500）。

Description

给电池组充电的方法和系统、电池组管理系统和充电设备

技术领域

本发明涉及用于给电池组充电的方法、电池组管理系统、用于给电池组充电的系统、耗能器和充电设备。尤其是提出了如下方法和电池组管理系统，所述方法和电池组管理系统控制对电池组的充电。

背景技术

电蓄能器、尤其是基于锂离子的电蓄能器通常根据恒电流（constant current）/恒电压（constant voltage）（CC/CV）充电方法来充电；也就是说，首先调整充电电流（电流控制式充电）并且用该充电电流来进行充电。一旦达到充电结束电压，就转换到电压控制式充电。接着，电压处在充电结束电压的值上。现在充电电流相对应地被调整，而且一旦该充电电流下降到所限定的阈值（充电结束标准，例如C/20）之下，就结束充电，而且蓄能器满了。

也公知其它方法，其中电流控制式充电由于电流控制而继续进行得更久。

在这些方法中不利的是在充电结束时的松弛的影响，也就是说在达到充电结束标准之后开路端电压的恢复或者在充电结束之后由于电池组的放电而引起的电压的下降。如果充电过程重新开始，例如由于充电设备断开和重新插入充电设备或者由于在CC阶段或者在CV阶段重新开始给电池组充电（或者其它涓流充电）而重新开始，那么电池组可能被过度充电并且加速老化或者甚至表现出该电池组可能呈现安全风险的状态。

DE 10 2006 022 394 A1公开了一种通过用于使具有多个电池的能量源电荷量平衡的设备来对付电池组的损坏问题的可能性，其中具有比其它电池更高的电荷量的电池选择性地被放电。然而，在这种情况下，在所有电池内电荷量均匀的情况下，并没有解决涓流充电或过度充电的问题。

DE 10 2011 005 425 A1涉及一种具有充电电路和放电电路的蓄能设备，其中在该蓄能设备上的电压被监控，而且当该电压大于预先确定的值时，充电被中断。经此，可以避免对蓄能设备的过度充电。不过，在这种情况下始终存在涓流充电的问题，因为在预先限定的值之下的电池组总是重新被充电。

因而，从之前提到的现有技术出发，本发明的任务是说明一种经改善的用于给电池组充电的方法，该方法解决了上面提到的问题并且尤其是使电池组的老化延迟并且借此导致成本和安全风险显著降低。本发明的任务还是说明一种电池组管理系统、一种用于给电池组充电的系统、一种充电设备和一种耗能器，它们同样实现了这些优点。

发明内容

按照本发明，之前提到的任务通过权利要求1的主题来解决。按照第一方面，本发明涉及用于给电池组充电的方法。在按照本发明的方法的第一步骤中，确定电池组的放电速度。放电速度是用来专门描述电池组的充电和放电过程的术语，该术语与该电池组的容量（以安时为单位来测量）无关而且与以安培为单位的流动电流无关。“1C”的放电速度意味着：电池组在一小时之内完全被放完电。“2C”的放电速度对应于在半小时之内放完电；“10C”的放电速度会对应于在六分钟之内放完电。例如，通过常规的测量设备和/或借助于电池组管理系统可以确定放电速度。

在第二步骤中，根据放电速度依据预先限定的参考来确定充电状态的预先限定的阈值。例如，这同样可以通过电池组管理系统来实现。该预先限定的参考例如可以是在数学上预先限定的曲线，其中该预先限定的阈值可能是纵坐标值，而所确定的放电速度可作为相关的横坐标值来绘制。电池组的充电状态、例如同样能通过电池组管理系统来确定的充电状态以百分比为单位描述了作为蓄能器或作为对于通过电流来说可支配的被充电的粒子的储存器的电池组的“充填度”。因此，100%的充电状态对应于被充满电的电池组。通过确定充电状态的预先限定的阈值，可以规定有利的预先限定的阈值，高于所述有利的预先限定的阈值就不发生或不应该进行对电池组的充电。

在第三步骤中，确定电池组的当前的充电状态。如果例如在该当前的充电状态与预先限定的阈值之间的比较得出电池组的当前的充电状态低于该预先限定的阈值，那么在第四步骤中开启对电池组的充电。由此，首先保证了电池组没有被过度充电。此外，通过与电池组的放电速度的关系，可以调整预先限定的阈值，使得例如如果尤其是由于放电速度小、诸如自放电而完全不需要（立即）充电，那么充电被延迟。在这种情况下，特别高的预先限定的阈值是有利的。因为电池组的这种空载状态很常见，而且尤其是在这种情况下，在常规充电方法中涓流充电降低了电池组的使用寿命，所以该缺点通过按照本发明预先限定的阈值来解决。这尤其也带来成本节约。例如，如果电池组具有高放电速度而且存在完全放电的风险，那么可以确定放电状态的更小的预先限定的阈值。但是，同时也防止了：尤其是可能的与电池组连接的耗能器的使用者在按照本发明的充电方法期间由于通过预先限定的阈值引起的“保护功能”而面临由于密集使用耗能器而引起的电池组空了的问题。应提到用正好被充电的智能电话来打电话，作为很多示例中的一个示例。因此，该电池组根据其放电速度相对使用者需求而智能地予以保护。

接着，在第四步骤中，作为对开启的响应，电池组被充电。否则，只有当电池组的当前的充电状态低于预先限定的阈值时，才能开始充电。该方法可以通过软件功能例如集成到电池组管理系统中，由此在没有高成本的情况下就可能集成。按照本发明的充电方法同样针对直流电网和交流电网来设计。

从属权利要求具有关于内容的有利的扩展方案。

在按照本发明的方法的一个有利的扩展方案中，在开启之后依据参考继续进行对放电速度的确定和/或对预先限定的阈值的确定，而且如果预先限定的阈值大于当前的充电状态，那么结束充电。经此，可以在电池组的放电速度与电池组的充电之间提供平衡。在这种情况下，如果由于相对应的放电速度而完全不需要继续充电，那么可以进一步减少电池组的涓流充电而且借此可以进一步提高电池组的使用寿命。在一个特别优选的扩展方案中，如果充电电路没有被中断，那么该方法在结束之后在根据按照本发明的方法的第一步骤来确定放电速度的情况下循环地持续地继续进行。因此，在耗电突然提高的情况下，即使充电已经结束，也可降低预先限定的阈值，使得为了由电池组提供足够数量的载流子而重新继续进行充电，以便当放电速度例如重新降低时重新更小心地充电或完全不充电。这是对按照本发明的方法的充电智能的进一步提高。

在按照本发明的方法的另一设计方案中，放电速度的降低导致预先限定的阈值的提高。换言之，这作为对低放电速度的响应来发生，其中能够使通过高的预先限定的阈值引起的充电比在相反的情况下的充电更晚。因此，通过该措施可以有针对性地防止电池组的老化，这提高了电池组的安全性。由于涓流充电引起的关于过度充电方面的一般的安全风险也最小化。

在按照本发明的方法的另一优选的设计方案中，电池组的充电状态的预先限定的阈值在放电速度提高时随着其二阶导数为负的数学函数降低。经此，电池组在其中过度充电和涓流充电最关键的放电速度低的情况下特别受保护，因为在放电速度低的情况下，预先限定的阈值比较高。

在本发明的另一扩展方案中，连续地或者在预先限定的时间段之后确定放电速度并且确定预先限定的阈值，尤其是求平均地确定放电速度并且确定预先限定的阈值。在这种情况下，如果电池组受到放电速度的频繁变化，那么应特别优选连续的变值，借此可以对此做出合适的反应。如果电池组关于其放电速度方面没有那么多要求，那么应优选在预先限定的时间段之后进行确定、尤其是求平均地进行确定。此外，如果电池组的充电被中断而且将电池组从电网除去，那么也可以应用该变值。尤其是可以在上一充电过程之后（例如关于插入和拔出方面）继续进行对放电速度的确定和对预先限定的阈值的确定。因此，按照本发明的充电方法与充电被中断的频率无关。

根据本发明的另一优选的设计方案，如果当前的充电状态的值达到100%，那么阻止充电，直至充电状态低于预先限定的阈值。这用于保护电池组以防过度充电。

在本发明的另一优选的扩展方案中，在上一充电过程结束之后在预先限定的时长内阻止充电开始，例如与预先限定的阈值无关地阻止充电开始。这例如可以用定时器来实现。因此，例如如果取消了关于预先限定的阈值方面的电池组管理或者频繁地“插入和拔出”充电设备，那么可以生成附加的保护。该预先限定的时长尤其可取决于电池组的容量。定时器尤其可以集成在电池组管理系统中。

在另一优选的设计方案中，按照本发明的方法包括：存储预先限定的阈值关于时间的变化过程或者存储预先限定的阈值在预先限定的协议时长内的变化过程。该协议时长例如可受事件控制（直至上一充电过程或者从下一充电过程开始）。

以这种方式，电池组管理系统附加地可以使预先限定的阈值适配，以便保护电池组的使用寿命。附加地，依据变化过程还可以使关于电池组功能方面的故障分析变得容易。

接下来的按照本发明的方面包括有利的设计方案和扩展方案以及按照本发明的方法的一般的优点而且在一定程度上包括分别与此相关联的技术效果。

按照本发明的第二方面，还提供一种电池组管理系统，该电池组管理系统被设立为实施按照本发明的方法。优选地，电池组管理系统可处在电池组或充电设备中。如果电池组管理系统有利地布置在充电设备中，那么该电池组管理系统可以检测或者自己确定电池组的放电速度，而且依据其可以依据预先限定的参考来确定充电状态的预先限定的阈值并且可以或者相对应地开启充电或者阻止充电。例如，通过由电池组管理系统控制的或者集成在该电池组管理系统中的可逆开关是可能的。该电池组管理系统还可以在充电电路中实现，使得该电池组管理系统将放电状态的预先限定的阈值按照本发明地传达给充电设备，而且只有当电池组由于其放电状态而开启充电时，该充电设备才重新给电池组充电。

按照本发明的方法尤其可以通过软件功能简单地集成在如下电池组管理系统上，所述电池组管理系统被设立用于实施该方法。因此，在没有高成本的情况下就可以实现按照本发明的方法。

按照本发明的第三方面，提供了一种用于给电池组充电的系统，该系统包括电池组、充电设备和按照本发明的电池组管理系统。在一个优选的实施方式中，按照本发明的电池组管理系统可布置在充电设备中和/或布置在电池组中。作为对电池组的放电速度的响应，电池组管理系统可以以布置在充电设备中的方式对充电进行智能控制，如上面所解释的那样。此外，如果电池组管理系统布置在电池组中，那么该电池组管理系统可以（例如通过切断接触器）使与充电设备的连接断开。与此相应地，充电设备可以智能地适应电池组，其中如下另一种情况同样是可能的，在所述另一种情况下，电池组具有相对于充电设备的断开功能。有利地，充电设备可以连接在直流电网或交流电网上。

按照本发明的第四方面，提供了一种耗能器，该耗能器包括按照本发明的第二方面的电池组管理系统。耗能器尤其包括行走工具（例如载客车（PKW）、运输工具、载货车（LKW）、船舶和/或飞行器）或者智能电话。耗能器尤其可包括牵引电池组或者智能电话电池组。尤其考虑锂离子电池组，作为电池组。耗能器可以与电池组连接，该电池组与充电设备连接，该充电设备同时与电网连接。电池组管理系统可以布置在这些元件中的每个单个的元件中和/或可以布置在外部。

按照本发明的第五方面，提供一种充电设备，该充电设备被设立为执行按照本发明的方法。例如，这种充电设备可以包含按照本发明的电池组管理系统，而且通过该电池组管理系统可以通过所分配的标识来识别耗能器。尤其是，耗能器、例如智能电话或电动车辆可以已经将确定的号码、图像、条形码或QR码寄存在实现在其上的软件之内，接着将其与电池组管理系统上的基于软件的数据库进行匹配。这样，预先限定的阈值可以更快地并且更符合需求地被确定。

附图说明

随后，本发明的实施例依据随附的附图详细地予以描述。在附图中：

图1示出了阐明按照本发明的方法的一个实施例的步骤的流程图；

图2示出了按照本发明的根据放电速度的预先限定的参考；

图3示出了与电网连接的电池组、充电设备和耗能器的装置；

图4a示出了具有按照本发明的电池组管理系统和充电设备的行走工具，该充电设备与交流电网连接；

图4b示出了具有按照本发明的电池组系统的行走工具，该电池组系统与直流电网连接；

图5示出了按照本发明的用于给电池组充电的系统；而

图6示出了具有按照本发明的用于给电池组充电的系统的智能电话。

具体实施方式

图1示出了用于阐明按照本发明的用于给电池组1充电的方法的步骤的流程图。步骤100包括确定电池组1的放电速度，而第二步骤200包括依据预先限定的参考3确定电池组1的充电状态的预先限定的阈值2。在步骤300中，确定电池组1的当前的充电状态。如果电池组1的当前的充电状态低于预先限定的阈值2，那么在步骤400中开启充电。作为对此的响应，在步骤500中开始对电池组1的充电。在步骤600中，继续进行对预先限定的阈值的确定，而且在步骤600a中，如果预先限定的阈值大于电池组1的当前的充电状态，则结束充电。在这种情况下，该方法重新在步骤100中继续进行。如果在步骤700中当前的充电状态的值达到100%，那么充电同样结束，直至充电状态低于预先限定的阈值，其中为此已重新开始步骤100。

图2示出了以数学曲线的形式的预先限定的参考3，该数学曲线的二阶导数为负而且依据该数学曲线来规定预先限定的阈值2。在这种情况下，该预先限定的参考3的y坐标（以%为单位）是根据放电速度（以C为单位的x坐标，如上所述用来限定）的预先限定的阈值2。关于预先限定的参考的典型的值对例如是：(1/20 | 28)、(1/10 | 20)、(1/5 | 12)、(1/3 | 8)和(1/2 | 4)（以(x | y)坐标表述的说明）。

图3示出了与电网6连接的电池组1、充电设备4和耗能器5的电装置8。在这种情况下，电池组1与耗能器5电连接，该耗能器又与充电设备4连接，该充电设备连接到电网6上。按照本发明的电池组管理系统7（这里未示出）可以在外部连接在该电装置8上。电池组管理系统7还可以集成在电池组1中和/或集成在充电设备4中。

图4a示出了行走工具10、尤其是具有电驱动装置9的电动车辆，该行走工具10具有按照本发明的电池组管理系统7和充电设备4，该充电设备与交流电网6a连接。在这种情况下，电池组管理系统7集成到电池组1中（在该图中通过“1、7”来表示）。充电设备4与电池组1和集成的电池组管理系统7连接。此外，充电设备4通过交流充电接口11a和交流充电线12a与交流充电桩6a连接。此外，在充电设备4中实现电池组管理系统7是可能的。

图4b示出了行走工具10、尤其是具有电驱动装置9的电动车辆，该行走工具10具有按照本发明的电池组管理系统7，该电池组管理系统与直流电网连接。在这种情况下，电池组管理系统7集成到电池组1中（在该图中通过“1、7”来表示）。直流充电接口11b与电池组1和集成的电池组管理系统7直接连接。直流充电接口11b还通过直流充电线12b与交流充电桩6b连接。

图5示出了按照本发明的用于给电池组1充电的系统13，其中电池组管理系统7作为中央元件与充电设备4、耗能器和电池组1连接而且能够在这些部件之间实现关于充电或不充电方面的智能通信。在这种情况下，电池组管理系统7可以检测电池组1的放电速度并且例如将超过预先限定的阈值2传达给充电设备4。充电设备4连接到电网6上。

图6示出了在按照本发明的用于给电池组1充电的系统13中的智能电话14。在这种情况下，为了在按照本发明的系统13之内进行充电，智能电话14通过USB充电线19和USB插拔机构16与充电设备4连接。在智能电话14的输入端上的充电控制器17在USB输入端上以5V、9V或20V转换到电池组1的充电电压。电池组1与耗能器5（例如显示器、CPU等等）连接。同时，按照本发明的电池组管理系统7布置在计算机15（CPU，智能电话14的操作系统）、耗能器5和电池组1中间。通过可逆保护开关18可能的是：作为对相对应的放电速度或相对应的预先限定的阈值2的响应，使电路中断或恢复。电池组管理系统7还可以由用户20通过智能电话14的操作界面（未示出）来控制。电池组管理系统7可以实现在中间，如所描绘的那样，和/或可以实现在计算机15中，和/或可以实现在充电控制器17中。电池组管理系统7还可以在充电设备4中实现。在这种情况下，电池组管理系统7具有设备识别。这可以通过具有数据序列的确定的标识来实现。例如，设备、例如智能电话14可以已经将确定的号码、图像、条形码或QR码寄存在软件之内，接着将其与电池组管理系统7上的基于软件的数据库进行匹配。这样，预先限定的阈值2可以更快地并且更符合需求地被确定。

通过定时器可以阻止充电，与取决于放电速度的预先限定的阈值2无关。定时器取决于电池组的容量而且例如为42s + 4.2s/Ah。这意味着：对于2900mAh电池组来说，在至少54.18s内阻止充电。对于75Ah电池组来说，至少在357s内阻止充电。在这种情况下，定时器随着电池组1与充电设备4之间的电连接而开始。如果该电连接断开，那么该定时器可以继续。在这种情况下，如果在定时器走完之前重新建立电连接，那么该定时器继续运行直至走完，而且阻止充电。如果定时器走完，那么开始对电池组1的充电。该定时器也可以被设计为使得该定时器在电连接中断时结束并且在该电连接重新建立时重新从头开始运行。定时器可以通过电池组管理系统7来控制。

即使按照本发明的方面和有利的实施方式都已经依据与随附的附图相关联地阐述的实施例详细地描述，对于本领域技术人员来说，所示出的实施例的特征的修改和组合也都是可能的，而不脱离本发明的保护范围，本发明的保护范围通过随附的权利要求书来限定。

附图标记列表

1 电池组

2 预先限定的阈值

3 预先限定的参考

4 充电设备

5 耗能器

6 电网

7 电池组管理系统

8 电装置

9 电驱动装置

10 行走工具

11 充电接口

12 充电线

13 系统

14 智能电话

15 计算机

16 USB插拔机构

17 充电控制器

18 可逆保护开关

19 USB充电线

20 用户

100至700 方法步骤

Claims (10)

1.用于给电池组（1）充电的方法，所述方法包括如下步骤：

- 确定（100）所述电池组（1）的放电速度；

- 根据所述放电速度依据预先限定的参考（3）来确定（200）所述电池组（1）的充电状态的预先限定的阈值（2）；

- 确定（300）所述电池组（1）的当前的充电状态；

- 如果所述电池组（1）的当前的充电状态低于所述预先限定的阈值（2），那么开启（400）对所述电池组（1）的充电；而且

- 作为对所述开启（400）的响应，给所述电池组（1）充电（500）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述开启（400）之后依据所述预先限定的参考（3）继续进行对所述放电速度的确定（100）和/或对所述预先限定的阈值（2）的确定（200），而且如果所述预先限定的阈值（2）大于当前的充电状态，那么结束所述充电（500）。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在结束（600）所述充电（500）之后，在确定（100）所述放电速度的情况下继续进行所述方法。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述放电速度的提高引起所述电池组（1）的充电状态的预先限定的阈值（2）的降低。

5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中所述电池组（1）的充电状态的预先限定的阈值（2）在所述放电速度提高时与其二阶导数为负的数学函数（3）相关联。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中连续地或者在预先限定的时间段之后进行对所述放电速度的确定（100）和对所述预先限定的阈值（2）的确定（200），尤其是求平均地进行对所述放电速度的确定（100）和对所述预先限定的阈值（2）的确定（200）。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中如果所述当前的充电状态的值达到100%，那么阻止所述充电（500），直至充电状态低于所述预先限定的阈值（2）。

8.根据上述权利要求之一所述的方法，所述方法还包括如下步骤：

- 在上一充电过程结束之后在预先限定的时长内阻止充电开始。

9.电池组管理系统（7），所述电池组管理系统被设立为执行据权利要求1至8之一所述的方法。

10.充电设备（4），所述充电设备被设立为执行据权利要求1至8之一所述的方法。