CN117533202A - 一种车用电池充电控制方法及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车用电池充电控制方法及电池管理系统，包括如下步骤：控制热风机加热电池；确定所述电池的低温区域；控制电池管理系统增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。控制热风机加热电池，在热风机加热电池过程中，电池的一些位置无法很好地加热，从而形成低温区域，确定所述电池的低温区域，并控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流，从而增加低温区域的电芯的温度，这样，即可为没有被热风机充分加热的电芯进行加热，通过热风机和电芯自加热的配合，能够为电池内部的各个电芯均匀加热，从而让电池更快地达到并保持正常的充电温度，进而提高低温环境时电池的充电效率。

Description

一种车用电池充电控制方法及电池管理系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别是涉及一种车用电池充电控制方法及电池管理系统。

背景技术

电动车辆的电池的充电效率受到温度的影响较大，在寒冷地区，低温环境导致电池的充电效率变慢。因此，一些汽车会配备热风机，在电池充电时通过热风机将热风吹至电池从而为电池加热，让电池维持在适宜的充电温度。但是热风机仅能对电池的一侧表面进行加热，这样位于受热一侧的电芯能够很好地加热，且由于目前对体积利用率的极致追求使得电池壳体内缺乏充分的传热通道，因此靠近电池壳体中部或远离鼓风机的电芯则难以加热，导致各个电芯温度不均，由此无法很好地为电池充电。通过扩大电芯之间的间隙可以改善空气传热效率，但是如此会影响电池的体积利用率；如使用液体作为传热介质以提高传热效率，需要增加额外的成本并且可能会发生泄漏风险。

目前还有通过电池自加热对电芯进行加热的方式，但是当电芯处于0℃以下时，难以通过自加热的方式对电芯进行加热，如此加热效率较慢且会产生严重的析锂现象，影响电池寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种车用电池充电控制方法及电池管理系统。

一种车用电池充电控制方法，包括如下步骤：

控制热风机加热电池；其中热风机包括加热组件和送风组件，加热组件升温后，加热周围的环境气体，送风组件将该环境气体送至电池的表面，从而为电池加热。

确定所述电池的低温区域；具体地，接收电池的各个区域的温度信息，以确定电池的低温区域。更具体地，接收电池各个区域的温度传感器反馈的温度信息，以确定电池的低温区域。具体地，所述低温区域包括至少一个电芯。例如，所述低温区域包括一个电芯，当电池内部的任一电芯的温度低于预设温度时，则确定该电芯所在区域为低温区域。

在其中一个实施例中，所述低温区域的温度小于预设温度，具体地，所述低温区域的温度小于20℃，本实施例中，低温区域是多个电芯的平均温度，20℃以下的电芯充电效率较慢，需要通过自加热进一步使其发热。在其他实施例中，低温区域是多个电芯周围的环境温度，该环境温度下，则电芯容易存在低温的情况。应当理解的是，本申请中，若每个区域的电芯数量大于两个，则通过检测低温区域而不仅单是检测电芯的温度，例如，当某一区域高于20℃时，即使该区域内存在相对低温的电芯，但邻近的电芯温度较高，此时不需要对低温的电芯进行自加热，因为增加低温的电芯的充电电流有导致析锂的风险，只要该区域并非低温区域，则不对电芯进行自加热，而是通过相邻电芯之间自然传递热量以平衡该区域的热量即可。为了使得更好地平衡各电芯的温度，避免引起析锂的问题，优选地，低温区域包括至少两个电芯，通过综合多个电芯的温度信息，以确定是否对低温区域的电芯进行加热。

在其中一个实施例中，所述低温区域包括1～4个电芯。例如，所述低温区域包括两个电芯，确定每两个相邻的电芯组成的区域的平均温度低于其余区域的平均温度或预设温度时，确定该两个电芯组成的区域为低温区域。又例如，所述低温区域包括三个电芯，确定每三个相邻的电芯组成的区域的平均温度低于其余区域的平均温度或预设温度时，确定该三个电芯组成的区域为低温区域。又例如，所述低温区域包括三个电芯，确定每三个相邻的电芯组成的区域的平均温度低于其余区域的平均温度或预设温度时，确定该四个电芯组成的区域为低温区域，四个电芯呈矩形排列，其中两两电芯相邻设置。再例如，所述低温区域包括n个电芯，确定每n个相邻的电芯组成的区域的平均温度低于其余区域的平均温度或预设温度时，确定该n个电芯组成的区域为低温区域，其中n为大于0的自然数。

控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。具体地，正常充电时，以预设充电电流为电池的电芯充电，确定电池的低温区域之后，控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。当至少一个电芯的充电电流被增大后，电芯升温，利于该电芯温度上升，进一步还传热至邻近的电芯，为过冷的电芯加热。

上述车用电池充电控制方法，控制热风机加热电池，在热风机加热电池过程中，电池的一些位置无法很好地加热，从而形成低温区域，确定所述电池的低温区域，并控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流，从而增加低温区域的电芯的温度，这样，即可为没有被热风机充分加热的电芯进行加热，通过热风机加热和电芯自加热的配合，能够为电池内部的各个电芯均匀加热，从而让电池更快地达到并保持正常的充电温度，进而提高低温环境时电池的充电效率和充电速率。

在其中一个实施例中，所述控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流的步骤中，确定所述低温区域内各电芯的温度，且控制增大温度在预设温度范围内的电芯的充电电流。电芯的温度过低时，较大的充电电流容易导致析锂，而电芯的温度较高时，则继续增大充电电流会进一步导致发热，从而容易导致热失控。本实施例中，增大预设温度范围的电芯的温度，从而使得该低温区域内的电芯得以快速加热，被快速加热的电芯还能对邻近的电芯进行传热，从而使得低温区域内的各个电芯得以快速升温，进而使得电池整体均匀升温。在其中一个实施例中，所述预设温度范围为0℃～30℃，在该范围内能够很好地通过控制增大充电电流进而使得电芯发热，且避免增加0℃的电芯的充电电流，进而避免电芯的极片出现析锂的现象。例如，某一区域包括第一电芯和第二电芯，其中第一电芯的温度为10℃，而第二电芯的温度为-2℃，其中两者综合的平均温度为4℃，可见第一电芯和第二电芯的所在的区域小于20℃，确定为低温区域，且增加第一电芯的充电电流而不是第二电芯的充电电流，这是由于第二电芯的温度低于0℃，增大充电电流后容易产生析锂的问题，因此控制第一电芯启用自加热功能，进而再将热量传递给第二电芯，在第二电芯达到0℃以上时，再根据低温区域的温度确定是否启用第二电芯的自加热。又例如，某一区域包括第三电芯和第四电芯，其中第三电芯的温度为10℃，而第四电芯的温度为6℃，其中两者的平均温度为8℃，可见第三电芯和第四电芯的所在的区域小于20℃，确定为低温区域，则同时增加第三电芯和第四电芯的充电电流，这是由于第三电芯和第四电芯的温度在0～30℃之间，在增大充电电流后也能实现尽可能不产生析锂问题，这样能够令第三电芯和第四电芯更快速达到合适的充电温度。再例如，某一区域包括第五电芯和第六电芯，其中第五电芯的温度为30℃，而第六电芯的温度为18℃，其中两者的平均温度也即低温区域的温度为24℃，可见第五电芯和第六电芯的所在的区域大于20℃，确定不是低温区域，虽然第六电芯的温度位于0～30℃之间，但是由于该区域不属于低温区域，则不需要增大第六电芯的充电电流，仅通过第五电芯自然传热至第六电芯即可，这样能够避免第六电芯可能出现的析锂问题。这样，通过上述的充电控制方法能够让低温区域尽快达到预设温度以上，并尽可能避免电芯的极片出现析锂的问题。

在其中一个实施例中，所述控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流的步骤中，确定所述低温区域内各电芯的升温速率，当所述电芯的升温速率低于升温阈值时，控制增加相邻的电芯的充电电流。例如，在增大第七电芯的充电电流后，若升温速率低于升温阈值，则表示低温已经影响了第七电芯的充电，再持续以增大后的充电电流充电可能会导致第七电芯内部出现析锂问题，因此，控制增加相邻的第八电芯的充电电流从而让第八电芯升温，第八电芯升温后能够传热给第七电芯，从而让第七电芯的升温速率更快，从而让第七电芯更快地进入正常充电的温度。进一步地，当所述电芯的升温速率低于升温阈值时，控制电芯的充电电流下降至预设充电电流，并控制增加相邻的电芯的充电电流。值得一提的是，这种控制相邻的电芯的充电电流还能够跨区域使用，即增加与低温区域相邻的区域的电芯的充电电流，从而为低温区域的各个电芯传热。

在其中一个实施例中，控制所述热风机加热所述低温区域，这样，能够更直接地对低温区域升温，与控制充电电流配合，能够更好地使得电池均匀升温。

一种电池管理系统，包括：

控制模块，用于控制热风机加热电池；

确定模块，用于确定所述电池的低温区域；

调节模块，用于控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。

上述的电池管理系统能够控制热风机加热电池从而加热电池，在热风机加热电池过程中，电池的一些位置无法很好地加热，从而形成低温区域，确定所述电池的低温区域，并控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流，从而增加低温区域的电芯的温度，这样，即可为没有被热风机充分加热的电芯进行加热，通过热风机和电芯自加热的配合，能够为电池内部的各个电芯均匀加热，从而让电池更快地达到并保持正常的充电温度，进而提高低温环境时电池的充电效率。

一种计算机设备，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存放计算机程序；

所述处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如上述任一实施例中的车用电池充电控制方法中的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如上述任一实施例中所述的车用电池充电控制方法中的步骤。

附图说明

图1为一个实施例的车用电池充电控制方法的流程示意图。

图2为一个实施例的车用电池充电控制方法的原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在申请的描述中，“多种”的含义是至少两种，例如两种，三种等，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

本申请中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。

如图1和图2所示，在其中一个实施例中，提供一种车用电池充电控制方法，包括如下步骤：

S1，控制热风机加热电池。如图2可见热风机通过将热风吹到电池200的表面从而加热电池200，电池200内部阵列设置有多个电芯，其中一个为电芯400。

S2，确定所述电池的低温区域。如图2可见，远离热风机100的位置的四个电芯由于未被热风机100加热而组成了低温区域300。

S3，控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。如图2可见，本实施例加热了四个电芯中的其中一个，该电芯400池壳体设置，电池壳体由于更容易与热风机的热风接触，此时的电芯400在低温区域300的四个电芯之中具有相对较高的温度，可以更早到达预设温度区间，从而控制电芯400增加充电电流以实现自加热也较为顺利，电芯自加热后，会将热量传递至低温区域的其余三个邻近的电芯。

上述车用电池充电控制方法，控制热风机加热电池，在热风机加热电池过程中，电池的一些位置无法很好地加热，从而形成低温区域，确定所述电池的低温区域，并控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流，从而增加低温区域的电芯的温度，这样，即可为没有被热风机充分加热的电芯进行加热，通过热风机加热和电芯自加热的配合，能够为电池内部的各个电芯均匀加热，从而让电池更快地达到并保持正常的充电温度，进而提高低温环境时电池的充电效率和充电速率。

以下为一具体的实施例。

实施例1：电池包括4416节21700圆柱形电芯，电池容量约75kWh。将电池置入-10℃的冰箱内进行充电测试，充电期间将电池的电量从30kWh充至60kWh，充电器采用特斯拉的第三代壁挂式充电连接器。

采用以下车用电池充电控制方法，包括如下步骤：

接收用户的充电指令，控制以预设充电电流12A为电池充电。

控制热风机加热电池。其中热风机的额定供气风量为250CFM，额定加热功率为3kW。

接收电池内部的温度传感器反馈的信息，确定所述电池的低温区域，其中确认时定义每一低温区域包括3个电芯。其中低温区域检测的是3个电芯的周围环境温度。其中，所述低温区域的温度小于20℃。

确定所述低温区域内各电芯的温度，控制增大所述低温区域内的温度在0℃～30℃的电芯的充电电流至16A，直至电芯达到30℃时下降至12A继续充电。本实施例的车用电池充电控制方法，用于与充电桩配合，通过电池管理系统为电池内各个电芯调配充电电流，当确认低温区域后，增加低温区域内的温度在0℃～30℃的电芯的充电电流。该温度区间内的电芯能够更好地升温，避免低温过充导致的析锂或高温引发的热失控的问题，该温度区间的电芯升温后能够为邻近的过低温的其余电芯传递热量。

确定所述低温区域内各电芯的升温速率，当所述电芯的升温速率低于升温阈值时，控制增加相邻的电芯的充电电流。这样，能让升温速率更高的电芯升温，从而将热量传递给升温速率更慢的电芯，进而让升温速率较慢的电芯更快地升温。

对比例1：电池包括4416节21700圆柱形电芯，电池容量约75kWh。将电池置入-10℃的冰箱内进行充电测试，充电期间将电池的电量从30kWh充至60kWh。

对比例2：电池包括4416节21700圆柱形电芯，电池容量约75kWh。将电池置入-10℃的冰箱内进行充电测试，充电期间将电池的电量从30kWh充至60kWh。其中充电过程中控制热风机加热电池。热风机的额定供气风量为250CFM，额定加热功率为3kW。

检测上述实施例及对比例的电芯从-10℃升温至30℃的时间及电池的电量从30kWh充至60kWh的时长。将上述实施例和对比例的电池以0.5的倍率在-10℃进行充电至410V，并以1C的倍率进行放电至310V，以上为一个循环。充放电循环1500次后，拆解电池，取出5个中心区域的电芯，观察电芯的极片表面的析锂情况，析锂程度判定：根据满充时极片表面的状态来判定，当极片的表面显示为金黄色且显示的灰色的面积＜0.5％，则判定为极片不析锂，当极片大部分为黄色，但有部分位置可观察到灰色，灰色面积＞0.5％，则判定为极片析锂。

由上述表格的数据可知，实施例1从-10℃升温至30℃的时长最短，且整体充电时间较短，这是由于通过热风机从外部加热电芯，且通过调配充电电流而从内部加热电芯，两种加热手段相互配合，能够更好地将各个电芯维持在30℃，从而将电池较好维持在充电效率较高的状态下充电。而对比例1的电芯到达30℃的时间较长，同时为了维持各个电芯的温度，充电效率显著下降，因此充电时间最长。而对比例2中，虽然采用了热风机，但是电芯整体到达30℃的时间也较长，同时由于单单通过热风机加热电池，各个电芯无法维持均匀的温度，影响了电芯的充电效率，从而充电时常相较于实施例1更长。综上，由于实施例1采用了热风机加热和电芯自加热配合，从而缩短了充电时长，提升了充电效率。

从多次循环后拆解电池的结果可见，对比例1和对比例2的电芯的极片均出现了析锂的现象，对比例1是因为在过低的温度充电，充电时升温较慢，从而出现析锂的现象。而对比例2中，在充电初期温度不均，且温度不均的时长相较于实施例1明显长很多，因此在初期温度较低的电芯在充电过程中也容易产生析锂现象。实施例1的电芯拆解后，极片未出现析锂的现象，这是由于实施例1通过热风机加热和电芯自加热配合对电池的各个电芯进行快速且均匀地加热，进一步还仅增大了0℃～30℃的电芯的充电电流，未对温度更低的电芯启用自加热功能，由此避免了极片出现析锂现象。

值得一提的是，本申请中电池也可以称为电池包，电芯也可以称为电池单体。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车用电池充电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

控制热风机加热电池；

确定所述电池的低温区域；

控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。

2.根据权利要求1所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流的步骤中，确定所述低温区域内各电芯的温度，且控制增大温度在预设温度范围内的电芯的充电电流。

3.根据权利要求2所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述预设温度范围为0℃～30℃。

4.根据权利要求1所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流的步骤中，确定所述低温区域内各电芯的升温速率，当电芯的升温速率低于升温阈值时，控制增加相邻的电芯的充电电流。

5.根据权利要求1所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，控制所述热风机加热所述低温区域。

6.根据权利要求1所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述控制热风机加热电池的步骤包括：接收用户的充电指令。

7.根据权利要求6所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述接收用户的充电指令的步骤之后还包括：控制以预设充电电流为电池充电。

8.根据权利要求1所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述低温区域包括1～4个电芯。

9.根据权利要求1所述的车用电池充电控制方法，其特征在于，所述低温区域的温度小于20℃。

10.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

控制模块，用于控制热风机加热电池；

确定模块，用于确定所述电池的低温区域；

调节模块，用于控制增大所述低温区域内的至少一个电芯的充电电流。