CN110535196B - 在换电设施中执行的充电方法、充电设备、以及远端服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在换电设施中执行的充电方法、充电设备、远端服务器以及计算机存储介质。根据本发明的一个方面，充电方法包括：根据开始充电时间和/或换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对电池的充电模式；以及利用所确定的充电模式对电池进行充电，直至电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态。这样，可有效地避免锂离子电池***在高荷电状态下存储，延长了锂离子电池***服务寿命。

Description

在换电设施中执行的充电方法、充电设备、以及远端服务器

技术领域

本发明涉及换电设施的充电策略，特别涉及一种在换电设施中执行的充电方法、充电设备以及远端服务器。

背景技术

近几年，随着解决能源危机的需求和政府在政策上的支持，新能源汽车行业呈现爆发式增长。其中纯电动汽车是纯粹采用电力驱动的汽车，技术相对简单成熟，但其当前的不足之处是续航里程短，充电速度慢。

目前各大锂离子电池厂都在努力提升电池能量密度，锂离子电池***的设计也在走轻量化路线，这些都可以使得单位体积或重量内装载更多的电量，进而提高整车的续航里程。针对充电速度慢的问题，由于锂离子电池在快速充电技术上，还未实现革命性突破，无法达到传统燃油车5分钟补充完能量，所以需要其他解决方案。换电模式就是从另一个思路上解决充电速度慢的问题。在城市或者公路的不同地段，设置换电站，换电站内会备有满电的锂离子电池***，车主可以选择附近的换电站更换锂离子电池***，达到快速给纯电动车补充动力的效果。

现有的换电站充电策略，会造成锂离子电池***充满电后一直在电池管理***标定的100% SOC（即满荷电状态）下存储，此刻锂离子电池的真实荷电状态至少达到95%以上。这样的存储条件会加速锂离子电池性能的衰减，缩短锂离子电池***的服务寿命。

以上公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为了解决以上现有技术的多个问题中的至少一个，本发明提供了一种在换电设施中执行的充电方法，所述方法包括：根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对待充电的电池的充电模式；以及利用所确定的充电模式对所述待充电的电池进行充电，直至所述待充电的电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态。

在上述充电方法中，所述第一阈值为80%±2%。

上述充电方法还可包括：在接收用户的换电需求后，开始对静置的电池以标准充电电流进行充电。

在上述充电方法中，根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对所述待充电的电池的充电模式包括：确定换电的高峰期和搁置期；从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及当所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以第一充电模式进行充电。

在上述充电方法中，根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对所述待充电的电池的充电模式包括：确定换电的高峰期和搁置期；从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及当所述开始充电时间处于所述高峰期，或者所述开始充电时间处于所述搁置期但所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量小于或等于所述预测换电数量M，确定以第二充电模式进行充电。

在上述充电方法中，所述第一充电模式是以标准充电电流进行充电。

在上述充电方法中，所述第二充电模式是以最大允许的充电电流进行充电。

在上述充电方法中，所述预测换电数量M被定期更新。

根据本发明的另一个方面，提供了一种计算机存储介质，所述介质包括指令，所述指令在被计算机执行时实施如前所述的充电方法。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于换电设施的充电设备，所述换电设施配置成接收待充电的电池，并提供已充电的电池，所述充电设备包括：确定装置，用于根据开始充电时间和所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对所述待充电的电池的充电模式；以及第一充电装置，用于利用所确定的充电模式对所述待充电的电池进行充电，直至所述待充电的电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态。

在上述充电设备中，所述充电设备还包括：第二充电装置，用于在接收用户的换电需求后，开始对静置的电池以标准充电电流进行充电。

在上述充电设备中，所述确定装置包括：第一确定单元，用于确定换电的高峰期和搁置期；接收单元，用于从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及第二确定单元，用于在所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以第一充电模式进行充电。

在上述充电设备中，所述确定装置包括：第一确定单元，用于确定换电的高峰期和搁置期；接收单元，用于从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及第三确定单元，用于在所述开始充电时间处于所述高峰期，或者所述开始充电时间处于所述搁置期但所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量小于或等于所述预测换电数量M时，确定以第二充电模式进行充电。

在上述充电设备中，所述第一阈值为80%±2%。

在上述充电设备中，所述接收单元配置成接收定期更新的所述预测换电数量M。

根据本发明的又一个方面，提供了一种远端服务器，所述远端服务器包括：接收单元，用于从车辆接收荷电状态信息；预测单元，用于基于各个换电设施的位置信息以及所接收的荷电状态信息预测各个换电设施的预测换电数量M；以及发送单元，用于向如前所述的用于换电设施的充电设备发送针对所述换电设施的预测换电数量M。

在上述远端服务器中，所述预测单元还配置成基于大数据统计结果，预估换电的高峰期和搁置期。

在上述远端服务器中，所述发送单元还配置成向所述充电设备发送所定义的换电的高峰期和搁置期。

本发明的技术方案通过将电池的荷电状态提升至第一阈值（例如80% SOC）并随后将电池静置，而不将电池的荷电状态直接提升至满荷电状态或高荷电状态（例如大于95%SOC），有效地避免锂离子电池***在高荷电状态下存储，延长锂离子电池***服务寿命。同时，本发明的技术方案还根据开始充电时间和/或换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对待充电的电池的充电模式（在一个实施例中为充电电流），可有效地降低大电流充电次数，进而减小锂离子电池***的性能衰减。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的在换电设施中执行的充电方法的流程示意图；

图2是表示本发明的一个实施例的用于换电设施的充电设备的结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的锂离子电池***在不同充电模式下的充电时间曲线图；以及

图4是表示本发明的一个实施例的远端服务器的结构示意图。

具体实施方式

以下说明描述了本发明的特定实施方式以教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。为了教导发明原理，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型将落在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式接合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述特定实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

换电设施在本发明的上下文中是提供动力电池（例如锂离子电池）快速更换的能源站。换电设施内一般会备有满荷电状态的电池。车主可以选择附近的换电设施更换电池，从而达到快速给电动车补充动力的效果。换电设施也可以称作换电站，其同时提供要换到车上的动力电池、将亏电电池从车辆上取下以及将充好电的电池换到车辆上的换电设备、以及对换下的亏电电池进行充电的充电设施等。但是，本申请所述的换电设施也可以仅仅包括对亏电电池进行充电和/或存放电池的设施等。

在从电动车上卸下电池后，换电设施一般还需要对该电池以一定模式进行充电。目前的充电策略一般是采用慢充模式或快充模式。所谓慢充模式是指使用电池的标准充电电流进行充电，而快充模式则是指使用电池允许的最大充电电流进行充电。但无论使用哪种模式，现有的充电策略都是对电池持续充电至100% SOC（即满荷电状态），这会造成电池（例如锂离子电池）充满电后一直在高荷电状态下存储。这样的存储条件会加速锂离子电池性能的衰减，缩短锂离子电池的服务寿命。

图1是表示本发明的一个实施例的在换电设施中执行的充电方法1000的流程示意图。

如图1所示，充电方法1000包括如下步骤：

步骤120，根据开始充电时间和/或换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对待充电的电池的充电模式；以及

步骤140，利用所确定的充电模式对所述待充电的电池进行充电，直至所述待充电的电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态。

与现有技术相比，该技术方案通过将电池的荷电状态提升至第一阈值（例如80%SOC）并随后将电池静置，而不将电池的荷电状态直接提升至满荷电状态或高荷电状态（例如大于95% SOC），有效地避免锂离子电池***在高荷电状态下存储，延长锂离子电池***服务寿命。另外，上述技术方案还根据开始充电时间和换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量两者中的至少一个来确定针对待充电的电池的充电电流，有效地降低大电流充电次数，进而减小锂离子电池***的性能衰减。

在一个实施例中，所述第一阈值为80%±2%。在一个具体的实现中，第一阈值的设定与待充电电池的类型相关。例如，对于50Ah三元锂离子电池，第一阈值优选地为80%，±2%为误差。本领域技术人员可以理解，对于不同类型的电池，第一阈值可设置为不同的值，包括但不限于80%。

尽管图1中未示出，上述充电方法1000还可包括：在接收用户的换电需求后，开始对静置的电池以标准充电电流进行充电。例如，用户在需要换电前1小时发起需求，从而唤醒电池***继续将静置的电池充电至100% SOC。这样，在用户换电池时，静置的电池已充电至满荷电状态。

在一个实施例中，步骤120可进一步包括如下子步骤：确定换电的高峰期和搁置期；从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及当所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以第一充电模式进行充电；否则，确定以第二充电模式最大允许的充电电流进行充电。在一个实施例中，第一充电模式为以标准充电电流进行充电，而第二充电模式为以最大允许的充电电流进行充电。在一个实施例中，第一充电模式为以1.3C将待充电电池充电到30% SOC，然后以0.8C充电到80% SOC，这样可以给电池提供更好的保护形式。

本领域技术人员可以理解，换电的高峰期和搁置期（或低峰期）可基于大数据的统计结果来进行区分。例如，当单位时间内换电需求量大于换电设施内换电平台数量的时段，为高峰期，其它为非高峰期。关于高峰期与非高峰期的确定，也可采用其它的数据统计形式，比如靠人工观察确定等。在上述实施例中，以单位时间内换电需求量是否大于站内换电平台数量来确定高峰期和搁置期，但也不排除采用其它形式来定位高峰期或搁置期。换电平台在这里指的是用于更换车上电池的平台，通常包括卸载车上电池且将充好电的电池装载到车上的机构。

在一个实施例中，高峰期和搁置期可例如由换电设施自身预估，或由远端服务器预估并将预估结果告知换电设施。除了高峰期和搁置期之外，远端服务器还可预估各时段内需要换电的电池***数量。基于开始充电时间是否属于高峰期或搁置期和/或换电设施内荷电状态高于或等于某一阈值的电池数量是否大于预测换电数量的判断，换电设施内的充电设备可采用不同的充电模式对电池进行充电。

在一个实施例中，预测换电数量M被定期更新，例如每30分钟更新一次数据。

图2是表示本发明的一个实施例的用于换电设施的充电设备2000的结构示意图。如图2所示，充电设备2000包括确定装置210和第一充电装置220。其中，确定装置210用于根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对待充电的电池的充电模式。第一充电装置220用于利用所确定的充电模式对所述待充电的电池进行充电，直至所述待充电的电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态。

尽管图2中未示出，充电设备2000还可包括第二充电装置。该第二充电装置用于在接收用户的换电需求后，开始对静置的电池以标准充电电流进行充电。例如，用户在需要换电前1小时发起需求。在接收到用户需求后，第二充电装置开始对静置的电池进行充电，并将其充电至100% SOC。这样，在用户换电池时，静置的电池已充电至满荷电状态。

在一个实施例中，确定装置210可进一步包括：第一确定单元，用于确定换电的高峰期和搁置期；接收单元，用于从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及第二确定单元，用于在所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以第一充电模式进行充电。

在一个实施例中，确定装置210包括：第一确定单元，用于确定换电的高峰期和搁置期；接收单元，用于从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及第三确定单元，用于在所述开始充电时间处于所述高峰期，或者所述开始充电时间处于所述搁置期但所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量小于或等于所述预测换电数量M时，确定以第二充电模式进行充电。

在又一个实施例中，确定装置210仅包括接收单元和第四确定单元，其中，接收单元用于从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M，而第四确定单元用于在所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以标准充电电流进行充电；否则，确定以最大允许的充电电流进行充电。在这个实施例中，本领域技术人员可以理解，用于确定换电的高峰期和搁置期的第一确定单元可设置在其他实体，例如远端服务器中。也就是说，远端服务器根据大数据的统计结果来预估高峰期和搁置期，并将预估结果告知确定装置210或预设在确定装置210中。

以下以一款使用50Ah三元锂离子电池的电池***为例来介绍根据本发明的技术方案。

首先，依据锂离子电池的化学体系特性和设计参数，综合考虑锂离子电池性能衰减，确定锂离子电池的标准充电电流和允许的最大充电电流（即快充电流），进而确定电池的标准充电模式和快速充电模式。该款50Ah的锂离子电池，标准充电电流为1/3C，允许的最大充电电流为80%SOC以下为1C、80%SOC以上为1/3C。所以，如果采用标准充电模式的充电时间为3h，采用快充模式的充电时间为0～80%SOC下0.8h，0～100%SOC下1.4h。

随后，利用云端大数据统计结果，定义换电的高峰期和搁置期。基于各个换电设施的位置信息和车辆上报到云端的剩余电量，通过大数据统计结果，预估各个换电设施需要换电的数量M，每30min更新一次数据。低电或空电锂离子电池***到达换电设施后，依据开始充电时间和换电设施内SOC≥80%电池***数量的情况，采用不同的充电模式，详见表1。当开始充电时间为换电高峰期或者换电设施内SOC≥80%的电池***数量小于M时，将采用快充模式，其他时间采用标准充电模式充电。

表1 不同情况下充电模式

锂离子电池***开始充电的时间	充电模式
		换电高峰期，且充电站SOC=80%的电池***数量小于M	快充模式（1C恒流充电到80%SOC后静置，等待唤醒）
换电高峰期，且充电站SOC=80%的电池***数量大于M	快充模式（1C恒流充电到80%SOC后静置，等待唤醒）
		换电搁置期，且充电站SOC=80%的电池***数量小于M	快充模式（1C恒流充电到80%SOC后静置，等待唤醒）
换电搁置期，且充电站SOC=80%的电池***数量大于M	标准充电模式（1/3C恒流充电到80%SOC后静置，等待唤醒）

在一个示例中，远端服务器和用户app、换电设施内充电***相连接。用户在需要换电前1h时，在app上发起换电需求，该需求通过云端服务发送给换电设施内充电***，此刻换电设施内充电***被唤醒，静置的锂离子电池继续进行充电，此刻充电电流为1/3C，充电结束后，用户到达换电设施，开始换电操作。锂离子电池***在不同充电模式下，不同SOC区间充电时间如图3所示。

以上充电中间段的SOC值和用户发起换电需求的时间会根据具体情况进行调整。如果充电开始、中间静置、充电结束的SOC分别为SOC1、SOC2、SOC3，SOC2前充电倍率为aC，SOC2后充电倍率为bC，则用户需要提前发送唤醒需求的时间为(SOC3-SOC2)/b，单位为h。总的充电时间为(SOC3-SOC2)/b+(SOC2-SOC1)/a，单位为h。

图4是表示本发明的一个实施例的远端服务器4000的结构示意图。如图4所示，远端服务器4000包括：接收单元410、预测单元420以及发送单元430。其中，接收单元410用于从车辆接收荷电状态信息，预测单元420用于基于各个换电设施的位置信息以及所接收的荷电状态信息预测各个换电设施的预测换电数量M，发送单元430用于向用于换电设施的充电设备发送针对所述换电设施的预测换电数量M。

在一个实施例中，所述预测单元420还配置成基于大数据统计结果，预估换电的高峰期和搁置期。

可选地，远端服务器4000还可包括定义单元440，其用于基于大数据统计结果，定义换电的高峰期和搁置期。

在一个实施例中，发送单元430还可配置成向充电设备发送所定义的换电的高峰期和搁置期。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件、软件、或软硬件结合的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编辑处理设备的处理器，使得产生执行指定操作的指令序列。

综上，本发明的技术方案通过将电池的荷电状态提升至第一阈值（例如80% SOC）并随后将电池静置，而不将电池的荷电状态直接提升至满荷电状态或高荷电状态（例如大于95% SOC），有效地避免锂离子电池***在高荷电状态下存储，延长锂离子电池***服务寿命。同时，本发明的技术方案还根据开始充电时间和换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对待充电的电池的充电电流，有效地降低大电流充电次数，进而减小锂离子电池***的性能衰减。

以上例子主要说明了本发明的在换电设施中执行的充电方法、充电设备、远端服务器以及计算机存储介质。尽管只对其中一些本发明的一个或多个实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (16)

1.一种在换电设施中执行的充电方法，其特征在于，所述方法包括：

根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对待充电的电池的充电模式；以及

利用所确定的充电模式对所述待充电的电池进行充电，直至所述待充电的电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态，

其中，根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对所述待充电的电池的充电模式包括：

确定换电的高峰期和搁置期；

从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及

当所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以第一充电模式进行充电。

2.如权利要求1所述的充电方法，其中，所述第一阈值为80％±2％。

3.如权利要求1所述的充电方法，所述方法还包括：

在接收用户的换电需求后，开始对静置的电池以标准充电电流进行充电。

4.如权利要求1所述的充电方法，其中，根据开始充电时间和/或所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对所述待充电的电池的充电模式还包括：

当所述开始充电时间处于所述高峰期，或者所述开始充电时间处于所述搁置期但所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量小于或等于所述预测换电数量M，确定以第二充电模式进行充电。

5.如权利要求1所述的充电方法，其中，所述第一充电模式是以标准充电电流进行充电。

6.如权利要求4所述的充电方法，其中，所述第二充电模式是以最大允许的充电电流进行充电。

7.如权利要求1或4所述的充电方法，其中，所述预测换电数量M被定期更新。

8.一种计算机存储介质，包括指令，所述指令在被计算机执行时实施如权利要求1至7中任一项所述的充电方法。

9.一种用于换电设施的充电设备，所述换电设施配置成接收待充电的电池，并提供已充电的电池，其特征在于，所述充电设备包括：

确定装置，用于根据开始充电时间和所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量来确定针对所述待充电的电池的充电模式；以及

第一充电装置，用于利用所确定的充电模式对所述待充电的电池进行充电，直至所述待充电的电池的荷电状态提升至所述第一阈值并随后将所述待充电的电池静置，而不将所述待充电的电池的荷电状态直接提升至满荷电状态，

其中，所述确定装置包括：

第一确定单元，用于确定换电的高峰期和搁置期；

接收单元，用于从远端服务器接收所述换电设施的预测换电数量M；以及

第二确定单元，用于在所述开始充电时间处于所述搁置期且所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量大于所述预测换电数量M时，确定以第一充电模式进行充电。

10.如权利要求9所述的充电设备，其中，所述充电设备还包括：

第二充电装置，用于在接收用户的换电需求后，开始对静置的电池以标准充电电流进行充电。

11.如权利要求9所述的充电设备，其中，所述确定装置还包括：

第三确定单元，用于在所述开始充电时间处于所述高峰期，或者所述开始充电时间处于所述搁置期但所述换电设施内荷电状态高于或等于第一阈值的电池数量小于或等于所述预测换电数量M时，确定以第二充电模式进行充电。

12.如权利要求9至11中任一项所述的充电设备，其中，所述第一阈值为80％±2％。

13.如权利要求9所述的充电设备，其中，所述接收单元配置成接收定期更新的所述预测换电数量M。

14.一种远端服务器，所述远端服务器包括：

接收单元，用于从车辆接收荷电状态信息；

预测单元，用于基于各个换电设施的位置信息以及所接收的荷电状态信息预测各个换电设施的预测换电数量M；以及

发送单元，用于向如权利要求9至13中的任一项所述的用于换电设施的充电设备发送针对所述换电设施的预测换电数量M。

15.如权利要求14所述的远端服务器，其中，所述预测单元还配置成基于大数据统计结果，预估换电的高峰期和搁置期。

16.如权利要求15所述的远端服务器，其中，所述发送单元还配置成向所述充电设备发送所定义的换电的高峰期和搁置期。