車用電池充電控制技術的製作方法
2023-05-23 19:00:36 2
專利名稱：車用電池充電控制技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車用電池充電控制技術。更具體地，本發明涉及一種用於在對安裝在例如電動車等中使用的電池進行充電時考慮電池的耐用性而控制電池充電操作的技術。
背景技術：
安裝在電動車等中使用以提供驅動車輛/向車輛 提供動力所需的能量的電池的特性會隨溫度狀況等而變化。大部分時間車輛在具有正常溫度條件(32-90° F)的環境中運轉，因此，在其設計中通常將車輛中的電氣系統開發成滿足正常溫度條件。
然而，當將如上面所描述的電池那樣的電池用於低溫環境(例如，就像通常在北方氣候中所見到的零度以下的環境)時，與在正常溫度中使用電池相比，電池的特性可能會明顯退化。此外，當同時在正常溫度和低溫中使用相同的電流量時，如果電池持續在較低溫中使用，那麼由於電池的化學特性，會縮短該電池的壽命等。
具體來說，當電池的溫度降到某個溫度以下時，產生電力的被激活的鋰離子明顯地遲緩，以致鋰離子以金屬鋰的狀態析出在電極表面上(例如，產生鋰電鍍(L1-plating) 現象)，從而引起例如容量降低、內阻增加等惡化特性。
常規地，慢速充電技術已經被用來以小電流對大多數電池充電，並且快速充電方法已經被用來在短時間內對電池充電。慢速充電需要長時間地以小電流對電池充電。在這種情況下，慢速充電以足夠小的電流對電池充電，從而防止由於輸入電流帶來的電池異常反應而引起的現象(例如，容量降低、內阻增加等)。因此，慢速充電可以被認為是安全的充電技術，然而，其需要花費令人不悅的時間量來對電池進行充電。
另一方面，快速充電需要在短時間內完成充電，因此，以較大電流進行充電。因此， 不同於慢速充電，快速充電總是面臨由於充電周期過程中的異常反應(在充電周期間內的溫度增加等)而引起的電池性能的下降，並且當在低溫下用大電流進行充電時，可能存在由於鋰(Li)電鍍等引起的更加致命的電池性能的下降。
然而，由於充電需要在相當短的時間段內完成以確保駕駛員可方便地使用車輛， 優選在不降低電池耐用性的範圍內的快速時間內進行充電。
作為上述背景技術所描述的內容僅為改善對本發明背景的理解。發明內容
本發明致力於提供一種車用電池充電控制技術，其被配置成通過在對安裝在車輛中的電池進行充電的同時,將電池的充電控制在適於溫度環境的電流比率(current rate) 來防止電池惡化，從而改善電池的耐用性。本發明還被配置成，儘可能迅速地充電以改進車輛的便利性。
在本發明的示例性實施方式中，車用電池充電控制方法包括基於在以特定電流比率充電時在各個給定溫度下是否出現電池的惡化現象，形成隨著在不發生電池惡化的範圍內的溫度而變化的對電池充電的峰(最大)電流的映射關係(map)，以確定在給定溫度下不發生惡化現象的電流範圍；輸入電池的溫度並從輸入溫度的映射關係計算出最大電流值；並且將電池的充電電流控制在最大電流值的範圍內。
在一些實施方式中，控制單元被配置成輸入電池的溫度並從映射關係計算出該輸入溫度的最大電流值，其中該映射關係形成隨著在不出現電池惡化的電流範圍內的溫度而變化的用於對電池充電的最大電流；並且基於電池的輸入溫度，將電池的充電電流控制在最大電流值的範圍內。
在另一實施方式中，車用電池充電控制裝置包括輸入單元，被配置成接收電池的溫度；控制器，被配置成包括由隨著不出現電池惡化的範圍內的溫度而變化的為電池充電的最大電流而形成的映射關係，根據從輸入單元輸入的溫度從映射關係計算出最大電流並根據所計算的最大電流來確定電池的充電電流和充電電壓；以及輸出單元，被配置成由控制器所確定的充電電流和充電電壓來控制電池的充電操作。
以下討論本發明的其他方面和優選實施方式。
現在將參考在附圖中圖示的某些示例性實施方式來詳細描述本發明的以上和其他特徵，附圖在下文中僅以示例的方式給出，因此不限制本發明，其中
圖1是根據本發明示例性實施方式的根據在目標電池可能經受的溫 度範圍內的各個溫度和電池的電流流速來測試是否發生電池惡化現象的表格；
圖2是以圖形的形式示出由隨著在不出現電池惡化的範圍內的溫度而變化的能夠對電池充電的最大電流形成的且使用圖1的表格所確定的映射關係的圖3是示出根據本發明示例性實施方式的車用電池充電控制方法的例子的流程圖；以及
圖4是示出根據本發明示例性實施方式的車用電池充電控制裝置的例子的流程圖。
應當理解的是，附圖不必要成比例，而是呈現出闡明本發明基本原則的各種優選特徵的略微簡化的表示。本文中公開的本發明的具體設計特徵，例如具體尺寸、取向、位置和形狀，將部分地由特定意向的應用和使用環境來決定。
在附圖中，參照數字是指貫穿附圖的本發明的相同或等同部分。
具體實施方式
在下文中，將會詳細做出對本發明多種實施方式的參考，其中的例子在附圖中圖解並在下面說明。儘管本發明將結合示例性實施方式進行描述，但應該理解，本說明書不意在將本發明局限於那些示例性實施方式。相反，本發明旨在不僅包括示例性實施方式，而且還包括多種替換、修改、同等物以及其他的實施方式，這些可以包括在所附權利要求限制的本發明的精神和範圍內。
應該理解的是，在本文中用到的術語「車輛」或「車輛的」或其他類似術語一般包括機動車輛，例如載客汽車，包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車和各種商用車輛； 包括各種船和艇在內的水運工具；飛行器等；還包含混合動力車、電動車、插電式混合電動車、氫動力車和其他替代燃料車(例如，從非石油資源得來的燃料)。本文中提到的混合動力車是具有兩種或更多種動力來源的車，例如同時為汽油動力和電動力的車。
參照圖1 3，根據本發明的示例性實施方式的車用電池充電控制技術包括在電池當前所正在經受的溫度範圍中施加特定的電池電流比率，基於電池的惡化現象是否在各個溫度出現，來形成隨著在電池的惡化不出現的範圍內的溫度而變化的能夠對電池充電的最大電流的映射關係(Sio);輸入電池的溫度並從該輸入溫度的映射關係中計算出最大電流值(S20);並且基於該輸入溫度將電池的充電電流控制在最大電流值的範圍內(S30)。
也就是說，根據本發明的示例性實施方式的控制技術測試是否當電池在特定溫度下(在極低溫)以特定電流比率進行充電時由於鋰沉澱(鋰電鍍)現象而出現電池的惡化， 基於所測試的數據，來獲得在電池的現在溫度下能夠對電池充電而不造成電池惡化的最大電流，並且相應地對電池進行充電，從而可以實現在確保電池耐用性的範圍內儘可能最迅速的充電。
作為參考，電流比率定義如下
電流比率(A)=充電/放電電流(A) /電池額定量(battery rate capacity)。
為形成映射關係(SlO)，可以將映射關係的溫度範圍限制於等於或小於車輛通常經受的最小正常溫度(例如，32° F或0°C)的溫度範圍。原因在於，該溫度範圍極不可能引起電池在正常溫度條件下的惡化，並且用於存儲映射關係的存儲空間可能由此而被降至最小。
通常來說，電池的溫度趨於在充電過程中被逐漸升高，因此，考慮到這種趨勢，優選通過周期性和反覆性地測量和接收電池的溫度(例如，通過傳感器)來控制溫度。通過反覆地重新計算(S20)所供給的電流並控制在充電過程中所供給的電流(S30)來反映 (reflect) 隨著充電而變化的電池溫度變化，甚至可以增強充電速度。
當控制對電池的充電時(S30)，可以將電池的充電電流控制在最大電流值以使可能的充電時間最小化，這有助於改善車輛的便利性。同時，可以在車輛開發時大體上形成映射關係。在實際車輛中，電池的充電僅基於來自於預先提供的映射關係的數據，通過電流供應運算(S20)來加以控制。
圖4是示出能夠實現上述提及的功能的車用電池充電控制裝置的例子的框圖。該電池充電控制裝置包括含有多個單元的控制單元400。示例性地，被配置成接收電池的溫度的輸入單元10，以及被配置成包括映射關係的控制器20，其中該映射關係由隨著在不出現電池惡化的範圍內的溫度而變化的能夠對電池充電的最大電流形成。控制器20還根據從輸入單元10輸入的溫度從映射關係中計算最大電流，並且根據所計算的最大電流來確定電池的充電電流和充電電壓，該裝置還包括根據控制器20所確定的充電電流和充電電壓來控制電池的充電操作的輸出單元30。
雖然以上裝置被描述為被多個控制器/單元控制，但是這些單元可以被組合為任何單元的組合，即單個控制器或多個控制器和傳感器。
此外，如上所述配置的控制裝置執行如上所述的充電控制技術，從而安裝在車輛中的電池可以在低於正常溫度的溫度條件下在電池的耐用性不受阻礙的範圍內進行更加迅速地充電。
如上所述，本發明的示例性實施方式通過將電池充電期間的電流比率控制在適合於電池充電時正經受的溫度環境的電流比率，來防止電池的惡化，從而提高電池的耐用性。 本發明的示例性實施方式還能夠儘可能快速地對電池充電以改進車輛的便利性。
儘管已經結合當前被認為是實踐示例性的實施方式來說明本發明，應該理解的是，本發明並不受限於所公開的實施方式，相反，旨在涵蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的各種更改和等同設置。
權利要求
1.一種車用電池充電控制方法，其包括通過控制單元形成隨溫度範圍而變的對車輛中的電池在所述電池的當前溫度下進行充電而不使所述電池惡化的最大電流的映射關係；通過所述控制單元輸入所述電池的溫度，並從所輸入溫度的映射關係中計算出最大電流值；並且通過所述控制單元將所述電池的充電電流控制在所述最大電流值的範圍內。
2.如權利要求1所述的方法，其中，將所述映射關係的溫度範圍限制在小於車輛通常經受的最低正常溫度的溫度範圍。
3.如權利要求1所述的方法，還包括，通過周期性和反覆地測量並接收所述電池的溫度來控制溫度，並且通過對所施加的電流進行反覆地重新計算並控制充電以反映所述電池的溫度變化。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述控制單元將所述充電電流設置為所述最大電流值。
5.一種車用電池充電控制方法，其包括將電池的溫度輸入控制單元；通過所述控制單元基於映射關係來計算輸入溫度的最大電流值，所述映射關係包括， 用於在所述輸入溫度下對所述電池進行充電且不對所述電池造成因在所述輸入溫度下的電流值而引起的惡化的最大電流範圍；並且通過所述控制單元將在所述電池充電期間所供給的電流控制在所述最大電流值的範圍內。
6.如權利要求5所述的方法，還包括，通過周期性和反覆地接收所述電池的新溫度測量來調整所述輸入溫度，並且通過反覆地重新計算所施加的電流並控制所施加的充電電流以反映所述電池的溫度變化。
7.一種車用電池充電控制裝置，其包括輸入單元，被配置成接收電池的溫度；控制器，被配置成，包括具有隨著在不發生電池惡化的範圍內的多個溫度而變化的電池最大電流充電範圍的映射關係，並且根據從所述輸入單元輸入的溫度基於所述映射關係來計算出最大電流並根據所計算的最大電流來確定所述電池的充電電流和充電電壓；以及輸出單元，被配置成根據所確定的充電電流和充電電壓來控制所述電池的充電操作。
全文摘要
本發明公開了一種電池充電技術，其在給安裝在車輛中的電池充電時，通過將電池的充電控制在適合於電池正充電時當下溫度環境的電流比率來防止電池的惡化，從而改進電池的耐用性；同時，使得電池儘可能快速地充電以提高車輛的便利性。
文檔編號H02J7/00GK103022585SQ20111045451
公開日2013年4月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年9月26日
發明者金宇成, 趙一 申請人:現代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社