使用组合的恒定电流和恒定电压充电对电池进行快速充电的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种充电系统(10)以及对电池进行快速充电的方法。相应地，所述充电系统(10)和方法包含通过BMS(105)来连续地监测与一个或多个电池(100)相关的数据，使用控制单元并且读取所述电池(100)的充电状态(SOC)。如果检测到所述电池(100)的充电状态小于预定BSOC，则将充电器(110)设置为恒定电流模式，用于对所述电池(100)进行快速充电。如果检测到所述电池(100)的充电状态大于所述预定BSOC并且小于所述电池(100)的满充电容量，则将充电器(110)设置为恒定电压模式，用于对电池(100)进行缓慢且更安全的充电。进行缓慢且更安全的充电。进行缓慢且更安全的充电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用组合的恒定电流和恒定电压充电对电池进行快速充电的系统和方法


[0001]本主题涉及电池。更具体地，本主题涉及对电池进行充电的系统和方法。

技术介绍

[0002]对锂离子(Li
‑
ion)电池日益增长的需求已经加速了对新的最佳充电方法的需求，以在不会降低电池性能和寿命的情况下提高充电过程的速度和可靠性。在过去十年中，已经做出了许多努力来开发商用锂离子电池的最佳充电策略。锂离子(Li
‑
ion)电池正被商业化用于插电式混合动力(PHEV)和电动汽车(EV)，因为与铅酸和镍金属氢化物替代品相比，锂离子电池具有能量密度更高、寿命更长的优点。EV或混合动力汽车需要车载电池为其电驱动系统提供动力，并且使用电机作为原动机。然而，与燃料驱动的内燃机的再加燃料相比，电池充电过程更加繁琐和复杂。此外，锂离子电池的充电速度恰好是电动汽车普及的主要瓶颈。
附图说明
[0003]参考附图来描述具体实施方式。在整个附图中使用相同的数字来指代相似的特征和组件。
[0004]图1例示了交互以执行本专利技术所公开的方法的元件的框图。
[0005]图2例示了根据本专利技术的实施例的电流和电压对时间的图形表示。
[0006]图3例示了本专利技术所公开的对电池进行快速充电的方法的流程图。
具体实施方式
[0007]本专利技术的各种特征和实施例将从对本专利技术的如下进一步描述中可看出。预期本专利技术的公开内容可以在不违背本主题的精神的情况下被应用于任何车辆。构成主要部分的、本专利技术以外的部分的结构的详细说明已在适当的地方被省略。
[0008]通常，基于化石的燃料的高成本及其对污染的影响正导致替代交通工具的研发。此外，原始设备制造商(OEM)和客户正被迫走上减少二氧化碳排放的道路。一种可行的方式是使动力传动系统电气化，该动力传动系统能够驱动车辆，同时需要在车辆内部留出空间来配置足够大的电池组，以便在一次充电时提供足够的使用范围。电动汽车由电池提供动力。另一种可行的方式包括配置具有混合动力系统以使用多种能源运行的车辆，其中一种能源是电池。为了提供令人满意的用户体验，充分充电的电池起着非常关键的作用。然而，它需要大量的能量，以对电池进行充电并维持这些电池的充电状态。对电池进行不必要的充电或过度充电会对电池的能效产生负面影响。
[0009]主要流行的锂离子电池在指定的工作电压内安全地工作；但是，如果不小心充电至高于指定电压的电压，则电池会变得不稳定。例如，对于设计为4.10伏/电池(cell)的锂离子电池，长时间充电超过4伏会导致在阳极上形成金属锂板，这是不希望的。此外，作为结
果，正极材料变成氧化剂，失去稳定性并产生二氧化碳(CO2)。
[0010]一般来说，锂离子电池充电策略可以根据内部模型大致分为三类。第一类是无模型方法，包括恒定电流(CC)、恒定电流恒定电压(CC
‑
CV)、多级CC
‑
CV和脉冲充电技术。这些方法结合了具有固定电流、电压和/或功率限制的预定义充电配置文件(profile)。然而，基于所提供的输入的电池动力学响应被忽略，这导致了前面提到的一个或多个问题。因此，这促使并需要设计者探索先进的充电策略以满足快速充电要求，同时减轻对电池健康状态(SOH)的任何不利影响。第二类充电策略利用了经验模型，诸如基于等效电路的模型以及神经网络模型。这些模型使用过去的实验数据来预测电池状态并计算电气元件。经验模型计算快速且简单，但无法反映基于物理的参数和电池老化。因此，面向经验模型的充电控制协议可能在某些周期后无法正常工作。第三类充电方法基于由更复杂的动力学和传输方程控制的电化学模型。可以制定闭环优化问题来最小化充电时间并补偿模型不确定性和干扰。此外，温度变化也可以用与热相关的方程式来预测。当被设计用于与状态观察器一起工作时，这种基于电化学的控制方法接近于实时电池功能。然而，这种充电方法和求解相关的全阶非线性偏微分方程(PDE)所产生的棘手计算复杂性限制了该方法在实时充电控制器中的进一步应用。
[0011]此外，增加充电速率可能导致不希望的温度升高并加速电池中的副反应。因此，需要同时考虑快速充电和电池健康之间的权衡。因此，电池的最佳充电方案已经在EV/PHEV的研究领域中引起了广泛关注。期望适当的最佳充电协议来提高充电效率，使任何性能衰减最小化，并维持锂离子电池(LIB)系统的安全运行。通常，电池充电器被设计为利用CC
‑
CV充电配置文件对电池进行充电。在CC
‑
CV充电器中，电池最初以恒定电流进行充电，直到电池电压达到预设的最大充电电压，然后充电电压保持恒定，直到电流降至预设的最小值。充电器恒定电压对应于电池最大电压。
[0012]然而，从恒定电流充电到恒定电压充电的转变取决于电路的电压降(IxR)，其中，R表示充电器和电池之间的串联电阻，I表示电流。可以通过降低等效串联电阻来进一步延长该转变点。然而，完全消除转变点是不可能的。在转变点之后，充电器电压保持恒定，而电池电压随着电池充电而升高。这种转变通常发生在电池的充电状态(SOC)的75％至80％左右。值得注意的是，在转变点之后，充电速率急剧下降。因此，使用CC充电将电池充电至75％SOC所需的时间等于使用CV充电为剩余的25％SOC充电所需的时间。充电时间的增加如下：
[0013]t
cc
‑
在恒定电流模式下将电池充电至75％所需的时间
[0014]t
cv
‑
在恒定电压模式下将电池从75％充电至100％所需的时间在常规CC
‑
CV充电方法中，通常
[0015]t
cc
＝t
cv
[0016]因此，总充电时间如下：
[0017]t
chargin.cccv
＝t
cc
+t
cv
[0018]t
charg ing.cccv
＝2 t
cc
[0019]类似地，当采用纯恒定电流模式而不采用恒定电压模式对电池进行充电时：
[0020]t
charging.cc
‑
仅通过恒定电流模式对电池进行充电直到100％SOC所需的时间
[0021][0022]结果，CCCV模式下的总充电时间证明是CC模式下的总充电时间的1.5倍，如下式所示：
[0023][0024]实际上，当不采用恒定电流充电时，观察到时间增加了50％。在已知技术中，为了减少对电池进行充电所需的时间，提出了利用恒定电流对电池进行充电直到电池被充满电。在已知技术中，当检测到电池被充满电时，停止充电。然而，在已知技术中，电池满充电状态由IR
’
降确定，其中，R
’
表示串联阻抗。由于串联阻抗是可变参数，并且取决于环境条件、电池温度、SOC、电池寿命等，因此很难在对电池进行充电时动态地估算串联阻抗的精确值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于车辆的充电系统(10)，所述充电系统(10)包括：一个或多个电池(100)；充电器(110)，所述充电器(110)与控制单元电子通信；电池管理系统(BMS)(105)；其中，所述充电器(110)配置为供应恒定电流达预定持续时间，直到所述一个或多个电池(100)的SOC小于预定BSOC(电池充电状态)；其中，所述BMS(105)配置为确定所述充电器(100)的充电模式，并且所述一个或多个控制单元配置为连续地监测BSOC(电池充电状态)；并且其中，所述充电器(110)配置为当所述一个或多个电池(100)的SOC(充电状态)大于由所述控制单元确定的预定BSOC(电池充电状态)时供应恒定电压，并且所述BMS(105)和所述充电器(110)配置为当SOC等于充满电时停止充电。2.如权利要求1所述的充电系统(10)，其中，所述预定BSOC是用于从恒定电流(CC)模式转换到恒定电压模式(CV)的参数，并且所述预定BSOC(电池充电状态)的值在95％至99.5％的范围内。3.如权利要求1所述的充电系统(10)，其中，所述充电器(110)的恒定...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：TVS电机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：