CN111301221A - 用于对电池充电的系统和方法 - Google Patents

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郑竝早
崔帝勋
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Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

本发明涉及用于对电池充电的系统和方法。所述用于对电池充电的方法可以包括：获得电池的健康状态以及为电池预设的初始充电电流的大小；基于电池的健康状态改变初始充电电流的大小，从而产生充电电流命令；以及向充电器提供所述充电电流命令，并且经由充电器向电池供应对应于充电电流命令的充电电流。

Description

用于对电池充电的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于对电池充电的系统和方法，并且更具体地涉及这样一种用于对电池充电的系统和方法，其中所述系统和方法能够根据电池的劣化状态调整电池充电电流的大小，从而延缓电池的劣化。
背景技术
随着全球变暖与环境污染的问题变得严重，在汽车工业中，可以尽可能地降低环境污染的环保车辆的研究与发展正在被积极实施，并且环保车辆的市场也在逐渐扩张。
使用电动机(其通过使用电能产生驱动力)而不使用发动机(其通过燃烧传统的化石燃料产生驱动力)的生态友好车辆、电动车辆、混合动力车辆以及插电式混合动力车辆正在被引入到世界各地。在使用电能的生态友好车辆中，电动车辆和插电式混合动力车辆使用从连接至电网的外部充电设施供应的电力对车辆中设置的电池充电，并且通过使用在电池中所充的电力产生驱动车辆所需的必要的动能。
同时，可供汽车电池使用的是一种直接向电池提供直流电力的升压充电技术，以及一种慢速充电技术，该慢速充电技术使用安装在车辆电池上的电池充电器将交流电力改变为直流电力，由此向电池提供直流电力。在两种充电方法中，设置于车辆中的电池管理系统向充电器提供用于充电的电流命令，从而使得充电以下述方式执行，即充电器向电池供应与提供给充电器的电流命令相对应的充电电流。
此时，提供给充电器的电流命令是一个考虑到电池的容量与充电时间而事先适当地确定的值。C-rate(充电速率)用作一个单位，其用于表示向电池供应的充电电流的大小，或者从电池释放的放电电流的大小。C-rate为充电电流或者放电电流除以电池的总容量。通常地，充电电流的大小是根据在制造车辆的时候，考虑到初始电池容量而确定的C-rate来确定的。
例如，在应用了具有100Ah的容量的电池的车辆的情况下，当充电电流最初确定为通过升压充电以1C-rate的速率充电时，充电电流的大小为100A。
然而，随着电池的使用的时间增加，电池的劣化会发生，由此，电池的容量会降低。当100Ah的容量电池的容量由于劣化而降低至初始电池的容量的70％时，升压充电的C-rate增大至100/70(约为1.4)。
如上所述，传统地，充电电流的大小是考虑到初始电池容量来确定的，并且如上确定的充电电流的大小是无视电池容量变化而使用的，从而C-rate随着电池发生劣化而持续地增大。因此，充电电流与电池的容量的比值的大小相对应地增大，这增大了电池的电流负载，借此造成电池劣化进一步加快。
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
因此，本发明是考虑到在相关技术中所发生的上述问题而作出的，并且本发明旨在提供用于对电池充电的系统和方法，其中，所述系统和方法能够根据电池的劣化状态来调整电池充电电流的大小，从而延缓电池的劣化。
为了实现上述目标，根据本发明的示例性实施方案，用于对电池充电的系统可以包括电池；充电器，其用于向所述电池提供对应于输入至所述充电器中的充电电流命令的充电电流；控制器，其配置为储存预设的初始充电电流的大小，基于电池的健康状态改变预设的初始充电电流的大小，从而产生充电电流命令，并且向充电器提供所产生的充电电流命令。
根据本发明的示例性实施方案，所述预设的初始充电电流的大小可以为：在电池的劣化没有发生的状态下设定为提供给电池的充电电流的大小。
根据本发明的示例性实施方案，所述健康状态可以为以百分比表示的值，该值为电池的当前容量与在电池的劣化没有发生的状态下电池的容量的比值。
根据本发明的示例性实施方案，所述控制器可以进一步配置为，将通过对应于健康的状态的大小而减小的预设的初始充电电流的大小确定为充电电流命令。
根据本发明的示例性实施方案，所述控制器可以进一步配置为通过等式
Figure BDA0002088849650000031
确定充电电流命令，其中I为充电电流命令的大小，SOH为所述健康状态，A为初始充电电流。
根据本发明的另一个示例性实施方案，用于对电池充电的方法可以包括步骤：
获得电池的健康状态以及为电池预设的初始充电电流的大小。
基于电池的健康状态改变初始充电电流的大小，从而产生充电电流命令；以及
向充电器提供所述充电电流命令，并且经由充电器向电池供应对应于充电电流命令的充电电流。
根据本发明的示例性实施方案，所述初始充电电流的大小可以为：在电池的劣化没有发生的状态下设定为提供给电池的充电电流的大小。
根据本发明的示例性实施方案，所述健康状态为以百分比表示的值，该值为电池的当前容量与在电池的劣化没有发生的状态下电池的容量的比值。
根据本发明的示例性实施方案，供应充电电流的步骤可以将通过初始充电电流的大小对应于健康的状态的大小而减小的初始充电电流的大小确定为充电电流命令。
根据本发明的示例性实施方案，所述供应充电电流的步骤通过等式：
Figure BDA0002088849650000032
来确定充电电流命令，其中I为充电电流命令的大小，SOH为所述健康状态，A为初始充电电流。
根据用于对电池充电的系统和方法，考虑到由于电池老化产生的劣化而导致的容量降低，可以适当地减小提供给电池的充电电流的大小，从而防止电池充电电流负载增大。
因此，根据用于对电池充电的系统和方法，可以防止由于电池充电电流负载增大而使电池劣化程度迅速增加，并且可以增加电池的可操作使用寿命。
附图说明
通过结合附图进行的如下具体描述将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征以及其他优点，其中：
图1为根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统的框图；
图2为根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的方法的流程图；
图3为显示了当应用了根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统和方法时充电电流的大小变化的图。
应当理解，附图不一定是按照比例绘制，而是呈现各种特征的简化表示，以对本发明的基本原理进行说明。本发明所公开的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
现在将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管发明的构思将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将发明的构思限制为那些示例性实施方案。另一方面，发明的构思旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的发明的构思的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统的框图。
根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统可以配置为包括电池10、充电器15和17以及控制器13；充电器15和17产生与输入至其中的充电电流命令相对应的充电电流，从而向电池10提供充电电流；控制器13储存预设的初始充电电流的大小，基于电池10的健康状态(SOH)改变初始充电电流的大小，以由此产生充电电流命令，并且向充电器15和17提供所产生的充电电流命令。
电池10为储存电能的装置。在电动车辆或者插电式混合动力车辆的情况下，电池10可以为向电机供应电力的电池，所述电机向车辆的驱动轮提供扭矩。同时，电池10可以由充电器15和17提供的充电电流进行充电。
当需要充电时，充电器15和17可以向电池10供应充电电流。充电器15和17可以包括升压充电器15和车载充电器(vehicle on board charger,OBC)17，所述升压充电器15可以直接向车辆的充电插头提供直流电力，由此使得电池10得到迅速充电，所述车载充电器(OBC)17安装于车辆上并且可以将输入至车辆充电插头中的交流电力改变为直流电力，并且将所述直流电力供应给电池10，由此使得电池10得到充电。
升压充电器15与车辆OBC17均可以分别由控制器13提供充电电流命令，并且经由其内部的处理器或其他类似元件来控制，以便分别输出与充电电流命令相对应的电流。
控制器13可以向升压充电器15和车辆OBC17提供充电电流命令。在电动车辆或者插电式混合动力车辆的情况下，可以包括用于管理电池10的维护以及用于电池10的充电的车载电池管理系统(battery management system,BMS)。根据本发明的示例性实施方案，控制器13可以为车载BMS。
控制器13可以设置有电池10的电池信息，例如电池的温度、电压、电流等，并且可以相对应地产生电池管理所需的各种信息。例如，控制器13可以计算电池10的电量状态(SOC)或者使用所述电池信息计算或推导电池10的SOH。此外，控制器13可以包括电池10的初始充电电流的信息，其储存在设置于控制器13的存储器(图中未示出)中。
当电池10处于电池10没有发生劣化的初始状态时，初始充电电流为预定的大小。
控制器13可以包括至少一个存储器以及至少一个程序化的处理器以执行上述功能。
在根据本发明的示例性实施方案中，控制器13可以基于电池10的SOH以及初始充电电流的大小而产生提供给充电器15和17的充电电流命令。
图2为根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的方法的流程图。根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的方法由上述的根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统来实现。因此，根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统的操作与效果可以通过根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的方法的详细描述来更清楚地解释。
参考图2，根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的方法可以配置为包括：由控制器13获取电池10的SOH以及为电池10预设的初始充电电流的大小(步骤S11)；基于电池10的SOH由控制器13改变初始充电电流的大小，从而产生充电电流命令(步骤S12)；向充电器15和17(所述充电器15和17向电池10提供充电电流)提供充电电流命令，并且通过充电器15和17向电池10供应与充电电流命令相对应的充电电流(步骤S13)。
在步骤S11中，控制器13可以获得电池10的SOH以及初始充电电流的大小。
电池的劣化的程度是指示电池的使用寿命的因素，也称之为SOH。电池的SOH可以表示为百分比，其计算方法为：以在电池的劣化没有发生的初始状态下电池的总容量作为分母，以在当前的状态下电池的总容量作为分子。例如，电池的SOH为70％表示：电池的容量已经降低至劣化没有发生时的初始阶段的电池的容量的70％水平。
获得电池的SOH的技术已经在本技术领域中是周知的。例如，电池的SOH可以通过收集电池状态信息(如电池的温度、电流以及电压)的方法来确定，从而通过将电池状态信息应用到电池SOH的预设计算公式中来计算电池状态，或者，通过使用预设的数据映射，找到与状态信息预先匹配的电池的SOH。
初始充电电流为预定的值，从而电池10在充电完成后并且在其使用之前的没有立即劣化的状态下可以满足预设的C-rate。例如，当电池劣化前初始容量为100Ah，并且考虑到充电时间而确定的C-rate为1时，预定的充电电流的大小为100A。自然地，当对电池10充电时，充电电流可以随着SOC的增加而逐渐降低。将要减少的充电电流也可以预先设定。预设的初始充电电流的大小可以储存在控制器13的存储器(图中未示出)或其他类似元件之中，并根据需要读取与使用。
随着电池10的使用时间的增加，电池10的劣化程度提高，相应地电池10的容量逐渐减小。向容量减少了的电池提供初始设定于电池的充电电流将导致电池的电流负载相对增加，这会造成电池过载，并且增加电池的劣化速度。
根据本发明的示例性实施方案，在步骤S12中，控制器13可以考虑到容量减少的电池10而改变初始充电电流命令，并且向充电器15和17提供改变过的充电电流命令。在步骤S12中，控制器13可以将对应于SOH的情况相应减小的初始充电电流的大小确定为经历了劣化的电池10的充电电流的大小I。例如，控制器13可以通过如下述等式中所示地反映SOH来确定经历了劣化的电池10的充电电流的大小I。
[等式]
Figure BDA0002088849650000071
例如，当电池10的SOH为70，并且预设的初始充电电流为100A时，经历了劣化的电池10的充电电流的大小可以确定为“100A×70/100＝70A”。
在步骤S13中，控制器13可以向充电器15和17提供经历了劣化的电池10的充电电流的大小作为电流命令，并且通过每个充电器中设置的处理器等控制充电器，以使得控制器13的输出电流的大小(也就是供应给电池10的充电电流)被调整为对应于电流命令的大小，从而可以将通过考虑SOH而降低的充电电流供应给电池10。
充电器15和17的每个的电流控制的方法对于每个充电器均为已知技术，因此将省略其详细描述。
上述步骤S11至S13可以按照预定的时间间隔重复，直到满足设定的充电时间或设定的目标SOC，并且当经过了设定的充电时间或达到了设定的目标SOC时，控制器13可以停止充电器15和17的操作，从而步骤S14的充电操作可以完成。
图3为显示了当应用了根据本发明的示例性实施方案的用于对电池充电的系统和方法时充电电流的大小的变化的图。如图3所示的充电方法为通过随时间逐渐减小充电电流来充电的步进充电方法的示例。
如图3所示，在电池10的SOH为100的状态下，即在未发生劣化的状态下，随着时间推移，充电电流从200A逐渐减小，在SOC为100时进行了最高170Ah的充电。
然而，当电池的SOH为90时，充电电流的大小与当电池的SOH为100时相比减小为大约9/10，并且最终充电量也同样为170Ah的9/10水平，即大约150Ah。同样地，当电池的SOH分别为80与70时，可以确定，充电电流与最终充电量的大小分别地根据相对应的比率而减小。
如上所述，根据本发明的各种实施方案，考虑到电池的SOH而降低电池的充电电流的大小，从而可以防止由于电池的劣化导致的电池容量的降低致使的电池的电流负载的增大。因此，可以防止电池的劣化速度加快，从而增加电池的使用寿命。
尽管本发明的构思已经参照具体实施实施方案进行了显示与描述，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可以在权利要求范围内对本发明进行各种变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于对电池充电的系统，所述系统包括：
电池；
充电器，其用于向电池提供对应于输入至充电器的充电电流命令的充电电流；以及
控制器，其配置为储存预设的初始充电电流的大小，基于电池的健康状态改变预设的初始充电电流的大小，从而产生充电电流命令，并且向所述充电器提供所产生的充电电流命令。
2.根据权利要求1所述的用于对电池充电的系统，其中，所述预设的初始充电电流的大小为：在电池的劣化没有发生的状态下设定为提供给电池的充电电流的大小。
3.根据权利要求1所述的用于对电池充电的系统，其中，所述健康状态为以百分比表示的值，所述值为电池的当前容量与在电池的劣化没有发生的状态下电池的容量的比值。
4.根据权利要求1所述的用于对电池充电的系统，其中，所述控制器进一步配置为，将通过对应于所述健康状态的情况而减小的初始充电电流的大小确定为充电电流命令。
5.根据权利要求1所述的用于对电池充电的系统，其中，所述控制器进一步配置为通过等式
Figure FDA0002088849640000011
确定充电电流命令，其中I为充电电流命令的大小，SOH为所述健康状态，A为初始充电电流。
6.一种用于对电池充电的方法，所述方法包括以下步骤：
获得电池的健康状态以及为电池预设的初始充电电流的大小；
基于电池的健康状态改变初始充电电流的大小，从而产生充电电流命令；以及
向充电器提供所述充电电流命令，并且经由充电器向电池供应对应于充电电流命令的充电电流。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述初始充电电流的大小为：在电池的劣化没有发生的状态下设定为提供给电池的充电电流的大小。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述健康状态为以百分比表示的值，所述值为电池的当前容量与在电池的劣化没有发生的状态下电池的容量的比值。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在供应充电电流的步骤中，将通过对应于所述健康状态的情况而减小的初始充电电流的大小确定为充电电流命令。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，在供应充电电流的步骤中，充电电流命令通过等式
Figure FDA0002088849640000021
来确定，其中I为充电电流命令的大小，SOH为所述健康状态，A为初始充电电流。
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