低温充电控制方法与流程

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种低温充电控制方法。

背景技术：

近年来，电动汽车快速发展，但同时也面临很多的技术难题，其中电池的低温充电就是其中一项阻碍行业发展的极大障碍。低温充电时锂离子在负极嵌入困难产生堆积，使得负极锂离子产生不可逆析出，从而导致电池使用寿命缩减，并且锂离子析出也会造成一定的安全隐患。

现有技术中低温充电方法主要有以下三种：恒低电流充电、低温加热充电和脉冲去极化充电。恒低电流充电技术是采用非常低的电流对电池进行持续充电，存在充电效率过低、时间过长的缺陷，并且当电池达到低温充电容量后，仍使用低电流充电会对电池造成损伤。

低温加热充电技术是利用外界电能或电池自身的电能对电池包内部的加热装置进行加热，加热装置将热量传递给电池，升高电池的温度，然后再对电池进行充电。低温加热充电技术需要消耗额外的电能给加热装置加热，并且加热装置与电池进行热传递时存在热传递分布不均匀导致电池内部温度不一致，使得充电控制策略复杂化，对电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)及充电机的要求较高，增加了设备成本，并且电池包内部空间有限，增加加热装置占据一定的空间，不利于电池的集成轻量化要求。

脉冲去极化充电技术是采用脉冲充电，脉冲充电过程中使得电池发热，脉冲充电时间越长，电池温度越高，在电池温度上升的过程中不断调整脉冲电流，当电池的温度达到电池正常充电温度的阈值时，开启正常充电。采用脉冲去极化充电技术时依靠电池充电自身发热来提升电池温度，存在电池升温效果不佳的缺陷，并且采用脉冲技术对电池和充电机具有较高的要求，增加了设备成本。

技术实现要素：

本发明提供一种低温充电控制方法，以解决现有技术中对电池在低温环境下充电的问题。

本发明提供一种低温充电控制方法，包括：

当充电开关打开时，检测电池实际温度；

根据电池实际温度以及预设的电池温度区间与充电电流的对应关系，确定电池的充电电流；

根据确定的充电电流对电池进行充电；

检测电池实际容量，根据电池实际容量判断是否结束充电；

当确定结束充电时，设置充电电流为0。

可选的，所述预设的电池温度区间与充电电流的对应关系，包括：

当T<T₄时，I＝0；

当T₄≤T<T₃时，I＝I₄；

当T₃≤T<T₂时，I＝I₃；

当T₂≤T<T₁时，I＝I₂；

当T₁≤T<T₀时，I＝I₁；

当T≥T₀时，I＝I₀；

其中，T为电池实际温度，T₀、T₁、T₂、T₃和T₄为预设的电池温度，T₀>T₁>T₂>T₃>T₄，I为充电电流，I₀、I₁、I₂、I₃和I₄为预设的充电电流。

可选的，I₀、I₁、I₂、I₃和I₄分别满足条件：所述I₀″≤I₀<I₀′、I₁″≤I₁<I₁′、I₂″≤I₂<I₂′、I₃″≤I₃<I₃′和I₄″≤I₄<I₄′；

其中，所述I₀′、I₁′、I₂′、I₃′和I₄′，分别对应温度为T₀、T₁、T₂、T₃和T₄时的安全上限电流，所述I₀″、I₁″、I₂″、I₃″和I₄″，分别对应温度为T₀、T₁、T₂、T₃和T₄时的持续充电电流。

可选的，所述根据电池实际容量判断是否结束充电，包括：

比较电池实际容量与每个电池温度区间对应的电池容量的大小；

对于每个电池温度区间，当电池实际容量大于或等于所述电池温度区间对应的电池容量时，确定结束充电。

可选的，所述根据电池实际容量判断是否结束充电，包括：

根据电池实际容量和常温充电容量的比值计算充电截止参数；

比较所述充电截止参数与电池实际温度所属的电池温度区间对应的充电截止阈值的大小，其中，所述充电截止阈值是根据电池实际温度所属的电池温度区间对应的电池容量和常温充电容量的比值计算得到的；

当所述充电截止参数大于所述充电截止阈值时，确定结束充电。

可选的，所述根据电池实际容量和常温充电容量的比值计算充电截止参数，包括：

通过如下公式计算充电截止参数：

α＝(C/C₀)²×100％；

其中，C表示电池实际容量，C₀表示常温电池容量。

本发明提供的低温充电控制方法，当充电开关打开时，通过检测电池实际温度，根据电池实际温度以及预设的电池温度区间与充电电流的对应关系，确定电池的充电电流，根据确定的充电电流对电池进行充电，并检测电池实际容量，根据电池实际容量判断是否结束充电，当确定结束充电时，设置充电电流为0。通过本发明提供的方法，在低温环境下可以根据不同的温度区间采用不同的充电电流，并采用不同的电池容量控制充电时间，解决了低温环境下采用单一低电流充电时间长、损伤电池的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的低温充电控制方法的流程图；

图2为充电装置的一种结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种判断结束充电的方法的流程图；

图4为本发明实施例三提供的另一种判断结束充电的方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明实施例一提供的低温充电控制方法的流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、当充电开关打开时，检测电池实际温度。

本实施例中，可以通过电池的BMS检测电池实际温度，图2为充电装置的一种结构示意图，如图2所示，该充电装置包括：充电开关1、控制器2、BMS3和电池组4。一般的，电池组4由多块相同材料体系的电池组成。当电池组4需要充电时，打开充电开关1，控制器2通过BMS3获取电池的实际温度，控制器2可以按照预设的周期周期性的获取电池的实际温度。

其中，BMS3是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理和热管理等。打开充电开关1，BMS3采集电动汽车的电池组4中每块电池的瞬时温度，控制器2将采集到的多块电池温度进行比较，将最低温度电池块的温度作为电池实际温度，以避免使用超过最低温度电池块的安全上限充电电流对其充电，对最低温度电池块造成损伤。

步骤102、根据电池实际温度以及预设的电池温度区间与充电电流的对应关系，确定电池的充电电流。

不同材料体系的电池可充电的温度范围有所不同，控制器2根据电池的材料体系的温度范围，将该范围划分为多个温度区间，各温度区间采用不同的充电电流对电池组4进行充电。可选的，预设的电池温度区间与充电电流的对应关系，可以包括：

当T<T₄时，I＝0；

当T₄≤T<T₃时，I＝I₄；

当T₃≤T<T₂时，I＝I₃；

当T₂≤T<T₁时，I＝I₂；

当T₁≤T<T₀时，I＝I₁；

当T≥T₀时，I＝I₀；

其中，T为电池实际温度，T₀、T₁、T₂、T₃和T₄为预设的电池温度，T₀>T₁>T₂>T₃>T₄，I为充电电流，I₀、I₁、I₂、I₃和I₄为预设的充电电流。

本实施例中，电池温度范围由T₀、T₁、T₂、T₃和T₄五个预设的电池温度划分为六个温度区间，当电池实际温度T小于最低预设电池温度T₄时，此时电池温度过低，即便使用很小的电流对电池充电也会引起电池损伤，因此将电池的充电电流I设置为0。当电池实际温度T大于或等于最高预设电池温度T₀时，T₀为可正常充电温度，此时充电电流I等于正常温度下的充电电流I₀。当电池实际温度T满足T₄≤T<T₀范围时，根据电池温度区间T₁≤T<T₀、T₂≤T<T₁、T₃≤T<T₂、和T₄≤T<T₃对应的充电电流I₁、I₂、I₃和I₄确定当前电池充电电流I。

具体的，控制器2先根据电池实际温度确定电池实际温度所属的电池温度区间，然后再根据上述对应关系确定电池实际温度所属的电池温度区间对应的充电电流为当前充电电流。

可选的，I₀、I₁、I₂、I₃和I₄分别满足条件：I₀″≤I₀<I₀′、I₁″≤I₁<I₁′、I₂″≤I₂<I₂′、I₃″≤I₃<I₃′和I₄″≤I₄<I₄′，其中，I₀′、I₁′、I₂′、I₃′和I₄′，分别对应温度为T₀、T₁、T₂、T₃和T₄时的安全上限电流，I₀″、I₁″、I₂″、I₃″和I₄″，分别对应温度为T₀、T₁、T₂、T₃和T₄时的持续充电电流。

相同材料体系的电池在不同温度下的安全上限充电电流和持续充电电流有所不同，不同材料体系的电池在相同温度下的安全上限充电电流和持续充电电流也有所不同。电池的材料体系一定时，电池的安全上限电流和持续充电电流都由电池的实际温度决定。使用大于安全上限电流的充电电流对电池充电会对电池造成损伤，使用小于持续充电电流的充电电流会延长电池充电的时间，因此设定充电电流介于安全上限电流和持续充电电流之间，不会损伤电池的同时缩短充电时间。

需要说明的是，上述例子中将电池的温度范围划分为6个电池温度区间，在实际使用过程中，可以根据电池材料体系不同，将电池的温度范围划分为比6个更多或更少的温度区间，本实施例并不对此进行限制。

步骤103、根据确定的充电电流对电池进行充电。

控制器2根据步骤102确定的充电电流I对电池组4进行充电。

步骤104、检测电池实际容量，根据电池实际容量判断是否结束充电。

当电池实际容量未达到电池容量时继续对电池组4进行充电，持续充电会引起电池发热，从而使得电池自身的温度升高，电池实际温度升高使得电池所属的温度区间发生变化，因此需要重新检测电池实际温度。BMS3检测电池实际容量，当确定结束充电池时，控制器2执行步骤105，当确定不结束充电时，控制器2返回执行步骤101。

当控制器2执行步骤101时，若BMS3检测到电池实际温度发生了变化，根据新的电池实际温度重新确定充电电流，使用新的充电电流对电池进行充电。重复步骤101-104，直到电池实际容量满足结束充电的电池容量。

步骤105、设置充电电流为0。

当电池实际容量达到电池容量后，控制器2设置充电电流为零，以结束充电。根据电池容量结束充电可以避免电池过充电导致电池损伤。

本实施例提供的方法，当充电开关打开时，通过检测电池实际温度，根据电池实际温度以及预设的电池温度区间与充电电流的对应关系，确定电池的充电电流，根据确定的充电电流对电池进行充电，并检测电池实际容量，根据电池实际容量判断是否结束充电，当确定结束充电时，设置充电电流为0。通过本实施例提供的方法，在低温环境下可以根据不同的温度区间采用不同的充电电流，并采用不同的电池容量控制充电时间，解决了低温环境下采用单一低电流充电时间长、损伤电池的问题。

在实施例一的基础上，本发明实施例二提供一种判断结束充电的方法，以对实施例一中步骤104进行详细说明，图3为本发明实施例二提供的一种判断结束充电的方法的流程图，如图3所示，本实施例的方法可以包括：

步骤1041、检测电池实际容量。

步骤1042、比较电池实际容量与每个电池温度区间对应的电池容量的大小，当电池实际容量大于或等于电池温度区间对应的电池容量时，确定结束充电。

电池容量是指电池存储电量的大小，电池材料体系一定时，不同的温度区间对应不同的电池容量，电池实际容量指当前电池中存储的实际电量，电池容量和电池实际容量可以由控制器2从BMS3获取得到。当电池充电温度区间不变时，电池充电电流不变，充电时间越长，电池实际容量越大，电池实际容量达到该温度区间对应的电池容量时，若继续对电池进行充电，在该温度区间范围内电池实际容量超过电池容量会导致损伤电池，影响电池在正常温度下的电池容量，因此设定当电池实际容量大于或等于电池温度区间对应的电池容量时，控制器2设置充电电流为零，以结束充电，此时的电池实际容量达到当前电池温度对应的电池容量。本实施例中，温度T在T<T₄、T₄≤T<T₃、T₃≤T<T₂、T₂≤T<T₁、T₁≤T<T₀和T≥T₀区间范围时，对应的电池容量分别为0、C₄、C₃、C₂、C₁和C₀，电池实际容量为C。以T₃≤T<T₂为例，当电池充电过程中，电池实际温度始终在温度区间T₃≤T<T₂时，电池充电电流I恒为I₃，充电时间越长，电池实际容量C越大，当C≥C₃时，为了避免损伤电池，控制器2结束充电，即将充电电流I设置为零。

在实施例一的基础上，本发明实施例三提供另一种判断结束充电的方法，以对实施例一中步骤104进行详细说明，图4为本发明实施例三提供的另一种判断结束充电的方法的流程图，如图4所示，本实施例的方法可以包括：

步骤1041、检测电池实际容量。

步骤1043、根据电池实际容量和常温充电容量的比值计算充电截止参数。

具体的，充电截止参数α＝(C/C₀)²×100％，其中，C表示电池实际容量，C₀表示常温电池容量。

步骤1044、比较充电截止参数与电池实际温度所属的电池温度区间对应的充电截止阈值的大小，当该充电截止参数大于该充电截止阈值时，确定结束充电。

其中，充电截止阈值是根据电池实际温度所属的电池温度区间对应的电池容量和常温充电容量的比值计算得到的。具体的，电池实际温度T在T<T₄、T₄≤T<T₃、T₃≤T<T₂、T₂≤T<T₁、T₁≤T<T₀和T≥T₀区间范围时，对应的电池容量分别为0、C₄、C₃、C₂、C₁和C₀，电池实际容量为C。以T₃≤T<T₂为例，T₃≤T<T₂温度区间对应的电池容量为C₃，此温度区间的充电截止阈值α₃＝(C₃/C₀)²×100％。比较充电截止参数α和充电截止阈值α₃的大小，当α≥α₃时，控制器2结束充电。同理，可以得到其他温度区间对应的充电截止阈值，比较该温度区间内充电截止参数α和充电截止阈值，当充电截止参数α大于充电截止阈值时，控制器2结束充电。

图3和图4对应的两种判断结束充电的方法，其作用都是为了避免在电池实际温度所属的电池温度区间内对电池过充电使得电池损伤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。