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用于鋰離子電池的快速充電算法_3

文檔序號:9566513閱讀:來源:國知局
電阻值與電壓和電流的測量值之間的關系可被表示 如下:
[0039] 1^1 二巧 + 與巧 (2)
[0040] V'2 二巧 + /2原 U)
[0041] 其中,V。。是在采樣時間處的電池單元開路電壓的估計值。如果針對SOC的值是已 知的(見圖4),則可計算V。。的估計值。通過計算等式之間的差得到: 陽〇創(chuàng) - 1? =城-巧)+ 化-/2)/? (4)
[0043] 可選擇電壓和電流的采樣值之間的時間間隔,W獲得準確的結果。可就在充電開 始之前(電流約為零)獲取第一電壓和電流的采樣值??稍谝呀涢_始充電之后(電流不為 零)獲取第二電壓和電流的采樣值。此時,開路電壓V。。不應發(fā)生變化,并且電阻可W被計 算為:
(5) W45] 其中,AV是兩個電池單元端電壓之間的差,AI是兩個電流測量值之間的差。運 種技術對于計算充電開始時的電阻而言可能是有用的。在充電期間,V。。的值可基于SOC而 被估計并且完整等式(4)可被利用。
[0046] 另一種可替換的電阻測量方案可利用交流電流和電壓來計算電阻。充電器可輸出 大致恒定的電流(例如,直流電流值C))。交流電流(AC)分量可被添加到DC分量。交流電 流分量可具有給定的頻率和幅值。AC分量的幅值可W比DC分量的幅值小得多。結果可能 是具有AC分量和DC分量的電壓波形。AC電壓分量的頻率和幅值可被測量。電阻可被計算 為AC電壓的幅值除WAC電流的幅值。電阻可被計算為電壓幅值和電流幅值的商。W運種 方式,電阻值可在充電期間被持續(xù)確定。運種技術可允許系統檢測因充電期間溫度或其它 因素而引起可能發(fā)生的電阻變化。
[0047] AC電阻的測量可能需要附加的電路來將AC分量添加到DC分量。針對AC分量的 典型頻率可W是1000化,但是其它頻率值也是可能的。AC分量的幅值可能比DC分量的幅 值小得多,使得AC分量似乎為DC分量上的紋波。測量電路可W包括附加濾波器,所述附加 濾波器用于濾除一些測量通道上的AC分量。例如,高通濾波器可被用于濾除DC分量。AC 信號的幅值可WW若干種方式被確定。例如,AC值可W經由A/D輸入而被采樣,并且控制 器可W確定最大值。可選地,峰值檢測器電路可被使用,并且其輸出經由控制器的A/D輸入 被采樣。可W對電壓信號和電流信號兩者實施該處理。AC分量可被周期性地切換,使得AC 分量不總是出現在充電電流中。在某些實施方式中,電阻可在充電開始之前被測量。W運 樣的實施方式,可在沒有DC分量的情況下僅施加AC分量。
[0048] 先前的電池充電系統采用恒定的最大電壓,其中,恒定的最大電壓為制造商推薦 的電壓極限Vm。、。先前的充電策略利用恒定電流階段,而恒定電流階段之后跟隨著最大推 薦電壓的恒定電壓階段。在恒定電壓充電階段期間,開路電壓隨著荷電狀態(tài)增大而增加,電 流隨之減小。恒定電流充電的水平通常低于IC的速率。充電速率為IC指示電池將在一個 小時內充滿電。在現有的充電系統中最大充電電壓通常是固定的。大于IC的速率在不到 1小時內對電池24進行充電或放電(例如,2-C= 0. 5小時),但是,小于IC的速率在大于 1小時的時間內對電池24進行充電或放電(例如,0.I-C= 10小時)。例如,對于鉆酸裡 (LiCo〇2)/石墨(Graphite)電池單元,制造商推薦的電壓極限可被設定為4.IV。 W例存在針對電動車輛電池充電而定義的;個充電等級。等級1的充電在1. 4KW下操 作,并且可使用普通家用電插座。在等級1的系統中,高容量電池再充滿電可能需要幾個小 時。等級2的充電在3. 3KW下操作,并且使用240V的電插座。等級3的充電在大于6. 6KW 下操作,并且通常需要昂貴的充電站。傳統的充電算法一般采用固定的最大充電電壓極限。 [0050] 對車輛牽引電池進行快速充電的方法可使用大于在此描述的推薦的最大充電電 壓的充電電壓。充電可W是恒定電流、恒定電壓、恒定功率或它們的任何組合。
[(K)川圖5描繪了電池充電系統的一種可能的實施方式的框圖。EVSE38可包括用于管 理和控制非車載充電系統操作的控制器140。電源36可電連接到EVSE38。一個或更多個 電連接可被提供。電源36可連接到AC/DC轉換器142,其中,AC/DC轉換器142將AC輸入 電壓信號164轉換為DC輸出電壓信號156??刂破?40可經由第一控制信號接口 148控制 AC/DC轉換器142的操作。第一控制信號接口可包括一個或更多個電連接。 陽05引控制器140還可W經由第二控制信號接口 150控制AC信號產生器166。第二控制 信號接口 150可包括一個或更多個電連接。AC信號產生器166可提供交流電壓輸出信號 158,W用于估計在此描述的電阻??墒褂们蠛碗娐?44將交流電壓輸出信號158添加到DC 輸出電壓信號156??蓮那蠛碗娐?44輸出可包括DC分量和AC分量的組合輸出160。
[0053] 電壓和電流測量模塊146可與組合輸出160進行接口連接,W將電壓和電流數據 提供給控制器140。第=控制信號接口 154可連接控制器140和測量模塊146,并且可包括 一個或更多個電連接。EVSE的充電輸出162可被提供給EVSE連接器40。EVSE連接器40 可電連接到車輛充電端口 34,W將EVSE的充電輸出162提供給牽引電池24。BECM76可在 充電期間監(jiān)測和控制牽引電池24的操作。第四控制信號接口 152可被提供,W幫助非車載 控制器140和車載控制器76之間的通信。第四控制信號接口 152可包括一個或更多個電 連接,并可包括串行通信連接。
[0054] 應注意,充電策略適用于單個電池單元W及包括多個電池單元的牽引電池。針對 牽引電池的推薦電壓極限可被定義為:針對電池單元的推薦電壓極限乘W串聯連接的電池 單元的數量。在充電期間,可根據快速充電策略對每個電池單元進行充電和監(jiān)測。 陽化5] 圖6描繪了用于對裡離子電池進行快速充電的流程圖。第一操作200可被實現為 對快速電池充電作準備。操作200可實施各種預備工作,W確保系統已經準備好進行快速 充電。操作200的某些功能可W是用于檢查是否存在連接的充電器和連接的充電器的狀 態(tài)。
[0056] 操作202可被實施,在操作202,電池電阻被測量或估計??苫陔娏骱碗妷旱臏y 量值來實時確定電阻值。在整個充電過程中電阻值可被不斷獲知,并且充電算法可W適應 當前電阻值。電阻值可W是基于存儲在控制器存儲器中的表的預定值。還可在充電開始時 計算電阻值??墒褂迷诖嗣枋龅娜魏尾呗詠砉烙嬰娮柚?。
[0057] 操作204可被實施為將充電電力施加到電池。車載控制器76可與充電器38進行 通信W幫助充電。可在車載控制器76和非車載控制器140之間交換信息。充電器38可將 被提供給電池24的電流控制為大致恒定的電流水平。大致恒定的電流水平可被選擇W使 得電池W選定的速率(例如,大于IC的速率)獲得電荷。大致恒定電流可被選擇為W選定 的功率水平對電池進行充電。充電器38可對被提供給電池24的電壓進行調節(jié),W達到大 致恒定的電流水平。在某些實施方式中,充電電流可基于大致恒定的充電功率水平。
[0058] 操作206可被實現,在操作206,電阻和電流的測量值可被用于更新在此描述的電 壓極限^^。、。電壓極限可^是在充電期間在牽引電池24的端子處允許的最大電壓。應注 意,隨著在充電期間電阻和電流變化,電壓極限可W變化來作為響應。
[0059] 在充電期間,特定狀況可被監(jiān)測W指示何時充電應該被終止??稍诔潆娖陂g測量 并監(jiān)測電池端電壓。在操作208,電池端電壓可與電壓極限ru進行比較,W確定充電是否 結束。如果電池端電壓大于AC。、,則進行路徑218,并且可在操作212結束快速充電。
[0060] 如果電池端電壓不大于則進行路徑216。在運種情況下,操作210可被實施 W確定其它截止條件是否被滿足??赡艿慕刂箺l件可W是電池或系統中的其它組件的溫度 檢查。防止電池溫度上升至預定溫度W上可能是滿足期望的。為了防止對電池的損壞,當 電池溫度大于預定溫度時充電可被停止。
[0061] 另一種截止條件可W是荷電狀態(tài)檢查。電池在特定的SOC范圍內操作可能是滿足 期望的。為了防止對電池的過度充電,最大電池SOC極限可被定義。當電池的SOC大于最 大電池SOC極限時,充電可被停止。最大電池SOC極限可指示何時電池被充滿電。
[0062] 另一種截止條件可W基于充電時間的。如果在預
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