电池充电方法与流程

本发明属于电池充电领域，具体提供一种电池充电方法。

背景技术：

电池包的可用能量及功率会随着使用而衰减，衰减的速率快慢与电池包的使用工况有关，如充电电流、放电电流、温度以及电量使用的soc区间，其中充电电流对电池包寿命的影响尤为显著。

电动汽车动力电池的能源补充主要包括充电和换电两种方式。以换电方式为例，在电动汽车需要补充电能时，将电动汽车上的乏电动力电池与电动汽车换电站内的满电电池进行更换，然后由换电站对乏电动力电池进行充电。在换电站对电动汽车动力电池充电的过程中，既要保证充电效率(即，用较短的时间使动力电池充满电)，又要保证动力电池的工作寿命不受影响。

但是，目前换电站主要通过充电耗时较短的大电流对动力电池进行电能补充，严重影响了动力电池的使用寿命。

相应地，本领域需要一种新的充电方法来解决上述问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决充换电设备尤其是换电站对电动汽车动力电池进行充电时，因电流过大而影响动力电池使用寿命的问题，本发明提供了一种电池充电方法，所述电池充电方法包括以下步骤：根据电流大小对电池寿命的影响，将电池的充电电流分为第一类充电电流和第二类充电电流；为所述第一类充电电流和所述第二类充电电流设置限制使用比例；在为该电池充电之前，获取该电池的历史充电电流信息；根据所述历史充电电流信息确定所述第二类充电电流的历史累积比例；根据所述限制使用比例和所述历史累积比例确定电池的当前可用充电电流，其中，所述限制使用比例是允许电池通过该充电电流进行充电的最大次数占电池整个生命周期的总充电次数的比例，或者所述限制使用比例是允许电池通过该充电电流进行充电的时间占电池整个生命周期的总充电时间的比例。

在上述充电方法的优选技术方案中，所述第二类充电电流包括多个预设的充电电流；并且“为所述第一类充电电流和所述第二类充电电流分配限制使用比例”的步骤进一步包括：为所述第一类充电电流分配100％的限制使用比例；根据电流大小对电池寿命的影响，为所述多个预设的充电电流分配多个不同的限制使用比例。

在上述充电方法的优选技术方案中，“根据所述历史充电电流信息确定所述第二类充电电流的历史累积比例”的步骤进一步包括：根据所述历史充电电流信息确定所述多个预设的充电电流中的每个的历史累积比例。

在上述充电方法的优选技术方案中，每个所述预设的充电电流的历史累积比例是电池通过该预设的充电电流进行充电的历史次数占总的历史充电次数的比例或通过该预设的充电电流进行充电的时间占总的历史充电时间的比例。

在上述充电方法的优选技术方案中，“获取电池的历史充电电流信息”的步骤进一步包括：通过电池管理系统或后台服务器获取电池的历史充电电流信息。

在上述充电方法的优选技术方案中，“确定电池的当前可用充电电流”的步骤进一步包括：当同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制使用比例时，将该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流；当同一预设的充电电流的历史累积比例超过限制使用比例时，禁止该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流。

在上述充电方法的优选技术方案中，在“确定电池的当前可用充电电流”之前，所述电池充电方法还包括以下步骤：获取电池的累积输出能量与工作时间的理想关系曲线；获取电池的累积输出能量与工作时间的历史关系曲线；确定所述理想关系曲线上对应于当前时刻的第一斜率；确定所述历史关系曲线上对应于当前时刻的第二斜率。

在上述充电方法的优选技术方案中，“确定电池的当前可用充电电流”的步骤进一步还包括：当所述第二斜率小于所述第一斜率时，如果同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制使用比例，则将该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流，否则就禁止该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流；当所述第二斜率超过所述第一斜率时，只允许所述第一类充电电流作为电池的当前可用充电电流。

在上述充电方法的优选技术方案中，所述电池是电动汽车的动力电池。

在上述充电方法的优选技术方案中，“根据电流大小对电池寿命的影响，将电池的充电电流分为第一类充电电流和第二类充电电流”的步骤通过实验或数学建模的方式进行。

在另一方面，本发明提供了一种存储器，其中存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行权利要求1至8中任一项所述电池充电方法中的各步骤。

在又一方面，本发明还提供了一种控制器，其特征在于，所述控制器包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令；所述处理器用于实现各所述指令；其中，所述指令由处理器加载并执行权利要求1至8中任一项所述电池充电方法中的各步骤。

本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，根据电流大小对电池寿命的影响，获取第一类充电电流和第二类充电电流，其中第一类充电电流的限制使用比例为100％，即在任何时候都可以用该电流为电池充电，第二类充电电流包括多个具有不同限制使用比例的预设的充电电流。根据电池的历史充电电流信息获取电池通过该多个预设的充电电流进行充电的历史累计比例。将每一个预设的充电电流的限制使用比例和历史累计比例进行比较。具体地，当同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制使用比例时，将该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流；当同一预设的充电电流的历史累积比例超过限制使用比例时，禁止该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流。在采用上述技术方案的情况下，本发明可以避免大电流长时间对电池充电的情形，最大程度地避免了充电电流值过大对电池寿命造成的损害。

进一步，通过获取电池的累积输出能量与工作时间的历史关系曲线和理想关系曲线，确定理想关系曲线和历史关系曲线上分别对应于当前时刻的第一斜率和第二斜率。将当前时刻的第一斜率和第二斜率进行比较。具体地，当第二斜率小于第一斜率时，表明在相同时间点处电池的实际累积输出能量小于理想累积输出能量，电池尚未充分放电，此时，如果同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制使用比例，则将该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流，否则就禁止该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流。另一方面，当第二斜率超过第一斜率时，表明在相同时间点处电池的实际累积输出能量已经超过理想累积输出能量，电池已经充分放电，此时，只允许第一类充电电流作为电池的当前可用充电电流，以便最大程度地减小大电流充电对电池寿命造成损害。

综上所述，本发明的充电方法不仅解决了电池充电时因充电电流过大而影响电池使用寿命的问题，而且本发明的充电方法还能够将充电与放电结合考虑，从而在不影响电池使用寿命的前提下选用尽可能大的充电电流对电池进行充电，有效地提高了电池的充电效率。

方案1、一种电池充电方法，其特征在于，所述电池充电方法包括以下步骤：

根据电流大小对电池寿命的影响，将电池的充电电流分为第一类充电电流和第二类充电电流；

为所述第一类充电电流和所述第二类充电电流设置限制使用比例；

在为该电池充电之前，获取该电池的历史充电电流信息；

根据所述历史充电电流信息确定所述第二类充电电流的历史累积比例；

根据所述限制使用比例和所述历史累积比例确定电池的当前可用充电电流，

其中，所述限制使用比例是允许电池通过该充电电流进行充电的最大次数占电池整个生命周期的总充电次数的比例，或者所述限制使用比例是允许电池通过该充电电流进行充电的时间占电池整个生命周期的总充电时间的比例。

方案2、根据方案1所述的电池充电方法，其特征在于，所述第二类充电电流包括多个预设的充电电流；并且

“为所述第一类充电电流和所述第二类充电电流分配限制使用比例”的步骤进一步包括：

为所述第一类充电电流分配100％的限制使用比例；

根据电流大小对电池寿命的影响，为所述多个预设的充电电流分配多个不同的限制使用比例。

方案3、根据方案2所述的电池充电方法，其特征在于，“根据所述历史充电电流信息确定所述第二类充电电流的历史累积比例”的步骤进一步包括：

根据所述历史充电电流信息确定所述多个预设的充电电流中的每个的历史累积比例。

方案4、根据方案3所述的电池充电方法，其特征在于，每个所述预设的充电电流的历史累积比例是电池通过该预设的充电电流进行充电的历史次数占总的历史充电次数的比例或通过该预设的充电电流进行充电的时间占总的历史充电时间的比例。

方案5、根据方案4所述的电池充电方法，其特征在于，“获取电池的历史充电电流信息”的步骤进一步包括：通过电池管理系统或后台服务器获取电池的历史充电电流信息。

方案6、根据方案2至5中任一项所述的电池充电方法，其特征在于，“确定电池的当前可用充电电流”的步骤进一步包括：

当同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制使用比例时，将该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流；

当同一预设的充电电流的历史累积比例超过限制使用比例时，禁止该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流。

方案7、根据方案2至5中任一项所述的电池充电方法，其特征在于，在“确定电池的当前可用充电电流”之前，所述电池充电方法还包括以下步骤：

获取电池的累积输出能量与工作时间的理想关系曲线；

获取电池的累积输出能量与工作时间的历史关系曲线；

确定所述理想关系曲线上对应于当前时刻的第一斜率；

确定所述历史关系曲线上对应于当前时刻的第二斜率。

方案8、根据方案7所述的电池充电方法，其特征在于，“确定电池的当前可用充电电流”的步骤进一步还包括：

当所述第二斜率小于所述第一斜率时，如果同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制使用比例，则将该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流，否则就禁止该预设的充电电流作为电池的当前可用充电电流；

当所述第二斜率超过所述第一斜率时，只允许所述第一类充电电流作为电池的当前可用充电电流。

方案9、根据方案1至8中任一项所述的电池充电方法，其特征在于，所述电池是电动汽车的动力电池。

方案10、根据方案1至8中任一项所述的电池充电方法，其特征在于，“根据电流大小对电池寿命的影响，将电池的充电电流分为第一类充电电流和第二类充电电流”的步骤通过实验或数学建模的方式进行。

方案11、一种存储器，其中存储有多条指令，所述指令由处理器加载并执行方案1至8中任一项所述电池充电方法中的各步骤。

方案12、一种控制器，其特征在于，所述控制器包括处理器和存储器，

所述存储器存储有多条指令；

所述处理器用于实现各所述指令；

其中，所述指令由处理器加载并执行方案1至8中任一项所述电池充电方法中的各步骤。

附图说明

图1是根据本发明示例的电池充电方法的流程图；

图2是电池的充电电流类别和限制使用比例的示例性列表；

图3是图2所示电流类别中各类别的电流值的具体示例；

图4是通过电池管理系统获取电池历史数据的系统原理示意图；

图5是通过后台服务器获取电池历史数据的系统原理示意图；

图6是对图1中的电池充电方法补充的流程图；

图7是电池的寿命衰减和工作时间的关系图；

图8是图7中寿命衰减和工作时间的斜率与输出能量的关系图；

图9是电池的输出能量和工作时间的关系图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非用于限制本发明的保护范围。在如下各示例中，结合电动车的动力电池阐述了本发明的原理，但在此描述的充电方法、系统等也可在进行适应性调整或不调整的情况下用于其电池，如移动充电车的储能电池。另外需要说明的是，本文中描述的电动车具体为电动汽车，但并不排除两轮电动车的电池采用在此描述的充电方法、系统等。

图1是根据本发明示例的电池充电方法的流程图。首先需要说明的是，本发明的电池指的是相同型号的电池。如图1所示，该电池充电方法包括：步骤s110，获取电池的充电电流类别；步骤s120，获取电池每一个充电电流类的限制使用比例；步骤s130，获取电池每一个充电电流类别的历史累计比例；步骤s140，确定电池的当前可用充电电流。

下面参阅图2并继续参阅图1，如图2所示，在步骤s110中，通过实验或数学建模的方式并根据电流大小对电池寿命的影响，对电池的充电电流进行分类。在一种可行的实施例中，将电池的充电电流分为第一类充电电流和第二类充电电流。其中，将对电池的正常寿命衰减没有影响或影响非常小的充电电流作为第一类充电电流(计作第ⅰ类)，其它的充电电流作为第二类充电电流。关于第二类充电电流，更为具体地，再依据它们对电池寿命衰减的影响进一步分为多个预设的充电电流(如图2中的所示的电流类别中的第ⅱ类和第ⅲ类)。本领域技术人员能够理解的是，充电电流的划分不限于如上给出的示例，即，分为第一类充电电流与第二类充电电流或如图2所示的将第二类充电流更具体地分为第ⅱ类和第ⅲ类。实际应用中，充电电流可进行更为细致的划分或基于其它准则进行分类。

在步骤s120中，按照本发明的示例，分别为第ⅰ、第ⅱ和第ⅲ类电流设置限制使用比例。术语“限制使用比例”在此指的是允许电池通过该类电流进行充电的最大次数与电池整个生命周期的总充电次数的比，或指的是允许电池通过该类电流进行充电的时间与电池整个生命周期的总充电时间的比。限制使用比例是通过实验获得或通过预先建立的数学模型来获得，通常而言，在该类电池出厂之前，已可确定出该类电池的限制使用比例。参照图2的示例，第ⅰ类充电电流的限制使用比例为100％，第ⅱ类充电电流的限制使用比例为a％，第ⅲ类充电电流的限制使用比例为b％。如上文提到的，第ⅰ类充电电流对电池的正常寿命衰减速率几乎不会产生影响，因此，它的限制使用比例设置为100％，亦即，通过第ⅰ类充电电流可以对电池进行任意次数充电。

图3是图2所示电流类别中各类别的电流值的具体示例。如图3所示，在一个可行的实施例中，该电动汽车的动力电池的第ⅰ类充电电流对应的电流值是0.5c、第ⅱ类充电电流对应的电流值为1c、第ⅲ类充电电流对应的电流值是1.5c。按照本发明的示例，1c表示动力电池的额定充电电流，该值是可根据实际应用调整的。

在步骤s130中，获取动力电池的各类充电电流的历史累计比例。具体地，获取该动力电池的总的历史充电次数，并分别计算该动力电池通过第ⅰ、第ⅱ和第ⅲ类充电电流进行充电的历史累计次数占总的历史充电次数的比例，该比例即分别为动力电池的第ⅰ、第ⅱ和第ⅲ类充电电流的历史累积比例。

在图3给出的示例中，第ⅰ类充电电流0.5c、第ⅱ类充电电流1c、第ⅲ类充电电流1.5c的历史累积比例分别是69.5％、15.5％、15％。也就是说，在该动力电池的历史充电次数中，采用第ⅰ类充电电流0.5c充电的占比为69.5％，采用第ii类充电电流0.5c充电的占比为15.5％，在该动力电池的历史充电次数中，采用第iii类充电电流0.5c充电的占比为15％。

作为示例，获取动力电池的历史充电电流信息的方式有两种。

如图4所示的示例一的原理示意图，通过动力电池的电池管理系统记录动力电池的历史充电电流信息，该历史充电电流信息包括动力电池的历史充电次数、充电时间以及每次充电时的电流大小。进一步，当动力电池进行充电时通过动力电池的充电系统处理器读取动力电池的历史充电电流信息。本领域技术人员能够理解的是，该充电系统可以是是充电桩、充电机或充换电站等。

如图5所示的示例二的原理示意图，通过后台服务器记录动力电池的历史充电电流信息，当动力电池进行充电时，先通过充电系统的处理器(如换电站处理器)读取该动力电池的id，然后换电站处理器根据该动力电池的id从后台服务器中调取动力电池的历史充电电流信息。

在步骤s140中，将步骤s130中获得的动力电池的各类充电电流所对应的历史累积比例与限制使用比例做比较，进而获得动力电池本次可用的充电电流的类别。具体地，分别将图3中充电电流0.5c、1c和1.5c对应的限制使用比例和历史累积比例进行比较。进而获得结果：充电电流0.5c对应的限制使用比例100％大于历史累积比例69.5％；充电电流1c对应的限制使用比例20％大于历史累积比例15.5％；充电电流1.5c对应的限制使用比例15％等于历史累积比例15％。所以动力电池本次可用的充电电流值是0.5c和1c。为了保证动力电池的充电效率，本次充电优选地采用1c电流进行充电。

需要说明的是，当动力电池当前充电可选用的充电电流具有多个时，通过程序设定使动力电池以电流值较大的充电电流进行充电，以便节约用户的充电时间；或者设置选定程序，使用户手动操作选择动力电池的当前充电电流；或者设置分时程序，在白天使用电流值较大的充电电流对动力电池进行充电，在晚上使用电流值较小的充电电流对动力电池进行充电。

下面结合图3以电动汽车和充电桩为例来对本发明的电池充电方法进行详细说明。

当用户将充电桩上的充电枪插入电动汽车的充电口内时，充电桩与电动汽车建立通信连接。充电桩读取电动汽车上动力电池的历史充电数据。如图3中所示的，充电电流为0.5c时的历史累积比例为69.5％；充电电流为1c时的历史累积比例为15.5％；充电电流为1.5c时的历史累积比例为15％。

进一步，将各历史累积比例与对应的限制使用比例继续比较可知，电动汽车当前可通过0.5c和1c进行充电。充电桩以1c的电流对电动汽车进行充电，以便节约充电时间。

需要说明的是，由于第一类充电电流(如图2中所示的第ⅰ类充电电流)对电池的正常寿命衰减速率几乎不会产生影响，即通过第一类充电电流可以对电池进行任意次数充电，所以本领域技术人员可选地在统计动力电池的历史充电次数时，可以将第一类充电电流排出在外，只统计第二类充电电流(如图2中所示的第ⅱ类充电电流和第ⅲ类充电电流)，并将第二类充电电流中的每一个预设的充电电流与该统计结果做比，然后将该做比结果与第二类充电电流中的每一个预设的充电电流的限制使用比例进行比较，然后根据比较结果确定当前可用充电电流。

如图6所示，在上述步骤s130和步骤s140之间还包括可选的步骤组合s210和s220。具体地，步骤s210，获取电池的累积输出能量与工作时间的理想关系曲线；可选的步骤s220，获取电池的累积输出能量与工作时间的历史关系曲线。

在可选的步骤s210中，可通过实验或数学建模的方式获取动力电池的寿命衰减速率。如图7所示，该寿命衰减速率是寿命衰减与工作时间的关系曲线。本领域技术人员能够理解的是，动力电池的寿命衰减速率可以是以小时、天或周为单位。从图6中不难看出寿命衰减速率的斜率是一个随时间变化的值，为了方便计算和观察可以将其设定为几个值，如图8中所示的k1、k2、k3和k4。

进一步，通过数学模型将图7和图8中的关系曲线整合成如图9中所示的动力电池的累计输出能量与工作时间之间理想关系曲线l1，进而获得该理想关系曲线l1上对应于当前时间的第一斜率。本领域技术人员能够理解的是，该理想关系曲线可以按照多种标准来确定，在本发明的优选实施方案中，该标准优选的是能够使动力电池的寿命衰减速率最小化的标准。

在可选的步骤s220中，先获取动力电池实际的历史累计输出能量，然后根据该历史累计输出能量获取其与工作时间的历史关系曲线l2，进而获得该历史关系曲线l2上对应于当前时间的第二斜率。

作为上述步骤s500的补充，将在步骤s210中获得的第一斜率和在步骤s220中获得的第二斜率进行比较，根据比较结果确定动力电池本次可用的充电电流。当l1处于l2下方时，在不超过图2充电电流限制比例的范围内，所有设定的电流类别都可用来给动力电池补充电能。当l1处于l2上方时，只允许使用100％限制比例的电流类别来给动力电池补充电能。具体地，当第二斜率小于第一斜率时(如图9中的t1时刻l1和l2所对应的累计输出能量)，表明在相同时间点处电池的实际累积输出能量小于理想累积输出能量，电池尚未充分放电，此时，如果同一预设的充电电流的历史累积比例小于相应的限制比例限制使用比例，则允许将该预设的充电电流作为动力电池的当前可用充电电流，否则就禁止该预设的充电电流作为动力电池的当前可用充电电流；当第二斜率超过第一斜率时(如图9中的t2时刻l1和l2所对应的累计输出能量)，表明在相同时间点处电池的实际累积输出能量已经超过理想累积输出能量，电池已经充分放电，此时，只允许第一类充电电流作为动力电池的当前可用充电电流。

综上所述，本发明的充电方法不仅解决了电池充电时因充电电流过大而影响电池使用寿命的问题，而且本发明的充电方法还能够将充电与放电结合考虑，从而在不影响电池使用寿命的前提下选用尽可能大的充电电流对电池进行充电，有效地提高了电池的充电效率。

在另一方面，本发明提供了一种控制器，该控制器包括存储器和处理器。存储器中存储有多条指令，处理器用于实现该多条指令，该多条指令在被执行时会执行上述的步骤s110至s140和步骤s210至s220。示例地，一条指令可以执行一个步骤，也可以执行多个步骤，或者一个步骤也可以由多个指令组合完成，并且每条指令执行的顺序依上述步骤s110至s140和步骤s210至s220的顺序进行。作为示例，该控制器例如可被设置在上文描述的充电桩中，其在要对车辆进行充电时，可通过无线或有线的方式与车辆建立通信，且处理器执行存储在存储器中的指令，从而进行如上文示例中描述的方法，从而确定出用于该车辆的适当的充电方式。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。