CN116508224A - 动力电池充电的方法和电池管理系统 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种动力电池充电的方法和电池管理系统，能够在保证动力电池安全性能的基础上，有效提高动力电池的充电速度。该动力电池充电的方法，应用于动力电池的电池管理系统，该方法包括：根据动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值，电池状态参数包括动力电池的荷电状态SOC、温度和健康状态SOH中的至少一个；在动力电池的充电过程中，基于动力电池的负极电位和负极电位安全阈值，调整动力电池的充电请求电流。

Description

动力电池充电的方法和电池管理系统 技术领域
本申请涉及动力电池领域，特别是涉及一种动力电池充电的方法和电池管理系统。
背景技术
随着时代的发展，电动汽车由于其高环保性、低噪音、使用成本低等优点，具有巨大的市场前景且能够有效促进节能减排，有利社会的发展和进步。
目前，消费者对电动汽车的充电速度的要求越来越高。然而，随着充电速度的提升，可能会影响电动汽车的电池的安全性能。对于电动汽车及其相关领域而言，电池技术是关乎其发展的一项重要因素，尤其是电池的安全性能，影响电池相关产品的发展和应用，且影响大众对电动汽车的接受度。因此，如何平衡电池的充电速度和安全性能，是一项亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供一种动力电池充电的方法和电池管理系统，能够在保证动力电池安全性能的基础上，有效提高动力电池的充电速度。
第一方面，提供了一种动力电池充电的方法，应用于所述动力电池的电池管理系统BMS，所述方法包括：根据所述动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值，所述电池状态参数包括所述动力电池的荷电状态SOC、温度和健康状态SOH中的至少一个；在所述动力电池的充电过程中，基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流。
由于动力电池的析锂风险程度与其自身的电池状态参数密切相关，上述技术方案根据动力电池的电池状态参数确定负极电位安全阈值，使得确定的负极电位安全阈值能够更准确，更接近该动力电池的析锂的临界电位。这样，基于确定的负极电位安全阈值和动力电池的负极电位调整动力电池的充电请求电流，不仅能保证动力电池安全性能，并且还能提高动力电池的充电速度。
在一些可能的实现方式中，所述基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流，包括：若所述负极电位下降至所述负极电位安全阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第二充电请求电流，所述第二充电请求电流小于所述第一充电请求电流。
上述技术方案，在动力电池的负极电位下降至负极电位安全阈值时，表明该动力电池可能即将出现析锂现象，在这种情况下降低动力电池的充电请求电流，能够避 免由于锂离子聚集等问题引发的动力电池的安全问题，例如电池燃烧或爆炸等，从而保证动力电池的安全性能。
在一些可能的实现方式中，所述基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流，包括：若所述负极电位未下降至所述负极电位安全阈值且所述动力电池的充电时长大于时间阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第三充电请求电流，所述第三充电请求电流大于所述第一充电请求电流。
上述技术方案，若动力电池的负极电位长时间未下降至负极电位安全阈值，则表明动力电池当前时刻的充电电流过小。在这种情况下提高动力电池的充电请求电流，能够提高充电速度，极大地减小了动力电池的充电时长，进而提高了用户体验。
在一些可能的实现方式中，当所述动力电池的SOC处于第一SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第一预设负极电位安全阈值；所述动力电池的SOC处于第二SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第二预设负极电位安全阈值；其中，所述第一SOC区间中的SOC小于所述第二SOC区间中的SOC，所述第一预设负极电位安全阈值小于所述第二预设负极电位安全阈值。
由于动力电池的SOC越大，则动力电池的析锂风险越高。一方面，上述技术方案将析锂风险高的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较大，能够有效抑制动力电池的析锂风险，提高动力电池的安全性能。另一方面，上述技术方案将析锂风险低的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较小，在不影响动力电池安全性能的前提下，可以保证动力电池的充电速度。
在一些可能的实现方式中，当所述动力电池的温度处于第一温度区间时，所述负极电位安全阈值为第三预设负极电位安全阈值；所述动力电池的温度处于第二温度区间时，所述负极电位安全阈值为第四预设负极电位安全阈值；其中，所述第一温度区间中的温度小于所述第二温度区间中的温度，所述第三预设负极电位安全阈值大于所述第四预设负极电位安全阈值。
由于动力电池的温度越低，则动力电池的析锂风险越高。一方面，上述技术方案将析锂风险高的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较大，能够有效抑制动力电池的析锂风险，提高动力电池的安全性能。另一方面，上述技术方案将析锂风险低的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较小，在不影响动力电池安全性能的前提下，可以保证动力电池的充电速度。
在一些可能的实现方式中，当所述动力电池的SOH处于第一SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第五预设负极电位安全阈值；所述动力电池的SOH处于第二SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第六预设负极电位安全阈值；其中，所述第一SOH区间中的SOH小于所述第二SOH区间中的SOH，所述第五预设负极电位安全阈值大于所述第六预设负极电位安全阈值。
由于动力电池的SOH越小，则动力电池的析锂风险越高。一方面，上述技术方案将析锂风险高的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较大，能够有效抑制动力电池的析锂风险，提高动力电池的安全性能。另一方面，上述技术方案将析 锂风险低的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较小，在不影响动力电池安全性能的前提下，可以保证动力电池的充电速度。
在一些可能的实现方式中，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电前的电池状态参数。
上述技术方案，BMS在动力电池充电前就确定动力电池的电池状态参数，也就是说，BMS在动力电池充电前就能够确定负极电位安全阈值。这样，从动力电池开始充电的那刻开始，BMS就可以根据负极电位安全阈值调整动力电池的充电请求电流，使得在动力电池的整个充电过程中BMS都能够调整充电请求电流，从而能够进一步保证动力电池安全性能，并进一步提高动力电池的充电速度。
在一些可能的实现方式中，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电过程中的电池状态参数。
上述技术方案，BMS在充电过程中确定动力电池的电池状态参数，由于动力电池的电池状态参数在充电过程中可能是不停发生变化的，这样，确定的电池状态参数可能是最接近当前时刻动力电池的实际电池状态参数的参数，使得BMS根据动力电池的最新的电池状态参数确定的负极电位安全阈值更准确。
第二方面，提供了一种动力电池的电池管理系统，包括：确定单元，用于根据所述动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值，所述电池状态参数包括所述动力电池的荷电状态SOC、温度和健康状态SOH中的至少一个；调整单元，用于在所述动力电池的充电过程中，基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流。
在一些可能的实现方式中，所述调整单元具体用于：若所述负极电位下降至所述负极电位安全阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第二充电请求电流，所述第二充电请求电流小于所述第一充电请求电流。
在一些可能的实现方式中，所述调整单元具体用于：若所述负极电位未下降至所述负极电位安全阈值且所述动力电池的充电时长大于时间阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第三充电请求电流，所述第三充电请求电流大于所述第一充电请求电流。
在一些可能的实现方式中，其特征在于，当所述动力电池的SOC处于第一SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第一预设负极电位安全阈值；所述动力电池的SOC处于第二SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第二预设负极电位安全阈值；其中，所述第一SOC区间中的SOC小于所述第二SOC区间中的SOC，所述第一预设负极电位安全阈值小于所述第二预设负极电位安全阈值。
在一些可能的实现方式中，当所述动力电池的温度处于第一温度区间时，所述负极电位安全阈值为第三预设负极电位安全阈值；所述动力电池的温度处于第二温度区间时，所述负极电位安全阈值为第四预设负极电位安全阈值；其中，所述第一温度区间中的温度小于所述第二温度区间中的温度，所述第三预设负极电位安全阈值大于所述第四预设负极电位安全阈值。
在一些可能的实现方式中，当所述动力电池的SOH处于第一SOH区间时，所 述负极电位安全阈值为第五预设负极电位安全阈值；所述动力电池的SOH处于第二SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第六预设负极电位安全阈值；其中，所述第一SOH区间中的SOH小于所述第二SOH区间中的SOH，所述第五预设负极电位安全阈值大于所述第六预设负极电位安全阈值。
在一些可能的实现方式中，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电前的电池状态参数。
在一些可能的实现方式中，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电过程中的电池状态参数。
第三方面，提供了一种动力电池的电池管理系统BMS，包括：存储器，用于存储程序；处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述存储器存储的程序被执行时，所述处理器用于执行上述第一方面或其各实现方式中的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例适用的一种充电系统的架构图。
图2是本申请实施例的动力电池充电的方法的示意性图。
图3是本申请实施例的分级一阶RC等效电路模型的示意图。
图4是是本申请实施例的一种动力电池充电的方法的示意性流程图。
图5是本申请实施例的BMS的示意性框图。
图6是本申请实施例的BMS的示意性框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在新能源领域中，动力电池可作为用电装置(例如车辆、船舶或航天器等)的主要动力源。目前，市面上的动力电池多为可充电的蓄电池，最常见的是锂电池，例如锂离子电池或锂离子聚合物电池等等。在充电过程中，一般采用持续充电的方式对动力电池进行充电，而对动力电池进行持续充电会造成动力电池的析锂、发热等现象 的发生，其中，析锂、发热等现象不仅会使动力电池的性能下降，循环寿命大幅缩短，还限制了动力电池的快充容量，并有可能引起燃烧、爆炸等灾难性后果，造成严重的安全问题。
为了保证动力电池的安全性能，降低动力电池充电过程中的充电电流是一个极为有效的方法。然而，目前，消费者对动力电池的充电速度的要求越来越高。如果为了保证动力电池的安全性能而一味降低动力电池的充电电流，会导致动力电池的充电速度较低，影响用户体验。
鉴于此，本申请提出一种新的动力电池充电的方法，能够平衡动力电池的充电速度和安全性能，即可以在保证动力电池安全性能的基础上，又能有效提高动力电池的充电速度。
图1示出了本申请实施例适用的一种充电系统的架构图。
如图1所示，该充电系统100可包括：充电装置110和电池系统120，可选地，该电池系统120可为电动汽车(包含纯电动汽车和可插电的混合动力电动汽车)中的电池系统或者其它应用场景下的电池系统。
可选地，电池系统120中可设置有至少一个电池包(battery pack)，该至少一个电池包的整体可统称为动力电池121。从电池的种类而言，该动力电池121可以是任意类型的电池，包括但不限于：锂离子电池、锂金属电池、锂硫电池、铅酸电池、镍隔电池、镍氢电池、或者锂空气电池等等。从电池的规模而言，本申请实施例中的动力电池121可以是电芯/电池单体(cell)，也可以是电池模组或电池包，电池模组或电池包均可由多个电池串并联形成，在本申请实施例中，动力电池121的具体类型和规模均不做具体限定。
此外，为了智能化管理及维护该动力电池121，防止动力电池121出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，电池系统120中一般还设置有电池管理系统(battery management system，BMS)122，用于实施充放电管理、高压控制、保护电池、采集电池数据、评估电池状态等功能。可选地，该BMS 122可以与动力电池121集成设置于同一设备或装置中，或者，该BMS 122也可作为独立的设备或装置设置于动力电池121之外。
充电装置110可以按照BMS 122的充电需求输出充电功率，以给动力电池121充电。例如，充电装置110可以按照BMS 122发送的需求电压和需求电流输出电压和电流。可选地，本申请实施例中的充电装置110可以为充电桩，也称为充电机。这里的充电桩例如可以是普通充电桩、超级充电桩、支持汽车对电网(vehicle to grid，V2G)模式的充电桩等。
如图1所示，充电装置110可通过电线130连接于动力电池121，且通过通信线140连接于BMS 122，其中，通信线140用于实现充电装置110以及BMS之间的信息交互。作为示例，该通信线140包括但不限于是控制器局域网(control area network，CAN)通信总线或者菊花链(daisy chain)通信总线。
充电装置110除了可通过通信线140与BMS 122进行通信以外，还可以通过无线网络与BMS 122进行通信。本申请实施例对充电装置110与BMS 122的有线通信类 型或无线通信类型均不做具体限定。
图2示出了本申请实施例的一种动力电池的充电方法200的示意性图。方法200可以由BMS执行，BMS例如可以为图1中的BMS 122。方法200可以包括以下内容中的至少部分内容。
在步骤S210中，根据动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值。
在步骤S220中，在动力电池的充电过程中，基于动力电池的负极电位(或称为阳极电位)和负极电位安全阈值，调整动力电池的充电请求电流。
其中，动力电池的电池状态参数可以包括但不限于动力电池的荷电状态(state of charge，SOC)、温度和健康状态(state of health，SOH)。SOC可用于表示动力电池的剩余容量，其数值上定义为动力电池当前的剩余容量与总的可用容量的比值，常用百分比表示。具体地，SOC＝100％时，表示动力电池完全充满；反之，SOC＝0％时，表示动力电池完全放电。SOH可用于表示动力电池的老化状态，也可理解为动力电池的剩余寿命。动力电池经过长期运行后性能将会不断衰减，因此，剩余寿命也就越短，即SOH数值也就越小。SOH越小，表明动力电池的析锂风险越高。
可选地，方法200还可以包括：BMS获取动力电池的电池状态参数。
动力电池的电池状态参数可以是动力电池充电前的电池状态参数。即在动力电池充电前，BMS获取动力电池的电池状态参数，并基于该电池状态参数确定负极电位安全阈值。之后，在整个充电过程中，BMS不再获取动力电池的电池状态，负极电位安全阈值也就不再变化。
如此，从动力电池开始充电的那刻开始，BMS就可以根据负极电位安全阈值调整动力电池的充电请求电流，使得在动力电池的整个充电过程中BMS都能够调整充电请求电流，从而能够进一步保证动力电池安全性能，并进一步提高动力电池的充电速度。
或者，动力电池的电池状态参数可以是动力电池充电过程中的电池状态参数。即在动力电池的充电过程中，BMS可以实时获取动力电池的电池状态参数。
其中，BMS可以在动力电池的充电过程中，周期性地获取动力电池的电池状态参数。比如，在动力电池的充电过程中，BMS可以每隔5s获取一次动力电池的电池状态参数。
或者，在动力电池的充电过程中，动力电池的电池状态参数每变化一次，BMS可以获取一次电池状态参数。
由于动力电池的电池状态参数在充电过程中可能是不停发生变化的，上述技术方案，BMS在充电过程中确定动力电池的电池状态参数，这样，确定的电池状态参数可能是最接近当前时刻动力电池的实际电池状态参数的参数，使得BMS根据动力电池的最新的电池状态参数确定的负极电位安全阈值更准确，从而能够进一步在保证电池安全性能的基础上，有效提高电池的充电速度。
通常情况下，在动力电池的充电过程中，动力电池的负极电位会逐渐下降，当动力电池的负极电位下降至某一电位时，会出现析锂现象。以石墨负极体系的锂离子电池为例，锂离子电池在充电过程中电极发生极化，即负极电位下降，而正极电位上 升，当负极电位降至0V(vs Li/Li +)时，负极表面会析出锂金属，损害电池性能，严重时还可能引发热失控等安全事故。
考虑到该问题，在本申请实施例中，动力电池的析锂风险越高，则负极电位安全阈值越大。
作为一种示例，当动力电池的SOC处于第一SOC区间时，负极电位安全阈值为第一预设负极电位安全阈值；当动力电池的SOC处于第二SOC区间时，负极电位安全阈值为第二预设负极电位安全阈值。其中，第一SOC区间中的SOC小于第二SOC区间中的SOC，第一预设负极电位安全阈值小于第二预设负极电位安全阈值。
作为另一种示例，当动力电池的温度处于第一温度区间时，负极电位安全阈值为第三预设负极电位安全阈值；当动力电池电池的温度处于第二温度区间时，负极电位安全阈值为第四预设负极电位安全阈值。其中，第一温度区间中的温度小于第二温度区间中的温度，第三预设负极电位安全阈值大于第四预设负极电位安全阈值。
作为再一种示例，当动力电池的SOH处于第一SOH区间时，负极电位安全阈值为第五预设负极电位安全阈值；当动力电池的SOH处于第二SOH区间时，负极电位安全阈值为第六预设电位安全阈值。其中，第一SOH区间中的SOH小于第二SOH区间中的SOH，第五预设负极电位安全阈值大于第六预设负极电位安全阈值。
表1-表4示出了几种负极电位安全阈值的示例。其中，负极电位安全阈值的单位为毫伏(mv)。表1中动力电池的SOH为95％～100％，表2中动力电池的SOH为90％～95％，表3中动力电池的SOH为85％～90％，表4中动力电池的SOH为小于85％。
表1
表2
表3
表4
从表1-表4可以看出，在其他因素不变的情况下，动力电池的SOC越大，负极电位安全阈值也就越大。如在动力电池的温度处于[-10℃,0℃)范围内且SOH为95％～100％时，动力电池的SOC处于[0％，40％)范围时，负极电位安全阈值为10mv；动力电池的SOC处于[40％，80％)范围时，负极电位安全阈值为15mv。
从表1-表4中还可以看出，在其他因素不变的情况下，动力电池的温度越低，负极电位安全阈值也就越大。如在动力电池的SOC处于[80％，100％]范围且SOH为85％～95％时，动力电池的温度处于[-10℃,0℃)范围时，负极电位安全阈值为35mv；动力电池的温度处于[0℃,10℃)范围时，负极电位安全阈值为30mv。
从表1-表4中还可以看出，在其他因素不变的情况下，动力电池的SOH越小，负极电位安全阈值越大。如在动力电池的SOC处于[0％，40％)范围且温度处于[-10℃,0℃)范围时，动力电池的SOH为85％～90％时，负极电位安全阈值为18mv；动力电池的SOH为90％～95％时，负极电位安全阈值为15mv。
应理解，本文中的具体的例子只是为了帮助本领域技术人员更好地理解本申请实施例，而非限制本申请实施例的范围。
上述技术方案，基于动力电池的析锂风险程度设置负极电位安全阈值，一方面，将析锂风险高的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较大，能够有效抑制动力电池的析锂风险，提高动力电池的安全性能。另一方面，将析锂风险低的动力电池所对应的负极电位安全阈值设置的相对较小，在不影响动力电池安全性能的前提下，可以保证动力电池的充电速度。
可选地，在确定负极电位安全阈值之前，方法200还可以包括：BMS确定第一充电请求电流，并向充电桩发送第一充电请求电流。具体而言，BMS可以根据动力电池的温度、SOC、SOH和电压等参数确定第一充电请求电流。
在充电桩接收到第一充电请求电流后，充电桩可以基于第一充电请求电流对动力电池进行充电。
可选地，第一充电请求电流可以携带于但不限于电池充电需求BCL报文中。
确定负极电位安全阈值之后，BMS可以在动力电池的充电过程中，基于动力电池的负极电位和负极电位安全阈值，调整动力电池的充电请求电流。
具体来说，在充电过程中，若动力电池的负极电位下降至负极电位安全阈值，则BMS可以降低动力电池的充电请求电流，即将充电请求电流从第一充电请求电流调整为第二充电请求电流，第二充电请求电流小于第一充电请求电流。
将第一充电请求电流调整为第二充电请求电流后，BMS可以向充电桩发送第二充电请求电流，以使充电桩基于第二充电请求电流对动力电池进行充电。
上述技术方案，在动力电池的负极电位下降至负极电位安全阈值时，表明该动力电池可能即将出现析锂现象，在这种情况下降低动力电池的充电请求电流，能够避免由于锂离子聚集等问题引发的动力电池的安全问题，例如电池燃烧或爆炸等，从而保证动力电池的安全性能。
或者，若动力电池的负极电位未下降至负极电位安全阈值，且动力电池的充电时长大于时间阈值，说明当前时刻的充电请求电流较小，则BMS可以提高动力电池的充电请求电流，即将充电请求电流从第一充电请求电流调整为第三充电请求电流，第三充电请求电流大于第一充电请求电流。
可选地，在BMS向充电桩发送第一充电请求电流时，BMS可以启动定时器，该定时器的定时时长为时间阈值。在定时器超时后，表明动力电池的充电时长大于时间阈值。
可选地，时间阈值可以为但不限于30s。
将第一充电请求电流调整为第三充电请求电流后，BMS可以向充电桩发送第三充电请求电流，以使充电桩基于第三充电请求电流对动力电池进行充电。
上述技术方案，若动力电池的负极电位长时间未下降至负极电位安全阈值，则表明动力电池当前时刻的充电电流过小。在这种情况下提高动力电池的充电请求电流，能够提高充电速度，极大地减小了动力电池的充电时长，进而提高了用户体验。
应理解，在本申请实施例中，“第一”、“第二”和“第三”仅仅为了区分不同的对象，但并不对本申请实施例的范围构成限制。
本申请实施例对BMS获取动力电池负极电位的实现方式不作具体限定。例如，BMS可以通过负极电位预估模型预估动力电池的负极电位，或者BMS可以通过带参比电极的三电极电池实测得到动力电池的负极电位。
在一种实施例中，针对两电极电池，BMS可以通过负极电位预估模型，将电池的正极和负极分开，从而获取到负极电位。其中，负极电位预估模型例如可以为等效电路模型、电化学模型、以及等效电路和电化学耦合模型等。
在另一种实施例中，BMS还可以通过采集带参比电极的三电极电池的负极电位与参比电极的电位获取动力电池的负极电位，其中，三电极电池是指除了包括传统两电极电池的正极和负极之外，还新增一个参比电极，该参比电极例如是锂金属参比电极、锂合金参比电极或铜丝原位镀锂参比电极等。
具体地，可以先建立三电极电池的分极等效模型，该分极等效模型可以包括正极参数和负极参数，以反映该三电极电池的外部特性和内部特性，以便于准确预测负极电位。其中，分极等效模型可以包括Rint模型、分极一阶RC等效电路模型、分极二阶RC等效电路模型等。
图3示出了本申请实施例的分极一阶RC等效电路模型的示意图。如图3所示，Ut为全电池端电压；Uca和Uan分别为正极相对参比电极的电位和负极相对参比电极的电位。OCVca和OCVan分别表示正极的开路电压和负极的开路电压，Rca_0和Ran_0 分别表示正极的欧姆内阻和负极的欧姆内阻，Uca_p和Uan_p分别表示正极的极化电压和负极的极化电压，Rca_p和Ran_p分别表示正极的极化内阻和负极的极化内阻，Cca_p和Can_p分别表示正极的极化电容和负极的极化电容，I表示电流。Uca_p’和Uan_p’分别表示Uca_p和Uan_p的导数。
首先，可以通过实测获得正极的开路电压OCVca和负极的开路电压OCVan，然后在根据公式(1)～(5)再结合优化算法，例如最小二乘法、遗传算法等标定模型参数Rca_0、Ran_0、Rca_p、Ran_p、Cca_p和Can_p，最后再利用扩展卡尔曼滤波算法、比例-积分-微分(Proportion Integral Differential，PID)算法或者龙贝格观测器等对负极电位进行预估。
Ut＝Uca–Uan (1)
Uca＝OCVca+I*Rca_0+Uca_p (2)
Uan＝OCVan+I*Ran_0+Uan_p (3)
Uca_p’＝I/Cca_p-Uca_p/(Rca_p*Cca_p) (4)
Uan_p’＝I/Can_p-Uan_p/(Ran_p*Can_p) (5)
下面将简单介绍利用扩展卡尔曼滤波算法对负极电位预估的实施例。扩展卡尔曼滤波算法主要由状态方程(6)和观测方程(7)组成，再结合递归方程(8)-(12)对时间和状态迭代更新实现状态估计。
X k+1＝A kX k+B kU k+Q k (6)
Y k＝C kX k+R k (7)
其中，X为待估计的状态量，U为可控制输入量，Y为输出量，Q和R分别表示系统误差和测量误差，P为估计误差的协方差矩阵，下标k代表k时刻的变量，下标k-1表示k-1时刻的变量，下标k+1表示k+1时刻的变量，上标“ ∧”表示估计值，上标T表示对矩阵进行转置运算。P为估计误差的协方差矩阵，例如， 表示k时刻的先验估计协方差矩阵，P k表示k时刻的后验估计协方差矩阵。A、B、C和D为系数矩阵，K k为卡尔曼增益。
将X、A、B、C、Q、R的值代入上述方程中：
R k＝0.01
即可通过负极电位预估方程获取负极电位：
在一些实施例中，BMS可以通过预测控制算法确定调整后的电流(如第二充电请求电流或第三充电请求电流)。例如，BMS可以通过比例-积分-微分(proportion integral differential，PID)控制算法确定调整后的电流。
以BMS将第一充电请求电流调整为第二充电请求电流为例进行说明。具体来说，BMS可以通过以下公式得到调整后的电流：
I0 k+1＝I0 k+ΔI k
其中，I0 k+1为k+1时刻的充电请求电流即第二充电请求电流，I0 k为k时刻的充电请求电流即第一充电请求电流，ΔUan k为k时刻的负极电位安全阈值，也可以为k时刻的动力电池的负极电位，ΔUan k-1为k-1时刻的负极电位安全阈值或者k-1时刻的动力电池的负极电位。k p、k i、k d分别PID控制算法的比例参数、积分参数和微分参数。示例性地，k p可以为20，k i可以为5，k d可以为70。
为了更加清楚地理解本申请实施例的动力电池充电的方法200，以下结合图4描述本申请一种可能的实施例的动力电池充电的方法。
在步骤401中，BMS判断动力电池是否处于充电状态。
若动力电池处于充电状态，则执行步骤402；若动力电池未处于充电状态，则执行步骤409。
在步骤402中，BMS确定动力电池的充电请求电流I0。
具体而言，BMS可以先获取动力电池的SOC、SOH、温度和电压等参数，并根据动力电池的SOC、SOH、温度和电压等参数确定I0。
在步骤403中，BMS向充电桩发送充电请求电流I0以请求充电，并开始计时。
在步骤404中，BMS获取动力电池的负极电位。
在步骤405中，BMS将动力电池的负极电位与负极电位安全阈值进行比较，判断动力电池的负极电位是否下降至负极电位安全阈值。
若动力电池的负极电位下降至负极电位安全阈值，则执行步骤406；若动力电池的负极电位安全阈值未下降至负极电位安全阈值，则执行步骤407。
在步骤406中，BMS将充电请求电流I0调整为充电请求电流I1，并向充电桩发送调整后的充电请求电流I1，以使充电桩基于I1对动力电池进行充电。
在步骤407中，BMS判断动力电池的充电时长是否大于时间阈值。
若充电时长大于时间阈值，则BMS执行步骤408；若充电时长小于小于时间阈值，则BMS执行步骤404。
在步骤408中，BMS将充电请求电流I0调整为充电请求电流I2，并向充电桩发送调整后的充电请求电流I2，以使充电桩基于I2对动力电池进行充电。
在步骤409中，BMS判断动力电池是否处于满充状态或拔枪状态。
若动力电池处于满充状态或拔枪状态，则本次充电过程结束；若动力电池未处于满充状态或拔枪状态，则BMS继续执行步骤404。
本申请实施例，由于动力电池的析锂风险程度与其自身的电池状态参数密切相关，上述技术方案根据动力电池的电池状态参数确定负极电位安全阈值，使得确定的负极电位安全阈值能够更准确，更接近该动力电池的析锂的临界电位。这样，基于确定的负极电位安全阈值和动力电池的负极电位调整动力电池的充电请求电流，不仅能保证动力电池安全性能，并且还能提高动力电池的充电速度。
上文详细描述了本申请实施例的方法实施例，下面描述本申请实施例的装置实施例，装置实施例与方法实施例相互对应，因此未详细描述的部分可参见前面各方法实施例，装置可以实现上述方法中任意可能实现的方式。
图5示出了本申请一个实施例的BMS 500的示意性框图。该BMS 500可以执行上述本申请实施例的动力电池充电的方法200。如图5所示，该BMS 500可以包括：
确定单元510，用于根据所述动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值，所述电池状态参数包括所述动力电池的荷电状态SOC、温度和健康状态SOH中的至少一个；
调整单元520，用于在所述动力电池的充电过程中，基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流。
可选地，在本申请一个实施例中，所述调整单元520具体用于：若所述负极电位下降至所述负极电位安全阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第二充电请求电流，所述第二充电请求电流小于所述第一充电请求电流。
可选地，在本申请一个实施例中，所述调整单元520具体用于：若所述负极电位未下降至所述负极电位安全阈值且所述动力电池的充电时长大于时间阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第三充电请求电流，所述第三充电请求电流大于所述第一充电请求电流。
可选地，在本申请一个实施例中，当所述动力电池的SOC处于第一SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第一预设负极电位安全阈值；
所述动力电池的SOC处于第二SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第二预设负极电位安全阈值；其中，所述第一SOC区间中的SOC小于所述第二SOC区间中的SOC，所述第一预设负极电位安全阈值小于所述第二预设负极电位安全阈值。
可选地，在本申请一个实施例中，当所述动力电池的温度处于第一温度区间时，所述负极电位安全阈值为第三预设负极电位安全阈值；所述动力电池的温度处于第二温度区间时，所述负极电位安全阈值为第四预设负极电位安全阈值；其中，所述第一温度区间中的温度小于所述第二温度区间中的温度，所述第三预设负极电位安全阈值大于所述第四预设负极电位安全阈值。
可选地，在本申请一个实施例中，当所述动力电池的SOH处于第一SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第五预设负极电位安全阈值；所述动力电池的SOH处于第二SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第六预设负极电位安全阈值；其中，所述第一SOH区间中的SOH小于所述第二SOH区间中的SOH，所述第五预设负极电位安全阈值大于所述第六预设负极电位安全阈值。
可选地，在本申请一个实施例中，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电前的电池状态参数。
可选地，在本申请一个实施例中，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电过程中的电池状态参数。
应理解，该BMS 500可以实现方法200中BMS的相应操作，为了简洁，在此不再赘述。相应地，该BMS 500可以实现与前述方法200相同的技术效果，为了内容的简洁，此处不再进行描述。
图6是本申请实施例的BMS的硬件结构示意图。BMS 600包括存储器601、处理器602、通信接口603以及总线604。其中，存储器601、处理器602、通信接口603通过总线604实现彼此之间的通信连接。
存储器601可以是只读存储器(read-only memory，ROM)，静态存储设备和随机存取存储器(random access memory，RAM)。存储器601可以存储程序，当存储器601中存储的程序被处理器602执行时，处理器602和通信接口603用于执行本申请实施例的动力电池充电的方法的各个步骤。
处理器602可以采用通用的中央处理器(central processing unit，CPU)，微处理器，应用专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)，图形处理器(graphics processing unit，GPU)或者一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本申请实施例的装置中的单元所需执行的功能，或者执行本申请实施例的动力电池充电的方法。
处理器602还可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，本申请实施例的动力电池充电的方法的各个步骤可以通过处理器602中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
上述处理器602还可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processing，DSP)、ASIC、现成可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器601，处理器602读取存储器601中的信息，结合其硬件完成本申请实施例的BMS中包括的单元所需执行的功能，或者执行本申请实施例的动力电池充电的方法。
通信接口603使用例如但不限于收发器一类的收发装置，来实现BMS 600与其他设备或通信网络之间的通信。例如，BMS 600可以通过通信接口603向充电桩发送充电请求信息。
总线604可包括在装置600各个部件(例如，存储器601、处理器602、通信接口603)之间传送信息的通路。
应注意，尽管上述BMS 600仅仅示出了存储器、处理器、通信接口，但是在具体实现过程中，本领域的技术人员应当理解，BMS 600还可以包括实现正常运行所必须的其他器件。同时，根据具体需要，本领域的技术人员应当理解，BMS 600还可包括实现其他附加功能的硬件器件。此外，本领域的技术人员应当理解，装BMS 600也可仅仅包括实现本申请实施例所必须的器件，而不必包括图6中所示的全部器件。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储用于设备执行的程序代码，所述程序代码包括用于执行上述动力电池充电的方法中的步骤的指令。
本申请实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述动力电池充电的方法。
上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
应理解，在本申请的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解，本说明书中描述的各种实施方式，既可以单独实施，也可以组合实施，本申请实施例对此并不限定。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (17)

  1. 一种动力电池充电的方法，其特征在于，应用于所述动力电池的电池管理系统BMS，所述方法包括：
    根据所述动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值，所述电池状态参数包括所述动力电池的荷电状态SOC、温度和健康状态SOH中的至少一个；
    在所述动力电池的充电过程中，基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流，包括：
    若所述负极电位下降至所述负极电位安全阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第二充电请求电流，所述第二充电请求电流小于所述第一充电请求电流。
  3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流，包括：
    若所述负极电位未下降至所述负极电位安全阈值且所述动力电池的充电时长大于时间阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第三充电请求电流，所述第三充电请求电流大于所述第一充电请求电流。
  4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，当所述动力电池的SOC处于第一SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第一预设负极电位安全阈值；
    所述动力电池的SOC处于第二SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第二预设负极电位安全阈值；
    其中，所述第一SOC区间中的SOC小于所述第二SOC区间中的SOC，所述第一预设负极电位安全阈值小于所述第二预设负极电位安全阈值。
  5. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，当所述动力电池的温度处于第一温度区间时，所述负极电位安全阈值为第三预设负极电位安全阈值；
    所述动力电池的温度处于第二温度区间时，所述负极电位安全阈值为第四预设负极电位安全阈值；
    其中，所述第一温度区间中的温度小于所述第二温度区间中的温度，所述第三预设负极电位安全阈值大于所述第四预设负极电位安全阈值。
  6. 根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，当所述动力电池的SOH处于第一SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第五预设负极电位安全阈值；
    所述动力电池的SOH处于第二SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第六预设负极电位安全阈值；
    其中，所述第一SOH区间中的SOH小于所述第二SOH区间中的SOH，所述第五预设负极电位安全阈值大于所述第六预设负极电位安全阈值。
  7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述动力电池的电池 状态参数为所述动力电池充电前的电池状态参数。
  8. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电过程中的电池状态参数。
  9. 一种动力电池的电池管理系统，其特征在于，包括：
    确定单元，用于根据所述动力电池的电池状态参数，确定负极电位安全阈值，所述电池状态参数包括所述动力电池的荷电状态SOC、温度和健康状态SOH中的至少一个；
    调整单元，用于在所述动力电池的充电过程中，基于所述动力电池的负极电位和所述负极电位安全阈值，调整所述动力电池的充电请求电流。
  10. 根据权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，所述调整单元具体用于：
    若所述负极电位下降至所述负极电位安全阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第二充电请求电流，所述第二充电请求电流小于所述第一充电请求电流。
  11. 根据权利要求9所述的电池管理系统，其特征在于，所述调整单元具体用于：
    若所述负极电位未下降至所述负极电位安全阈值且所述动力电池的充电时长大于时间阈值，将所述充电请求电流从第一充电请求电流调整为第三充电请求电流，所述第三充电请求电流大于所述第一充电请求电流。
  12. 根据权利要求9至11中任一项所述的电池管理系统，其特征在于，当所述动力电池的SOC处于第一SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第一预设负极电位安全阈值；
    所述动力电池的SOC处于第二SOC区间时，所述负极电位安全阈值为第二预设负极电位安全阈值；
    其中，所述第一SOC区间中的SOC小于所述第二SOC区间中的SOC，所述第一预设负极电位安全阈值小于所述第二预设负极电位安全阈值。
  13. 根据权利要求9至12中任一项所述的电池管理系统，其特征在于，当所述动力电池的温度处于第一温度区间时，所述负极电位安全阈值为第三预设负极电位安全阈值；
    所述动力电池的温度处于第二温度区间时，所述负极电位安全阈值为第四预设负极电位安全阈值；
    其中，所述第一温度区间中的温度小于所述第二温度区间中的温度，所述第三预设负极电位安全阈值大于所述第四预设负极电位安全阈值。
  14. 根据权利要求9至12中任一项所述的电池管理系统，其特征在于，当所述动力电池的SOH处于第一SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第五预设负极电位安全阈值；
    所述动力电池的SOH处于第二SOH区间时，所述负极电位安全阈值为第六预设负极电位安全阈值；
    其中，所述第一SOH区间中的SOH小于所述第二SOH区间中的SOH，所述第五预设负极电位安全阈值大于所述第六预设负极电位安全阈值。
  15. 根据权利要求9至14中任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电前的电池状态参数。
  16. 根据权利要求9至14中任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述动力电池的电池状态参数为所述动力电池充电过程中的电池状态参数。
  17. 一种动力电池的电池管理系统，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述计算机程序，执行如权利要求1至8中任一项所述的动力电池充电的方法。
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