CN115051442B - 根据温度控制电池快充充电电流的方法及*** - Google Patents

根据温度控制电池快充充电电流的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种根据温度控制电池快充充电电流的方法及***，该方法应用电池管理***，该方法包括：当快充电池充电时，电池按照第一阶段充电电流进行充电；当电池温度达到设定温度，利用温控快充法计算充电电流，当监测到的SOC值小于快充目标SOCXFC，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则按照第二阶段充电电流进行充电；当电池温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC，则按照第三阶段充电电流进行充电。本发明通过在电池温度达到温度安全阈值前，提前降低充电电流，使电池温度控制在温度安全阈值内，有效缩短电池整个充电过程的时间，同时能够更好的保护电池，提升其安全性能。

Description

根据温度控制电池快充充电电流的方法及***
技术领域
本发明属于电池充电技术领域，特别是涉及一种根据温度控制电池快充充电电流的方法及***。
背景技术
充电时间长是电动汽车的痛点，而快充电池是解决该痛点的方法。快充电池的充电电流是普通电池充电电流的2～3倍，可显著的缩短充电时间。但另一方面，根据焦耳定律Q＝I2Rt，充电电流的提升，带来了更大的发热量，快充电池的温度的上升速率远高于普通快充，但高温对电池的有如下坏处：(一)高温加速电池的老化，降低电池的寿命；(二)高温容易引发电池的安全事故，如热失控等。基于此，将常见的不同温度下电池的功率划分为以下三种情况：(一)25～45℃：100％功率；(二)45℃～55℃：功率逐渐从100％下降到0％；(三)>55℃：电池不允许使用。为了将温度控制在合理的温度区间，纯电动汽车的电池包都会采用液冷***，用于电池包冷却。对于发热功率更大的快充电池包，液冷***的冷却功率会更大。但由于超级快充的充电电流实在太大，发热功率远超冷却功率，一般而言，进行超级快充时，电池包的最高温度会触碰电池最佳温度区间的上限45℃。当电池包最高温度达到45℃以上时，为保证电池包的使用安全，通常的做法是降低充电电流，使冷却功率大于发热功率，当电池包的温度下降后，再用最大电流进行充电。但由于大幅度降低了充电倍率，充电的时间被拉长。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种根据温度控制电池快充充电电流的方法及***，该方法尤其适用于超级快充电池，该方法可搭载在电池管理***BMS上，在快充电池最高温度达到温度安全阈值前，提前降低充电倍率，使温度控制在安全阈值内，可以更好的保护电池，提升了安全性能，并且有效缩短了整个充电过程的时间。
本发明的第一个目的在于提供一种根据温度控制电池快充充电电流的方法。
本发明的第二个目的在于提供一种电池管理***。
本发明的第三个目的在于提供一种电动车。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种根据温度控制电池快充充电电流的方法，应用于电池管理***，所述方法包括：
当快充电池充电时，开启温控快充法计算充电电流，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电；
当快充电池的温度达到设定温度，快充电池的温度每升高设定阈值，则利用温控快充法更新一次计算电流；
当快充电池的温度达到设定温度且SOC值小于快充目标SOCXFC，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电，否则快充电池继续按照第一阶段充电电流进行充电；
当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低。
进一步的，温控快充法计算充电电流，包括：
根据下述公式计算充电电流I，设该电流I充电至快充目标SOCXFC的充电时间为t，则：
I×t＝(SOCXFC-SOC0)×Crate
vT×t＝Ts-T0
其中：
SOC0-每次计算充电电流时的SOC值；
T0-每次计算充电电流时的温度值；
v0-温度升高设定阈值的温升速率；温度每次升高设定阈值，统计一次；
I0-温度升高设定阈值的平均充电电流；温度每次升高设定阈值，统计一次；
vT-计算出充电电流I后，相应的温升速率；
Crate-快充电池额定容量；
μ-温升速率相关的经验系数，取值为0.5-2。
进一步的，所述设定温度为40℃或41℃。
进一步的，所述第一阶段充电电流为快充电池的最大充电能力。
进一步的，所述第二阶段充电电流为温控快充法计算的充电电流。
进一步的，所述第三阶段充电电流小于第一阶段充电电流，并且小于第二阶段充电电流。
进一步的，所述温度安全阈值Ts为45-50℃中任一温度，所述快充目标SOCXFC为80％。
进一步的，所述设定阈值为0.5-1℃中任一温度。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种电池管理***，所述***包括：
温度监控模块，用于监测快充电池的实时温度；
SOC监控模块，用于监测快充电池的SOC值；
计算模块，用于快充电池的温度每升高设定阈值，根据所述温度监控模块和SOC监控模块检测的电池的实时温度和SOC值，利用温控快充法重新计算一次充电电流；
电流选择模块，用于根据所述温度监控模块和SOC监控模块检测的电池的实时温度和SOC值，选择快充电池的充电电流，包括：刚充电时，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度达到设定温度且监测到的SOC值小于快充目标SOCXFC时，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC时，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低。
本发明的第三个目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种电动车，采用上述的方法对其快充电池进行充电。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明提供的方法，根据快充电池当前的条件，利用温控快充法实时计算相应的电流；在充电过程中，根据快充电池的温度以及SOC值，及时调整快充电池的充电电流，在快充电池最高温度达到安全阈值前，提前降低充电倍率，使温度控制在安全阈值内，有效缩短了整个充电过程的时间；由于温度控制在安全阈值内，因此能够更好的保护电池，并提升其安全性能。
2、通过采用该方法提供的充电策略，可以同时满足电池在当前最大倍率下充电以及保证电池温度控制在安全的范围，提升了用户的体验感，因此具有广泛的应用前景。
3、通过采用该方法提供的充电策略，在设定温度和安全阈值之间，通过温控快充法计算的充电电流，可以满足电池快充需求，特别是在超级快充时能够保证充电速率和电池的安全性。通过温控快充法实时计算得到的电流，作为该快充充电策略选择，可以较好地协调充电过程中电流和温度的关系，并以计算的电流作为界限，更优地选择充电电流从而实现电池降温，相对于现有的高温下停止充电再启动充电，不仅缩短了充电时间，同时也保证了功率的稳定，提高了电池的整体稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的快充电池根据温度控制电池快充充电电流的方法的流程图。
图2为本发明实施例1的未使用本申请提供的方法进行充电的示意图。
图3为本发明实施例1的使用本申请提供的方法进行充电的示意图。
图4为本发明实施例2的电池管理***的结构框架图。
图2、3中：
1-充电电流，2-温度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。应当理解，描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的根据温度控制电池快充充电电流方法，包括以下步骤：
S101、当快充电池充电时，开启温控快充法计算充电电流，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电。
当快充电池开始充电时，开启温控快充法的计算，充电电流按照快充电池的最大能力充电。
其中，电池最大充电能力为当前电池包最大充电倍率或最大充电电流，如6C或如下述实施例的504A电流。
利用温控快充法计算充电电流，包括：
充电至超级快充目标SOCXFC时，快充电池最高温度正好达到电池***温度安全阈值Ts，求出合适的充电倍率I，及该倍率下充电至SOCXFC的剩余充电时间t。
通过以下式子，求解三元方程，得到充电电流I：
(1)充电容量：
I×t＝(SOCXFC-SOC0)×Crate
(2)充电温升：
vT×t＝Ts-T0
(3)温升速率与电流的经验关系：
其中：
Ts-电池***的最佳工作温度区间上限，本实施例设定值为45℃，一般而言，当电池充电达到此温度，电池的充电倍率会下降；
SOCXFC-超级快充阶段的目标SOC，常见的值为80％，当电量过高时，不宜采用高的充电电流，会对电池造成损伤。因此常见的超级快充仅在0-80％允许使用最大充电电流进行充电。也仅在这个SOC区间，电池的发热功率大于冷却功率；
SOC0-触发计算充电电流时的SOC值；通过SOC监控模块获得该值；
T0-触发计算充电电流时的温度值；通过温度监控模块获得该值；
v0-升高设定阈值的温升速率。进入超级快充模式后，电池温度每升高设定阈值，统计一次；
I0-升高设定阈值1℃(或0.5℃)的平均充电电流。进入超级快充模式后，电池温度每升高设定阈值，统计一次；
I-每次计算的新的充电电流；
vT-计算出新的充电电流I后，相应的温升速率；
Crate-电池额定容量；
μ-温升速率相关的经验系数，将冷却功率以简单的方式体现。
本实施例中第3个式子是经验公式。理论上，温升速率与发热功率、冷却功率、电池比热容均有关，但在该经验公式中，温升速率仅选取电流的平方这一与发热功率最相关的参数。系数μ作为补充，它是一个与温升速率vT和当前温度T0的二维查表值，通过实际的电池包测试标定而得到。
本实施例中，μ的取值范围为0.5-2。
本实施例中，设定阈值可以为0.5-1℃中任一温度。
下面实施例中设定阈值取值为1℃或0.5℃，即进入超级快充模式后，电池温度每升高1℃或0.5℃，分别统计温升速率和平均充电电流，温升速率和平均充电电流为测试电池数据。
S102、当快充电池的温度达到设定温度，则温度每升高设定阈值，利用温控快充法重新计算一次充电电流。
本实施例中设定温度取值为41℃，即当快充电池温度≥41℃时，快充电池的温度每升高1℃或0.5℃，利用温控快充法重新计算充电电流。
S103、当快充电池的温度达到设定温度且SOC值小于快充目标SOCXFC，若利用温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电。
本实施例中快充目标SOCXFC为80％，即当快充电池温度≥41℃且SOC＜80％时，若温控快充法计算的充电电流小于快充电池的最大充电能力，则将充电电流切换为温控快充法计算的充电电流，否则继续按快充电池最大充电能力进行充电。
该阶段通过在电池最大充电能力和温控计算的充电电流中选择小的电流进行充电，可以有效降低电池的温度，对电池进行保护的同时，满足当前温度下电池包安全的情况下可选择的最大电流，在降温同时对电流降低值达到最小，缩短了充电时间，有利于超级快充的实现。
S104、当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证电池的温度逐渐降低。
当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts，现有的充电策略是为了降温停止输入充电电流，而本实施例采用的充电策略是为了提高电池的安全性和稳定性，选择一个较低的充电电流进行充电，不仅可以实现当前快充，同时可以达到降温的目的。
本实施例中温度安全阈值Ts取值为45℃，即：
若快充电池的温度＞45℃且SOC＜80％，则使用一个较低的电流对电池进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低。当温度降低至45℃以下时，通过将温控计算的快充电流与最大充电能力进行对比，选择一个比两者中较小的充电电流还小的电流值作为第三阶段充电电流。
即第三阶段充电电流是比温控快充法计算的充电电流和电池最大充电能力都还要小的电流。
S105、当SOC值大于等于快充目标SOCXFC且快充电池的温度小于温度安全阈值Ts，则快充电池按照第四阶段充电电流进行充电，直至电池充满。
本实施例中若SOC＞80％且快充电池温度＜45℃，则使用逐步降低的电流进行充电，直至电池充满。
其中，第四阶段充电电流中的最大电流小于第三阶段充电电流。
本实施例中，若SOC值大于等于快充目标SOCXFC且若快充电池的温度大于温度安全阈值Ts，则停止对快充电池进行充电。
下面利用本实施例提供的方法，对控制的效果进行举例说明：
若快充电池从0％充到80％的最大充电能力(即最大充电电流)为504A。
(1)如图2所示，图中显示了未使用上述方法中的充电策略对电池进行充电的电流和温度的变化：刚开始充电时，用最大倍率504A进行快充，SOC值未达到80％前，温度会达到45℃，使得充电电流下降为126A。当温度下降后，电流又从126A升回504A，当SOC值超过80％后，温度不超过45℃，电流会降低为252A，126A，63A，25.2A，直到充满。由图可知0-80％充电时间为16.95min，0-100％充电时间为36.6min。
(2)如图3所示，图中显示了使用上述方法中的充电策略对电池进行充电的电流和温度的变化：刚开始充电时，用最大倍率504A进行快充；在41℃后，使用温控快充法计算的充电电流进行充电，提前降低充电电流，降低了温升速率；当SOC值未达到80％前，温度达到45℃后，电流会降低为252A；当SOC超过80％后，温度不超过45℃，电流逐步降低为126A，63A，25.2A，直到充满。由图可知0-80％充电时间为13.25min，0-100％充电时间为32.43min。
相比上述两种情况，第二种情况所用的充电时间比第一种情况少了4分多钟，即使用本发明提供的方法中的充电战略对电池进行充电，缩短了充电时间，提升了快充能力。若该充电战略用于对电动车的电池充电，可以缩短用户等待时间，提升用户体验感。
根据上述例子可知本实施例提供的方法的优势是可以根据快充电池包当前的条件，实时计算相应的电流，根据电池的温度，及时调整快充电池的充电电流，在最高温度的限制下，缩短了整个充电过程的时间。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于计算机可读存储介质中。
应当注意，尽管在附图中以特定顺序描述了上述实施例的方法操作，但是这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。相反，描绘的步骤可以改变执行顺序。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
实施例2：
如图4所示，本实施例提供了一种电池管理***，该***包括温度监控模块401、SOC监控模块402、计算模块403和电流选择模块404，其中：
温度监控模块401，用于监测快充电池的实时温度；
SOC监控模块402，用于监测快充电池的SOC值；
计算模块403，用于快充电池的温度每升高设定阈值，根据温度监控模块401和SOC监控模块402监测的电池的实时温度和SOC值，利用温控快充法重新计算一次充电电流；
电流选择模块404，用于根据所述温度监控模块和SOC监控模块检测的电池的实时温度和SOC值，选择快充电池的充电电流，包括：刚充电时，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度达到设定温度且监测到的SOC值小于快充目标SOCXFC时，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC时，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低。
其中，计算模块403包括测试统计单元，用于测试电池数据，电池数据包括温升速率和平均充电电流；
即温度每升高设定阈值，根据测试统计单元测试的电池数据以及电池的实时温度和SOC值，利用温控快充法更新一次计算充电电流；
进一步的，上述电池管理***还包括电池充满模块405；
电池充满模块405，用于当SOC值大于等于快充目标SOCXFC且快充电池的温度小于温度安全阈值Ts时，则快充电池按照第四阶段充电电流进行充电，直至电池充满。
本实施例中各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述；需要说明的是，本实施例提供的***仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
综上所述，本发明提供的根据温度控制电池快充充电电流的方法，应用于电池管理***，当快充电池充电时，开启温控快充法计算充电电流，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度达到设定温度，温度每升高设定阈值，则利用温控快充法更新一次计算电流；当快充电池的温度达到设定温度且SOC值小于快充目标SOCXFC，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电，否则快充电池继续按照第一阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低。在充电过程中，根据实时测得的电池温度以及SOC值，及时调整电池的充电电流，在电池最高温度达到安全阈值前，提前降低充电倍率，使温度控制在安全阈值内，有效缩短了整个充电过程的时间；由于温度控制在安全阈值内，因此能够更好的保护电池，并提升其安全性能。
以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种根据温度控制电池快充充电电流的方法，应用于电池管理***，其特征在于，所述方法包括：
当快充电池充电时，开启温控快充法计算充电电流，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电；
当快充电池的温度达到设定温度，快充电池的温度每升高设定阈值，则利用温控快充法更新一次计算电流；
当快充电池的温度达到设定温度且SOC值小于快充目标SOCXFC，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电，否则快充电池继续按照第一阶段充电电流进行充电；所述第二阶段充电电流为温控快充法计算的充电电流；
当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低；
所述温控快充法，包括：
设充电电流I，充电电流I充电至快充目标SOCXFX的充电时间为t，则：
I×t＝(SOCXFF-SOC0)×Crate
vT×t＝Ts-T0
其中：
SOC0—每次计算充电电流时的SOC值；
T0—每次计算充电电流时的温度值；
v0—温度升高设定阈值的温升速率；温度每次升高设定阈值，统计一次；
I0—温度升高设定阈值的平均充电电流；温度每次升高设定阈值，统计一次；
vT—计算出充电电流I后，相应的温升速率；
Crate—快充电池额定容量；
μ—温升速率相关的经验系数，取值为0.5-2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定温度为40℃或41℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阶段充电电流为快充电池的最大充电能力。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三阶段充电电流小于第一阶段充电电流，并且小于第二阶段充电电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度安全阈值Ts为45-50℃中任一温度，所述快充目标SOCXFC为80％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定阈值为0.5-1℃中任一温度。
7.一种电池管理***，其特征在于，所述***包括：
温度监控模块，用于监测快充电池的实时温度；
SOC监控模块，用于监测快充电池的SOC值；
计算模块，用于快充电池的温度每升高设定阈值，根据所述温度监控模块和SOC监控模块检测的电池的实时温度和SOC值，利用温控快充法重新计算一次充电电流；
电流选择模块，用于根据所述温度监控模块和SOC监控模块检测的电池的实时温度和SOC值，选择快充电池的充电电流，包括：刚充电时，快充电池按照第一阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度达到设定温度且监测到的SOC值小于快充目标SOCXFC时，若温控快充法计算的充电电流小于第一阶段充电电流，则快充电池按照第二阶段充电电流进行充电；当快充电池的温度超过温度安全阈值Ts且SOC值小于快充目标SOCXFC时，则快充电池按照第三阶段充电电流进行充电，用于保证快充电池的温度逐渐降低；所述第二阶段充电电流为温控快充法计算的充电电流；
所述温控快充法，包括：
设充电电流I，充电电流I充电至快充目标SOCXFC的充电时间为t，则：
I×t＝(SOCXFC-SOC0)×Crate
vT×t＝Ts-T0
其中：
SOC0—每次计算充电电流时的SOC值；
T0—每次计算充电电流时的温度值；
v0—温度升高设定阈值的温升速率；温度每次升高设定阈值，统计一次；
I0—温度升高设定阈值的平均充电电流；温度每次升高设定阈值，统计一次；
vT—计算出充电电流I后，相应的温升速率；
Crate—快充电池额定容量；
μ—温升速率相关的经验系数，取值为0.5-2。
8.一种电动车，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的方法对其快充电池进行充电。
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