用于锂离子电池的快速充电算法
【技术领域】
[0001] 本申请总体上设及对基于裡离子的牵引电池进行充电。
【背景技术】
[0002] 在使用间隙对电动车辆和插电式混合动力车辆的电池进行充电，W恢复电池的能 量来用于下一个使用周期。车辆可连接到充电器，其中，充电器连接到电源。充电器被控制 为将电压和电流提供给电池W恢复电池的能量。可施加的电流量和电压量取决于许多因 素。目前的车辆电池可在数小时内充满电。随着电动车辆和插电式混合动力车辆日益普及， 可能对减少电池的充电时长存在需求。
【发明内容】
[0003] 一种电池充电系统包括：至少一个控制器，被配置为：维持对电池单元的充电，直 到电池单元电压比推荐的最大电压超出了由充电电流和电池电阻定义的量为止，使得所述 电池单元电压在充电期间持续增加，而没有恒定电压充电阶段。所述充电电流可W是大致 恒定电流，所述大致恒定电流被选择W使所述电池W预定速率获得电荷。所述预定速率为 15C的充电速率。所述充电电流可W是基于大致恒定的充电功率水平的。所述至少一个控 制器还可被配置为：响应于电池单元电压变为比推荐的最大电压大出了由充电电流和电池 电阻定义的量，而中断对电池单元的充电。所述至少一个控制器还可被配置为：估计所述电 池电阻。所述充电电流可包括交流电流（AC)分量和直流电流值C)分量，使得所述交流电 流分量的幅值小于所述直流电流分量的幅值，并且所述至少一个控制器还可被配置为：基 于所述交流电流分量的幅值和交流电压的幅值，来估计所述电池电阻。所述推荐的最大电 压可W是电池单元制造商针对裡基电池单元定义的最大推荐电压。所述推荐的最大电压可 W是4. 2伏特。
[0004] 一种对电池单元进行充电的方法包括：通过控制器W大致恒定电流对所述电池单 元进行充电，使得电池电压在充电期间持续增加，而没有恒定电压充电阶段，其中，所述大 致恒定电流被选择W使所述电池单元W预定速率获得电荷；当所述电池电压比推荐的最大 电压超出了由所述电流和电池电阻定义的量时，终止所述充电。所述预定速率可W是15C 的充电速率。所述方法还可包括：通过所述控制器基于一个或更多个电压和电流的测量值， 来估计所述电池电阻。所述方法还可包括：将交流电流添加到所述大致恒定电流中，使得所 述交流电流的幅值小于所述大致恒定电流的幅值，并且通过所述控制器基于所述交流电流 的幅值和交流电压的幅值，来估计所述电池电阻。所述推荐的最大电压可W是4. 2伏特。 阳0化]一种电池充电系统包括：至少一个控制器，被配置为：W大致恒定电流维持对电 池单元的充电，其中，所述大致恒定电流被选择W使所述电池单元W预定速率获得电荷；当 电池单元电压比推荐的最大电压超出了由所述电流和电池电阻定义的量时，中断充电，W 使所述电池单元电压立刻下降大约所述量。所述预定速率可使得所述电池单元在不到5分 钟内从0%的荷电状态充电到100%的荷电状态。所述量可W是所述大致恒定电流和所述 电池电阻的乘积。所述推荐的最大电压可W是制造商针对裡基电池单元定义的最大电压极 限。所述至少一个控制器还可被配置为：将交流电流分量添加到所述大致恒定电流，使得所 述交流电流分量的幅值小于所述大致恒定电流的幅值，并且基于所述交流电流分量的幅值 和交流电压的幅值，来估计所述电池电阻。所述至少一个控制器还可被配置为：如果所述电 池单元的溫度大于预定溫度，则中断充电。所述至少一个控制器还可被配置为：如果所述电 池单元在预定时间段内没有超出所述推荐的最大电压所述量，则中断充电。
【附图说明】
[0006] 图1是示出典型的动力传动系统和储能组件的混合动力车辆的示图。
[0007] 图2是由多个电池单元组成并且由电池能量控制模块监测和控制的可能的电池 组布置的示图。
[0008] 图3是示例性电池单元的等效电路的示图。
[0009] 图4是示出了针对典型的电池单元的可能的开路电压（V。。）相对于电池荷电状态 (SOC)的关系的曲线图。
[0010] 图5是根据一个可行的实施例的电池充电系统的示图。
[0011] 图6是示出用于对电池单元进行充电的可行的控制器实现方法的流程图。
[0012] 图7是示出在去除充电电流之后电池单元电压松弛的曲线图。
[0013] 图8是示出与传统的充电循环相比，可行的快速充电循环的曲线图。
【具体实施方式】
[0014] 根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅 仅是本发明的示例，其中，本发明可WW各种可替代形式来实现。附图无需按比例绘制；一 些特征可被夸大或缩小W示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不 应被解释为具有极限性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员W多种方式利用本发明的代 表性基础。
[0015] 在此描述本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，而其他 实施例可采用各种替代形式。附图无需按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化W示出特 定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作 为用于教导本领域技术人员W多种方式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员 将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可W与在一个或更多个其它附图中示出的 特征组合，W产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代 表性实施例。然而，可期望将与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型用于特定应用 或实施方式。
[0016] 图1描绘了典型的插电式混合动力电动车辆（P肥V)。典型的插电式混合动力电动 车辆12可W包括机械地连接到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14可 W能够作为马达或发电机运转。另外，混合动力传动装置16机械地连接到发动机18。混 合动力传动装置16还机械地连接到驱动轴20,驱动轴20机械地连接到车轮22。当发动机 18开启或关闭时，电机14可W提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且能够通 过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失掉的能量来提供燃料经济效益。通过允许发动 机18W更有效的速度运转并允许混合动力电动车辆12在特定状况下在发动机18关闭的 情况下W电动模式运转，电机14还可W减少车辆排放。
[0017] 牵引电池或电池组24储存可W被电机14使用的能量。车辆电池组24通常提供 高电压DC输出。牵引电池24电连接到一个或更多个电力电子模块。一个或更多个接触器 (未示出）可在断开时使牵引电池24与其它组件隔离，并在闭合时使牵引电池24连接到其 它组件。电力电子模块26还电连接到电机14,并且在牵引电池24和电机14之间提供双 向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可提供DC电压，而电机14可能需要S相AC 电来运转。电力电子模块26可W将DC电压转换为电机14所需的=相AC电。在再生模式 下，电力电子模块26可W将来自用作发电机的电机14的S相AC电转换为牵引电池24所 需的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16 可W是连接到电机14的齿轮箱，并且发动机18可W不存在。
[0018] 牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可W提供用于其它车辆电气系统 的能量。典型的系统可W包括DC/DC转换器模块28,DC/DC转换器模块28将牵引电池24 的高电压DC输出转换为与其它车辆负载相兼容的低电压DC供应。其它高电压负载（比如， 压缩机和电热器）可W在不使用DC/DC转换器模块28的情况下，直接连接到高电压。低电 压系统可W电连接到辅助电池30 (例如，12V电池）。
[0019] 车辆12可W是可由外部电源36对牵引电池24再充电的电动车辆或插电式混 合动力车辆。外部电源36可连接到电插座。外部电源36可电连接到电动车辆供电设备 巧VS巧38。EVSE38可W提供电路和控制，W调节并管理在电源36和车辆12之间的能量传 输。外部电源36可W向EVSE38提供DC电力或AC电力。EVSE38可具有用于插入到车辆 12的充电端口 34中的充电连接器40。充电端口 34可W是被构造为将电力从EVSE38传 输到车辆12的任何类型的端口。充电端口 34可电连接到充电器或车载电力转换模块32。 电力转换模块32可对从EVSE38供应的电力进行调节，W向牵引电池24提供合适的电压 电平和电流电平。电力转换模块32可与E