CN113799651B - 一种车辆及其电池系统充电控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆及其电池系统充电控制方法及装置，属于新能源车辆控制技术领域。本发明采用末端限流的充电控制策略，在充电前段以大电流充电，直至电池SOC达到用户需求的SOC；之后以小电流充电至SOC达到100％或者达到用车时间，使得充电结束时电池的温度不会过高。因此本发明将充电过程分为两个节点，不仅考虑到了用户的突发需求，能够满足用户需求；同时，又考虑到了电池充电结束后的温度，在充电末端采用小电流的充电方式，降低了充电结束时电池的温度，提高了电池的寿命，也降低了行车时电池的液冷机组开启的时间和整车的能耗。

Description

一种车辆及其电池系统充电控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种车辆及其电池系统充电控制方法及装置，属于新能源车辆控制技术领域。

背景技术

锂离子动力电池作为电动车的重要组成部分，其性能直接影响电动车的正常使用。随着补贴政策的退坡和续航里程的提高，要求电池的能量密度逐渐提高，随着能量密度的提高，电池的循环性能和倍率性能有着相应的下降，电池的发热量提高造成电池的温升提高，高温影响电池的使用寿命；目前控制电池温度的主流热管理方式为液冷冷却。电池温升最高是在充电阶段，充电倍率大，发热量高。目前无很好的措施解决充电温升高的问题。因而开发合适的充电策略对整车中的电池的性能发挥显得尤为重要。国内外的研究者们研究不断提高充电效率，提出了一些充电策略，这包括恒定电流充电、恒定大电流充电、恒流恒压充电以及分阶段充电方法等。其中恒定电流充电、恒流恒压充电方法成本较低，系统电路结构简单，但充电时间过长，充电效率不高。恒定大电流充电方法和脉冲充电解决了充电时间过长的问题，但并不好控制充电程度且对电池寿命有不利影响。分阶段充电方法有着明显的优势，整车充电策略大多也采用类似方法。以上方法都是从充电机理方法进行研究。

申请公布号为CN111106635A的中国专利申请文件公开了一种充电方式的确定方法和装置，并具体公开了根据客户预设充电时间进行充电控制，若客户预设充电时间较短，即采用快充方式的充电时间大于客户预设充电时间时，则采用快充方式进行充电，当采用快充方式的充电时间小于客户预设充电时间时，采用满充方式进行充电。该方案综合考虑了待充电量、预设充电时间，能够在用户需求的预设充电时间较短时，为用户提供比较快的充电方式，又能够在用户需求的预设充电时间较长时，在满足用户需求前提下，尽量为用户提供比较慢的充电方式，保证了电池的使用寿命。但是上述方案一方面没有考虑用户的突发需求，仅根据用户预约用车时间控制充电速率；另一方面没有考虑快充方式导致电池的温度比较高，使得行车时需先对电池进行降温的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种车辆及其电池系统充电控制方法及装置，以解决目前充电控制方法没有考虑用户突发需求和电池温度的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种电池系统充电控制方法，该充电控制方法包括以下步骤：

1)获取充电请求信号，所述的充电请求信号包括电池初始SOC、用户需求的SOC和充电预约开始时间和充电预约发车时间；

2)在到达充电预约开始时间时，按照快充方式对电池系统进行充电，直至电池系统的SOC达到用户需求的SOC；

3)在电池系统的SOC达到用户需求的SOC后，按照慢充方式对电池系统进行充电直至电池系统的SOC达到设定的截止条件，设定的截止条件为电池系统SOC达到100％或者充电时间达到用户用车时间，其中快充方式的充电电流大于慢充方式的充电电流。

本发明还提供了一种电池系统充电控制装置，该控制装置包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现如上述本发明的电池系统充电控制方法。

本发明还提供了一种车辆，包括电池系统和充电控制装置，所述的控制装置包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现如本发明的电池系统充电控制方法。

本发明采用末端限流的充电控制策略，在充电前段以大电流充电，直至电池SOC达到用户需求的SOC；之后以小电流充电至SOC达到100％或者达到用车时间，使得充电结束时电池的温度不会过高。因此本发明将充电过程分为两个节点，不仅考虑到了用户的突发需求，能够满足用户需求；同时，又考虑到了电池充电结束后的温度，在充电末端采用小电流的充电方式，降低了充电结束时电池的温度，提高了电池的寿命，也降低了行车时电池的液冷机组开启的时间和整车的能耗。

进一步地，为尽可能提高快充方式的充电速率，所述快充方式的充电电流为最大允许充电电流。

进一步地，为满足客户的多方面需求，当充电请求信号中不包含充电预约发车时间时，按照快充方式对电池系统进行充电。

进一步地，为提升电池寿命，节省能耗，当充电预约开始时间为晚上且充电预约开始时间和充电预约发车时间之间的时间差大于设定阈值时，则按照满充方式对电池系统进行充电。

进一步地，所述用户需求的SOC为80％-95％。

附图说明

图1是本发明电池系统充电控制方法的流程图；

图2是快充模式和本发明充电控制方法的充电时间对比示意图；

图3是快充模式和本发明充电控制方法的充电结束电池温度变化趋势对比示意图；

图4是本发明电池系统充电控制装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。

方法实施例

本发明采用末端限流的充电控制策略，即在充电前段以最大允许电流充电，直至电池SOC达到用户需求的SOC；之后以小电流充电至SOC达到100％或者达到用车时间，使得电池的温度不会过高，因此本发明既能满足客户的突发用电需求，又能够降低电池的温度，提高了电池的寿命，同时降低了行车时电池液冷机组开启的时间和整车的能耗。该方法的具体实现过程如图1所示，具体过程如下：

1.获取充电请求信号，根据充电请求信号进入相应的充电模式。

本实施例中的充电请求信号一般包括电池初始SOC、用户需求的SOC和充电预约开始时间和充电预约发车时间，也可以根据用户实际需求增加新的信息，例如，指定充电模式。该充电请求信号可由用户通过手机APP发送给车辆，车辆根据接收到的充电请求信号进入相应的充电模式。

充电模式包括快充模式、慢充模式和末端限流模式，快充模式：以最大允许充电电流充电；慢充模式：以一定的小电流进行充电；末端限流模式：充电前段以最大允许电流充电，直至电池SOC达到用户需求的SOC；之后以小电流充电至SOC达到100％或者达到用车时间。当接收到的充电请求信号中指定了充电模式，则按照指定的充电模式进行充电，否则，根据充电请求信号中是否包含有充电预约发车时间以及充电预约开始时间所处的时间段。

2.当充电请求信号中包含有充电预约发车时间以及充电预约开始时间所处的时间段不是晚上时，则按照末端限流模式进行充电。

末端限流模式将充电阶段分为两个阶段，第一阶段和第二阶段。第一阶段为充电的前期阶段，在该阶段按照快充方式进行充电，直至电池系统的SOC达到用户用电需求,本发明的用电需求在80％-95％，具体取值可根据车辆的实际情况和用户的实际需求确定。本实施例中的用户用电需求为90％，即第一阶段指的是采用快充方式对电池系统充电至90％，其中快充方式指的是充电电流比较大，本实施例中快充方式采用的充电电流为最大允许充电电流，也可以根据实际需求调整快充方式的充电电流。

第二阶段为充电的后期阶段，在该阶段，按照慢充方式对电池系统进行小电流充电，具体的电流值大小根据实际情况确定。该阶段的充电截止条件为电池系统SOC达到100％或者充电时间达到用户用车时间，当用户用车时间到达时，即使SOC没有达到100％，也要立即停止充电，因为在第一阶段已经达到了用户用电需求，此时SOC没有100％也不影响用户的正常使用，因此，能够满足用户各种突发需求。同时，由于该阶段采用的小电流充电，对电池带来的温升较小，相应的行车和静置时电池的温度都会降低，行车降低温度可以减少行车电池液冷系统开启的时间，降低整车的能耗，静置降温可以降低电池的存储温度，较少电池存储的衰减。

对于商务车，客户一般在晚上进行满充电，充电时长对客户运营没有影响，在充电阶段适当的降低充电电流，可以降低充电结束电池温度，若能在充电阶段控制电池的温升，相应的行车和静置时电池的温度都会降低。因此，当充电请求信号中的充电预约开始时间为晚上，这里的晚上一般指的是21点以后，且充电预约开始时间与充电预约发车时间之间的时间大于设定时间阈值，采用慢充方式对电池系统进行充电，这里的设定时间阈值根据实际情况选取，一般为6个小时。

当充电请求信号中的充电预约发车时间没有时，则默认为快充模式，即按照快充模式对电池系统进行充电。

末端限流模式的充电时间与慢充模式和快充模式对比如图2所示，末端限流模式的电池温度与慢充模式和快充模式所用的时间对比如图3所示。从中可以看出，本发明所采用的末端限流模式既兼顾了充电时长，满充客户的突发需求，又考虑到了充电结束时的电池温度。

下面针对一个具体的实例对其充电控制过程进行说明。当车辆接收到充电请求信号包括电池初始SOC＝20％，电池初始温度25℃，充电桩最大允许充电的充电倍率1C，充电开始时间为12:00，客户预约发车时间14:00，允许的充电时长为120min，客户充电至85％SOC即可满足运营需求(用户用电需求)。若按照现有的策略充电(快充方式)，1C充电至SOC＝100％需要时间为50min，充电结束电池温升为20℃左右，充电结束温度为45℃左右；则车辆出发时电池温度较高，影响电池寿命。本发明通过充电前阶段按照1C充电至SOC＝85％，满足客户运营需求，充电时间约39min，若客户需要临时紧急出发，也不会影响其正常使用，快充充电阶段电池温升到37℃左右。后15％电量进行降电流充电，可降低充电倍率为0.15C，0.15C充电至SOC＝100％，充电时间为70min，限流充电阶段电池温降约为7℃左右，充电结束温度为30℃左右。可见，通过末端限流的策略，既能满足客户的需求，又可以降低了电池的温度，可提高电池的寿命，降低行车时液冷电池液冷机组开启的时间，降低整车的能耗。

装置实施例

本实施例提出的装置，如图4所示，包括处理器、存储器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行计算机程序时实现上述方法实施例的方法。

也就是说，以上方法实施例中的方法应理解可由计算机程序指令实现液冷电池系统充电控制方法的流程。可提供这些计算机程序指令到处理器，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。

本实施例所指的处理器是指微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置；

本实施例所指的存储器包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。例如：利用电能方式存储信息的各式存储器，RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的的各式存储器，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的各式存储器，CD或DVD。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。

通过上述存储器、处理器以及计算机程序构成的装置，在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，处理器可以搭载各种操作系统，如windows操作系统、linux系统、android、iOS系统等。

作为其他实施方式，装置还可以包括显示器，显示器用于将诊断结果展示出来，以供工作人员参考。

车辆实施例

本实施例的车辆包括电池系统和电池系统充电控制装置，充电控制装置采用的是装置实施例中的充电控制装置，其中的处理器可以直接采用整车控制器，也可以是单独设置的充电控制器，与电池管理系统连接。

本发明能够根据客户的充电实际需求及电池状态信息(温度，SOC，等)确定合理的电池充电策略，使电池处于适宜的温度，减少对电池充电时间的影响，保证了电池的循环性能，减少高温存储对电池衰减的影响，提高电池的寿命，降低行车电池温度，减少电池冷却机主的开启时间，降低整车的能耗。

Claims (7)

1.一种电池系统充电控制方法，其特征在于，该充电控制方法包括以下步骤：

1)获取充电请求信号，所述的充电请求信号包括电池初始SOC、用户需求的SOC和充电预约开始时间和充电预约发车时间；

2)在到达充电预约开始时间时，按照快充方式对电池系统进行充电，直至电池系统的SOC达到用户需求的SOC；

3)在电池系统的SOC达到用户需求的SOC后，按照慢充方式对电池系统进行充电直至电池系统的SOC达到设定的截止条件，设定的截止条件为电池系统SOC达到100％或者充电时间达到用户用车时间，其中快充方式的充电电流大于慢充方式的充电电流。

2.根据权利要求1所述的电池系统充电控制方法，其特征在于，所述快充方式的充电电流为最大允许充电电流。

3.根据权利要求1所述的电池系统充电控制方法，其特征在于，当充电请求信号中不包含充电预约发车时间时，按照快充方式对电池系统进行充电。

4.根据权利要求1所述的电池系统充电控制方法，其特征在于，当充电预约开始时间为晚上且充电预约开始时间和充电预约发车时间之间的时间差大于设定阈值时，则按照满充方式对电池系统进行充电。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电池系统充电控制方法，其特征在于，所述用户需求的SOC为80％-95％。

6.一种电池系统充电控制装置，该控制装置包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现如上述权利要求1-5任一项所述的电池系统充电控制方法。

7.一种车辆，包括电池系统和充电控制装置，其特征在于，所述的控制装置包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现如上述权利要求1-5任一项所述的电池系统充电控制方法。