專利名稱：電池充電裝置和電池充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池充電裝置和電池充電方法。
背景技術(shù)：
日本專利申請(qǐng)公布2003-079059公開了一種對(duì)組合電池進(jìn)行充電的方法，該組合電池由彼此連接的多個(gè)鋰二次電池單元(cell)(諸如鋰離子電池單元)構(gòu)成。在此方法中，將每個(gè)鋰二次電池單元的當(dāng)前端電壓與特定滿充電電壓值進(jìn)行比較。當(dāng)至少一個(gè)所述鋰二次電池單元的端電壓已經(jīng)達(dá)到滿充電電壓值時(shí)，充電電流開始逐漸降低，使得其它電池單元可以被逐漸充電到滿充電狀態(tài)，同時(shí)將滿充電電池單元的端電壓保持在滿充電電壓值
發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述方法，甚至當(dāng)電池單元的端電壓低于滿充電電壓值時(shí)，取決于充電電流或充電功率的大小，鋰的沉積(即，鋰枝晶在負(fù)電極板上的沉積)也可能在電池單元中發(fā)生。這可能對(duì)電池的性能產(chǎn)生負(fù)面影響?？紤]到以上所述，期望提供一種電池充電裝置和電池充電方法，通過它們可以適當(dāng)?shù)胤乐逛囋陔姵氐碾姵貑卧谐练e。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于對(duì)包括鋰二次電池單元的電池進(jìn)行充電的電池充電裝置，所述電池充電裝置包括充電部分，配置為利用設(shè)置為第一設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的至少一個(gè)對(duì)所述鋰二次電池單元進(jìn)行充電；電壓測(cè)量部分，配置為獲得所述鋰二次電池單元的端電壓的測(cè)量值；以及控制部分，配置為基于所述第一設(shè)置點(diǎn)計(jì)算鋰沉積閾值電壓值，其中假定當(dāng)所述端電壓高于所述鋰沉積閾值電壓值時(shí)，鋰沉積在所述鋰二次電池單元中；將所述端電壓的測(cè)量值與所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述比較控制充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種利用設(shè)置為預(yù)定設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的至少一個(gè)對(duì)電池進(jìn)行充電的電池充電方法，其中所述電池包括鋰二次電池單元，所述電池充電方法包括基于所述設(shè)置點(diǎn)計(jì)算鋰沉積閾值電壓值，其中假定當(dāng)所述鋰二次電池單元的端電壓高于所述鋰沉積閾值電壓值時(shí)，鋰沉積在所述鋰二次電池單元中；將所述端電壓與所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值進(jìn)行比較；以及根據(jù)所述比較控制充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)。


圖I是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池系統(tǒng)的構(gòu)造的圖。圖2是示出根據(jù)該實(shí)施例的電池系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的圖。圖3是示出充電電流與鋰沉積閾值電壓值之間的關(guān)系的曲線圖。圖4是示出根據(jù)本實(shí)施例的對(duì)電池充電的處理的流程圖。圖5是示出如何通過根據(jù)本實(shí)施例的電池充電裝置和電池充電方法對(duì)每個(gè)電池單元進(jìn)行充電的示例的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池系統(tǒng)的構(gòu)造。此電池系統(tǒng)被配置為用于電動(dòng)車輛或混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的電源。該電池系統(tǒng)不限于此，而是可以應(yīng)用于其它系統(tǒng)。如圖I中所示，電池系統(tǒng)包括組合電池I。組合電池I由彼此串聯(lián)連接的多個(gè)電池單元2構(gòu)成。組合電池I通過接線盒3連接到充電器9和車輛負(fù)載10。接線盒3容納主繼電器4、5，其中主繼電器4將組合電池I的一端連接到導(dǎo)向充電器9和車輛負(fù)載IO的線，并且主繼電器5將組合電池I的另一端連接到導(dǎo)向充電器9和車輛負(fù)載10的另一條線。車輛負(fù)載10包括啟動(dòng)器馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等。接線盒3配備有電流傳感器6、預(yù)充電繼電器7、電阻8、以及主繼電器4、5。電流傳感器6被配置為測(cè)量對(duì)組合電池I充電或放電的充電和放電電流。預(yù)充電繼電器7和電阻8彼此串聯(lián)連接，并且與主繼電器5并聯(lián)連接。電流傳感器6向微計(jì)算機(jī)14發(fā)送指示關(guān)于測(cè)量的充電和放電電流的信息的信號(hào)。 另一方面，電池控制器11由電池單元控制器IC (電池單元控制器集成電路)12、總電壓傳感器13以及微計(jì)算機(jī)14構(gòu)成。電池單元控制器IC 12被配置為測(cè)量每個(gè)電池單元12的端電壓，并監(jiān)視每個(gè)電池單元12是否被施加過度充電或過度放電?？傠妷簜鞲衅?3被配置為測(cè)量組合電池I的總端電壓。微計(jì)算機(jī)14包括用于存儲(chǔ)用于控制組合電池I的程序和數(shù)據(jù)的ROM (只讀存儲(chǔ)器)、以及用于在計(jì)算期間臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的RAM (隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)。如圖I中所示，每個(gè)電池單元控制器IC 12連接到作為一個(gè)單元的四個(gè)電池單元2，用于測(cè)量四個(gè)電池單元2的端電壓和監(jiān)視四個(gè)電池單元2的過度充電或過度放電。電池單元控制器IC 12向微計(jì)算機(jī)14發(fā)送指示所獲得的關(guān)于四個(gè)電池單元12的信息的信號(hào)。如圖I中所示，提供多個(gè)溫度傳感器15用于測(cè)量電池單元2的溫度。每個(gè)溫度傳感器15向微計(jì)算機(jī)14發(fā)送指示關(guān)于所測(cè)量的溫度的信息的信號(hào)。在此示例中，每四個(gè)電池單元2提供一個(gè)溫度傳感器15?？梢孕薷拇藰?gòu)造，使得每?jī)蓚€(gè)電池單元2提供一個(gè)溫度傳感器15。微計(jì)算機(jī)14接收關(guān)于電流傳感器6獲得的組合電池I的充電和放電電流I、電池單元控制器IC 12獲得的每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vm11、總電壓傳感器13獲得的組合電池I的總電壓V、以及溫度傳感器15獲得的每個(gè)電池單元2的電池單元溫度T的信息。電池控制器11使微計(jì)算機(jī)14基于充電和放電電流I、電池單元電壓Veell、總電壓V和電池單元溫度T執(zhí)行計(jì)算，并基于所述計(jì)算控制組合電池I的充電操作。下面參考圖2描述控制組合電池I的充電操作的電池充電方法。圖2示出了根據(jù)該實(shí)施例的電池系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其關(guān)注于系統(tǒng)控制器100、電池控制器11和充電器9的構(gòu)造，其中省略了其它組件。在此控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)控制器100是高層(level)控制器，用于控制電池控制器11和充電器9。系統(tǒng)控制器100被配置為響應(yīng)于安裝了電池系統(tǒng)的車輛連接到外部充電器等的條件而開始對(duì)組合電池I進(jìn)行充電。具體地，系統(tǒng)控制器100判定是否開始充電模式，通過將充電模式請(qǐng)求發(fā)送到電池控制器11和一些其它安裝在車輛上且用于充電操作的控制器而將車輛系統(tǒng)從常規(guī)模式轉(zhuǎn)變到充電模式。
在接收到來(lái)自系統(tǒng)控制器100的充電模式請(qǐng)求時(shí)，電池控制器11使微計(jì)算機(jī)14判定組合電池I是否已被滿充電。響應(yīng)于組合電池I未被滿充電的判定，微計(jì)算機(jī)14計(jì)算要對(duì)組合電池I充電的充電功率P。下面詳細(xì)描述計(jì)算充電功率P的方法。電池控制器11向系統(tǒng)控制器100發(fā)送指示微計(jì)算機(jī)14計(jì)算的充電功率P的信號(hào)、以及指示允許對(duì)組合電池I進(jìn)行充電的充電允許信號(hào)。在接收到來(lái)自電池控制器11的充電允許信號(hào)和充電功率P的信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)控制器100基于來(lái)自電池控制器11的充電允許信號(hào)和充電功率P向充電器9發(fā)送充電功率命令信號(hào)。響應(yīng)于此充電功率命令信號(hào)，充電器9開始利用微計(jì)算機(jī)14計(jì)算的充電功率P向組合電池供應(yīng)充電功率。另一方面，在開始了對(duì)組合電池I的充電操作之后，電池控制器11重復(fù)地通過微計(jì)算機(jī)14判定組合電池11是否被滿充電。響應(yīng)于組合電池I被滿充電的判定，電池控制器11向系統(tǒng)控制器100發(fā)送充電停止請(qǐng)求。在接收到充電停止請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)控制器100向充電器9發(fā)送充電停止命令信號(hào)，使得充電器9對(duì)組合電池I的充電操作終止。 下面描述微計(jì)算機(jī)14如何確定充電功率P。圖3示出了充電電流與鋰沉積閾值電壓值Vdep之間的關(guān)系，其中，當(dāng)鋰二次電池單元的端電壓低于鋰沉積閾值電壓值時(shí)，鋰的沉積(鋰枝晶在負(fù)電極板上的沉積)發(fā)生在鋰二次電池單元之內(nèi)。在圖3中，三條曲線表示低溫條件下的關(guān)系、中等溫度條件下的關(guān)系、高溫條件下的關(guān)系。如圖3所示，在高溫條件下，當(dāng)充電電流I高于O并低于值I3時(shí)，鋰沉積閾值電壓值Vdep恒定。當(dāng)充電電流I高于值I3時(shí)，鋰沉積閾值電壓值Vdep傾向于隨著充電電流I的增加而降低。鋰沉積閾值電壓值Vdep在其它條件下(S卩，在低溫條件下、和在中等溫度條件下)具有類似的趨勢(shì)。具體地，在中等溫度條件下，當(dāng)充電電流I高于O且低于值I2時(shí)，鋰沉積閾值電壓值Vdep恒定。當(dāng)充電電流I高于值I2且低于值I5時(shí)，鋰沉積閾值電壓值Vdep傾向于隨著充電電流I的增加而降低。在低溫條件下，當(dāng)充電電流I高于O且低于值I1時(shí)，鋰沉積閾值電壓值Vdep恒定。當(dāng)充電電流I高于值I1且低于值I4時(shí)，鋰沉積閾值電壓值Vdep傾向于隨著充電電流I的增加而降低。如此，鋰二次電池單元具有鋰沉積閾值電壓值Vdep隨著充電電流的增加而降低的趨勢(shì)，其中該趨勢(shì)根據(jù)溫度條件而變化。如果利用相對(duì)大的充電電流或充電功率對(duì)鋰二次電池單元充電，則鋰二次電池單元的端電壓可能上升，使得鋰的沉積甚至在鋰二次電池單元的端電壓相對(duì)低時(shí)就開始。以此角度，優(yōu)選地將充電電流或充電功率保持為相對(duì)小，以便允許鋰二次電池單元的端電壓盡可能地上升并同時(shí)防止鋰的沉積。充電電流與鋰沉積閾值電壓值Vdep之間的關(guān)系取決于鋰二次電池單元的材料和結(jié)構(gòu)，并因此可以預(yù)先計(jì)算所述關(guān)系。通過本實(shí)施例解決上述關(guān)于鋰的沉積的問題，在本實(shí)施例中，預(yù)先針對(duì)不同的溫度計(jì)算多個(gè)表(充電電流相對(duì)于鋰沉積閾值電壓的表或I-Vdep表)，其中每個(gè)表表示充電電流與鋰沉積閾值電壓值Vdep之間的關(guān)系，并被存儲(chǔ)在電池控制器11的微計(jì)算機(jī)14的RAM中、以及被引用用于確定對(duì)組合電池I進(jìn)行充電的充電功率P。具體地，電池控制器11的微計(jì)算機(jī)14從溫度傳感器15接收關(guān)于電池單元溫度T的信息，并讀出I-Vdep表中對(duì)應(yīng)于電池單元溫度T的一個(gè)表。接著，微計(jì)算機(jī)14使用所讀取的表，基于電流傳感器6測(cè)量的充電和放電電流I計(jì)算鋰沉積閾值電壓值V_，并設(shè)置充電功率P以使得將每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vm11保持在鋰沉積閾值電壓值Vdep之下
(Vcell〈Vdep ) 可以考慮其它參數(shù)以及鋰二次電池單元的材料和結(jié)構(gòu)而準(zhǔn)備I-Vdep表。例如，此參數(shù)可以是以下中的至少一個(gè)電池單元控制器IC 12對(duì)每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vcell的測(cè)量誤差；測(cè)量延遲；以及對(duì)電池單元的充電操作所導(dǎo)致的紋波電流。此修改用于增強(qiáng)鋰沉積閾值電壓值Vdep的計(jì)算精度，從而可以有效地防止鋰在電池單元2中的沉積。被引用用于讀取I-Vdep表之一的電池單元溫度T可以是溫度傳感器15測(cè)量的溫度的平均。替代地，電池單元溫度T可以是溫度傳感器15測(cè)量的溫度中最高溫度或最低溫度。圖4是示出對(duì)組合電池I進(jìn)行充電的處理的流程圖。當(dāng)系統(tǒng)控制器100將車輛系統(tǒng)從常規(guī)模式(在該模式中充電器9不對(duì)組合電池I充電)轉(zhuǎn)變到充電模式時(shí)，開始此處理。 在步驟SI，電池控制器11的微計(jì)算機(jī)14判定是否從系統(tǒng)控制器100接收到充電模式請(qǐng)求。當(dāng)對(duì)步驟SI的回答是肯定的(“是”)時(shí)，微計(jì)算機(jī)14然后進(jìn)入步驟S2。另一方面，當(dāng)對(duì)步驟SI的回答是否定的(“否”)時(shí)，微計(jì)算機(jī)14重復(fù)地執(zhí)行步驟SI的操作。在步驟S2，微計(jì)算機(jī)14獲得來(lái)自電流傳感器6的充電和放電電流I、來(lái)自電池單元控制器IC 12的電池單元電壓Vm11、來(lái)自總電壓傳感器13的組合電池I的總電壓V、以及來(lái)自溫度傳感器15的電池單元溫度T。在步驟S3，微計(jì)算機(jī)14判定組合電池I是否被滿充電。通過檢查步驟S2中獲得的總電壓V并在總電壓V等于特定滿充電電壓值時(shí)判定組合電池I被滿充電，來(lái)實(shí)現(xiàn)該判定。當(dāng)對(duì)步驟S3的回答是“是”時(shí)，微計(jì)算機(jī)14從該處理返回而不進(jìn)行進(jìn)一步的充電操作。另一方面，當(dāng)對(duì)步驟S3的回答是“否”時(shí)，微計(jì)算機(jī)14進(jìn)入步驟S4。在步驟S4，微計(jì)算機(jī)14響應(yīng)于來(lái)自系統(tǒng)控制器100的充電模式請(qǐng)求而計(jì)算對(duì)組合電池I進(jìn)行充電的充電功率P的充電功率設(shè)置點(diǎn)Pp通過使用存儲(chǔ)在RAM中的I-Vdep表、基于電池單元電壓Vm11和電池單元溫度T進(jìn)行的計(jì)算而實(shí)現(xiàn)此計(jì)算。具體地，微計(jì)算機(jī)14讀出為電池單元溫度T準(zhǔn)備的表，并使用所選擇的表、基于電池單元電壓Vrall確定充電功率P。這用于防止通過施加充電功率P、電池單元電壓Vm11快速達(dá)到鋰沉積閾值電壓值Vdep。在步驟S5，微計(jì)算機(jī)14向系統(tǒng)控制器100發(fā)送在步驟S4中計(jì)算的充電功率P的充電功率設(shè)置Ap1的信號(hào)、以及充電允許信號(hào)。響應(yīng)于這些信號(hào)，系統(tǒng)控制器100向充電器9發(fā)送充電命令信號(hào)，使得充電器9利用設(shè)置為充電功率設(shè)置點(diǎn)Pl的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電。如此，充電器9開始利用設(shè)置為充電功率設(shè)置點(diǎn)P1的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電。在步驟S6，微計(jì)算機(jī)14獲得來(lái)自電流傳感器6的充電和放電電流I、來(lái)自電池單元控制器IC 12的電池單元電壓Vm11、來(lái)自總電壓傳感器13的組合電池I的總電壓V、以及來(lái)自溫度傳感器15的電池單元溫度T。在步驟S7，微計(jì)算機(jī)14基于在步驟S6中獲得的每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vrall計(jì)算最高電池單元電壓Vm11 h。最高電池單元電壓Vrell h是組合電池I中的所有電池單元2的端電壓中的最高端電壓。在步驟S8,微計(jì)算機(jī)14讀出為電池單元溫度T而準(zhǔn)備的I-Vdep表，并使用I_vdep表、基于充電電流I計(jì)算鋰沉積閾值電壓值V_。[數(shù)學(xué)I]在步驟S9，微計(jì)算機(jī)14將最高電池單元電壓Vm11 h與鋰沉積閾值電壓值Vdep進(jìn)行比較。當(dāng)最高電池單元電壓Vrell h低于鋰沉積閾值電壓值(VralW)時(shí)，微計(jì)算機(jī)14進(jìn)入步驟S12。另一方面，當(dāng)最高電池單元電壓Vm11 h高于或等于鋰沉積閾值電壓值Vdep(Vcell h彡Vdep)時(shí)，微計(jì)算機(jī)14進(jìn)入步驟S10。在步驟S10，微計(jì)算機(jī)14將充電功率P從當(dāng)前充電功率設(shè)置點(diǎn)P1R變到第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2,以便防止鋰在電池單元2中的沉積，其中第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2小于當(dāng)前充電功率設(shè)置點(diǎn)Pf使用存儲(chǔ)在RAM中的I-Vdep表、基于在步驟S6中獲得的電池單元電壓Vcell和電池單元溫度T計(jì)算第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2。具體地，微計(jì)算機(jī)14讀出對(duì)應(yīng)于電池單元溫度T的I-Vdep表，并使用所讀取的I-Vdep表、基于電池單元電壓Vm11確定充電功率P的第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2。這允許利用設(shè)置為第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2的充電功率P而合 適地控制組合電池I的電壓的降低量。每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vm11低于或等于最高電池單元電壓Vm11 h。因此，步驟S9和SlO的操作用于將最高電池單元電壓Vrall h保持為低于鋰沉積閾值電壓值V_，并由此將每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vcell保持為低于鋰沉積閾值電壓值Vdep。這用于有效地防止鋰在每個(gè)電池單元2中的沉積。在步驟S11，微計(jì)算機(jī)14向系統(tǒng)控制器100發(fā)送在步驟10中計(jì)算的充電功率P的第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2的信號(hào)。響應(yīng)于此信號(hào)，系統(tǒng)控制器100向充電器9發(fā)送充電命令信號(hào)，使得充電器9利用設(shè)置為第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電。如此，充電器9開始利用從第一充電功率設(shè)置點(diǎn)P1轉(zhuǎn)變到第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電。在步驟S12，微計(jì)算機(jī)14判定組合電池I是否被滿充電。通過檢查在步驟S6中獲得的充電和放電電流I和總電壓V，并且當(dāng)步驟S6中獲得的總電壓V等于特定滿充電電壓值、且充電和放電電流I低于預(yù)定閾值時(shí)判定組合電池I被滿充電，來(lái)實(shí)現(xiàn)此判定。當(dāng)對(duì)步驟S12的回答是“是”時(shí)，微計(jì)算機(jī)14進(jìn)入步驟S13。另一方面，當(dāng)對(duì)步驟S12的回答是“否”時(shí)，微計(jì)算機(jī)14返回到步驟S6，并且重復(fù)地執(zhí)行步驟S6至S12的操作。在步驟S 13，微計(jì)算機(jī)14響應(yīng)于步驟S12中組合電池I被滿充電的判定而停止充電操作。具體地，微計(jì)算機(jī)14向系統(tǒng)控制器100發(fā)送充電停止請(qǐng)求信號(hào)。響應(yīng)于此充電停止請(qǐng)求信號(hào)，系統(tǒng)控制器100向充電器9發(fā)送充電停止請(qǐng)求信號(hào)。響應(yīng)于此充電停止請(qǐng)求信號(hào)，充電器9終止向組合電池I供應(yīng)充電功率P。圖5示出了如何通過根據(jù)本實(shí)施例的電池充電方法對(duì)電池單元2進(jìn)行充電的示例。在圖5中，三條實(shí)線或虛線表示在時(shí)刻h至?xí)r刻t6的時(shí)段期間的充電功率P、最高電池單元電壓Vm11 h以及鋰沉積閾值電壓值Vdep的改變。在時(shí)刻t(l至?xí)r刻h的時(shí)段期間，系統(tǒng)控制器100未發(fā)出充電模式請(qǐng)求(步驟SI中的“否”)。因此，充電功率P等于0，從而組合電池I未被充電。在時(shí)刻tl，系統(tǒng)控制器100發(fā)出充電模式請(qǐng)求(步驟SI中的“是”)，接著，微計(jì)算機(jī)14獲得充電和放電電流I、每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vm11、組合電池I的總電壓V、以及電池單元溫度T (在步驟S2中)。接著，判定組合電池I是否被滿充電(在步驟S3中)，并且使用存儲(chǔ)在RAM中的I-Vdep表、基于電池單元電壓Vrall和電池單元溫度T計(jì)算充電功率P(在步驟S4中)。在圖5的情況中，充電功率P在時(shí)刻h被計(jì)算為等于第一充電功率設(shè)置AP1 (在步驟S4中)。接著，充電器9開始對(duì)組合電池I進(jìn)行充電(在步驟S5中)。在時(shí)刻t2，充電功率P達(dá)到第一充電功率設(shè)置點(diǎn)P”[數(shù)學(xué)2]在時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)段期間，微計(jì)算機(jī)14獲得充電和放電電流I、每個(gè)電池單元2的電池單元電壓Vm11、組合電池I的總電壓V、以及電池單元溫度T (在步驟S6中)，計(jì)算最高電池單元電壓Vrellh (在步驟S7中)，計(jì)算鋰沉積閾值電壓值Vdep (在步驟S8中)，并判定最高電池單元電壓Vrall h彡鋰沉積閾值電壓值Vdep的關(guān)系是否為真(在步驟S9中)。在圖5的情況中，在直到緊挨時(shí)刻t3之前的從時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)段期間，鋰沉積閾值電壓Vdep被計(jì)算為等于鋰沉積閾值電壓值Vdep l (在步驟S8中)，并且不判定最高電池單元電壓Vrall—鋰沉積閾值電壓值Vdqu的關(guān)系為真(在步驟S9中)。因此，在此時(shí)段期間，利用設(shè)置為第一充電功率設(shè)置點(diǎn)P1的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，并且最高電池單元電壓 Vcellh隨著充電操作的進(jìn)行而逐漸增加。[數(shù)學(xué)3]在時(shí)刻t3，最高電池單元電壓Vrell h變?yōu)榈扔阡嚦练e閾值電壓值Vdep l，從而電池單元電壓Vm11彡鋰沉積閾值電壓值Vdep的關(guān)系為真(步驟S9中的“是”)，計(jì)算小于第一充電功率設(shè)置點(diǎn)P1的第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2 (在步驟SlO中)，并且利用被轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙潆姽β试O(shè)置點(diǎn)P2的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電(在步驟Sll中)。結(jié)果，最高電池單元電壓Vcell h降低了對(duì)應(yīng)于充電功率P的改變量的量。[數(shù)學(xué)4]在時(shí)刻t3至?xí)r刻t4的時(shí)段期間，與時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)段期間類似地對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，區(qū)別僅在于將充電功率P設(shè)置為第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2、以及將鋰沉積閾值電壓值Vdep設(shè)置為鋰沉積閾值電壓值Vdep 2。因此，在直到緊挨時(shí)刻t4之前的此時(shí)段期間，利用設(shè)置為第二充電功率設(shè)置點(diǎn)P2的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，并且最高電池單元電壓Vrall h隨著充電操作的進(jìn)行而逐漸增加。在時(shí)刻t4，最高電池單元電壓Vrall h變?yōu)榈扔阡嚦练e閾值電壓值Vdep 2，從而電池單元電壓Vrall彡鋰沉積閾值電壓值Vdep的關(guān)系為真(步驟S9中的“是”)，計(jì)算小于當(dāng)前充電功率設(shè)置點(diǎn)P2的第三充電功率設(shè)置點(diǎn)P3 (在步驟SlO中)，并且利用被轉(zhuǎn)變?yōu)榈谌潆姽β试O(shè)置點(diǎn)P3的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電(在步驟Sll中)。結(jié)果，最高電池單元電壓Vrell h下降了對(duì)應(yīng)于充電功率P的改變量的量。[數(shù)學(xué)5]在時(shí)刻t4至?xí)r刻t5的時(shí)段期間，與時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)段期間類似地對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，區(qū)別僅在于將充電功率P設(shè)置為第三充電功率設(shè)置點(diǎn)P3、以及將鋰沉積閾值電壓值Vdep設(shè)置為鋰沉積閾值電壓值Vdep 3。因此，在直到緊挨時(shí)刻t5之前的此時(shí)段期間，利用設(shè)置為第三充電功率設(shè)置點(diǎn)P3的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，并且最高電池單元電壓Vrall h隨著充電操作的進(jìn)行而逐漸增加。在時(shí)刻t5，最高電池單元電壓Vrall h變?yōu)榈扔阡嚦练e閾值電壓值Vdep 3，從而電池單元電壓Vrall彡鋰沉積閾值電壓值Vdep的關(guān)系為真(步驟S9中的“是”)，計(jì)算小于當(dāng)前充電功率設(shè)置點(diǎn)P3的第四充電功率設(shè)置點(diǎn)P4 (在步驟SlO中)，并且利用被轉(zhuǎn)變?yōu)榈谒某潆姽β试O(shè)置點(diǎn)P4的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電(在步驟Sll中)。結(jié)果，最高電池單元電壓Vrell h下降了對(duì)應(yīng)于充電功率P的改變量的量。在時(shí)刻t5至?xí)r刻t6的時(shí)段期間，與時(shí)刻t2至?xí)r刻t3的時(shí)段期間類似地對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，區(qū)別僅在于將充電功率P設(shè)置為第四充電功率設(shè)置點(diǎn)P4、以及將鋰沉積閾值電壓值Vdep設(shè)置為鋰沉積閾值電壓值Vdep 4。因此，在直到緊挨時(shí)刻t6之前的此時(shí)段期間，利用設(shè)置為第四充電功率設(shè)置點(diǎn)P4的充電功率P對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，并且最高電池單元電壓Vm11 h隨著充電操作的進(jìn)行而逐漸增加。以上面參照?qǐng)D5的情形描述的方式，通過利用逐漸降低的充電功率P的充電而將組合電池I充電到滿充電狀態(tài)。這使得鋰沉積閾值電壓值Vdep隨著充電功率P的降低而上升，這用于安全并有效地對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，并同時(shí)有效地防止了在電池單元2中發(fā)生鋰沉積。[數(shù)學(xué)6]
根據(jù)本實(shí)施例，通過基于溫度傳感器15測(cè)量的電池單元溫度T選擇對(duì)應(yīng)于電池單元溫度T的充電電流相對(duì)于鋰沉積閾值電壓的表之一、并且使用所選擇的用于基于充電和放電電流I計(jì)算鋰沉積閾值電壓值Vdep的表，來(lái)計(jì)算鋰沉積閾值電壓值v_。接著，將鋰沉積閾值電壓值Vdep與最高電池單元電壓Vrall h進(jìn)行比較，最高電池單元電壓Vm11 h是電池單元2的電壓中的最高電壓。當(dāng)通過該比較判定最高電池單元電壓Vrell h大于或等于鋰沉積閾值電壓值Vdep (Vcell h彡Vdep)要對(duì)組合電池I進(jìn)行充電的充電功率P被從當(dāng)前充電功率設(shè)置點(diǎn)P1轉(zhuǎn)變?yōu)楦〉某潆姽β试O(shè)置點(diǎn)。這用于安全并有效地對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，并同時(shí)有效地防止在電池單元2中發(fā)生鋰沉積。此外，根據(jù)本實(shí)施例，通過引用針對(duì)不同溫度定義的充電電流相對(duì)于鋰沉積閾值電壓的表之一而設(shè)置充電功率P的特征用于安全并有效地對(duì)組合電池I進(jìn)行充電，同時(shí)有效地防止在電池單元2中發(fā)生鋰沉積，并從而縮短為了滿充電組合電池I而所需的時(shí)段。在根據(jù)本實(shí)施例的電池充電裝置中，微計(jì)算機(jī)14用作控制部分和存儲(chǔ)部分，充電器9用作充電部分，電池單元控制器IC 12用作電壓測(cè)量部分，以及溫度傳感器15用作溫度測(cè)量部分。雖然以上已經(jīng)通過參考本發(fā)明的某些實(shí)施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。在以上教導(dǎo)下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改和改變。本發(fā)明的范圍參考所附權(quán)利要求而限定。例如，本實(shí)施例可以修改如下。在本實(shí)施例中，微計(jì)算機(jī)14被配置為計(jì)算和操縱充電功率P用以控制電池單元電壓VMll，但是，微計(jì)算機(jī)14可以替代地或附加地配置為計(jì)算和操作充電電流I用以控制電池單元電壓Vrall。在這種情況中，在RAM中存儲(chǔ)多個(gè)定義充電電流I與鋰沉積閾值電壓值Vdep之間的關(guān)系的充電電流相對(duì)于鋰沉積閾值電壓的表，并且引用它們用以計(jì)算充電電流
Io[數(shù)學(xué)7]在本實(shí)施例中，當(dāng)判定最高電池單元電壓Veell h高于或等于鋰沉積閾值電壓值Vdep(Vcell h彡Vdep)時(shí)轉(zhuǎn)變充電功率P，但這可以修改為當(dāng)最高電池單元電壓Vrell h在從鋰沉積閾值電壓值Vdep的預(yù)定范圍內(nèi)(例如，從幾毫伏到幾十毫伏的值)時(shí)轉(zhuǎn)變充電功率P。在本實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器100具有例如響應(yīng)于主車輛連接到外部充電系統(tǒng)而判定是否開始充電模式的功能，但這也可以修改為將充電器9配置為實(shí)施該判定。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)包括鋰二次電池單元的電池進(jìn)行充電的電池充電裝置，所述電池充電裝置包括 充電部分，被配置為利用設(shè)置為第一設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的至少一個(gè)對(duì)所述鋰二次電池單元進(jìn)行充電； 電壓測(cè)量部分，被配置為獲得所述鋰二次電池單元的端電壓的測(cè)量值；以及 控制部分，被配置為 基于所述第一設(shè)置點(diǎn)計(jì)算鋰沉積閾值電壓值，其中假定當(dāng)所述端電壓高于所述鋰沉積閾值電壓值時(shí)，鋰沉積在所述鋰二次電池單元中； 將所述端電壓的測(cè)量值與所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值進(jìn)行比較；以及 根據(jù)所述比較控制充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)。
2.如權(quán)利要求I所述的電池充電裝置，其中所述控制部分被配置為計(jì)算所述鋰沉積閾值電壓值，使得所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值隨著所述第一設(shè)置點(diǎn)的增加而降低。
3.如權(quán)利要求2所述的電池充電裝置，還包括溫度測(cè)量部分，其被配置為獲得所述鋰二次電池單元的溫度的測(cè)量值，其中所述控制部分被配置為計(jì)算所述鋰沉積閾值電壓值，使得所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值隨著溫度的測(cè)量值的降低而降低。
4.如權(quán)利要求3所述的電池充電裝置，還包括存儲(chǔ)部分，其被配置為存儲(chǔ)表的集合，每個(gè)表定義當(dāng)所述溫度等于預(yù)定的設(shè)置值時(shí)充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)與所述鋰沉積閾值電壓值之間的關(guān)系，其中所述控制部分被配置為使用所述表的集合計(jì)算所述鋰沉積閾值電壓值。
5.如權(quán)利要求4所述的電池充電裝置，其中每個(gè)表在考慮三個(gè)因素中的至少一個(gè)的情況下定義所述關(guān)系，其中所述三個(gè)因素為所述端電壓的測(cè)量值誤差；所述端電壓的測(cè)量延時(shí)；以及由對(duì)所述鋰二次電池單元充電而導(dǎo)致的紋波電流。
6.如權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的電池充電裝置，其中所述控制部分被配置為響應(yīng)于所述端電壓的測(cè)量值已經(jīng)達(dá)到所述鋰沉積閾值電壓值的判定而將充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)從所述第一設(shè)置點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O(shè)置點(diǎn)，并且使所述充電部分利用設(shè)置為所述第二設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)對(duì)所述鋰二次電池單元進(jìn)行充電。
7.如權(quán)利要求4或5所述的電池充電裝置，其中所述控制部分被配置為響應(yīng)于所述端電壓的測(cè)量值已經(jīng)達(dá)到所述鋰沉積閾值電壓值的判定而將充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)從所述第一設(shè)置點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙O(shè)置點(diǎn)，并且使所述充電部分利用設(shè)置為所述第二設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)對(duì)所述鋰二次電池單元進(jìn)行充電。
8.如權(quán)利要求7所述的電池充電裝置，其中所述控制部分被配置為在開始對(duì)所述鋰二次電池充電之前，使用所述表的集合將充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)設(shè)置為所述第一設(shè)置點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求7或8所述的電池充電裝置，其中所述控制部分被配置為使用所述表的集合將充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)設(shè)置為所述第二設(shè)置點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求I至9中的任一項(xiàng)所述的電池充電裝置，其中所述控制部分被配置為通過判定所述端電壓的測(cè)量值是否已經(jīng)達(dá)到所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值而實(shí)現(xiàn)所述比較。
11.如權(quán)利要求I至10中的任一項(xiàng)所述的電池充電裝置，包括多個(gè)所述鋰二次電池單元，其中所述控制部分被配置為通過判定所述鋰二次電池單元中的一個(gè)的端電壓的測(cè)量值是否已經(jīng)達(dá)到所述鋰沉積閾值電壓值而實(shí)現(xiàn)所述比較，其中在所有所述鋰二次電池單元中，所述鋰二次電池單元中的所述一個(gè)的所述端電壓的測(cè)量值最大。
12.一種利用設(shè)置為預(yù)定設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的至少一個(gè)對(duì)電池進(jìn)行充電的電池充電方法，其中所述電池包括鋰二次電池單元，所述電池充電方法包括 基于所述設(shè)置點(diǎn)計(jì)算鋰沉積閾值電壓值，其中假定當(dāng)所述鋰二次電池單元的端電壓高于所述鋰沉積閾值電壓值時(shí)，鋰沉積在所述鋰二次電池單元中； 將所述端電壓與所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值進(jìn)行比較；以及 根據(jù)所述比較控制充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)。
全文摘要
一種電池充電裝置配置為利用設(shè)置為預(yù)定設(shè)置點(diǎn)的充電電流和充電功率中的至少一個(gè)對(duì)電池進(jìn)行充電，其中所述電池包括鋰二次電池單元。所述電池充電裝置基于所述設(shè)置點(diǎn)計(jì)算鋰沉積閾值電壓值，其中假定當(dāng)所述鋰二次電池單元的端電壓高于所述鋰沉積閾值電壓值時(shí)，鋰沉積在所述鋰二次電池單元中。接著，所述電池充電裝置將所述端電壓與所計(jì)算的鋰沉積閾值電壓值進(jìn)行比較，并根據(jù)所述比較控制充電電流和充電功率中的所述至少一個(gè)。
文檔編號(hào)H02J7/02GK102948036SQ201180027338
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
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