CN110014935B - 用于对电动车辆的电池充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于对电动车辆的电池充电的方法，其涉及用于防止安装在电动车辆中的电池的劣化同时提高电池的充电速度的技术。该电池充电方法包括：将电池的充电状态(SOC)的总体部分划分为多个阶段；在多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；在多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以设定电压进行基于恒定电压的充电。

Description

用于对电动车辆的电池充电的方法
技术领域
本发明的各种形式涉及电动车辆，并且更具体地，涉及用于对电动车辆的电池充电的方法。
背景技术
本部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。
一般来说，车辆是利用化石燃料、电力等在道路或轨道上行驶的机器。
由于化石燃料的燃烧，利用化石燃料驱动的车辆可能会排放粉尘、水蒸气、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳氢化合物、氮(N)、氮氧化物和/或硫氧化物等。已知水蒸气和二氧化碳(CO2)会导致全球变暖，并且已知粉尘、一氧化碳(CO)、碳氢化合物、氮氧化物和/或硫氧化物等为对人产生伤害的空气污染物质。
由于上述问题，最近已开发出利用环保能源而不是化石燃料来驱动的环保型车辆，并且环保型车辆迅速得到广泛使用。例如，许多开发商和公司正在对利用化石燃料和电力驱动的混合动力电动车辆(HEV)和仅利用电力驱动的电动车辆(EV)进行深入研究。
混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中的每一个都可以包括向用于移动车辆的电机供电的高压电池和用于向车辆中安装的电子部件供电的低压电池。通常，混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中的每一个都可以包括用于将高压电池的电压转换成低压电池的电压以便从高压电池向低压电池供电的电源装置。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种用于防止安装在电动车辆中的电池的劣化同时提高电池的充电速度的技术。
本发明的另外的方面将会部分地在随后的描述中得到阐述，并且会部分地根据该描述而为显而易见的，或者可以通过本发明的实践而得到教导。
根据本发明的一个方面，一种电池充电方法包括：将电池的充电状态(SOC)的总体部分划分为多个阶段；在多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；在多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以设定电压进行基于恒定电压的充电。
所述电池充电方法可以进一步包括：测量电池的电压；基于所述电池的电压确定多个阶段中的充电开始阶段。
用于所述多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电可以配置为遵循对应于相应阶段的恒定电流指令。
所述电池充电方法可以进一步包括：当通过基于恒定电流的充电而充电的电池的电压达到预定电压时，将电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案。
所述电池充电方法可以进一步包括：当电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案时，响应于基于恒定电流的充电方案的电池的电压加速度来确定恒定电流指令的减速度。
所述预定电压可以低于所述多个阶段中的每个阶段的截止电压。
所述电池充电方法可以进一步包括：基于电池的截止电压来划分多个阶段。
所述设定电压可以是与电池的预定截止SOC相对应的电压。
所述电池充电方法可以进一步包括：当在多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，在后续阶段进行充电。
根据本发明的另一个方面，一种电动车辆包括：电机；电池，其配置为存储电力以驱动所述电机；以及控制器，其配置为将电池的充电状态(SOC)的总体部分划分为多个阶段；在多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；在多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以设定电压进行基于恒定电压的充电。
所述控制器可以配置为：测量电池的电压；可以基于所述电池的电压确定多个阶段中的充电开始阶段。
用于所述多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电可以配置为遵循对应于相应阶段的恒定电流指令。
当通过基于恒定电流的充电而充电的电池的电压达到预定电压时，所述控制器可以将电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案。
当电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案时，所述控制器可以响应于基于恒定电流的充电方案的电池的电压加速度来确定恒定电流指令的减速度。
所述预定电压可以低于所述多个阶段中的每个阶段的截止电压。
所述控制器可以基于电池的截止电压来划分多个阶段。
所述设定电压可以是与电池的预定截止SOC相对应的电压。
当在多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，所述控制器可以在后续阶段进行充电。
根据本发明的另一个方面，一种电池充电方法包括：测量电池的电压；将电池的充电状态(SOC)的总体部分划分为多个阶段；在多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；基于所述电池的电压确定多个阶段中的充电开始阶段；在多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以设定电压进行基于恒定电压的充电；以及，当在多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，在后续阶段进行充电。
根据本发明的另一个方面，一种电池充电方法包括：测量电池的电压；基于电池的截止电压将电池的充电状态(SOC)的总体部分划分为多个阶段；在多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；基于所述电池的电压确定多个阶段中的充电开始阶段；在多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以与电池的预定截止SOC相对应的电压进行基于恒定电压的充电；以及当在多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，在后续阶段进行充电。
通过在此提供的说明，其它应用领域将变得明显。应当理解的是，本说明书和具体示例仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了使本发明可以得到更好的理解，将参照附图对通过示例的方式给出的本发明的各种形式进行描述，在附图中：
图1是示出电动车辆的外观的视图；
图2是示出电动车辆的电力***的框图；
图3是示出电动车辆的充电电流曲线的视图；
图4是示出用于对电动车辆的电池进行充电的方法的流程图；图5是示出用于对电动车辆的高压电池进行充电的每个阶段的恒定电流与每个阶段的截止电压之间的关系的图表；
图6(Ⅰ)至图6(Ⅱ)是示出正常恒定电压充电控制(图6(Ⅰ))和异常恒定电压充电控制(图6(Ⅱ))的视图；
图7是示出电池电压的增长速度与充电电流指令的减小速度之间的关系的图表；以及
图8是示出用于响应于利用用于对高压电池进行充电的方法时的电池电压的增长速度来确定充电电流指令的减小速度的方法的示图。
这里所描述的附图只是用于说明目的，并且不意图以任何方式来限制本发明的范围。
具体实施方式
以下说明在本质上仅仅是示例性的，而并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解的是，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
现在将详细地参照本发明的各种形式，本发明的各种形式的示例显示在附图中，其中，在所有附图中，相似的附图标记指代相似的元素。
图1是示出在本发明的某些形式中的电动车辆100的外观的示意图。
参照图1，电动车辆100可以包括电机212(参见图2)。因此，电动车辆100可以进一步包括高压电池102，高压电池102配置为存储将用于驱动电机212的电力。也可以给普通内燃机车辆设置辅助电池208(参见图2)。然而，电动车辆100需要大尺寸高容量高压电池102，而辅助电池208(参见图2)设置于普通内燃机车辆的发动机舱的一侧。在本发明的一些形式中的电动车辆100中，电池102安装在后部乘客座椅的下部空间处。在电池102中存储的电力可以用于产生电力以驱动电机212(参见图2)。在本发明的某些形式中，电池102可以是锂电池。
电动车辆100可以配备有充当充电口的充电插座104。外部充电站的充电连接器152可以连接到充电插座104，使得高压电池102可以利用电力或电源充电。也就是说，当充电站的充电连接器152连接到电动车辆100的充电插座104时，电动车辆100的高压电池102可以利用电力或电源充电。
图2是示出在本发明的某些形式中的电动汽车的电力***的框图。图2中所示的电力***可以配置为向电机212和电子负载214供电。
参照图2，在本发明的某些形式中的电动车辆100的电力***可以包括高压电池102、低压DC-DC转换器(LDC)204、逆变器206、辅助电池208和控制器210。
LDC 204可以将从高压电池102接收的DC高电压转换为较低电压的直流电(DC)。LDC 204可以将高压电池102的DC高电压转换成交流电(AC)，可以利用线圈、变压器、电容器等将交流电(AC)减弱(降压)，可以对降压的AC进行整流，然后可以将经整流的AC转换成较低电压的直流电(DC)。经由LDC 204降压的直流电压(DC)可以提供给要求低压的各个电子负载214。
高压电池102的DC电压可以通过逆变器206转换成具有预定相位和频率的AC电压，从而可以将所得到的AC电压供应到电机212。电机212的旋转力和速度可以由逆变器206的输出电压决定。控制器210可以控制电源装置的整体运转。在这种情况下，控制器210可以是用于控制高压电池102的电池管理***(BMS)。
图3是示出在本发明的某些形式中的电动车辆的充电电流曲线的视图。
参照图3，在本发明的某些形式中，对电动车辆100的高压电池102的充电可以利用多步恒定电流(Multi-Step Constant Current,MSCC或MCC)方案和恒定电流-恒定电压(CC-CV)方案的组合来实现。
电动车辆100的控制器210可以基于高压电池102的截止电压(cutoff voltage)而将充电状态(SOC)的总体阶段(部分)划分为多个阶段(部分)，并且由此可以利用MSCC(或MCC)方案对电动车辆100的电池进行充电。在每个阶段中，控制器210可以利用与预定截止SOC对应的电压，基于恒定电压来进行充电(以下称为基于恒定电压的充电)。换句话说，控制器210可以在每个阶段的恒定电流充电时间之间进行基于恒定电压的充电。当充电电流通过当前充电阶段而下降到后续阶段的目标充电电流时，控制器210可以执行后续阶段的充电。
参照图3，基于各个阶段的截止电压的充电SOC可以包括SOC_a，SOC_b和SOC_c。
图4是示出在本发明的某些形式中的用于对电动车辆的电池进行充电的方法的流程图。
参照图4，控制器210可以以100ms的预定时间间隔实时测量高压电池的电池电压、电池电流和电池温度(402)。然而，可以根据需要将所述预定时间更改为短于或长于100ms的另一时间。
如果测量了高压电池102的电池电压，则控制器210可以基于所测量的电池电压确定用于开始充电的阶段(404)。从图3可以看出，控制器210可以基于高压电池102的截止电压将SOC的总体阶段(部分)划分为多个阶段(部分)，可以利用MSCC(或MCC)方案对电动车辆100的电池进行充电，并且可以在每个阶段中基于与预定截止SOC对应的恒定电压进行充电。
图5是示出在本发明的某些形式中的用于对电动车辆的高压电池进行充电的每个阶段的恒定电流与每个阶段的截止电压之间的关系的图表。参照图5，各个阶段的截止电压(Vcut)可以包括Vcut_a，Vcut_b和Vcut_c。基于各个阶段的截止电压(Vcut)的充电SOC可以包括SOC_a，SOC_b和SOC_c。
参照图5，如果所测量的电池电压等于或小于Vcut_a，则控制器210可以在阶段1的条件下开始充电。如果所测量的电池电压高于Vcut_a并且等于或小于Vcut_b，则控制器210可以在阶段2的条件下开始充电。如果所测量的电池电压高于Vcut_b并且等于或小于Vcut_c，则控制器210可以在阶段3的条件下开始充电。
回头参考图4，如果确定了充电开始阶段，则控制器210可以生成与所确定的阶段相对应的恒定电流指令，并且可以基于该恒定电流指令来进行恒定电流充电(406)。
在基于恒定电流充电对高压电池102进行充电期间，控制器210可以计算高压电池102的电池电压的增长速度(408)。
图6(I)至图6(II)是示出在本发明的某些形式中的正常恒定电压充电控制和异常恒定电压充电控制的视图。在图6(I)中，可以正常地将电池电压控制为不超过最大电压(Vmax)。相对地，电池电压可能会逐渐增加，从而如图6(II)所示，存在电池电压超过最大电压(Vmax)的部分。在如图6(II)所示的电池电压超过最大电压(Vmax)的部分中，高压电池102可能劣化。高压电池102的这种劣化还可能使高压电池102的寿命和性能变差。因此，当进入恒定电压充电模式时，本发明的形式可以产生适合于电池电压的增长速度的充电电流指令的减小速度，从而可以实现图6(I)中示出的正常恒定电压充电控制。
图7是示出在本发明的某些形式中的电池电压的增长速度与充电电流指令的减小速度之间的关系的图表。参照图7，高压电池102的电池电压的增长速度(以下称为电池电压增长速度)越高，充电电流指令的减小速度(以下称为充电电流指令减小速度)越低。更详细地说，当电池电压的增长速度过高时，电池电压的增长速度降低，从而防止发生如图6(II)所示的过冲(overshoot)部分(电池劣化部分)。可以考虑高压电池102和充电器之间的电流(I)响应特性而通过实验来获取图7中所示的值。
返回参考图4，控制器210可以确定通过恒定电流充电而增加的电池电压是否等于或高于用于进入恒定电压充电控制的电压(V_cmd_cv)(410)。如上所述，当电池电压的增长速度过高时，应该降低电池电压的增长速度，以防止发生如图6(II)所示的过冲部分(电池劣化部分)。为此，如图8所示，当电池电压到达特定点(在该特定点处，电池电压以电压裕度(α)而低于用于恒定电压充电的目标电压(Vcv_tgt)(在下文中称为目标恒定电压充电电压Vcv_tgt)时，重新决定充电电流指令减小速度(β)，以减小充电电流指令。
图8是示出用于响应于在利用本发明的某些形式中的用于对高压电池进行充电的方法的电池电压的增长速度来确定充电电流指令的减小速度的方法的示图。参照图8，当电池电压到达特定点(在该特定点处，电池电压以电压裕度(α)而低于恒定电压充电目标电压(Vcv_tgt))时，充电电流指令可以以电池电压不超过目标恒定电压充电电压(Vcv_tgt)的方式来更改。从图7和图8中可以看出，电池电压的增长速度越高，充电电流指令的减小速度越低，从而可以降低电池电压的增长速度。相反，电池电压的增长速度越低，充电电流指令的减小速度越高，从而可以增加电池电压的增长速度。调节充电电流指令减小速度是为了防止出现电池电压迅速达到目标恒定电压充电电压(Vcv_tgt)的部分的情况，从而不超过目标恒定电压充电电压(Vcv_tgt)。在图8中，电池电压的增长速度可以通过在预定时间(例如，0.1s)内电池电压的变化(ΔV)来测量。
返回参照图4，当电池电压增加到恒定电压充电控制进入电压(V_cmd_cv)或更高时(410中的“是”)，由于如上所述的相同原因，控制器210可以考虑电池电压的增长速度来确定充电电流指令减小速度(β)(412)。
相反，当电池电压小于恒定电压充电控制进入电压时(410中的“否”)，控制器210可以继续进行恒定电流充电操作406。
当确定出充电电流指令减小速度(β)时，控制器210可以根据更改的充电电流指令来利用恒定电压充电方案对高压电池102进行充电(414)。在这种情况下，最大电压(V_max)可以保持在截止电压(V_cutoff)。
控制器210可以确定充电电流是否等于或小于后续阶段的恒定电流(参见图3的阶段1至3)(416)，从而控制器210可以停止在当前阶段中的充电，并且还可以决定是否进入后续阶段。
如果当前充电电流等于或小于后续阶段的恒定电流(416中的“是”)，则控制器210可以在进入后续阶段时继续对高压电池102进行充电(418)。如果在阶段1的充电期间，充电电流等于或小于所述恒定电流，则控制器210可以在阶段2的条件下继续对高压电池102进行充电。
如果当前充电电流大于后续阶段的恒定电流(416中的“否”)，则控制器210可以继续控制恒定电压充电(414)。
如果通过对高压电池102的连续充电，高压电池102的当前SOC到达最终SOC(最大SOC)(420中的“是”)，则控制器210可以停止对高压电池102进行充电。
相反，如果高压电池102的当前SOC没有达到最终SOC(最大SOC)(420中的“否”)，则控制器210可以继续进行恒定电流充电操作406。
从以上描述中可以明显看出，在本发明的某些形式中的用于对电动车辆的电池进行充电的方法可以防止当利用电力对电池进行充电时电池的劣化，并且同时可以提高电池的充电速度。
本发明的描述在本质上只是示例性，因此，不偏离本发明实质的变化旨在落入本发明范围之内。这样的变化不应被视为偏离了本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种电池充电方法，其包括：
将电池的充电状态的总体部分划分为多个阶段；
在多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；
在多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以设定电压进行基于恒定电压的充电；
其中，
测量电池的电压，并且基于所述电池的电压来确定所述多个阶段中的充电开始阶段；
当通过基于恒定电流的充电而充电的电池的电压达到预定电压时，将电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案；
当电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案时，响应于基于恒定电流的充电方案的电池的电压加速度来确定恒定电流指令的减速度；
当在多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，在后续阶段进行充电。
2.根据权利要求1所述的电池充电方法，其中，用于所述多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电配置为遵循对应于相应阶段的恒定电流指令。
3.根据权利要求1所述的电池充电方法，其中，所述预定电压低于所述多个阶段中的每个阶段的截止电压。
4.根据权利要求1所述的电池充电方法，其中，所述方法进一步包括：
基于电池的截止电压来划分所述多个阶段。
5.根据权利要求1所述的电池充电方法，其中，所述设定电压是与电池的预定截止充电状态相对应的电压。
6.一种电动车辆，其包括：
电机；
电池，其配置为存储电力以驱动所述电机；以及
控制器，其配置为：
将电池的充电状态的总体部分划分为多个阶段；
在所述多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；
在所述多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以设定电压进行基于恒定电压的充电；
其中，控制器进一步配置为：
测量电池的电压，并且基于所述电池的电压确定所述多个阶段中的充电开始阶段；
当通过基于恒定电流的充电而充电的电池的电压达到预定电压时，所述控制器配置为将电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案；
当电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案时，所述控制器配置为响应于基于恒定电流的充电方案的电池的电压加速度来确定恒定电流指令的减速度；
当在所述多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，所述控制器配置为在后续阶段进行充电。
7.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，用于所述多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电配置为遵循对应于相应阶段的恒定电流指令。
8.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，所述预定电压低于所述多个阶段中的每个阶段的截止电压。
9.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，所述控制器配置为基于电池的截止电压来划分所述多个阶段。
10.根据权利要求6所述的电动车辆，其中，所述设定电压是与电池的预定截止充电状态相对应的电压。
11.一种电池充电方法，其包括：
测量电池的电压；
基于电池的截止电压将电池的充电状态的总体部分划分为多个阶段；
在所述多个阶段中的每个阶段中进行基于恒定电流的充电；
基于所述电池的电压确定所述多个阶段中的充电开始阶段；
在所述多个阶段中的每个阶段的基于恒定电流的充电之间，以与电池的预定截止充电状态相对应的电压进行基于恒定电压的充电；
当在所述多个阶段中的当前阶段充电的电池的充电电流下降到后续阶段的目标充电电流值时，在后续阶段进行充电，
其中，
当通过基于恒定电流的充电而充电的电池的电压达到预定电压时，将电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案；
当电池充电方案更改为基于恒定电压的充电方案时，响应于基于恒定电流的充电方案的电池的电压加速度来确定恒定电流指令的减速度。
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