CN111231759A - 电动汽车锂电池的充电系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动汽车的电池充电的管理系统和方法。所述系统可以包括电池管理系统。所述电池管理系统可以接收当前电池特性和条件。基于电池特性和条件，电池管理系统可从多个充电曲线中选择充电曲线。基于所选择的充电曲线，电池管理系统可以设置电池充电的速率。

Description

电动汽车锂电池的充电系统和方法
背景技术
诸如汽车的车辆可以包括向车辆的部件提供电力的电池。由电池提供的电量或电力的持续时间可以发生变化。
发明内容
根据本发明的至少一个方面，一种电动汽车的电池充电的管理系统可包括与电池管理系统相通信的数据储存库。数据储存库可以存储用于电动汽车的电池的多个充电曲线。多个充电曲线中的每一个均指示电动汽车的电池充电的充电速率(例如，C-速率)。电池管理系统可包括电动汽车的第一传感器，以确定温度值来指示电池环境的温度。电池管理系统可包括电动汽车的第二传感器，以确定电流值来指示电动汽车的电池的电流。电池管理系统可包括一个或多个处理器。电池管理系统可以接收温度值和电流值。电池管理系统可以确定电动汽车的电池的充电状态。基于电池的充电状态、温度值和电流值，电池管理系统可从多个充电曲线中选择用于电动汽车的电池的充电曲线。基于来自多个充电曲线的充电曲线，电池管理系统可设置C-速率，以对电动汽车的电池充电。
根据本发明的至少一个方面，一种管理电动汽车的电池充电的方法，可包括通过电动汽车的电池管理系统从数据储存库检索用于电动汽车的电池的多个充电曲线。多个充电曲线中的每一个均可以指示用于对电动汽车的电池充电的C-速率。所述方法可包括通过电池管理系统接收温度值，该温度值指示电池环境的温度。所述方法可包括通过所述电池管理系统确定电动汽车的电池的充电状态。所述方法可包括，基于电池的充电状态及电池环境的温度，通过所述电池管理系统从多个充电曲线中选择用于电动汽车的电池的充电曲线。所述方法可包括，基于来自多个充电曲线的充电曲线，设置电动汽车的电池的C-速率。
本发明的至少一个方面涉及一种电动汽车。电动汽车包括电池管理系统，以管理电动汽车的电池充电。电池管理系统可包括与电池管理系统相通信的数据储存库。数据储存库可以存储用于电动汽车的电池的多个充电曲线。多个充电曲线中的每一个均指示用于对电动汽车的电池充电的充电速率(例如，C-速率)。电池管理系统可包括电动汽车的第一传感器，以确定温度值来指示电池环境的温度。电池管理系统可包括电动汽车的第二传感器，以确定电流值来指示电动汽车的电池的电流。电池管理电池管理系统可包括一个或多个处理器。电池管理系统可以接收温度值和电流值。电池管理系统可以确定电动汽车的电池的充电状态。基于电池的充电状态、温度值和电流值，电池管理系统可从多个充电曲线中选择用于电动汽车的电池的充电曲线。基于来自多个充电曲线的充电曲线来设置C-速率，电池管理系统可以对电动汽车的电池充电。
这些和其它方面以及实施方式将在下面详细讨论。前述信息和以下详细描述包括了各个方面和实施方式的说明性示例，并提供了理解所要求保护的方面和实施方式的本质和特性的概览或框架。附图提供了对各个方面和实施方式的说明和进一步理解，并且并入本说明书中构成本说明书的一部分。
附图说明
附图并非按比例绘制。各附图中，相同的附图标记和名称表示相同元件。为清楚起见，并未在每幅图中标出所有部件。在以下附图中：
图1示出了管理电动汽车电池的性能的示例性系统的框图；
图2示出了用于管理电池性能的示例性方法200；
图3示出了示例性三电极电解池的框图；
图4示出了示例性数据查阅表；以及
图5示出了示例性计算机系统的框图。
具体实施方式
以下更详细地描述了管理车辆电池性能的方法、设备和系统相关的各种概念和实施方式。以上介绍的各种概念在下文中更详细地讨论，可以实施多种方式中的任何一种。
本发明涉及通过控制电池的充电条件来管理电动汽车的电池性能。由于与电池的性能或退化相关的约束，电动汽车锂离子(Li离子)电池单元的充电可能是具有挑战性的。例如，在一些条件下(例如，在特定温度下)，锂离子电池充电可导致锂沉积到电池的阳极上。锂沉积在阳极上会导致性能下降，例如充电循环缩短、电池寿命缩短或单元内部短路。单元的内部短路会导致发热，这会引起电池单元失效。锂沉积还可导致劣化机制，例如锂存量损失、电池阻抗增加和阳极内的电接触损失等。检测锂沉积可能是难以原位进行的。另外，原位测试或检测锂沉积可能会受成本和空间限制，因为可能难以将传感器添加到需要检测锂镀覆的运行电池。因此，当设置诸如C-速率的充电速率时，电池管理系统可能不考虑电池的当前条件，这可能会导致电池的退化和性能问题。
本文所述的电池管理系统可包括多个充电曲线。电池管理系统可基于当前环境及电池条件选择充电曲线，并且基于选定充电曲线对电池充电。充电曲线可以包括充电速率、C-速率或其他充电特性。电池管理系统可以从一个或多个传感器接收输入信号，输入信号可使得电池管理系统能够对锂沉积进行建模，并且基于来自一个或多个传感器的数据选择充电曲线。基于所选择的充电曲线，电池管理系统可设定用于对电池充电的C-速率(或所施加的电流/电流密度)。电池管理系统可基于充电曲线限制充电电流，随着充电条件接近可能发生锂沉积的条件，而使电流逐渐减小。C-速率可以是归一化的充电速率。C-速率可以相对于电池容量归一化。C-速率可以是电池相对于电池最大容量的可被充电或放电的速率的量度。例如，在1CC-速率下，电池将在1小时内释放电池的全部容量。
图1示出了管理电动汽车的电池性能的示例性系统100的框图。系统100可以包括至少一个电动汽车114。电动汽车114可以指任何类型的车辆或汽车，例如小汽车、卡车、货车、运动型多功能车、摩托车、自驾车辆、驾驶员辅助车辆、电动汽车、混合动力车辆或化石燃料动力车辆。电动汽车114可以包括至少一个电池管理系统102，以测量电池和环境条件并选择参数来更换电池。电池管理系统102可包括用于与电动汽车114的部件交互的至少一个接口104。电池管理系统102可包括由至少一个处理器126执行的至少一个电池控制器部件112。电池管理系统102可包括至少一个数据储存库106，其可包括一个或多个充电曲线108和测量值110。电动汽车114可以包括传感器，诸如一个或多个温度传感器116和一个或多个电池控制器部件112。电动汽车114可以包括一个或多个电池120和一个或多个充电调节器118。电动汽车114的电池120可由至少一个充电站124充电。
系统100可包括电池管理系统102。电池管理系统102可经配置、设计、构造或操作以接收输入(例如，电池120的电特性及温度值)，且基于所述输入选择充电曲线。电池管理系统102可基于所选择的充电曲线来配置充电调节器118来对电池120充电。举例来说，电池管理系统102可基于一个或多个输入来设定用于对电池120充电的C-速率。
电池管理系统102可以包括一个或多个接口104、一个或多个处理器126以及一个或多个电池控制器部件112。电池管理系统102可包括(或可访问)数据储存库106，其中数据储存库106存储有充电曲线108和测量值110曲线。电池管理系统102或其一个或多个部件可包括硬件或硬件与软件的组合。例如，电池管理系统102可以包括通信总线、电路、通信接口等。电池管理系统102可以整体或部分地驻留在车辆(例如，车辆114)上或车辆内、计算设备上、服务器上、或其他位置或硬件基础设施上，以促进车辆或电池控制、设计或制造。例如，电池控制器部件112可以是远程服务器的部件。例如，一个或多个充电曲线108可以远离电动汽车114存储(例如，在远程服务器中)。电池管理系统102可以收集测量值110，电池管理系统102可以将测量值传输到远程服务器。电池控制器部件112的部件位于远程服务器处，可以远程地处理测量值110，并且将控制信号返回到位于电动汽车114处的电池管理系统102的部件，来设置充电调节器118。充电调节器可控制从充电站124到电池120的C-速率(或其它充电特性)。
电池管理系统102可以包括一个或多个电池控制器部件112。电池控制器部件112可以是或包括应用、小应用程序、脚本、服务、守护进程、例程或其他可执行逻辑，以控制充电站124对电池120的充电。电池控制器部件112可以被称为主要部件、协调器部件或主要部件。电池控制器部件112可以协调、管理或维护电池管理系统102的一个或多个其他部件。电池控制器部件112可以从温度传感器116和电传感器122接收信号，并且将信号作为测量值110存储在数据储存库106中。
电池控制器部件112可以从数据储存库106选择一个或多个充电曲线108。基于从传感器(例如，温度传感器116和电传感器122)接收的或从数据储存库106接收的信号，电池控制器部件112可以从数据储存库106选择充电曲线108。例如，关于图3的描述，其中，充电曲线108可以作为数据查阅表存储在数据储存库106中。数据查阅表可以是多维数据查阅表。例如，数据查阅表可以包括多个行-每个用于不同的电荷状态(SoCs)-和多个列-每个用于不同的温度。对于输入温度和SoC，电池控制器部件112可以选择SoC行和温度列的交叉点处的充电曲线108。当选择充电曲线108时，经由电池控制器部件112，电池管理系统102可以配置或设置充电调节器118的C速率。充电调节器118可限制充电站124对电池120充电的C-速率。
电动汽车114可以包括一个或多个传感器。电动汽车114可以包括一个或多个电传感器122和温度传感器116，其通常可以称为传感器。温度传感器116可以是用来测量电池环境而设计、构造、配置或操作的温度传感器。电池环境可以是电池120周围的环境，诸如电池120的外表面的温度、紧邻电池120的环境温度(例如，在2英尺、1英尺、10英寸、6英寸或3英寸内)、电动汽车114的电池舱中的环境温度、电池120的内部的温度。电动汽车114可以包括多个温度传感器116。例如，电动汽车114可以包括第一温度传感器116和第二温度传感器116，第一温度传感器116可以测量电池环境中的温度，第二温度传感器116可以测量电动汽车114外部的温度。电动汽车114可以包括一个或多个或与其相关联的外部温度传感器116。例如，电动汽车114可以从天气服务器接收外部温度，经由数据网络，天气服务器可以向电动汽车114提供温度值。温度传感器116可以包括热敏电阻(例如，负温度系数热敏电阻)、电阻温度检测器、热电偶、基于半导体的温度传感器、红外温度传感器或其组合。
电池管理系统102可以利用温度传感器116来测量电池环境(或其他位置)中的温度。例如，电池管理系统102可以通过接口与温度传感器116连接。温度传感器116可产生与电池环境中的温度成比例的电信号。电池管理系统102可以以预定速率对信号进行采样，并将数字化的信号作为一个测量值110存储在数据储存库106中。温度传感器116可产生数字信号，温度传感器116将所述数字信号传输到电池管理系统102。电池管理系统102可将数字信号作为一个测量值110存储在数据储存库106中。
电动汽车114可以包括一个或多个电传感器122。电传感器122可被设计、构造、配置或操作，以检测一个或多个电池特性。例如，电传感器122可以检测从电池120输出的电流值。电传感器122可以包括电流表、电压表或万用表。电传感器122可以测量电流，诸如电荷或放电的流动。电传感器122可包括一个或多个传感器装置以测量、检测或确定与车辆的电池120相关的电特性。例如，电传感器122可以测量、检测或确定一个或多个电池120的电流、电压或阻抗。电传感器122可以测量、检测或确定电池120的充电状态(SoC)。电传感器122可以间接测量电池120的SoC。例如，电传感器122可以确定电池120的电压。电传感器122或电池管理系统102可以参考放电数据查阅表，所述放电数据查阅表使电压等于预测的SoCs。放电数据查阅表可以是多维的，并且还包括温度和电流的索引。也就是说，基于电压、电流温度、电池电流或其组合，电传感器122或电池管理系统102可以确定SoC。电传感器122可以通过测量电池电流，并对电池电流在时间上积分以执行库仑计数来确定SoC。
电池管理系统102可以利用电传感器122测量一个或多个电池120的电特性。例如，电池管理系统102可以通过接口104与电传感器122连接。电传感器122可以产生指示所测量的电特性值的电输出信号。电池管理系统102可以以预定速率对信号进行采样，并将数字化的信号作为一个测量值110存储在数据储存库106中。电传感器122可产生数字信号，电传感器122将数字信号传输到电池管理系统102中。电池管理系统102可将数字信号作为一个测量值110存储在数据储存库106中。
电动汽车114可以包括一个或多个电池120。电池120可以是可再充电电池。电池120可以由充电站124再充电。电池可以包括一个或多个电池单元。例如，电池120可以指多个电池单元或电池。多个电池单元可以彼此独立，但是存储在相同的物理容器或区域中。电池120的多个电池单元可以电子地或通信地耦合到另一个上。例如，电池120中的一个或多个电池单元可以通过电子电路以串联或并联方式连接。电池管理系统102可以监视、管理或控制电池120的各个方面。
电池120可包括一个或多个单元。单元可以指电池中的电化学电流产生单元，其由一组正极板、负极板、电解质、隔板和外壳组成。单元可以具有例如1伏、2伏、3伏、伏或一些其它电压的开路电压。在单个电池120中可以有多个单元。电池120或电池单元的类型可包括例如铅酸("淹没式"、深循环和VRLA)、NiCd、镍金属氢化物、锂离子聚合物、锌空气电池或熔融盐电池。
电池120可包括一个或多个电池单元。电池单元可以是锂-空气电池单元、锂离子电池单元、镍-锌电池单元、锌-溴电池单元、锌-铈电池单元、钠-硫电池单元、熔盐电池单元、镍-镉电池单元或镍-金属氢化物电池单元等。电池单元可以包括至少一个壳体。壳体可包括在安装在电动汽车114的底盘上的电池组(例如，电池阵列或电池模块)中或电池组的一部分。壳体可以具有圆柱形壳体或圆柱形单元的形状，具有圆形、卵形或椭圆形的底部。壳体的高度可以大于壳体的直径。例如，壳体可以具有65mm至75mm(包括端值)的长度(或高度)和17mm至25mm(包括端值)的最大宽度(或圆形示例的直径)。在一些示例中，壳体的宽度或直径可以大于壳体的长度(例如，高度)。壳体可以由具有多边形基底的棱柱形外壳形成，例如三角形、正方形、矩形、五边形或六边形。这种棱柱形单元壳体的高度可小于壳体基部的长度或宽度。
电池单元的壳体可包括至少一种导电或导热材料或其组合。导电材料也可以是导热材料。用于电池单元的壳体的导电材料可包括金属材料，例如铝、具有铜、硅、锡、镁、锰或锌(例如，铝4000或5000系列的)的铝合金、铁、铁碳合金(例如，钢)、银、镍、铜和铜合金等。用于电池单元的壳体的导电材料和导热材料可以包括导电聚合物。为了从电池单元内部排出热量，壳体可以经由电绝缘层热耦合到热电热泵(例如，冷却板)。壳体可以包括电绝缘材料。电绝缘材料可以是导热材料。用于电池单元的壳体的电绝缘和导热材料可包括陶瓷材料(例如，氮化硅、碳化钛、二氧化锆、氧化铍等)和热塑性材料(例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚氯乙烯)等。为了从电池单元内部排出热量，壳体可以热耦合到热电热泵(例如，冷却板)。壳体可以直接热耦合到热电热泵，而无需添加中间电绝缘层。
电池单元的壳体可包括第一端(例如，顶部)和第二端(例如，底部)。壳体可在第一端和第二端之间限定内部区域。例如，内部区域可以包括壳体的内部。第一端、内部区域和第二端可以沿着壳体的一个轴线限定。例如，内部区域可具有约2mm至约6mm的宽度(或圆形实例的直径)和约50mm至约70mm的长度(或高度)。
第一端、内部区域和第二端可以沿着形成壳体的圆柱形外壳的竖直(或纵向)轴线限定。第一端可以在壳体的一端，以及第二端可以在壳体的相对端。第二端的端部可以封装或覆盖壳体的相应端部。
至少一种电解质可设置在壳体的内部区域中。电解质可包括负电子电荷区域或末端和正电子电荷区域或末端。至少一个负极接片可以将电解质(例如，电解质的负极区域)与壳体的表面或盖的负极盖部分相联接。
电解质可包括离解成离子(例如，阳离子和阴离子)的任何导电溶液。例如，对于锂离子电池单元，电解液可以包括液体电解液，例如双草酸硼酸锂(LiBC4O8或LiBOB盐)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)和三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)。电解质可包括聚合物电解质，例如聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)(也称为丙烯酸玻璃)或聚偏二氟乙烯(PVdF)。电解质可包括固态电解质，例如硫化锂(Li2S)、镁、钠和陶瓷材料(例如β-氧化铝)。
多种电解质(例如两种电解质、两种以上电解质)可设置在壳体的内部区域内。例如，两种电解质可设置在壳体的内部区域内。电解质的数量可以变化，并且可以至少部分地基于电池单元的特定应用来选择。
锂离子电池或Li离子电池(缩写为LIB)可以是可再充电电池，其中锂离子在放电期间从负极到正极，并且在充电时返回。与不可再充电锂电池中使用的金属锂相比，锂离子电池使用嵌入的锂化合物作为一种电极材料。允许离子运动的电解质和两个电极是锂离子电池单元的组成部件。例如，锂离子电池可用于向电动汽车114提供电力。一种锂离子电池，其可具有高能量密度、低记忆效应和低自放电。锂基电池120的类型可包括例如磷酸铁锂(LiFePO4)、锂离子锰氧化物电池(LiMn2O4、Li2MnO3或LMO)和锂镍锰钴氧化物(LiNiMnCoO2或NMC)、锂镍钴铝氧化物(LiNiCoAlO2或NCA)和钛酸锂(Li4Ti5O12或LTO)，或锂-硫电池。
电池管理系统102可以包括一个或多个数据储存库106。数据储存库106可以是或可以包括存储器(例如，硬件)，电池管理系统102可以在其中存储数据和机器指令。当电池管理系统102用例如处理器126执行机器指令时，电池管理系统102可以执行本文描述的操作。存储器可以包括软盘、CD-ROM、DVD、磁盘、存储器芯片、ROM、RAM、EEPROM、EPROM、闪存、光学介质或处理器126可以从其读取指令或数据的任何其它合适的存储器。指令可以包括来自任何适当的计算机编程语言的代码，例如但不限于C、C++、C#、Java、JavaScript、Perl、HTML、XML、Python和Visual Basic。
电池管理系统102可将一个或多个充电曲线108存储在数据储存库106中。充电曲线108可以是至少一个数据结构，或包括至少一个数据结构。数据结构可以是或可以包括数据查阅表、阵列、矩阵或其它数据结构。充电曲线108可以包括多维数据查阅表。例如，数据查阅表可以包括时间或年龄维度、SoC维度和温度维度等。电池控制器部件112可以向数据查阅表提供一个或多个尺寸值以选择充电曲线108。每个充电曲线108可以指示电池120应当被充电的速率。充电曲线108可减少发生电池管理系统102中的过热、短路或锂电镀。例如，充电曲线108可以设定C-速率、电流、电压或时间的上限，给定一组输入值(例如，温度和电流SoC)在上限处电池120充电。
电池管理系统102可以包括接口104。例如，接口104可以包括或使用一个或多个协议、导线、连接器或端口，使得与系统100的部件通信或促进它们之间的通信。例如，电池管理系统102可经由接口104与温度传感器116和电传感器122电通信。接口104可以包括硬件接口、软件接口、有线接口或无线接口。接口104可以便于将数据从一种格式转换或格式化为另一种格式。例如，接口104可以包括应用编程接口，所述应用编程接口包括用于在诸如软件部件的各种部件之间通信的定义。接口104可以便于将数据从一种格式转换或格式化为另一种格式。例如，接口104可以包括模数转换器，其可以将来自温度传感器116或电传感器122的模拟信号转换为电池控制器部件112可以保存到数据储存库106中作为测量值110的信号。接口104可以与电动汽车114外部的部件交互。例如，接口104可与充电站124对接以控制充电站124对电池120充电的速率。
系统100可包括一个或多个充电站124。充电站124可以是被配置成对可再充电电池充电的充电器。例如，充电站124可以与电池120电耦合以对电池120充电。例如，充电站124可包括一个或多个单元，一个或多个单元包括充电电缆，充电电缆可耦合至电动汽车114上的充电端口以将电力从充电站124递送至电动汽车114。电动汽车114可以在充电时停放。当由充电站124充电时，电动汽车114可以被关闭或开启。充电站124可以以预定C-速率向电池120提供电流以对电池120充电。充电站124可以与外部电源电耦合以接收电力。例如，充电站124可以与市政电网、发电机、太阳能电池板、电池或其他形式的电源耦合。充电站124可以包括充电端口，所述充电端口可以与电动汽车114的充电端口耦合以向电动汽车114提供电力以对电池120再充电。
充电站124可以以多种速率(例如C-速率)对电池120充电。例如，充电站124可以以不同电流和电压水平向电动汽车114提供电力以控制充电站124对电池120充电的速度。电动汽车114可以包括充电调节器118，其可以控制、限制或配置充电站124对电池120充电的速率。例如，电池控制器部件112可以选择包括用于电动汽车114的当前条件的C-速率的充电曲线108。电池控制器部件112可以将充电调节器118配置为设置电池120充电的C-速率。充电调节器118可以是充电调节器118与充电站124电连通的部件。充电调节器118可以是与电池控制器部件112电连通的充电站124的部件。
图2示出了管理电池性能的示例方法200。方法200可以包括生成充电曲线(ACT202)。方法200可包括检索充电曲线(ACT204)。方法200可包括接收温度值(ACT206)。方法200可以包括确定充电状态(ACT208)。方法200可以包括选择充电曲线(ACT210)。方法200可以包括设置C-速率(ACT212)。
方法200可包括生成充电曲线108(ACT202)。充电曲线108可以由电动汽车114的制造商、电池120的制造商或其他方生成。充电曲线108可以针对电池120的一个或多个环境条件或条件表明给电池120充电的参数。参数可包括C-速率、充电电压、充电电流、目标(或最大)充电电压、充电持续时间(例如，对电池120充电多久)、充电速率、或用于对电池120充电的其它参数。充电曲线108可以存储为数据查阅表。
电动汽车114可以存储或访问多个数据查阅表。例如，电动汽车114可以包括用于多个不同电池类型或配置中的每一个的数据查阅表。例如，当电池120安装在电动汽车114中时，与安装的电池类型、型号类型或配置相关联的数据查阅表可以存储在数据储存库106中。每个数据查阅表可以特定于特定的电池配置，其可以基于电池的特定电池单元类型、几何形状、内部压力、组成、结构、化学性质、制造商或其组合。
对于每个不同的电池类型或配置，可以通过构造三电极电解池来生成数据查阅表。对于电池类型或配置中的每一种，电池的实例可以被分割，从电池的实例得到一个或多个部件。可从电池中获得部件，例如但不限于电池的阳极、阴极、隔板和电解质。电池可以在提供惰性气体的手套箱或外壳内获得。例如，手套箱可以填充有氩气。惰性气体可减少部件暴露于氧气或水。
图3示出了示例性三电极电解池300的框图。三电极电解池300可包括阴极302、参照304和阳极306。阴极302、参照304和阳极306可以包括在外壳312内。阴极302、参照304和阳极306可以至少部分地浸没在电解质308中。外壳312也可以填充有惰性气体310。从包括电动汽车114中的相同类型的电池的实例中，可以得到阴极302、参照304、阳极306和电解质308。例如，可以将电池切开以从电池中提取电池部件。电池部件可用于构造三电极电解池300。三电极电解池300可包括将阴极302和阳极306分开的隔板。阳极306可以被配置为三电极电解池300的负极端子或与之耦合，阴极302可以被配置为三电极电解池300的正极端子或与之耦合。参照304可以包括锂。可以根据参照304在阴极302或阳极306处进行电压、电流和其它电测量。
参照图2和图3，三电极电解池300可以在不同条件下充电和放电，以生成数据，从而生成充电曲线。例如，不同的条件可以包括在不同的持续时间内，开始于不同的SoC，在不同的电压，在不同的施加电流，以及在不同的温度下。系统100可为不同组条件中的每一个生成充电曲线108。例如，系统100可以在第一组条件下对三电极电解池300充电和放电时接收第一测量信号，所述第一测量信号可以包括电流值、电压值和时间值中的至少一个。测量信号的值可用于生成针对测试的条件组的充电曲线108。可以重复测试以确定何时(或是否)发生锂沉积。充电曲线108可包括C-速率阈值，所述阈值限制在给定的一组条件下对电池120充电的情况下锂沉积的发生。多个充电曲线108可以作为数据查阅表存储在数据储存库106中，数据查阅表针对多个不同条件中的每一个指示当对电池120充电时应当使用哪个C-速率。例如，电池管理系统102可以确定电池120的当前温度和SoC。电池120可以使用温度-SoC配对作为输入，来检索基于当前条件的充电曲线108。
参看图2，其中，方法200可包含检索充电曲线(ACT 204)。电动汽车的数据储存库106可包括例如存储在数据查阅表中的多个充电曲线108。所述电池管理系统102可以从数据储存库106检索数据查阅表。每个充电曲线108可以指示用于在给定一组输入参数(例如温度和SoC)的情况下，电池120充电的C-速率或充电速率。
方法200可以包括接收或确定温度(ACT 206)。电池管理系统102可基于信号来确定电动汽车的电池环境的温度，所述信号包括通过电池管理系统102从温度传感器116接收的温度值。电池环境可包括紧邻电池的空间(例如，在2英尺、1英尺、6英寸或3英寸内)、电池隔室内的空间或电池内的温度。
电池管理系统102可从一个或一个以上附加的传感器接收附加的测量信号。例如，电池管理系统102可以从电传感器122接收信号，所述信号可以包括指示电池电流的电流值、指示电池电压水平的电压值、指示电池SoC等级的SoC值、或电池120的其他电特性。电池管理系统102可确定电池的电池类型。例如，当电池安装在电动汽车114中时，电池的制造编号可以被提供给电池管理系统102。电池管理系统102可以确定电池120的使用年限。电池120的使用年限可以是基于时间的或基于周期的。例如，当新电池120安装在电动汽车114中时，电池管理系统102可以对电动汽车114运行时运行的计时器进行重置。计时器的值可以指示电池120的使用年限。电池的使用年限可以基于充电循环的次数。举例来说，电池管理系统102可对电池120已经历的充电及放电循环的次数进行计数。
方法200可以包括确定电池的SoC(ACT 208)。如上所述，电传感器122可测量或确定电池的一个或多个运行特性或参数。参数之一可以是电池的SoC。电传感器122可以向电池管理系统102发送包括指示电池的SoC的值的信号。电传感器122可以基于由电传感器122和温度传感器116接收或测量的值来确定或计算SoC。例如，电池控制器部件112可以根据从电传感器122接收的电压值和从温度传感器116接收的温度值来计算SoC值。
方法200可包括选择充电曲线(ACT210)。电池管理系统102可从存储在电动汽车的数据储存库106上的数据查阅表中包括的多个充电曲线中选择充电曲线。所述电池控制器部件112可以基于电池120的SoC、电池120的电压、电池120的电流和电池环境的温度中的一个或多个来选择充电曲线108。例如，电传感器122可以使用温度值和SoC值作为温度-SoC对，用于从包括第一维度上的温度和第二维度上的SoC的数据查阅表中选择充电曲线108。
例如，参考图4，图4示出了示例性的数据查阅表400。所述数据查阅表400可包括多个充电曲线108。每个充电曲线108可以包括C-速率的值。所述数据查阅表400可以包括第一索引402(在此也可以被称为维度)，第一索引402包括408(1)到408(5)的多个列。在图4中所示的示例性数据查阅表400中，索引402的每个值可对应于以摄氏度(℃)为单位的不同温度值。例如，408(1)的列对应于5℃的温度，408(5)的列对应于45℃的温度。数据查阅表400可以包括第二索引404，其包括406(1)到406(8)的多个行。在示例性数据查阅表400中，索引404的每个值可以对应于不同的SoC值。例如，406(1)的行对应于10％的SoC，而406(8)的行对应于80％的SoC。存储多个充电曲线108的数据查阅表可具有比图4中所示的数据查阅表400的解析度更高或更低的解析度。例如，具有较高解析度的数据查阅表可以包括具有每5％点而不是每10％点的值的索引404。当电池控制器部件112接收到在给定索引的值中的两个之间的输入值(例如，输入SoC是63)时，电池控制器部件112可以将输入值向上进入到、向下舍入到给定索引的最接近的值，或者电池控制器部件112可以在两个值之间插入充电曲线108。对于示例数据查阅表400，电池控制器部件112可以使用温度-SoC配对来从数据查阅表400检索充电曲线108。例如，如果温度-SoC配对是45℃-80，则电池控制器部件112将选择在408(5)列和406(8)行的交叉点处的充电曲线108，并且选择具有1.3C的C-速率的充电曲线108。
数据查阅表可包括两个以上的维度，使得可基于除了温度和SoC之外或代替温度和SoC的输入来选择充电曲线108。举例来说，数据查阅表可包含电流值的维度，使得电池管理系统102可基于电流值选择充电曲线108。数据查阅表可包括电池类型或配置的维度，使得电池管理系统102可基于电池类型或配置来选择充电曲线108。数据查阅表可包括电池年限的维度(如通过多个充-放电值或时间所测量的)，使得电池管理系统102可基于电池的年限来选择充电曲线108。
参照图2，其中，方法200可以包括设置C-速率(ACT212)。所述电池控制器部件112可以通过配置充电调节器118或充电站124来设置用于电池120充电的C-速率。基于来自所述多个充电曲线的所述充电曲线来设置所述电动汽车的所述电池的C-速率。例如，所述充电调节器118可被配置成使得由所选充电曲线108指示的C-速率是在给定时间段内对电池120充电的最大C-速率。所述电池管理系统102可以在充电周期的期间多次重复ACT 204至212。例如，电池管理系统102可以每10分钟重复ACT 204至212，并更新电池120充电的C-速率。例如，电池管理系统102可以随着电池接近满SoC(例如，100％)或接近可能发生锂镀覆的条件而逐渐减小或降低C-速率。
图5示出了示例计算机系统500的框图。计算机系统或计算设备500可以包括或用于实现电池管理系统102或其部件(诸如电池管理系统102)。所述计算系统500包括至少一个总线505或用于传送信息的其它通信部件，以及耦合到总线505用于处理信息的至少一个处理器126或处理电路。所述计算系统500还可以包括耦合到总线的用于处理信息的一个或多个处理器126或处理电路。计算系统500还包括至少一个主存储器515，例如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储设备，所述主存储器515耦合到总线505以用于存储信息和由处理器126执行的指令。主存储器515可以是或包括数据储存库106。所述主存储器515还可以用于存储位置信息、汽车信息、命令指令、汽车状态信息、汽车内或汽车外的环境信息、道路状态或道路状况信息、或在处理器126执行指令期间的其他信息。计算系统500还可以包括至少一个只读存储器(ROM)520或其他静态存储设备，所述只读存储器(ROM)520或其他静态存储设备耦合到总线505，用于存储静态信息和处理器126的指令。诸如固态设备、磁盘或光盘之类的存储设备525可以耦合到总线505以持久地存储信息和指令。所述存储设备525可以包括数据储存库106或者是其中的一部分。
计算系统500可经由总线505耦合到显示器535，例如液晶显示器或有源矩阵显示器，用于向用户，例如电动汽车114的驾驶员显示信息。诸如键盘或语音接口的输入设备530可以耦合到总线505，用于向处理器126传送信息和命令。所述输入设备530可以包括触摸屏显示器535。所述输入设备530还可以包括光标控制，例如鼠标、轨迹球或光标方向键，用于向处理器126传送方向信息和命令选择，并且用于控制显示器535上的光标移动。所述显示器535(例如，在汽车仪表板上)可以是所述电池管理系统102的一部分或所述电动汽车114的其它部分。
本文描述的过程、系统和方法可以由计算系统500响应于处理器126而执行包含在主存储器515中的指令安排来实现。这些指令可以从诸如所述存储设备525的其他计算机可读介质读入主存储器515。执行包含在主存储器515中的指令安排使得计算系统500执行本文描述的说明性过程。还可以采用多处理配置中的一个或多个处理器来执行包含在主存储器515中的指令。可以使用硬连线电路来代替软件指令或与软件指令结合，以及本文描述的系统和方法。本文描述的系统和方法不限于硬件电路和软件的任何特定组合。
尽管在图5中描述了示例计算系统，但是包括本说明书中描述的操作的主题可以在其他类型的数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。
上述系统可以提供这些部件中的任何部件或每一个部件中的多个，并且这些部件可以在独立系统上或在曲线式系统中的多个实例上提供。另外，上述系统和方法可以作为包含在一个或多个制造产品上或其中的一个或多个计算机可读程序或可执行指令来提供。所述产品可以是云存储、硬盘、CD-ROM、闪存卡、PROM、RAM、ROM或磁带。通常，计算机可读程序可以以任何编程语言实现，例如LISP、PERL、C、C++、C#、PROLOG，或者以任何字节代码语言，例如JAVA来实现。软件程序或可执行指令可以作为目标代码存储在一个或多个制造产品上或其中。
示例性和非限制性模块或部件实现元件包括提供本文确定的任何值的传感器、提供作为本文确定的值的前身的任何值的传感器、数据链路或网络硬件(包括通信芯片、振荡晶体、通信链路、电缆、双绞线、同轴布线、屏蔽布线、发射器、接收器或收发器)、逻辑电路、硬布线逻辑电路、根据模块规范配置的特定非瞬态中的可重新配置逻辑电路、任何致动器(包括至少一个电气、液压或气动致动器)、螺线管、运算放大器、模拟控制元件(弹簧、滤波器、积分器、加法器、分频器、增益元件)或数字控制元件。
本说明书中描述的主题和操作可以在数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件中实现，包括本说明书中公开的结构及其结构等效物，或者在它们中的一个或多个的组合中实现。本说明书中描述的主题可以被实现为一个或多个计算机程序，例如，计算机程序指令的一个或多个电路，其被编码在一个或多个计算机存储介质上以供数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。可替换地或另外地，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电、光或电磁信号，其被生成以编码信息以用于传输到合适的接收器装置以供数据处理装置执行。计算机存储介质可以是计算机可读存储设备、计算机可读存储基板、随机或串行存取存储器阵列或设备、或者它们中的一个或多个的组合，或者可以包括在它们中。虽然计算机存储介质不是传播信号，但是计算机存储介质可以是编码在人工生成的传播信号中的计算机程序指令的源或目的地。计算机存储介质也可以是一个或多个单独的部件或介质(例如，多个CD、盘或包括云存储的其它存储设备)，或者被包括在一个或多个单独的部件或介质中。本说明书中描述的操作可以被实现为由数据处理装置对存储在一个或多个计算机可读存储设备上或从其他源接收的数据执行的操作。
术语"计算设备"、"部件"或"数据处理装置"等涵盖用于处理数据的各种装置、设备和机器，包括例如一个或多个可编程处理器、计算机、片上系统、或前述的组合。所述装置可以包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，所述装置还可以包括创建用于所讨论的计算机程序的执行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、跨平台运行时环境、虚拟机或它们中的一个或多个的组合的代码。所述装置和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础设施，诸如web服务、分布式计算和网格计算基础设施。
计算机程序(也称为程序、软件应用、app、脚本或代码)可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言、声明或过程语言，并且可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、对象或适合于在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可以对应于文件系统中的文件。计算机程序可以存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中(例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本)、存储在专用于所讨论的程序的单个文件中、或者存储在多个协同文件中(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码部分的文件)。计算机程序可以被部署为在一个计算机上执行，或者在位于一个地点或分布在多个地点并通过通信网络互连的多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由一个或多个可编程处理器执行，该可编程处理器执行一个或多个计算机程序以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行动作。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路执行，并且装置还可以被实现为专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。适于存储计算机程序指令和数据的设备可以包括非易失性存储器、介质和存储器设备，作为示例包括半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM和闪存设备；磁盘，例如内部硬盘或可移动磁盘；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或并入专用逻辑电路中。
本文描述的主题可以在计算系统中实现，所述计算系统包括后端部件，例如作为数据服务器，或者包括中间件部件，例如应用服务器，或者包括前端部件，例如具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，通过图形用户界面或网络浏览器用户可以与本说明书中描述的主题的实现进行交互，或者包括一个或多个这样的后端、中间件或前端部件的组合。系统的部件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网("LAN")和广域网("WAN")、互联网(例如，因特网)以及对等网络(例如，自组织对等网络)。
尽管在附图中以特定顺序描述了操作，但是这样的操作不需要以所示的特定顺序或以顺序执行，并且不需要执行所有示出的操作。可以以不同的顺序执行这里描述的动作。
现在已经描述了一些说明性的实现，很明显，前述内容是说明性的而非限制性的，已经通过示例的方式呈现。特别地，尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元素的特定组合，但是那些动作和那些元素可以以其他方式组合以实现相同的目的。结合一个实现讨论的动作、元素和特征不旨在被排除在其它实现或实现中的类似角色之外。
这里使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制。在此使用的"包括"、"包含"、"具有"、"含有"、"涉及"、"特征在于"及其变化，意味着包括其后列出的项目、其等价物和附加项目，以及由其后列出的项目专门组成的替代实施方式。在一个实施方式中，本文描述的系统和方法由一个、多于一个的每个组合、或所有描述的元件、动作或部件组成。
对本文以单数形式提及的系统和方法的实现或元件或动作的任何引用也可以涵盖包括多个这些元件的实现，并且对本文的任何实现或元件或动作的任何复数引用也可以涵盖仅包括单个元件的实现。单数或复数形式的引用不旨在将本公开的系统或方法、其部件、动作或元件限制为单个或复数配置。对基于任何信息、动作或元素的任何动作或元素的引用可以包括其中动作或元素至少部分地基于任何信息、动作或元素的实现。
本文公开的任何实施方式可以与任何其他实施方式或实施例组合，并且对"实施方式"、"一些实施方式"、"一个实施方式"等的引用不一定是相互排斥的，并且旨在指示结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个实施方式或实施例中。这里使用的这些术语不一定全部指相同的实现。任何实施方式可以以与本文公开的方面和实施方式一致的任何方式与任何其他实施方式组合，包括地或排他地。
对“或”的引用可以被解释为包括性的，使得使用"或"描述的任何术语可以指示单个、多于一个、以及所有所描述的术语中的任何一个。对"A"和"B"中的至少一个"的引用可以包括仅“A”、仅“B”、以及“A”和“B”两者。结合“包括”或其它开放术语使用的这些引用可包括附加项目。
在附图、详细描述或任何权利要求中的技术特征之后跟随有附图标记的情况下，包括附图标记以增加附图、详细描述和权利要求的可理解性。因此，参考标记或它们的不存在对任何权利要求要素的范围都没有任何限制作用。
在本质上不脱离本文公开的主题的教导和优点的情况下，可以发生所述元件和动作的修改，例如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向的变化。例如，显示为整体形成的元件可由多个部分或元件构成，元件的位置可颠倒或以其它方式改变，且离散元件的性质或数目或位置可改变或变化。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在所公开的元件和操作的设计、操作条件和布置中进行其它替换、修改、改变和省略。
在不脱离本发明的特征的情况下，本文所述的系统和方法可以以其它特定形式来实施。相对平行、垂直、竖直或其它定位或取向描述包括在纯竖直、平行或垂直定位的+/-10％或+/-10度内的变化。除非另外明确指出，否则提及"大约"、"约"、"基本上"或其它程度术语包括相对于给定测量、单位或范围的+/-10％的变化。耦合元件可以直接或通过中间元件彼此电耦合、机械耦合或物理耦合。因此，本文所述的系统和方法的范围由所附权利要求而不是前述说明书来指示，并且在权利要求的等同方案的含义和范围内的变化被包含在其中。

Claims (20)

1.一种管理电动汽车的电池充电的系统，包括：
与电池管理系统相通信的数据储存库，所述数据储存库包括所述电动汽车的电池的多个充电曲线，所述多个充电曲线中的每一个均指示相应的C-速率；
所述电动汽车的第一传感器，所述第一传感器用于生成温度值以指示电池环境温度；
所述电动汽车的第二传感器，所述第二传感器用于生成电流值以指示所述电动汽车的电池的电流；以及
所述电池管理系统包括一个或多个处理器，用于：
接收所述温度值和所述电流值；
确定所述电动汽车的电池的充电状态；
基于所述电池的所述充电状态、所述温度值和所述电流值，从所述多个充电曲线中选择充电曲线，所述多个充电曲线用于所述电动汽车的所述电池；以及
基于选自所述多个充电曲线的充电曲线，来设定C-速率以对所述电动汽车的电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述C-速率指示出对所述电动汽车的电池进行充电的最大C-速率。
3.根据权利要求1所述的系统，包括：所述电动汽车的所述第一传感器用于确定第二温度值，所述第二温度值指示所述电池环境的第二温度；以及
所述电池的管理系统，用于：
确定所述电动汽车的电池的第二充电状态；
基于所述电动汽车的电池的所述第二充电状态和所述电池环境的第二温度，从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车的电池的第二充电曲线；并基于选自所述多个充电曲线的所述第二充电曲线来设定第二C-速率以对所述电动汽车的电池进行充电。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述C-速率低于在所述电动汽车的电池的阳极上发生锂沉积的边界条件。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个充电曲线包括：
数据查阅表，其具有指示充电状态值的第一维度以及指示温度值的第二维度。
6.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统：
确定所述电动汽车的电池的电池类型；以及
基于所述电池类型从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车电池的充电曲线。
7.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统：
确定所述电动汽车的电池的年限；以及
基于所述电池的年限从用于所述电动汽车的电池的多个充电曲线中选择充电曲线。
8.根据权利要求1所述的系统，包括所述电池管理系统：
对所述电动汽车的充电周期数进行计数；以及
基于所述充电周期数，从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车的电池的充电曲线。
9.一种管理电动汽车的电池充电的方法，包括：
通过所述电动汽车的电池管理系统，从数据储存库检索所述电动汽车电池的多个充电曲线，所述多个充电曲线中的每一个均指示C-速率；
通过所述电池管理系统接收温度值，该温度值指示电池环境的温度；
通过所述电池管理系统确定所述电动汽车的电池的充电状态；
基于所述电池的充电状态和所述电池环境的温度，通过所述电池管理系统从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车的电池的充电曲线；以及
基于从所述多个充电曲线中选择的充电曲线来设置所述电动汽车的电池的C-速率。
10.根据权利要求9所述的方法，包括：
通过所述电池管理系统接收电流值，所述电流值指示所述电动汽车电池的电流；以及
基于所述电流值，通过所述电池管理系统，从来自所述电动汽车电池的多个充电曲线中选择充电曲线。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述C-速率指示出对所述电动汽车的电池进行充电的最大C-速率。
12.根据权利要求9所述的方法，包括：
通过所述电动汽车的第一传感器确定第二温度值，以指示所述电池环境的第二温度；
通过所述电池管理系统确定所述电动汽车电池的第二充电状态；
基于所述电动汽车电池的所述第二充电状态和所述电池环境的第二温度，通过所述电池管理系统，从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车电池的第二充电曲线；
基于来自所述多个充电曲线的所述第二充电曲线，通过所述电池管理系统来设置对所述电动汽车电池进行充电的第二C-速率。
13.根据权利要求9所述的方法，包括：
选择所述C-速率，低于在所述电动汽车电池的阳极上发生锂沉积的边界条件。
14.根据权利要求9所述的方法，包括：
通过所述电池管理系统，确定所述电动汽车电池的电池类型；以及
基于所述电池类型，通过所述电池管理系统，从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车电池的充电曲线。
15.根据权利要求9所述的方法，包括：
通过所述电池管理系统确定所述电动汽车电池的年限；以及
基于所述电池的年限，通过所述电池管理系统，从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车电池的充电曲线。
16.根据权利要求9所述的方法，包括：
通过所述电池管理系统，对所述电动汽车的充电周期数进行计数；以及
通过所述电池管理系统，基于所述充电周期数，从所述多个充电曲线中选择用于所述电动汽车电池的充电曲线。
17.根据权利要求9所述的方法，包括：
构建三电极电解池；
在第一组条件下对所述三电极电解池充电的同时，接收第一测量信号，其包括电流值或电压值中的至少一个；
在所述第一组条件下使所述三电极电解池放电的同时，接收第二测量信号，其包括电流值或电压值中的至少一个；以及
基于所述第一测量信号和所述第二测量信号，从所述多个充电曲线生成充电曲线。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：
从所述电动汽车电池的第二实例得到一个或多个部件；以及
由来自所述电动汽车的电池的所述第二实例的所述一个或多个部件构造所述三电极电解池。
19.根据权利要求9所述的方法，包括：
三电极电解池从放电状态充电至完全充电状态时生成测量信号，所述测量信号包括电流值或电压值中的至少一个；以及
基于所述测量信号，从所述多个充电曲线生成充电曲线。
20.根据权利要求9所述的方法，包括：
生成多个充电曲线，用于配对电荷的多个温度-状态中的每一个。
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