CN118054107A - 一种用于动力电池系统的充电方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于动力电池系统的充电方法和系统，属于动力电池充电技术领域；通过在动力电池的恒压降流阶段按照每间隔单位时间将当前的最高单体电压和第一设定电压值、第二设定电压值进行比较，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第一设定电流值递减，直至差值小于第二设定电流值，将第二设定电流作为请求充电电流。这样能够使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值，并在相对短的时间内平缓升至第二设定电压值，有效提高动力电池的充电速率，避免出现因请求充电电流降幅的过大以及持续下降至较小值时导致的充电速率降低的情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于动力电池系统的充电方法和系统，属于动力电池充电技术领域。
背景技术
动力电池充电速率的提升技术是制约电动汽车高质量快速发展的瓶颈技术。
目前，电动汽车对于动力电池系统进行满充的判断主要是依据动力电池系统中的最高单体电压值。在充电过程中，动力电池系统最高单体电压受温度、充电电流等因素影响，在较低温度或者较大充电电流的情况下，单体电压会出现虚高现象。该现象下存在电池管理系统(Battery Manage System，简称BMS)误判电池满充的同时会降低充电电流，导致动力电池的充电速率降低。
为解决上述问题，现有的动力电池系统中的动力电池在充电期间的充电电流动态调整方法主要有以下两种：一种是在充电过程中直接按照电芯(单体电芯或单体)充电能力查表调整请求电流；另一种是根据单体电压所处平台，按照不同档位降低请求电流，最终实现动力电池系统满充判断。其中，方法一在实际应用时充电时间较为理想，但是电芯在接近满充时通常充电能力偏大，使得电芯的实际充入容量偏低，进而导致充电速率低；方法二根据电压平台降电流，但存在电压平台阈值的选取影响因素多、降流幅度不易控制等问题，导致充电速率提升不明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于动力电池系统的充电方法和系统，用以解决现有动力电池的充电速率低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
本发明的一种用于动力电池系统的充电方法，当充电状态下的动力电池中最高单体电压大于或等于第一设定电压值时，本次充电后续的充电过程按照如下策略调整请求充电电流：每间隔单位时间将当前的最高单体电压和第一设定电压值、第二设定电压值进行比较，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，且当前的请求充电电流大于或等于第一设定电流值时，则将请求充电电流调整至当前的请求充电电流与第一设定电流值的差值，若差值小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值并最终达到第二设定电压值。
进一步地，当当前的最高单体电压大于或等于第二设定电压值时，将请求充电电流调整至第三设定电流值，以在充电末端涓流至满充；第三设定电流值小于第二设定电流值。
进一步地，每间隔单位时间还将当前的最高单体电压与第三设定电压值比较，当当前的最高单体电压小于或等于第三设定电压值时，将请求充电电流调整至动力电池允许的最大充电电流，若最大充电电流小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使最高单体电压再次达到第一设定电压值；第三设定电压值小于第一设定电压值。
进一步地，通过如下方式将请求充电电流调整至最大充电电流：若当前的请求充电电流大于单体充电能力，则将单体充电能力作为最大充电电流；若当前的请求充电电流小于或等于单体充电能力，则将当前的请求充电电流与第四设定电流值的总和作为最大充电电流。
进一步地，第一设定电压值为动力电池理想充电曲线上的满充点电压与50毫伏的差值。
进一步地，第二设定电压值为第一设定电压值与30毫伏的总和。
进一步地，第三设定电压值为第一设定电压值与50毫伏的差值。
进一步地，第一设定电流值按照第一设定倍数的动力电池中并联支路的并联数设定。
进一步地，第一设定倍数的取值范围为2安培至5安培。
进一步地，第二设定电流值的取值范围为0.15C至0.25C。
进一步地，第三设定电流值的取值范围为0.05C至0.15C。
进一步地，第四设定电流值均按照第二设定倍数的动力电池中并联支路的并联数设定。
进一步地，第一设定电流值小于第四设定电流值。
进一步地，第二设定倍数的取值范围为4安培至7安培。
进一步地，单位时间的取值范围为1秒至2秒。
进一步地，当充电状态下的动力电池中最高单体电压小于第一设定电压值时，按照单体充电能力调整请求充电电流。
本发明的一种用于动力电池系统的充电系统，包括处理器，处理器用于执行指令以实现如上述的用于动力电池系统的充电方法。
本发明的有益效果：
区别于现有用于动力电池系统的充电方法，本发明提供一种全新的用于动力电池系统的充电方法，通过在动力电池系统中动力电池的恒压降流阶段按照如下策略调整请求充电电流，具体为：本次充电期间最高单体电压一旦达到第一设定电压值，则本次充电的后续充电过程按照如下策略执行：每间隔单位时间比较当前的最高单体电压和第一设定电压值还比较当前的最高单体电压和第二设定电压值，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第一设定电流值递减，直至差值小于第二设定电流值，将第二设定电流作为请求充电电流。这样既保证了请求充电电流降幅的稳定，还能够避免请求充电电流过小，即避免请求充电电流小于第二设定电流值，能够使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值，并在相对短的时间内平缓升至第二设定电压值，有效提高动力电池的充电速率，避免出现因请求充电电流降幅的过大以及持续下降至较小值时导致的充电速率降低的情况。其中，以第一设定电压值作为动力电池开始恒压降流的节点，即当处于充电状态下的动力电池中最高单体电压不低于第一设定电压值时动力电池开始恒压降流。
其中，动力电池的恒压降流阶段还包括涓流，将第二设定电压值作为动力电池开始涓流的节点，具体当当前的最高单体电压大于或等于第二设定电压值时，将请求充电电流调整至小于第二设定电流值的第三设定电流值，以相对小的请求充电电流在充电末端涓流至满充，有效保护电池、延长电池使用寿命。
由于动力电池在充电过程中使用的充电机可能存在异常大电流的脉冲输出导致单体电压瞬间超过第二设定电压值，造成请求充电电流瞬间降幅过大的情况，即存在请求充电电流直接降至小于第二设定电流值的第三设定电流值，在该情况下仍使用第三设定电流值进行充电，会导致充电速率降低、充电耗时长。为避免该情况下一直使用第三设定电流值进行充电，故增加单体电压降流恢复机制，即每间隔单位时间还将当前的最高单体电压与小于第一设定电压值的第三设定电压值比较，当当前的最高单体电压小于或等于第三设定电压值时，将请求充电电流调整至动力电池允许的最大充电电流，若最大充电电流小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使最高单体电压再次达到第一设定电压值。
其中，通过如下方式将请求充电电流调整至最大充电电流：若当前的请求充电电流大于单体充电能力，则将单体充电能力作为最大充电电流，以避免采用超出单体充电能力的请求充电电流对动力电池的单体产生不利影响，即过流的不利影响；若当前的请求充电电流小于或等于单体充电能力，则每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第四设定电流值递增，即将当前的请求充电电流与第四设定电流值的总和作为最大充电电流，确保请求充电电流回升幅度的稳定。
通过设定第一设定电流值小于第四设定电流值，使降电流幅度相对较小，升电流幅度相对较大，即确保最高单体电压在低于第一设定电压值的第三设定电压值时，此时的请求充电电流还低于单体充电能力的情况下，能够以较大的增幅增大请求充电电流，使请求充电电流稳定回升，确保最高单体电压在较短的时间内再次达到第一设定电压值。
附图说明
图1是本发明实施例中单体恒压降流阶段采用的充电流程框图。
具体实施方式
为解决背景技术中的问题，本发明提供一种全新的用于动力电池系统的充电方法，通过在动力电池系统中动力电池的恒压降流阶段按照如下策略调整请求充电电流，具体为：每间隔单位时间比较当前的最高单体电压和第一设定电压值还比较当前的最高单体电压和第二设定电压值，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第一设定电流值递减，直至差值小于第二设定电流值，将第二设定电流作为请求充电电流。这样既保证了请求充电电流降幅的稳定，还能够避免请求充电电流过小，即避免请求充电电流小于第二设定电流值，能够使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值，并在相对短的时间内平缓升至第二设定电压值，有效提高动力电池的充电速率，避免出现因请求充电电流降幅的过大以及持续下降至较小值时导致的充电速率降低的情况。其中，以第一设定电压值作为动力电池开始恒压降流的节点，即当处于充电状态下的动力电池中最高单体电压不低于第一设定电压值时动力电池开始恒压降流。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
一种用于动力电池系统的充电方法的实施例：
一种用于动力电池系统的充电方法，当充电状态下的动力电池中最高单体电压大于或等于第一设定电压值时，本次充电后续的充电过程按照如下策略调整请求充电电流：
每间隔单位时间将当前的最高单体电压和第一设定电压值、第二设定电压值进行比较，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，且当前的请求充电电流大于或等于第一设定电流值时，则将请求充电电流调整至当前的请求充电电流与第一设定电流值的差值，若差值小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值并最终达到第二设定电压值。
其中，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第一设定电流值递减，直至差值小于第二设定电流值，将第二设定电流作为请求充电电流。这样既保证了请求充电电流降幅的稳定，还能够避免请求充电电流过小，即避免请求充电电流小于第二设定电流值，能够使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值，并在相对短的时间内平缓升至第二设定电压值，有效提高动力电池的充电速率，避免出现因请求充电电流降幅的过大以及持续下降至较小值时导致的充电速率降低的情况。
为保护电池，在动力电池的恒压降流阶段的末端还增加涓流阶段，将第二设定电压值作为动力电池开始涓流的节点，具体当当前的最高单体电压大于或等于第二设定电压值时，将请求充电电流调整至第三设定电流值，以在充电末端涓流至满充；第三设定电流值小于第二设定电流值。其中，充电末端为动力电池恒压降流阶段的末端。
作为其它实施方式，也可将第二设定电压值作为满充电压，即恒压降流阶段不包括涓流，使请求充电电流的降幅基本稳定在第一设定电流值，直至最终将第二设定电流值作为请求充电电流，能够使最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值，并在相对短的时间内平缓升至满充电压，有效提高动力电池的充电速率，避免出现因请求充电电流降幅的过大以及持续下降至较小值时导致的充电速率降低的情况。
由于动力电池在充电过程中使用的充电机可能存在异常大电流的脉冲输出导致单体电压瞬间超过第二设定电压值，造成请求充电电流瞬间降幅过大的情况，即存在请求充电电流直接降至小于第二设定电流值的第三设定电流值，在该情况下仍使用第三设定电流值进行充电，会导致充电速率降低、充电耗时长。为避免该情况下一直使用第三设定电流值进行充电，故增加单体电压降流恢复机制，即每间隔单位时间还将当前的最高单体电压与第三设定电压值比较，当当前的最高单体电压小于或等于第三设定电压值时，将请求充电电流调整至动力电池允许的最大充电电流，若最大充电电流小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使最高单体电压再次达到第一设定电压值；第三设定电压值小于第一设定电压值。
其中，通过如下方式将请求充电电流调整至最大充电电流：若当前的请求充电电流大于单体充电能力，则将单体充电能力作为最大充电电流，以避免采用超出单体充电能力的请求充电电流对动力电池的单体产生不利影响，即过流的不利影响；若当前的请求充电电流小于或等于单体充电能力，则将当前的请求充电电流与第四设定电流值的总和作为最大充电电流，即每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第四设定电流值递增，确保请求充电电流回升幅度的稳定。
具体地，第一设定电压值为动力电池理想充电曲线上的满充点电压与50毫伏的差值。
具体地，第二设定电压值为第一设定电压值与30毫伏的总和。
具体地，第三设定电压值为第一设定电压值与50毫伏的差值。
具体地，第一设定电流值按照第一设定倍数的动力电池中并联支路的并联数设定。
具体地，第一设定倍数的取值范围为2安培至5安培，即第一设定倍数在2安培、3安培、4安培和5安培中取任一。
具体地，第二设定电流值的取值范围为0.15C至0.25C。
具体地，第三设定电流值的取值范围为0.05C至0.15C。
具体地，第四设定电流值均按照第二设定倍数的动力电池中并联支路的并联数设定。
具体地，通过设定第一设定电流值小于第四设定电流值，使降电流幅度相对较小，升电流幅度相对较大，即确保最高单体电压在低于第三设定电压值时，此时的请求充电电流还低于单体充电能力的情况下，能够以较大的增幅增大请求充电电流，使请求充电电流稳定回升，确保最高单体电压在较短的时间内再次达到第一设定电压值。其中，第三设定电压值低于第一设定电压值。
具体地，第二设定倍数的取值范围为4安培至7安培，即第二设定倍数在4安培、5安培、6安培和7安培中取任一。
具体地，单位时间的取值范围为1秒至2秒，以及时调整请求充电电流、及时调整充电策略。
具体地，当充电状态下的动力电池中最高单体电压小于第一设定电压值时，按照单体充电能力调整请求充电电流。
本发明通过在动力电池充电过程中对充电电流进行动态调整，即动态调整请求充电电流，实现在最短充电时间内使动力电池达到满充状态。具体基于动力电池理想充电曲线，动态调整请求电流(请求充电电流)使单体电压稳定在充电末端的电压平台，并实现单体电压平缓升至满充状态，达到以最短时间满充的目的。
如图1所示，图1中锁存的历史最高单体电压仅针对本次充电，即本次充电期间当最高单体电压值达到第一设定电压时，开始启用恒压降流充电策略。具体地，本发明在动力电池中单体的恒压降流阶段按照如下充电方式对动力电池进行充电：
(1)充电状态下，当动力电池系统的最高单体电压(图中为单体最高电压)低于(即小于)作为第一设定电压值的V1时，按照电芯充电能力(即单体充电能力)调整请求充电电流(图中的恒压充电请求电流仍是请求充电电流)；其中，V1选取充电曲线低于满充点50毫伏(mv)的电压，即V1为动力电池理想充电曲线上的满充点电压与50毫伏的差值，V1＝Vm-50mv，其中，Vm为满充点电压。
(2)充电状态下，一旦动力电池系统最高单体电压达到V1，则本次充电后续的充电过程均按照如下策略调整请求充电电流：
每间隔单位时间将当前的最高单体电压和作为第一设定电压值的V1、作为第二设定电压值的V2、作为第三设定电压值的V3进行比较；其中，单位时间为1秒(s)；
①当检测到动力电池系统最高单体电压不低于作为第二设定电压值的V2时，请求充电电流直接调整至0.1C，实现充电末端涓流充电至满充；其中，V2＝V1+30mv。
②当检测到系统最高单体电压不低于V1时，若当前请求充电电流不低于作为第一设定电流值的ΔI2，则按照ΔI2的幅度向下调整一次请求充电电流(每间隔单位时间调整一次)，最低调整至0.2C(0.2C为第二设定电流值)，实现充电过程单体电压稳定在V1附近并最终达到V2电压状态；其中，ΔI2的取值与动力电池系统中并联支路的并联数关联，即ΔI2＝A1*B，式中的A1为第一设定倍数，取值为2安培(A)至5安培，B为并联数；当A1＝3A时，ΔI2＝3A*B。
若当前请求充电电流低于ΔI2，若请求充电电流小于0.2C，则将请求充电电流直接调整至0.2C，若请求充电电流不低于0.2C，则不进行调整。
当检测到系统最高单体电压低于V1且高于V3时，若请求充电电流小于0.2C，则将请求充电电流直接调整至0.2C，若请求充电电流不低于0.2C，则不进行调整。
③由于动力电池在充电过程中使用的充电机可能存在异常大电流的脉冲输出导致单体电压瞬间超过第二设定电压值V2，造成请求充电电流瞬间降幅过大的情况，即存在请求充电电流直接降至作为第三设定电流值的0.1C，此处的0.1C小于0.2C(0.2C为第二设定电流值)，在该情况下仍使用0.1C进行充电，会导致充电速率降低、充电耗时长。为避免该情况下一直使用0.1C进行充电，故增加单体电压降流恢复机制，即充电过程中每间隔单位时间判断最高单体电压与作为第三设定电压值的V3的大小，当检测到系统最高单体电压低于V3时，按照作为第四设定电流值的ΔI1的幅度向上调整一次请求充电电流(每单位时间调整一次)，最高调整至动力电池系统允许的最大充电电流，直至单体最高电压(最高单体电压)再次回升至V1；其中，单位时间为1秒(s)；V3＝V1-50mv；第三设定电压值小于第一设定电压值；ΔI1的取值与动力电池系统中并联支路的并联数关联，即ΔI1＝A2*B，式中的A2为第二设定倍数，取值为4安培(A)至7安培，B为并联数；当A2＝5A时，ΔI1＝5A*B。
具体按照如下方式将请求充电电流最高调整至动力电池系统允许的最大充电电流：
若当前的请求充电电流大于单体充电能力，则将单体充电能力作为最大充电电流，以避免采用超出单体充电能力的请求充电电流对动力电池的单体产生不利影响，即过流的不利影响；若当前的请求充电电流小于或等于单体充电能力，则将当前的请求充电电流与第四设定电流值的总和作为最大充电电流，即每间隔单位时间对当前的请求充电电流按照第四设定电流值递增，确保请求充电电流回升幅度的稳定。
该方法仅需通过对采集的单体电压信息进行电压区间的实时判断，动态平缓调整BMS的充电请求电流，在达到充电末端时，充分降低充电末端极化电压的影响，最终以涓流方式充电至单体电压达到满充状态，实现动力电池系统快速满充的效果，能够解决当前动力电池直流充电技术充电末端耗时长的问题，还能够解决当前充电过程请求电流波动较大、充电机响应不及时的问题，同时提升客户主观感受。其中，由于短时间内请求电流调整幅度过大(请求充电电流瞬间降幅过大或者请求充电电流瞬间增幅过大)，使得充电桩(充电机)响应不及时，进而使得充电桩实际输出的电流不及预期，导致动力电池充电速率低。为避免该情况的发生，本方案通过递增或递减的方式调整请求充电电流，尤其是在充电末期(充电末端)单体电压对充电桩电流非常敏感的阶段。
一种用于动力电池系统的充电系统的实施例：
一种用于动力电池系统的充电系统，包括处理器，处理器用于执行指令以实现如上述的用于动力电池系统的充电方法。其中，用于动力电池系统的充电方法已在一种用于动力电池系统的充电方法的实施例中详细说明，此处不再赘述。
Claims (10)
1.一种用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，当充电状态下的动力电池中最高单体电压大于或等于第一设定电压值时，本次充电后续的充电过程按照如下策略调整请求充电电流：每间隔单位时间将当前的最高单体电压和第一设定电压值、第二设定电压值进行比较，当当前的最高单体电压大于或等于第一设定电压值且小于第二设定电压值时，且当前的请求充电电流大于或等于第一设定电流值时，则将请求充电电流调整至当前的请求充电电流与所述第一设定电流值的差值，若所述差值小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使所述最高单体电压在充电过程中稳定在第一设定电压值并最终达到第二设定电压值。
2.根据权利要求1所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，当当前的所述最高单体电压大于或等于第二设定电压值时，将请求充电电流调整至第三设定电流值，以在充电末端涓流至满充；所述第三设定电流值小于所述第二设定电流值。
3.根据权利要求2所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，每间隔单位时间还将当前的所述最高单体电压与第三设定电压值比较，当当前的最高单体电压小于或等于所述第三设定电压值时，将请求充电电流调整至动力电池允许的最大充电电流，若所述最大充电电流小于第二设定电流值，则将第二设定电流值作为请求充电电流，以使最高单体电压再次达到所述第一设定电压值；所述第三设定电压值小于所述第一设定电压值。
4.根据权利要求3所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，通过如下方式将请求充电电流调整至最大充电电流：若当前的请求充电电流大于单体充电能力，则将单体充电能力作为所述最大充电电流；若当前的请求充电电流小于或等于单体充电能力，则将当前的请求充电电流与第四设定电流值的总和作为所述最大充电电流。
5.根据权利要求1所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，所述第一设定电压值为动力电池理想充电曲线上的满充点电压与50毫伏的差值。
6.根据权利要求1或5所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，所述第二设定电压值为所述第一设定电压值与30毫伏的总和。
7.根据权利要求3或5所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，所述第三设定电压值为所述一设定电压值与50毫伏的差值。
8.根据权利要求1所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，所述第一设定电流值按照第一设定倍数的动力电池中并联支路的并联数设定。
9.根据权利要求4所述的用于动力电池系统的充电方法，其特征在于，所述第四设定电流值均按照第二设定倍数的动力电池中并联支路的并联数设定，所述第一设定电流值小于所述第四设定电流值。
10.一种用于动力电池系统的充电系统，包括处理器，其特征在于，处理器用于执行指令以实现如权利要求1至9任一项所述的用于动力电池系统的充电方法。
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