CN118216057A - 电池管理系统、电池组、电动车辆及电池充电时间预测方法 - Google Patents

Abstract

一种电池管理系统、电池组、电动车辆及电池充电时间预测方法。电池管理系统包括：存储器，其用于存储多个参考充电图；感测单元，其用于检测电池的电压、电流和温度；以及控制单元，其用于确定电池的估计SOC值。每个参考充电图包括与第一至第M SOC区段相关联的第一至第M参考电流值以及第一至第M参考功率曲线。控制单元从与电池的温度检测值所属的温度区段相关联的参考充电图中获得与估计SOC值所属的第M SOC区段相关联的第M参考功率曲线和第M参考电流值。控制单元基于第m SOC区段的结束点与估计SOC值的差，以及第m参考电流值、最大输出功率和第m参考功率曲线中的至少一个，根据充电器的最大输出功率与第m参考功率曲线比较的结果，确定电池的SOC达到第m SOC区段的结束点所需的时间。

Description

电池管理系统、电池组、电动车辆及电池充电时间预测方法

技术领域

本公开涉及一种用于估计电池的剩余充电时间的技术。

本申请要求2022年9月15日提交的韩国专利申请No.10-2022-0116578、2023年5月2日提交的韩国专利申请No.10-2023-0057146的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

近年来，诸如笔记本电脑、摄像机和便携式电话等便携式电子产品的需求已经急剧增加，并且电动车辆、储能电池、机器人、卫星等已经在认真发展。因此，正在积极研究允许重复充电和放电的高性能电池。

目前市售的电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂电池等。其中锂电池备受关注，因为与镍基电池相比，锂电池几乎没有记忆效应，并且自充电率非常低而且能量密度高。

当以恒定电流对电池充电时，如果充电电流的充电率(也可以称为‘C-rate’)低，则对电池进行完全充电需要非常长的时间。另一方面，如果充电率太高，则导致电池快速劣化的副作用。因此，在恒定电流充电期间，需要根据电池的状态逐渐调整充电电流。作为参考，充电率(C-rate)是通过将充电电流除以电池的最大容量而获得的值，并且“C”被用作单位。

“多阶段恒定电流充电协议”可以主要用于在阶段中改变预定用于恒定电流充电的各种充电率。能够针对多个温度区段中的每一个创建充电图，并且每个充电图是其中记录多个参考电流值(充电率)与关联于特定温度区段的多个转变条件之间的关系的表或函数。如果在使用特定充电图中记录的多个参考电流值中的任何一个充电时电池的状态满足特定转变条件(例如，SOC达到60％)，则可以向电池供应下一个充电率的充电电流。

相关地，在电池充电期间，有必要向用户通知直到电池的SOC达到目标SOC(例如，完全充电状态)剩余多少时间。

通常，通过假设来自充电器的输出功率足够大以允许根据多级恒定电流充电协议的充电率的充电电流流过电池，预测到目标SOC的剩余充电时间。

然而，充电器的最大输出功率有时可能小于电池的恒定电流充电所需的充电功率，并且在这种情况下，使用恒定功率充电模式而不是恒定电流充电模式对电池充电。取决于实施恒定电流充电模式还是恒定功率充电模式，电池充电速度的差异很大。因此，在充电器输出功率不足的充电条件下，存在剩余充电时间的预测值与实际消耗的充电时间之间存在偏差较大的问题。

发明内容

技术问题

本公开被设计为解决相关技术的问题，并且因此本公开旨在提供一种电池管理系统；包括电池管理系统的电池组；包括电池组的电动车辆；以及能够在电池管理系统中实现的电池充电时间预测方法，该电池管理系统能够通过重复以下过程来提高预测直到电池的SOC达到目标SOC的总剩余时间的准确度：在根据多级恒定电流充电协议对电池进行充电的同时，基于对应阶段所需的充电功率与充电器的最大输出功率的比较结果，预测在每个阶段(SOC范围)充电所需的时间。

本公开的这些和其他目的和优点可以根据下面的详细描述被理解，并且根据本公开的示例性实施例将变得更加明显。此外，将容易理解的是，本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中所示的手段及其组合来实现。

技术方案

根据本公开的一方面的电池管理系统包括：存储器，其被配置为存储与多个温度区段相关联的多个参考充电图；感测单元，其被配置为检测电池的电压、电流和温度；以及控制单元，其被配置为基于电池的电压检测值和电流检测值，确定电池的估计SOC值。多个参考充电图中的每一个包括与第一至第M SOC区段相关联的第一至第M参考电流值以及第一至第M参考功率曲线。M为大于或等于2的自然数。控制单元可以被配置为：从与电池的温度检测值所属的温度区段相关联的参考充电图中获得与估计SOC值所属的第m SOC区段相关联的第m参考功率曲线和第m参考电流值。m为小于或等于M的自然数。控制单元被配置为：基于第m SOC区段的结束点与估计SOC值的差、以及第m参考电流值、最大输出功率和第m参考功率曲线中的至少一个，根据比较向电池供应充电功率的充电器的最大输出功率与第m参考功率曲线的结果，确定第m预测充电时间值，该第m预测充电时间值表示电池的SOC达到第m SOC区段的结束点所需的时间。

控制单元可以被配置为：响应于充电器的最大输出功率大于或等于第m参考功率曲线的最大功率值，将当使用第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到电池的SOC从估计SOC值达到第m SOC区段的结束点时所需的预期时间确定为第m预测充电时间值。

控制单元可以被配置为：响应于充电器的最大输出功率小于或等于第m参考功率曲线的最小功率值，将在使用最大输出功率执行恒定功率充电模式直到电池的SOC从估计SOC值达到第m SOC区段的结束点时所需的预期时间确定为第m预测充电时间值。

控制单元可以被配置为：响应于充电器的最大输出功率在第m参考功率曲线的最小功率值与最大功率值之间，确定相交SOC，该相交SOC表示在第m参考功率曲线与最大输出功率的相交点处的SOC；以及基于估计SOC值、相交SOC、第m SOC区段的结束点、第m参考电流值、最大输出功率和第m参考功率曲线，确定第m预测充电时间值。

控制单元可以被配置为：确定第m预测恒定电流充电时间值，该第m预测恒定电流充电时间值表示当使用第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到电池的SOC从估计SOC值达到相交SOC时所需的预期时间；确定第m预测恒定功率充电时间值，该第m预测恒定功率充电时间值表示当使用最大输出功率执行恒定功率充电模式直到电池的SOC从相交SOC达到第m SOC区段的结束点时所需的预期时间；以及将第m预测充电时间值确定为等于第m预测恒定电流充电时间值与第m预测恒定功率充电时间值的和。

控制单元可以被配置为：当在第一至第M SOC区段当中存在第mSOC区段之后的至少一个SOC区段时，进一步确定在第(m+1)SOC区段的起始点处的预测温度值。

控制单元可以被配置为：基于第m参考电流值和第m预测充电时间值，确定直到电池的SOC从估计SOC值达到第(m+1)SOC区段的起始点的预测温度变化量；以及通过将从估计SOC值到第m SOC区段的结束点的预测温度变化量与温度检测值相加，确定在第(m+1)SOC区段的起始点处的预测温度值。

控制单元可以被配置为：当k是大于或等于(m+1)并且小于或等于M的自然数时，响应于完成在第k SOC区段的起始点处的预测温度值的确定：从与第k SOC区段的起始点处的预测温度值所属的温度区段相关联的参考充电图中获得与第k SOC区段相关联的第k参考功率曲线和第k参考电流值；以及基于第k SOC区段的大小、以及第k参考电流值、最大输出功率和第k参考功率曲线中的至少一个，根据比较充电器的最大输出功率与第k参考功率曲线的结果，确定第k预测充电时间值，该第k预测充电时间值表示电池的SOC从第k SOC区段的起始点达到结束点所需的时间。

控制单元可以被配置为：响应于完成第M SOC区段中的预测充电时间值的确定，通过将针对第m SOC区段到第M SOC区段确定的第m预测充电时间值到第M预测充电时间值相加，确定直到电池的SOC达到第M SOC区段的结束点的总剩余时间。

根据本公开的另一方面的电池组可以包括电池管理系统。

根据本公开的又一方面的电动车辆可以包括电池组。

根据本公开的又一方面的电池充电时间预测方法包括：基于电池的电压检测值和电流检测值，确定电池的估计SOC值；从与多个温度区段相关联的多个参考充电图当中的与电池的温度检测值所属的温度区段相关联的参考充电图中获得与估计SOC值所属的第mSOC区段相关联的第m参考功率曲线和第m参考电流值(m为小于或等于M的自然数)——每个参考充电图包括与第一至第M SOC区段相关联的第一至第M参考电流值和第一至第M参考功率曲线(M为大于或等于2的自然数)；以及基于第m SOC区段的结束点与估计SOC值的差、以及第m参考电流值、最大输出功率和第m参考功率曲线中的至少一个，根据比较向电池供应充电功率的充电器的最大输出功率与第m参考功率曲线的结果，确定第m预测充电时间值，该第m预测充电时间值表示电池的SOC达到第m SOC区段的结束点所需的时间。

确定第m预测充电时间值的步骤可以是：响应于充电器的最大输出功率大于或等于第m参考功率曲线的最大功率值，将当使用第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到电池的SOC从估计SOC值达到第m SOC区段的结束点时所需的预期时间确定为第m预测充电时间值。

确定第m预测充电时间值的步骤可以是：响应于充电器的最大输出功率小于或等于第m参考功率曲线的最小功率值，将当使用最大输出功率执行恒定功率充电模式直到电池的SOC从估计SOC值达到第m SOC区段的结束点时所需的预期时间确定为第m预测充电时间值。

确定第m预测充电时间值的步骤可以包括：响应于充电器的最大输出功率在第m参考功率曲线的最小功率值与最大功率值之间，从第m参考功率曲线确定相交SOC，该相交SOC关联于与最大输出功率相同的功率值；确定第m预测恒定电流充电时间值，该第m预测恒定电流充电时间值表示当使用第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到电池的SOC从估计SOC值达到相交SOC时所需的预期时间；确定第m预测恒定功率充电时间值，该第m预测恒定功率充电时间值表示当使用最大输出功率执行恒定功率充电模式直到电池的SOC从相交SOC达到第m SOC区段的结束点时所需的预期时间；以及将第m预测充电时间值确定为等于第m预测恒定电流充电时间值与第m预测恒定功率充电时间值的和。

有益效果

根据本公开的实施例中的至少一个实施例，在根据多级恒定电流充电协议进行电池充电时，能够通过基于比较在每个阶段(SOC范围)所需的充电功率与充电器的最大输出功率的结果，重复预测在对应阶段充电所需时间的过程，提高直到电池SOC达到目标SOC的总剩余时间的预测准确度。

此外，根据本公开的至少一个实施例，能够通过预测在每个阶段的电池温度变化量，并且选择用于使用预测的电池温度变化量预测后续阶段的充电时间的充电图，提高每个阶段的充电时间的预测准确度。

此外，根据本公开的至少一个实施例，通过根据预测温度变化量值与对应阶段的实际温度变化量之间的差调整每个阶段的结束点，能够提高未来将恢复的充电过程的安全性，并且延长电池寿命。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域技术人员根据权利要求的描述将清楚地理解未提及的其他效果。

附图说明

附图图示了本公开连同前述公开的优选实施例，用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，并且因此，本公开不被解释为限制于附图。

图1是图示根据本公开的电动车辆的配置的图。

图2至图4是被参考以解释在使用多级恒定电流充电协议的充电过程中使用的示例性参考充电图的图。

图5是被参考以解释充电器的最大输出功率对使用多级恒定电流充电协议的充电过程的影响的示意图。

图6是示例性地图示根据本公开的第一实施例的电池充电时间预测方法的流程图。

图7是图示图6中所示的步骤S630的子例程的流程图。

图8是图示图7所示的步骤S750的子例程的流程图。

图9是被参考以解释根据多级恒定电流充电协议的用于预测每个SOC区段的温度变化量的第一热模型和第二热模型的示意图。

图10是示例性地图示根据本公开的第二实施例的电池充电时间预测方法的流程图。

图11是示例性地图示根据本公开的第三实施例的电池充电时间预测方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于通常和字典含义，而是应该在本发明人被允许为了最佳解释适当地定义术语的原理的基础上，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。

因此，本文中提出的描述仅仅是出于说明的目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等同和修改。

包括诸如“第一”、“第二”等的序数的术语可以被用于在各种元件当中区分一个元件与另一个元件，但不旨在通过这些术语限制元件。

在整个说明书中，当一部分被称为“包括(comprising)”或“包括有(including)”任何元件时，意味着该部分可以进一步包括其他元件，而不是排除其他元件，除非另外特别说明。另外，在说明书中描述的诸如“……单元”的术语是指处理至少一个功能或操作的单元，并且可以被实现为硬件、软件或硬件和软件的组合。

另外，在整个说明书中，当一部分被称为“连接”到另一部分时，它不限于它们被“直接连接”的情况，而是还包括具有插入在其之间的另一元件的它们被“间接连接”的情况。

图1是图示根据本公开的电动车辆的配置的图。

参考图1，电动车辆1包括车辆控制器2、电池组10、继电器20、逆变器30和电动机40。电池组10的充电和放电端子P+、P-能够通过充电线缆等与充电器3电连接。充电器3可以被包括在电动车辆1中或可以在充电站被提供。

车辆控制器2(例如，ECU：电子控制单元)被配置为响应于电动车辆1中提供的启动按钮(未示出)被用户切换到打开(ON)位置，向电池管理系统100发射开启(key-on)信号。车辆控制器2被配置为响应于启动按钮被用户切换到关闭(OFF)位置，向电池管理系统100发射断开(key-off)信号。充电器3能够与车辆控制器2通信，并通过电池组10的充电和放电端子P+、P-提供恒定电流或恒定电压充电功率。

电池组10包括电池11和电池管理系统100。

电池11包括单体组12和壳体13。壳体13限定电池11的整体外观并且提供能够放置单体组12的内部空间。壳体13使用螺栓等被固定在电动车辆1中设置的电池室。

单体组12被布置(存储)在从壳体13提供的内部空间中并且包括至少一个电池单体BC。电池单体BC的类型没有特别限制，只要其能被重复充电和放电，例如锂离子单体。

当单体组12包括多个电池单体时，这些多个电池单体可以串联连接、并联连接或串联和并联的混合连接。

继电器20通过连接电池11和逆变器30的功率路径被串联电连接到电池11。在图1中，继电器20被图示为连接在电池11的正极端子与充电和放电端子P+之间。继电器20被控制为响应于来自电池管理系统100的切换信号而接通和关断。继电器20可以是通过线圈的磁力被接通和关断的机械接触器，或者是诸如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的半导体开关。

逆变器30被设置为响应于来自电池管理系统100或车辆控制器2的命令将来自单体组12的DC电流转换成AC电流。

电动机40使用来自逆变器30的AC功率来驱动。作为电动机40，例如，能够使用三相AC电动机40。

电池管理系统100包括电压传感器111、电流传感器113、电池温度传感器115和控制单元130。电池管理系统100还可以包括室外空气温度传感器117。电池管理系统100还可以包括通信电路150。

电压传感器111与电池11并联连接，并且被配置为检测电池电压，其是跨电池11两端的电压，并且生成表示检测到的电池电压的电压信号。

电流传感器113通过电池11和逆变器30之间的电流路径串联连接到电池11。电流传感器113被配置为检测作为流过电池11的电流的电池电流，并且生成表示检测到的电池电流的电流信号。电流传感器113可以利用诸如分流电阻器和霍尔效应元件的已知电流检测元件中的一个或它们中的两个或更多个的组合来实现。

电池温度传感器115被配置为检测电池温度并生成表示检测到的电池温度的温度信号。电池温度传感器115可以被放置在壳体13中以检测接近电池11的实际温度的温度。例如，电池温度传感器115可以被附接到包括在单体组12中的至少一个电池单体BC的表面，并且可以检测电池单体BC的表面温度作为电池温度。

电压传感器111、电流传感器113和电池温度传感器115可以被称为“感测单元”。

室外空气温度传感器117被配置为检测室外空气温度(大气温度)，其是与电池11间隔开的预定位置处的温度，并且生成表示检测到的室外空气温度的温度信号。室外空气温度传感器117可以被放置在壳体13外部的预定位置处，其中在电池11与室外空气之间发生热交换。

电池温度传感器115和室外空气温度传感器117中的每一个可以利用诸如热电偶、热敏电阻和双金属的已知温度检测元件中的一个或它们中的两个或更多个的组合来实现。

通信电路150被配置为支持控制单元130与车辆控制器2之间的有线或无线通信。有线通信可以是例如CAN(控制器局域网)通信，并且无线通信可以是例如ZigBee或蓝牙通信。当然，通信协议的类型没有被特别限制，只要它支持控制单元130与车辆控制器2之间的有线和无线通信即可。通信电路150可以包括以用户可识别的形式提供从控制单元130和/或车辆控制器2接收到的信息的输出设备(例如，显示器、扬声器)。

控制单元130可操作地耦合到继电器20、电压传感器111、电流传感器113、电池温度传感器115、室外空气温度传感器117和通信电路150。两个组件的操作组合意味着两个组件直接或间接地连接，以实现在一个方向或两个方向上的信号的传输和接收。

控制单元130可以收集来自电压传感器111的电压信号、来自电流传感器113的电流信号、来自电池温度传感器115的温度信号(能够被称为“电池温度信号”)和/或来自室外空气温度传感器117的温度信号(能够被称为“室外空气温度信号”)。控制单元130可以使用在其中提供的ADC(模数转换器)将从传感器111、113、115、117收集到的每个模拟信号转换和记录成数字值。

控制单元130可以被称为“控制电路”或“电池控制器”，并且在硬件方面，其可以使用ASIC(专用集成电路)、DSP(数字信号处理器)、DSPD(数字信号处理器件)、PLD(可编程逻辑器件)、FPGA(现场可编程门阵列)、微处理器和其他电气单元中的至少一个来实现以执行功能。

存储器140可以包括选自例如闪存型、硬盘型、SSD(固态盘)型、SDD(硅盘驱动器)型、多媒体卡微型、RAM(随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)或PROM(可编程只读存储器)的至少一种类型的存储介质。存储器140能够存储由控制单元130计算操作所需的数据和程序。存储器140能够存储表示由控制单元130执行的操作的结果的数据。在图1中，存储器140被示出为物理上独立于控制单元130，但是它也可以被构建在控制单元130中。

存储器140可以存储与电池11的多级恒定电流充电协议相关联的至少一个参考充电图。下面将更详细地描述每个参考充电图。

控制单元130可以响应于开启信号而接通继电器20。控制单元130可以响应于断开信号而关断继电器20。断开信号指示从使用状态到空闲状态的转换。可替选地，车辆控制器2可以负责继电器20而不是控制单元130的开关控制。

当继电器20接通时，电池11在使用中。相反，当继电器20断开时，电池11处于空闲状态。使用状态是电池11被充电和放电的状态，并且也可以被称为“循环状态”。空闲状态是电池11的充电和放电停止的状态，也能够被称为“日历状态(calendar state)”。

在电池11在使用中时，控制单元130可以基于电压信号、电流信号、电池温度信号和室外空气温度信号来确定电压检测值、电流检测值、电池温度检测值和室外空气温度检测值，并且然后基于电压检测值、电流检测值和/或电池温度检测值来确定(估计)电池11的充电状态(SOC)。SOC是电池11的剩余容量与完全充电容量(最大容量)的比率，并且通常以0至1或0％至100％的范围处理。为了确定SOC，能够使用已知的方法，诸如安培计数、OCV(开路电压)-SOC曲线和/或卡尔曼滤波器。作为参考，在本说明书中，简单的描述“温度检测值”可以指电池温度检测值。

能够使用各种已知方法中的任一种或它们中的两种或更多种的组合来估计电池11的最大容量。作为示例，控制单元130可以通过将从电池11的SOC处于第一值时到电池11的SOC达到第二值时的时间段上累积的电流量除以SOC的变化量(即，第一值与第二值之间的差)来计算电池11的当前最大容量。可替选地，控制单元130可以通过将通过各种已知方法中的任何一种或它们中的两种或更多种的组合计算的SOH(健康状态)乘以预定设计容量(新电池的最大容量)来确定电池11的最大容量。

图2至图4是被参考以解释在使用多级恒定电流充电协议的充电过程中使用的示例性参考充电图的图。

多个参考充电图(CM₁至CM_N)可以被存储在存储器140中。多个参考充电图能够与多个温度区段一对一相关(CM₁至CM_N，N是大于或等于2的自然数)。

图2至图4示出了与多个温度区段(例如，小于0℃、大于或等于0℃且小于10℃、大于或等于10℃且小于25℃、大于或等于25℃且小于40℃、大于或等于40℃)中的任一个相关联的多个参考充电图(CM₁到CM_N)当中的参考充电图(CMn，其中n是小于或等于N的自然数)。

具体地，图2中所示的图表图示了参考电流曲线图(profile)200，其表示在整个SOC范围内的针对SOC的充电电流的变化。在本公开中，整个SOC范围被划分为第一至第MSOC区段(Z[1]至Z[M]，其中M是大于或等于2的自然数)。为了便于解释，在图2至图4中图示了M＝4。

在第一至第M SOC区段(Z[1]至Z[M])中，第一SOC区段的起始点(Z[1])与整个SOC范围的起始点(例如，SOC 0％)相同，并且第M SOC区段的结束点(Z[M])与整个SOC范围的结束点(例如，SOC 100％)相同。整个SOC范围的结束点能够被预先设置为目标SOC。

在第一至第M SOC区段(Z[1]至Z[M])中的两个相邻区段当中，在前区段的结束点可以与接下来的区段的起始点相比配。例如，第一SOC区段(Z[1])的结束点(例如，50％)与第二SOC区段(Z[2])的起始点(例如，50％)相匹配。

在图2中，第一至第M SOC区段(Z[1]至Z[M])与第一至第M参考电流值(I#1至I#M)一对一相关，并且每个参考电流值表示与其相关联的SOC区段中的恒定电流充电的充电电流。根据参考电流曲线图200，特定SOC区段的参考电流值是单一的，这指示参考电流值用于与其相关联的SOC区段中的恒定电流充电。换句话说，如果充电器3能够提供足够大的输出功率，则电池11能够根据参考电流曲线图200通过该充电电流被恒定电流充电。

在多级恒定电流充电协议中，充电电流可能需要随着SOC增加而被减小以保护电池。参考图2，当SOC增加时，第一至第四参考电流值(I#1至I#4)能够被预定为逐步降低，例如，至8[A]、6[A]、4[A]和2[A]。

图3所示的图表图示了参考电压曲线图300，其表示在整个SOC范围内的针对SOC的电池电压的变化。参考电压曲线图300可以从重复执行充电测试的结果预先获得，该充电测试在根据参考电流曲线图200对具有与电池11相同的规格的至少一个样品电池充电时周期性地测量每个样品电池的电压。参考电压曲线图300能够作为SOC的电池电压的时间序列或多阶函数记录在存储器140中。

图4所示的图表图示了参考功率曲线图400，其表示在整个SOC范围内的针对SOC的充电功率的变化。参考功率曲线图400可以从重复执行充电测试的结果预先获得，该充电测试在根据参考电流曲线图200对具有与电池11相同的规格的至少一个样品电池充电时周期性地测量供应给每个样品电池的充电功率。参考功率曲线图400可以作为SOC的充电功率的时间序列或多阶函数记录在存储器140中。

参考功率曲线图400实际上等于参考电流曲线图200和参考电压曲线图300在整个SOC范围中的乘积。也就是说，特定SOC中的参考功率曲线图400上的充电功率等于在该特定SOC中的参考电压曲线图300上的电压值与参考电流曲线图200上的电流值的乘积。注意，在每个SOC区段中，当参考电流值恒定时，电池11的电压增加，因此充电功率逐渐增加。参考功率曲线图400的表示特定SOC区段中的功率变化的部分在下文中将被称为“参考功率曲线”。也就是说，参考功率曲线图400包括连续的第一至第四参考功率曲线(P#1至P#4)。作为参考，在图2所示的参考电流曲线图200中，参考电流值的转换发生在两个SOC区段的边界处，使得在图4所示的第一至第四参考功率曲线(P#1至P#4)当中，示出了在两个相邻参考功率曲线(例如，P#2和P#3)的每个边界处的充电功率存在偏差。

同时，与特定温度区段相关联的参考充电图(CM_n)可以包括参考电流曲线图200、参考电压曲线图300和参考功率曲线图400，参考电流曲线图200、参考电压曲线图300和参考功率曲线图400是通过在相同温度区段中进行测试而预先获得的。

相关地，为了将参考电流曲线图200、参考电压曲线图300和参考功率曲线图400记录在存储器140中，需要相当大的存储空间。另外，可能通过将参考功率曲线图(400，参见图4)除以参考电流曲线图(200，参见图2)的过程来计算(生成)参考电压曲线图(300，参见图3)。因此，多个参考充电图(CM₁至CM_N)中的至少一个能够被设计为仅包括参考电流曲线图200和参考功率曲线图400。

综上所述，多个参考充电图(CM₁至CM_N)当中的至少一个参考充电图包括第一至第M参考功率曲线(P#1至P#M)以及与第一至第M SOC区段(Z[1]至Z[M])一对一相关的第一至第M参考电流值(I#1至I#M)。

在相同的SOC区段中，与一个温度区段(例如，大于或等于0℃并且小于10℃)相关联的参考充电图的参考功率曲线可以不同于与另一温度区段(例如，大于或等于10℃并且小于25℃)相关联的另一参考充电图的参考功率曲线。

同样地，在相同的SOC区段中，记录在与一个温度区段(例如，大于或等于0℃并且小于10℃)相关联的参考充电图中的参考电流值可以不同于记录在与另一温度区段(例如，大于或等于10℃并且小于25℃)相关联的另一参考充电图中的参考电流值。

相对于电池11的SOC和温度的充电电流、电池电压和充电功率之间的关系取决于电池11的尺寸、重量、活性材料和外观。因此，图2至图4应当被理解为解释本公开的简单示例。

作为参考，整个SOC范围的上限(即，目标SOC)可以被设置为小于100％的值(例如，98％)。在这种情况下，从电池11的SOC达到目标SOC直到其完全充电的时间，能够使用恒定电压充电模式而不是恒定电流充电模式或恒定功率充电模式对电池11进行充电。

假设m是小于或等于M的自然数。在本说明书中，m被用作电池11的当前SOC所属的SOC区段的区段索引。然后，本说明书中使用的符号P#m可以表示第一到第M参考功率曲线(P#1到P#M)当中与SOC区段(Z[m])相关联的参考功率曲线，该第一到第M参考功率曲线(P#1到P#M)被记录在与电池温度(检测值或预测值)所属的温度区段相关联的参考充电图(CMn)中。另外，符号I#m可以表示与SOC区段(Z[m])相关联的参考电流值。每个参考电流值(例如，I#1)可以是预定值，该预定值表示允许从与其相关联的SOC区段(例如，Z[1])的起始点(例如，0％)到结束点(例如，50％)在没有不可逆损坏的情况下对电池11充电的最大充电电流。

当x是M或更小的自然数时，SOC区段(Z[x])的大小(宽度)是SOC区段(Z[x])的起始点与结束点之间的差，并且使用标记ΔZ[x]。在图2至图4中，第一至第四SOC区段(Z[1]至Z[4])的大小按该顺序图示为50％、20％、15％和15％。当然，应当理解，第一至第M SOC区段(Z[1]至Z[M])可以具有与图2相同的大小或可以与图2不同地确定。

图5是被参考以解释充电器的最大输出功率对使用多级恒定电流充电协议的充电过程的影响的示意图。

图5示出了三个水平线510、520、530以及图4的参考功率曲线图400。这三个水平线510、520、530中的任一个表示能够从充电器3供应到电池11的最大输出功率(P_MAX)。控制单元130可以通过通信电路150从车辆控制器2和/或充电器3识别充电器3的最大输出功率(P_MAX)。

在恒定电流充电模式、恒定功率充电模式和恒定电压充电模式中的任一种模式下，电池11的电压在每个SOC区段中在由对应充电模式充电期间逐渐增加。

水平线510图示了能够从充电器3供应到电池11的最大输出功率(P_MAX)大于或等于整个SOC区段所需的最大充电功率。在图5中，示出了在SOC区段(Z[1])的结束点处需要最大充电功率。在这种情况下，将仅实现根据多级恒定电流充电协议顺序地切换不同充电电流(I#1至I#M)的恒定电流充电模式。换句话说，在SOC区段(Z[x])中，电池11以参考电流值(I[x])的充电电流进行恒定电流充电，因此供应给电池11的充电功率的时间上的变化能够被视为与参考功率曲线图400相匹配。

水平线520图示了充电器3的最大输出功率(P_MAX)小于或等于整个SOC区段所需的最小充电功率。在图5中，示出了在SOC区段(Z[1])的起始点处需要最小充电功率。在这种情况下，在整个SOC区段内供应到电池11的充电功率被限制为充电器3的最大输出功率(P_MAX)。换句话说，代替根据多级恒定电流充电协议顺序切换不同的充电电流，将仅实现基于最大输出功率(P_MAX)的恒定功率充电模式，直到从整个SOC区段的起始点达到结束点。

水平线530图示了其中充电器3的最大输出功率(P_MAX)大于整个SOC区段所需的最小充电功率并且小于最大充电功率的情况。

查看水平线530，最大输出功率(P_MAX)定位于SOC区段(Z[1])的开始处的参考功率曲线(P#1)的上侧，并且然后定位于来自特定SOC(Z_X)的参考功率曲线(P#1)下方。换句话说，在SOC区段(Z[1])内，水平线530与参考功率曲线(P#1)之间存在相交点(X)。该相交点(X)是从通过参考电流值(I#1)的恒定电流充电模式到通过最大输出功率(P_MAX)的恒定功率充电模式的转换点。

另外，在SOC区段(Z[2])中，最大输出功率(P_MAX)低于参考功率曲线(P#1)，而在SOC区段(Z[3])和SOC区段(Z[4])中，最大输出功率(P_MAX)高于参考功率曲线(P#3)和参考功率曲线(P#4)。因此，在SOC区段(Z[2])中，以通过最大输出功率(P_MAX)的恒定功率充电模式对电池11进行充电，并且在SOC区段(Z[3])和SOC区段(Z[4])中，根据参考电流值(I#3)和参考电流值(I#4)以恒定电流充电模式对电池11进行充电。

通常，没有办法将在充电期间供应给电池11的充电功率被限制为充电器3的最大输出功率(P_MAX)的事实反映到预测剩余充电时间的过程。例如，即使充电器3的最大输出功率(P_MAX)等于图5中所示的水平线530，在预测两个SOC区段(Z[1]，Z[2])中的每一个中的剩余充电时间时，假设根据参考功率曲线(P#1，P#2)供应充电功率，则剩余充电时间的预测误差被累积与根据SOC区段(Z[1])的后一半(Z_X到50％)和整个SOC区段(Z[2])中的参考功率曲线(P#1，P#2)的充电功率与充电器3的最大输出功率(P_MAX)之间的功率差一样多。因此，频繁地出现其中两个SOC区段(Z[1]，Z[2])的剩余充电时间以及直到达到目标SOC的总剩余充电时间的预测值与实际值显著不同的情况。

因此，为了减少每个SOC区段的剩余充电时间的预测误差，有必要通过针对每个SOC区段将根据参考功率曲线图400的充电功率与充电器3的最大输出功率(P_MAX)进行比较，确定是实现恒定电流充电模式和恒定功率充电模式中的任一种还是实现它们两者，并且然后使用所确定的充电模式的特性来计算(预测)每个SOC区段的剩余充电时间。

图6是示例性地图示根据本公开的第一实施例的电池充电时间预测方法的流程图，图7是图示图6中所示的步骤S630的子例程的流程图，并且图8是示出图7中所示的步骤S750的子例程的流程图。图6的方法可以在使用多级恒定电流充电协议对电池11进行充电时由电池管理系统100在每个设置的时间执行。

参考图1至图6，在步骤S610中，控制单元130基于电池11的电压检测值和电流检测值确定电池11的估计SOC值。电池温度检测值能够另外用于确定估计SOC值。步骤S610中的电压检测值、电流检测值、温度检测值和估计SOC值可以分别表示电池11的当前电压、电流、温度和SOC。控制单元130将在每个设置的时间处确定的电压检测值、电流检测值、温度检测值和估计SOC值记录在存储器140中。在步骤S610中，可以另外确定指示当前室外空气温度的室外空气温度检测值(T_ATM，参见图9)。

在步骤S620中，控制单元130从多个参考充电图(CM₁到CM_N)当中的与温度检测值所属的温度区段相关联的参考充电图(CM_n)中获得与在步骤S610中确定的估计SOC值所属的SOC区段(Z[m]，其中m是小于或等于M的自然数)相关联的第m参考电流值(I#m)和第m参考功率曲线(P#m)。在本说明书中，第m SOC区段(Z[m])可以指电池11的当前SOC所属的SOC区段。

在步骤S630中，控制单元130基于估计SOC值和第m SOC区段(Z[m])的结束点，并且进一步基于第m参考电流值(I#m)、最大输出功率(P_MAX)和第m参考功率曲线(P#m)中的至少一个，根据最大输出功率(P_MAX)和第m参考功率曲线(P#m)的比较结果，确定第m预测充电时间值，其表示电池11的SOC从在步骤S610中确定的估计SOC值达到第m SOC区段(Z[m])的结束点所需的时间。例如，如果在步骤S610中确定的估计SOC值是2％，则第m SOC区段(Z[m])＝Z[1]，并且第m预测充电时间值(第一预测充电时间值)可以是电池11的SOC从2％达到50％所需的时间。步骤S630包括步骤S710至步骤S750作为其子例程。

参考图7，在步骤S710中，控制单元130确定充电器3的最大输出功率(P_MAX)是否大于或等于第m参考功率曲线(P#m)的最大功率值。例如，如果图5中的水平线510指示最大输出功率(P_MAX)，则步骤S710的值为“是”。另一方面，如果图5中的水平线520或水平线530指示最大输出功率(P_MAX)，则步骤S710的值为“否”。如果步骤S710的值为“是”，则过程进行到步骤S720。如果步骤S710的值为“否”，则过程进行到步骤S730。

在步骤S720中，控制单元130基于估计SOC值、第m SOC区段(Z[m])的结束点和第m参考电流值(I#m)来确定第m预测充电时间值。SOC差(ΔZ[m])是通过从第m SOC区段(Z[m])的结束点减去估计SOC值而获得的值。通过步骤S720确定的第m预测充电时间值可以表示通过恒定电流充电模式的充电时间。控制单元130可通过计算对应于SOC差(ΔZ[m])的所需充电容量并且接着将所计算的所需充电容量除以第m参考电流值(I#m)来确定第m预测充电时间值。

下面的等式1是能够被用于确定通过恒定电流充电模式的充电时间的函数的示例。

<等式1>

在等式1中，z＝SOC，z_f＝通过充电要达到的SOC，z_i＝在达到z_f之前的特定点处的SOC，I_CHG＝充电电流，Q_MAX＝电池11的最大容量，ΔQ＝需要充电的容量＝Δz＝对应于(z_f-z_i)的容量，并且Δt_CC＝充电时间。作为参考，使用三个等号来表达等式1以帮助理解，但是能够被存储在存储器140中以仅包括右侧的三个项当中的最右项。

作为示例，假设Q_MAX＝10000mAh，z_f-z_i＝第m SOC区段(Z[m])的结束点-估计SOC值＝50％-2％＝ΔZ[m]＝48％，并且I#m＝10A。然后，由于ΔQ＝4800mAh，Δt#m＝4800mAh/10A＝0.48小时。

在步骤S730中，控制单元130确定充电器3的最大输出功率(P_MAX)是否小于或等于第m参考功率曲线(P#m)的最小功率值。例如，如果图5中的水平线520指示最大输出功率(P_MAX)，则步骤S730的值为“是”。另一方面，如果图5中的水平线530指示最大输出功率(P_MAX)，则步骤S730的值为“否”。如果步骤S730的值为“是”，则过程进行到步骤S740。步骤S730的值为“否”意味着充电器3的最大输出功率(P_MAX)在第m参考功率曲线(P#m)的最小功率值与最大功率值之间。如果步骤S730的值为“否”，则过程进行到步骤S750。

在步骤S740中，控制单元130基于估计SOC值、第m SOC区段(Z[m])的结束点、最大输出功率(P_MAX)和第m参考功率曲线(P#m)来确定第m预测充电时间值。通过步骤S740确定的第m预测充电时间值可以是通过恒定功率充电模式的充电时间。下面的等式2是能够被用于确定通过恒定功率充电模式的充电时间的函数的示例。

<等式2>

在等式2中，z＝SOC，z_f＝通过充电要达到的SOC，z_i＝在达到z_f之前的特定点处的SOC，I_CHG＝充电电流，V(z)＝在以I_CHG的恒定电流充电期间在z处的电池11的电压估计值，V_AV＝z_i至z_f的范围内的V(z)的平均值。P_CHG(z)＝在以I_CHG的恒定电流充电期间在z处的充电功率，P_CP＝实际供应的充电功率(恒定功率)，ΔWh_CP＝所需的充电能量，ΔQ＝所需的充电容量，并且Δt_CP＝充电时间。作为参考，ΔWh_CP的单位可以是Wh(瓦特小时)。作为参考，使用四个等号来表达等式2以帮助理解，但是其能够被存储在存储器140中以仅包括右侧的四个项当中的最右项。

假设电池11的最大容量＝10000mAh，估计SOC值为2％，并且最大输出功率(P_MAX)与图5中的水平线520相匹配。然后，在等式2中，z_i＝2％，z_f＝50％，z_f-z_i＝ΔZ[1]＝48％，Q＝4800mAh，I_CHG＝I#1＝10A，并且P_CHG(z)＝P#1。如果V_AV＝3.3V并且P_CP＝P_MAX＝20W(瓦特)，则Δt_CP＝{4800mAh×3.3V}/20W＝0.792小时＝Δt#1。

在步骤S750中，控制单元130基于估计SOC值、第m SOC区段(Z[m])的结束点、第m参考电流值(I#m)、最大输出功率(P_MAX)和第m参考功率曲线(P#m)来确定第m预测充电时间值(Δt#m)。

步骤S750包括步骤S810至步骤S850作为其子例程。

参考图8，在步骤S810中，控制单元130确定相交SOC，其表示在第m参考功率曲线(P#m)和最大输出功率(P_MAX)的相交点处的SOC。参考图5，当最大输出功率(P_MAX)与水平线530相匹配时，X表示相交点并且Z_X表示相交SOC。

在步骤S820中，控制单元130确定相交SOC(Z_X)是否大于估计SOC值(当前SOC)。如果步骤S820的值为“是”，则过程进行到步骤S830和步骤S840。步骤S820的值为“否”意味着从现在直到第m SOC区段(Z[m])的结束点为止将仅实现充电功率被限制于最大输出功率(P_MAX)的恒定功率充电模式。如果步骤S820的值为“否”，则过程可以进行到图7的步骤S740。

在步骤S830中，控制单元130基于估计SOC值、相交SOC(Z_X)和第m参考电流值(I#m)来确定第m预测恒定电流充电时间值，其表示电池11的SOC从估计SOC值达到相交SOC(Z_X)的所需的时间。上述等式1能够被用于确定第m预测恒定电流充电时间值。换句话说，假设当前SOC是2％，当输入相交SOC(Z_X)而不是第一SOC区段(Z[1])的结束点的50％作为等式1中的z_f时的Δt_CC被确定为第m预测恒定电流充电时间值。

在步骤S840中，控制单元130基于相交SOC(Z_X)、第m SOC区段(Z[m])的结束点、最大输出功率(P_MAX)和第m参考功率曲线(P#m)，确定第m预测恒定功率充电时间值，其表示电池11的SOC从相交SOC(Z_X)达到第m SOC区段(Z[m])的结束点所需的时间。

上述等式2能够被用于确定第m预测恒定功率充电时间值。换句话说，当Z_X>2％＝当前SOC时，当输入相交SOC(Z_X)而不是估计SOC值作为等式2中的z_i时的Δt_CP被确定为第m预测恒定功率充电时间值。

在步骤S850中，控制单元130将第m预测充电时间值确定为等于在步骤S830中确定的第m预测恒定电流充电时间值和在步骤S840中确定的第m预测恒定功率充电时间值的和。

现在描述的步骤S640能够在m小于M的条件下执行。m(其是当前SOC所属的SOC区段的区段索引)小于M的事实意味着在充电过程当前正在进行的第m SOC区段(Z[m])之后存在至少一个SOC区段。例如，当m＝1<4＝M时，由于在三个SOC区段(Z[2]至Z[4])中安排了充电，所以可以执行步骤S640。

在步骤S640中，控制单元130基于电池温度检测值和第m预测充电时间值(Δt#m)，并且进一步基于第m参考电流值(I#m)和最大输出功率(P_MAX)中的至少一个，确定在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值。在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值表示在第m SOC区段(Z[m])的结束点处的电池11的温度。如果在步骤S610中另外获得室外空气温度检测值(T_ATM)，则在步骤S640中，进一步基于室外空气温度检测值(T_ATM)，能够确定在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值。

步骤S640可以包括步骤S642和步骤S644。

在步骤S642中，控制单元130确定在从表示电池11的当前SOC的估计SOC值到直到达到第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点的时段期间的预测温度变化量。稍后描述的第一热模型和第二热模型中的至少一个可以被用于确定预测温度变化量。

在步骤S644中，控制单元130确定在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值与在步骤S642中确定的预测温度变化量(例如，图9中的ΔT_CC、ΔT_CP或ΔT_CC+ΔT_CP)与在步骤S610中获得的温度检测值的和相同。

图9是被参考以解释根据多级恒定电流充电协议的用于预测每个SOC区段的温度变化量的第一热模型和第二热模型的示意图。

在图9中，T_BAT是电池温度(检测值或预测值)，Δt是充电时间，I_CC是恒定电流，P_CP是充电器3的最大输出功率(P_MAX)，并且T_ATM是室外空气温度检测值。

控制单元130可以使用第一热模型和第二热模型中的至少一个来计算指示直到特定SOC区段内的电池11的SOC达到对应SOC区段的结束点的温度变化量的预测温度变化量。

第一热模型可以使用作为第一热模型的下面示出的等式3作为预定函数，该预定函数响应于由控制单元130指配的输入变量(T_BAT、Δt、I_CC、T_ATM)的值而输出通过恒定电流充电模式的温度变化量(ΔT_CC)。

<等式3>

在等式3中，α表示调整系数(预定)，β表示热交换系数(预定)，并且C_H表示电池11的热容量(预定)。对于第一热模型，T_ATM可以是预定值(例如，25℃)而不是室外空气温度检测值。

等式3仅是第一热模型的示例，并且第一热模型不限于以上等式3。换句话说，如果根据恒定电流充电模式下的电池11的发热特性，在输入变量I_CC、Δt和T_ATM与T_BAT之间的差中的每一个与输出变量ΔT_CC之间给出正相关，则能够将除等式3之外的函数或算法作为第一热模型。

第二热模型可以使用作为第二热模型的下面图示的等式4作为预定函数，该预定函数响应于由控制单元130指配的输入变量(T_BAT、Δt、P_CP、T_ATM)的值而输出通过恒定功率充电模式的温度变化量(ΔT_CP)。

<等式4>

在等式4中，γ是调整系数(预定)，并且其余变量和系数与等式3中相同。

等式4仅是第二热模型的示例，并且第二热模型不限于上面的等式4。换句话说，如果根据恒定功率充电模式下的电池11的发热特性，在输入变量P_CP、Δt和T_ATM与T_BAT之间的差中的每一个与输出变量ΔT_CP之间给出正相关，则能够将除等式4之外的函数或算法用作第二热模型。

一起参考图5和图9，当估计SOC值(Z_est)小于相交SOC(Z_X)时，当将第m预测恒定电流充电时间值输入等式3中的Δt时输出的ΔT_CC与当将第m预测恒定功率充电时间值输入到等式4中的Δt时输出的ΔT_CP的和能够被确定为SOC区段(Z[1])中的预测温度变化量。如果估计SOC值(Z_est)大于或等于相交SOC(Z_X)，则等式4中的ΔT_CP能够被确定为SOC区段(Z[1])中的预测温度变化量。另外，SOC区段(Z[2])中的预测温度变化量能够由等式4确定。剩余的两个SOC区段(Z[3]，Z[4])中的每一个中的预测温度变化量能够由等式3确定。

返回参考图7，可替选地执行步骤S720、步骤S740和步骤S750。

当执行步骤S720时，控制单元130可以通过将电池温度检测值、第m预测充电时间值和第m参考电流值(I#m)分别指配到第一热模型的输入变量(T_BAT、Δt、I_CC)，并且将温度检测值与从第一热模型输出的温度变化量(ΔT_CC)相加，确定在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值。

当执行步骤S740时，控制单元130可以通过将电池温度检测值、第m预测充电时间值和最大输出功率(P_MAX)分别指配到第二热模型的输入变量(T_BAT、Δt、P_CP)，并且将温度检测值与从第二热模型输出的温度变化量(ΔT_CP)相加，确定在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值。

当执行步骤S750时，控制单元130可以通过将电池温度检测值、第m预测恒定电流充电时间值(等式1中的Δt_CC)和第m参考电流值(I#m)分别指配到第一热模型的输入变量(T_BAT、Δt、I_CC)，并且将电池温度检测值与从第一热模型输出的温度变化量(ΔT_CC)相加，确定相交SOC(Z_X)中的预测温度值。随后，控制单元130可以通过将电池温度检测值、第m预测恒定功率充电时间值(等式2的Δt_CP)和相交SOC(Z_X)中的第m参考电流值(I#m)分别指配到第二热模型的输入变量(T_BAT、Δt、P_CP)，并且将相交SOC(Z_X)中的预测温度值与从第二热模型输出的温度变化量(ΔT_CP)相加，确定在第(m+1)SOC区段(Z[m+1])的起始点处的预测温度值。

计算在当前SOC区段(Z[m])之后的SOC区段(Z[k]，其中k是大于m且小于M的自然数)的预测温度变化量的操作对于计算上述SOC区段(Z[m])中的预测温度变化量的操作是共同的，除了随后的SOC区段(Z[k])的起始点处的预测电池温度值被指配为图9中的T_BAT，以及与随后的SOC区段(Z[k])相关联的参考电流值(I#k)被指配为图9中的I_CC之外。

SOC区段(Z[k])的起始点处的预测温度值被用于指定多个参考充电图(CM₁至CM_N)当中的一个参考充电图(CM_u，u为小于或等于N的自然数)，并且从指定的参考充电图(CM_u)中获得第k参考功率曲线(P#k)和第k参考电流值(I#k)。

控制单元130可以对每个SOC区段执行上述过程，直到目标SOC所属的最后SOC区段(例如，Z[M])的预测充电时间值被确定。因此，能够顺序地确定当前SOC区段(Z[m])到最后SOC区段(Z[M])中的每一个区段的预测充电时间值。因此，通过将针对当前SOC区段(Z[m])到最后SOC区段(Z[M])确定的所有预测充电时间值相加，能够确定从当前SOC达到目标SOC所需的总剩余时间。

图10是示例性地图示根据本公开的第二实施例的电池充电时间预测方法的流程图。在m小于M的条件下，可以在图5的方法之后执行图10的方法。如果m小于M，则意味着在第一至第M SOC区段(Z[1]至Z[M])中，在当前SOC所属的第m SOC区段(Z[m])之后存在至少一个SOC区段。

参考图1至图10，在步骤S1010中，控制单元130将区段索引k设置为等于(m+1)。

在步骤S1020中，控制单元130确定在第k SOC区段(Z[k])的起始点处的预测温度值的确定是否已经完成。如果步骤S1020的值为“是”，则过程进行到步骤S1030。如果步骤S1020的值为“否”，则该过程可以等待直到步骤S1020的值变为“是”。

在步骤S1030中，控制单元130从与多个温度区段当中的第k SOC区段(Z[k])的起始点处的预测温度值所属的一个温度区段相关联的多个参考充电图(CM₁至CM_N)当中的任一个参考充电图(CM_u)中确定与第k SOC区段(Z[k])相关联的第k参考功率曲线(P#k)和第k参考电流值(I#k)。

在步骤S1040中，控制单元130基于第k SOC区段(Z[k])的大小(ΔZ)，并且进一步基于第k参考电流值(I#k)、最大输出功率(P_MAX)和第k参考功率曲线(P#k)中的至少一个，确定表示电池11的SOC从第k SOC区段(Z[k])的起始点达到第k SOC区段(Z[k])的结束点所需的时间的第k预测充电时间值。

确定第k预测充电时间值的操作与以上参考图7和图8描述的操作是共同的，除了区段索引m被k替换，以及估计SOC值被第k SOC区段(Z[k])的起始点替换之外。

在步骤S1050中，控制单元130确定区段索引k是否等于M。M可以说是目标SOC所属的最后SOC区段(Z[M])的标识号。区段索引k等于M的事实意味着最后SOC区段(Z[M])的预测充电时间值的确定已完成。如果步骤S1050的值为“否”，则过程进行到步骤S1060。如果步骤S1050的值为“是”，则过程进行到步骤S1080。

在步骤S1060中，控制单元130可以基于在第k SOC区段(Z[k])的起始点处的预测温度值和第k预测充电时间值并且进一步基于第k参考电流值(I#k)和最大输出功率(P_MAX)中的至少一个来确定在第(k+1)SOC区段(Z[k+1])的起始点处的预测温度值。

步骤S1060可以包括步骤S1062和步骤S1064。

在步骤S1062中，控制单元130确定电池11的SOC从第k SOC区段(Z[k])的起始点达到第(k+1)SOC区段(Z[k+1])的起始点的时间段的预测温度变化量。上述第一热模型和第二热模型中的至少一个可以被用于确定SOC区段中的预测温度变化量(Z[k])。

在步骤S1064中，控制单元130确定在第(k+1)SOC区段(Z[k+1])的起始点处的预测温度值等于在步骤S1062中确定的预测温度变化量与在第k SOC区段(Z[k])的起始点处的预测温度值的和。

在步骤S1070中，控制单元130将区段索引k增加1，并且然后返回到步骤S1030。也就是说，能够重复步骤S1030至S1070，直到k达到M。

在步骤S1080中，控制单元130通过将第m到第M预测充电时间值相加来确定直到使用多级恒定电流充电协议的充电过程终止(即，直到电池的SOC达到目标SOC)的总剩余充电时间。第m到第M预测充电时间值与第m到第M SOC区段(Z[m]到Z[M])一一对应。

图11是示例性地图示根据本公开的第三实施例的电池充电时间预测方法的流程图。图11的方法能够被执行以调整对应的SOC区段，只要针对已经由上面参考图6至图10描述的第一和第二实施例中的任何一个确定了预测充电时间值的至少一个SOC区段的恒定电流充电实际上完成。在解释图11时，将假设j是大于或等于m且小于或等于M的自然数。

参考图1至图11，在步骤S1110中，控制单元130确定第j SOC区段(Z[j])中的实际温度变化量。如果第j SOC区段(Z[j])是使用多级恒定电流充电协议的充电起始点处的SOC区段(例如，Z[m])，则可以将充电起始点处的电池温度检测值与SOC区段(Z[m])的结束点处的电池温度检测值之间的差确定为SOC区段(Z[m])中的实际温度变化量。或者，如果第jSOC区段(Z[j])是与充电起始点处的SOC区段(例如，Z[m])不同的SOC区段(例如，Z[M])，则可以将SOC区段(Z[M])的起始点和结束点处的两个电池温度检测值之间的差确定为SOC区段(Z[M])中的实际温度变化量。

在步骤S1120中，控制单元130确定第j SOC区段(Z[j])中的实际温度变化量是否大于第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量。

可替选地，控制单元130可以基于在第j SOC区段(Z[j])的起始点和结束点处的两个室外空气温度检测值来校正第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量，并且然后将所校正的预测温度变化量与第j SOC区段(Z[j])中的实际温度变化量进行比较。具体地，当确定第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量时，等式3中的T_ATM可以表示在第jSOC区段(Z[j])的起始点处的室外空气温度。由于室外空气温度可以在第j SOC区段(Z[j])中改变，所以能够通过使用以下等式5计算温度校正值并且然后将温度校正值与第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量相加，来校正第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量。

<等式5>

在等式5中，T_{ATM_1}可以是在第j SOC区段(Z[j])的起始点处的室外空气温度检测值，并且T_{ATM_2}可以是在第j SOC区段(Z[j])的结束点处的室外空气温度检测值。其它参数的值对于等式4是共同的。根据等式5，如果T_{ATM_2}>T_{ATM_1}，则ΔT_correct为正，并且第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量通过校正而增加。相反，如果T_{ATM_2}<T_{ATM_1}，则ΔT_correct为负，并且第j SOC区段(Z[j])中的预测温度变化量通过校正而减小。

如果步骤S1120的值为“是”，则过程进行到步骤S1130。

在步骤S1130中，控制单元130根据第j SOC区段(Z[j])中的实际温度变化量与预测温度变化量之间的差来调整第j SOC区段(Z[j])。

作为示例，控制单元130可以将第j SOC区段(Z[j])的结束点减小具有相对于差的预定正相关的调整值。因此，第j SOC区段(Z[j])的大小减小了调整值。另外，将第j SOC区段(Z[j])的结束点提前调整值的事实意味着第(j+1)SOC区段(Z[j+1])的起始点也被提前了调整值。因此，将第(j+1)SOC区段(Z[j+1])的大小增加该调整值。

根据上面参考图11描述的第三实施例，当在将来执行多级恒定电流充电协议时，具有超过预期的温度升高历史的SOC区段的充电过程被提前终止，并且在跟随对应的SOC区段的SOC区段的充电过程被提前启动。从上面参考图2描述的参考电流曲线图200能够看出，如果被设计成使得相对小的参考电流值倾向于与相对高的SOC区段相关联，则导致过度温度上升的参考电流值被较早切换到另一较低参考电流值，使得能够安全地继续使用多级恒定电流充电协议的充电过程。

另外，控制单元130还可以校正参考充电图以对应于多个参考充电图(CM₁至CM_N)中的任一个的校正(调整特定SOC区段的大小)。例如，当调整参考充电图的特定SOC区段时，也可以以相同的方式调整参考充电图的上述特定SOC区段。

上述本公开实施例不仅可以通过装置和方法实现，还可以通过实现与本公开实施例的配置相对应的功能的程序或者其上记录有该程序的记录介质来实现。本领域技术人员可以从上述实施例的描述容易地实现该程序或记录介质。

已经详细描述了本公开。然而，应当理解，在指示本公开的优选实施例的同时，仅通过说明的方式给出详细描述和具体示例，因为在本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将从该详细描述变得明显。

此外，在不脱离本公开的技术方面的情况下，本领域技术人员可以对本公开进行许多替换、修改和改变，并且本公开不限于上述实施例和附图，并且可以选择性地部分或全部组合每个实施例以允许各种修改。

Claims (15)

1.一种电池管理系统，包括：

存储器，所述存储器被配置为存储与多个温度区段相关联的多个参考充电图，其中，每个参考充电图包括与第一至第M SOC区段相关联的第一至第M参考电流值以及第一至第M参考功率曲线，并且M是大于或等于2的自然数；

感测单元，所述感测单元被配置为检测电池的电压、电流和温度；以及

控制单元，所述控制单元被配置为基于所述电池的电压检测值和电流检测值来确定所述电池的估计SOC值，

其中，所述控制单元被配置为：

从与所述电池的温度检测值所属的所述温度区段相关联的参考充电图中获得与所述估计SOC值所属的第m SOC区段相关联的第m参考功率曲线和第m参考电流值，其中，m为小于或等于M的自然数；以及

基于所述第m SOC区段的结束点与所述估计SOC值的差、以及所述第m参考电流值、所述最大输出功率和所述第m参考功率曲线中的至少一个，根据比较向所述电池供应充电功率的充电器的最大输出功率与所述第m参考功率曲线的结果，确定第m预测充电时间值，所述第m预测充电时间值表示所述电池的SOC达到所述第m SOC区段的结束点所需的时间。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：响应于所述充电器的所述最大输出功率大于或等于所述第m参考功率曲线的最大功率值，将当使用所述第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述第mSOC区段的结束点时所需的预期时间确定为第m预测充电时间值。

3.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：响应于所述充电器的所述最大输出功率小于或等于所述第m参考功率曲线的最小功率值，将当使用所述最大输出功率执行恒定功率充电模式直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述第mSOC区段的结束点时所需的预期时间确定为第m预测充电时间值。

4.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：响应于所述充电器的所述最大输出功率在所述第m参考功率曲线的最小功率值与最大功率值之间：

确定相交SOC，所述相交SOC表示在所述第m参考功率曲线与所述最大输出功率的相交点处的SOC；以及

基于所述估计SOC值、所述相交SOC、所述第m SOC区段的结束点、所述第m参考电流值、所述最大输出功率和所述第m参考功率曲线，确定所述第m预测充电时间值。

5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：

确定第m预测恒定电流充电时间值，所述第m预测恒定电流充电时间值表示当使用所述第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述相交SOC时所需的预期时间；

确定第m预测恒定功率充电时间值，所述第m预测恒定功率充电时间值表示当使用所述最大输出功率执行恒定功率充电模式直到所述电池的SOC从所述相交SOC达到所述第m SOC区段的结束点时所需的预期时间；以及

将所述第m预测充电时间值确定为等于所述第m预测恒定电流充电时间值与所述第m预测恒定功率充电时间值的和。

6.根据权利要求1所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：当所述第一至第M SOC区段当中存在所述第m SOC区段之后的至少一个SOC区段时，进一步确定在第(m+1)SOC区段的起始点处的预测温度值。

7.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：

基于所述第m参考电流值和所述第m预测充电时间值，确定直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述第(m+1)SOC区段的起始点的预测温度变化量；以及

通过将从所述估计SOC值到所述第m SOC区段的结束点的所述预测温度变化量与所述温度检测值相加，确定在所述第(m+1)SOC区段的起始点处的所述预测温度值。

8.根据权利要求6所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：当k是大于或等于(m+1)并且小于或等于M的自然数时，响应于完成在所述第k SOC区段的起始点处的所述预测温度值的确定：

从与所述第k SOC区段的起始点处的所述预测温度值所属的所述温度区段相关联的所述参考充电图中获得与所述第k SOC区段相关联的第k参考功率曲线和第k参考电流值；以及

基于所述第k SOC区段的大小、以及所述第k参考电流值、所述最大输出功率和所述第k参考功率曲线中的至少一个，根据比较所述充电器的所述最大输出功率与所述第k参考功率曲线的结果，确定第k预测充电时间值，所述第k预测充电时间值表示所述电池的SOC从所述第k SOC区段的起始点达到结束点所需的时间。

9.根据权利要求8所述的电池管理系统，其中，所述控制单元被配置为：响应于完成所述第M SOC区段中的所述预测充电时间值的确定，通过将针对第m至第M SOC区段确定的第m至第M预测充电时间值相加，确定直到所述电池的SOC达到所述第M SOC区段的结束点的总剩余时间。

10.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求1-9的任一项所述的电池管理系统。

11.一种电动车辆，所述电动车辆包括根据权利要求10所述的电池组。

12.一种电池充电时间预测方法，包括：

基于电池的电压检测值和电流检测值，确定所述电池的估计SOC值；

从与多个温度区段相关联的多个参考充电图当中的与所述电池的温度检测值所属的温度区段相关联的参考充电图中获得与所述估计SOC值所属的第m SOC区段相关联的第m参考功率曲线和第m参考电流值，其中，每个参考充电图包括与第一至第M SOC区段相关联的第一至第M参考电流值和第一至第M参考功率曲线，M为大于或等于2的自然数，并且m为小于或等于M的自然数；以及

基于所述第m SOC区段的结束点与所述估计SOC值的差、以及所述第m参考电流值、最大输出功率和所述第m参考功率曲线中的至少一个，根据比较向所述电池供应充电功率的充电器的最大输出功率与所述第m参考功率曲线的结果，确定第m预测充电时间值，所述第m预测充电时间值表示所述电池的SOC达到所述第m SOC区段的结束点所需的时间。

13.根据权利要求12所述的电池充电时间预测方法，其中，确定所述第m预测充电时间值的步骤是：响应于所述充电器的所述最大输出功率大于或等于所述第m参考功率曲线的最大功率值，将当使用所述第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述第m SOC区段的结束点时所需的预期时间确定为所述第m预测充电时间值。

14.根据权利要求12所述的电池充电时间预测方法，其中，确定所述第m预测充电时间值的步骤是：响应于所述充电器的所述最大输出功率小于或等于所述第m参考功率曲线的最小功率值，将当使用所述最大输出功率执行恒定功率充电模式直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述第m SOC区段的结束点时所需的预期时间确定为所述第m预测充电时间值。

15.根据权利要求12所述的电池充电时间预测方法，其中，确定所述第m预测充电时间值的步骤包括：响应于所述充电器的所述最大输出功率在所述第m参考功率曲线的最小功率值与最大功率值之间：

从所述第m参考功率曲线确定相交SOC，所述相交SOC关联于与最大输出功率相同的功率值；

确定第m预测恒定电流充电时间值，所述第m预测恒定电流充电时间值表示当使用所述第m参考电流值执行恒定电流充电模式直到所述电池的SOC从所述估计SOC值达到所述相交SOC时所需的预期时间；

确定第m预测恒定功率充电时间值，所述第m预测恒定功率充电时间值表示当使用所述最大输出功率执行恒定功率充电模式直到所述电池的SOC从所述相交SOC达到所述第m SOC区段的结束点时所需的预期时间；以及

将所述第m预测充电时间值确定为等于所述第m预测恒定电流充电时间值与所述第m预测恒定功率充电时间值的和。