一种延长动力电池寿命的充电方法和系统与流程

1.本发明涉及一种延长动力电池寿命的充电方法和系统，属于电动车辆动力装置领域，尤其涉及动力电池的充电方法。


背景技术：

2.当前新能源车辆与传统汽车相比具有里程焦虑、充电时间长、电池寿命短等问题，尤其是电池寿命短的问题，而电池成本在整车的成本占比超过40％以上，一般新能源车辆在运营3-5年后电池寿命便会衰减至新电池容量80％以下，3-5年后客户面临更换电池带来较大的成本损失。
3.新能源车辆中的每一款电池都有一个map表(关于温度、soc的充电矩阵表)，在某个soc下、某个温度下，根据map表得到电池最大的充电能力，bms根据这个充电能力对充电电流进行调整，使电池达到安全电流。现有技术中对电池充电时要求充电电流低于设定值，这是因为在不同soc、不同温度下对应一个充电电流，随着电池老化，电池容量减少，导致在相同充电电流下对应的充电倍率不同，对新电池为正常的充电倍率，对旧电池出的充电倍率可能偏大，从而容易导致旧电池在根据map表请求充电电流时电池过流造成过压或析锂，不仅影响电池寿命，同时还具有安全风险。
4.现有技术中对充电电流采用的调整方式为，在电池进行充电之前，会计算一个0％到100％的电池寿命系数soh(soh为电池当前容量和额定容量百分比，新电池的soh为100％，随着电池的老化，soh随之降低)，充电中将查map表得到充电电流乘以soh以根据电池寿命降低充电电流防止过流，随着电池老化变旧，容量减少，内阻增加，其soh也会降低，充电电流乘以soh获得的充电电流也随之降低，防止老化电池的过充析锂。但是目前soh计算的准确度依然是行业难题，当某电池对应的soh偏高时，此时充电电流乘以soh之后得到的充电电流也会偏大，使电池过充析锂，导致电池内阻增加及可用活性锂离子减少，最终表现为锂电池容量提前衰减至寿命终点。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种延长动力电池寿命的充电方法和系统，用以解决电池充电中因过流导致电池析锂，最终影响电池寿命的问题。
6.为实现上述目的，本发明的方案包括：
7.本发明的一种延长动力电池寿命的充电方法，包括如下步骤：
8.1)充电过程中，采集动力电池当前充电电流和最高单体电压，同时根据预先获得的动力电池soc与开路电压的对应关系，由当前动力电池soc确定对应的开路电压；
9.2)将最高单体电压和开路电压作差得到电压差值，并与当前充电电流与当前动力电池内阻相乘得到的内阻之积作对比；当电压差值超过内阻之积设定范围时，迭代调整动力电池的soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内；根据调整后的soh调整动力电池的充电电流；
10.所述当前动力电池内阻的获取方法为，根据预先获得的动力电池的soc、soh、温度和动力电池内阻的对应关系，由当前动力电池的soc、soh和温度确定当前动力电池内阻。
11.本发明提供一种延长动力电池寿命的充电方法，在新能源车辆的充电过程中，采集动力电池当前的充电电流和最高单体电压，根据在新能源车辆出厂前实验室标定的，已经获得的动力电池soc与开路电压的对应关系，根据当前动力电池soc确定对应的开路电压。
12.在确定开路电压后，同时还获取到最高单体电压，将二者作差得到电压差值，将该电压差值与动力电池当前的充电电流和动力电池内阻的乘积作对比。动力电池当前的充电电流与动力电池的内阻相乘得到的内阻之积，为动力电池在当前的充电电流下的电压，将该电压与电压差值作对比，就可以判断出动力电池内阻是否合适。
13.又因为动力电池内阻同样根据实验室标定的、预先获得的动力电池soc、soh、温度和动力电池内阻的对应表中获得。由于动力电池soc和温度是确定的，因此动力电池内阻仅与soh有关，因此根据电池内阻是否合适就可以对应判断出对应的soh是否准确，从而对应调整soh。
14.进一步地，步骤1)中动力电池当前充电电流的获取方法为，车辆充电后，读取存储的系统soc，并获取电池温度，根据存储的系统soc、电池温度与充电电流的对应关系，由当前存储的系统soc和电池温度确定map电流，根据map电流与当前soh的乘积得到动力电池当前充电电流。
15.进一步地，在得到动力电池当前充电电流之前，还根据动力电池故障时的降流系数与map电流计算得到第一电流值；将map电流与当前soh的乘积和第一电流值中的最小值作为动力电池当前充电电流。
16.同样根据实验室标定的soc、电池温度和充电电流对应的map表，根据系统中存储的系统soc和电池温度就可以确定map电流，将动力电池的soh和map电流相乘得到动力电池当前充电电流。除此之外，还将动力电池故障时的降流系数和map电流相乘得到的第一电流值，比较第一电流值和map电流与当前soh的乘积，将二者中数值最小的作为动力电池当前充电电流，将该动力电池当前充电电流作为动力电池允许充电能力上报到充电桩，充电桩按照该电流进行充电，已经在一定程度上降低了过流的风险。
17.进一步地，步骤2)中，电压差值大于内阻之积的设定范围时，下调soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内。
18.当电压差值小于内阻之积的设定范围时，电池内阻较大，对应的soh较小，从而较小的soh与动力电池当前充电电流相乘就会得到更小的实际充电电流，利用该实际充电电流进行充电，不会引起电池过流，从而也不会影响电池寿命。
19.但当电压差值大于内阻之积的设定范围时，电池内阻较小，对应的soh较大，从而较大的soh与动力电池当前充电电流相乘就会得到较大的实际充电电流，利用该实际充电电流进行充电，会引起电池过流，因此必须下调soh，直到电压差值处于内阻之积的设定范围内，将此时的soh与动力电池当前充电电流相乘得到的实际充电电流，就不会引起电池过流。
20.进一步地，步骤2)中，所述设定范围由动力电池内各电芯之间的电连接材质、电连接长度和电连接的横截面积通过线下标定的方法确定。
21.在动力电池内不同电芯之间通过铝巴连接，除铝巴之外还可以采用其他材质连接不同电芯。在不同电芯之间，不同连接材质、长度和横截面积都对导致电阻产生不同，因此通过设定范围的设置，使得电压差值处于内阻之积的设定范围内，就认为此时的电池内阻是准确的，从而对应的soh也为准确的。
22.本发明还提供一种延长动力电池寿命的充电系统，包括控制器，所述控制器执行如下步骤以实现延长动力电池寿命的充电方法，
23.1)充电过程中，采集动力电池当前充电电流和最高单体电压，同时根据预先获得的动力电池soc与开路电压的对应关系，由当前动力电池soc确定对应的开路电压；
24.2)将最高单体电压和开路电压作差得到电压差值，并与当前充电电流与当前动力电池内阻相乘得到的内阻之积作对比；当电压差值超过内阻之积设定范围时，迭代调整动力电池的soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内；根据调整后的soh调整动力电池的充电电流；
25.所述当前动力电池内阻的获取方法为，根据预先获得的动力电池的soc、soh、温度和动力电池内阻的对应关系，由当前动力电池的soc、soh和温度确定当前动力电池内阻。
26.本发明还提供的延长动力电池寿命的充电系统，在新能源车辆的充电过程中，采集动力电池当前的充电电流和最高单体电压，根据在新能源车辆出厂前实验室标定的，已经获得的动力电池soc与开路电压的对应关系，该对应关系存储在电池管理系统中的控制器中，控制器根据当前动力电池soc确定对应的开路电压。
27.在确定开路电压后，同时还获取到最高单体电压，将二者作差得到电压差值，将该电压差值与动力电池当前的充电电流和动力电池内阻的乘积作对比。动力电池当前的充电电流与动力电池的内阻相乘得到的内阻之积，为动力电池在当前的充电电流下的电压，将该电压与电压差值作对比，就可以判断出动力电池内阻是否合适。
28.又因为动力电池内阻同样根据实验室标定的、预先获得的动力电池soc、soh、温度和动力电池内阻的对应表中获得，该表同样存储在电池管理系统中的控制器中。由于动力电池soc和温度是确定的，因此动力电池内阻仅与soh有关，因此根据电池内阻是否合适就可以对应判断出对应的soh是否准确，从而对应调整soh。
29.进一步地，步骤1)中动力电池当前充电电流的获取方法为，车辆充电后，读取存储的系统soc，并获取电池温度，根据存储的系统soc、电池温度与充电电流的对应关系，由当前存储的系统soc和电池温度确定map电流，根据map电流与当前soh的乘积得到动力电池当前充电电流。
30.进一步地，在得到动力电池当前充电电流之前，还根据动力电池故障时的降流系数与map电流计算得到第一电流值；将map电流与当前soh的乘积和第一电流值中的最小值作为动力电池当前充电电流。
31.同样根据实验室标定的soc、电池温度和充电电流对应的map表，根据系统中存储的系统soc和电池温度就可以确定map电流，将动力电池的soh和map电流相乘得到动力电池当前充电电流。除此之外，还将动力电池故障时的降流系数和map电流相乘得到的第一电流值，比较第一电流值和map电流与当前soh的乘积，将二者中数值最小的作为动力电池当前充电电流，将该动力电池当前充电电流作为动力电池允许充电能力上报到充电桩，充电桩按照该电流进行充电，已经在一定程度上降低了过流的风险。
32.进一步地，步骤2)中，电压差值大于内阻之积的设定范围时，下调soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内。
33.当电压差值小于内阻之积的设定范围时，电池内阻较大，对应的soh较小，从而较小的soh与动力电池当前充电电流相乘就会得到更小的实际充电电流，利用该实际充电电流进行充电，不会引起电池过流，从而也不会影响电池寿命。
34.但当电压差值大于内阻之积的设定范围时，电池内阻较小，对应的soh较大，从而较大的soh与动力电池当前充电电流相乘就会得到较大的实际充电电流，利用该实际充电电流进行充电，会引起电池过流，因此必须下调soh，直到电压差值处于内阻之积的设定范围内，将此时的soh与动力电池当前充电电流相乘得到的实际充电电流，就不会引起电池过流。
35.进一步地，步骤2)中，所述设定范围由动力电池内各电芯之间的电连接材质、电连接长度和电连接的横截面积通过线下标定的方法确定。
36.在动力电池内不同电芯之间通过铝巴连接，除铝巴之外还可以采用其他材质连接不同电芯。在不同电芯之间，不同连接材质、长度和横截面积都对导致电阻产生不同，因此通过设定范围的设置，使得电压差值处于内阻之积的设定范围内，就认为此时的电池内阻是准确的，从而对应的soh也为准确的。
附图说明
37.图1是本发明电池内电芯充电时静态电压随soc变化曲线图；
38.图2是本发明防止电池过流流程图；
39.图3是本发明不同soh时电池内阻与温度、soc变化关系图。
具体实施方式
40.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
41.方法实施例：
42.本发明提供一种延长动力电池寿命的充电方法，本发明通过分析实际电池寿命与实验室电池循环寿命，发现实际车辆中电池寿命衰减明显快于实验室循环寿命，造成此原因之一便是充电采用超过电池实际充电能力电流进行充电，导致电池寿命加速衰减。随着电池的逐渐老化，电池的实际耐受电流也会逐渐减小，因此在实际充电中会将充电电流乘以电池寿命系数(soh)以降低充电电流，若在电池老化到一定程度后，此时电池的寿命系数应当为60％，但此时计算出的电池寿命系数为70％，则将充电电流乘以电池寿命系数后对电池进行充电，此时降低后的充电电流对电池寿命系数为60％的电池来说，仍然超出了电池的实际充电能力，从而会导致电池寿命加速衰减。
43.基于此，本发明基于soh计算不准确的前提下，提出一种延长动力电池寿命的充电方法，以调整充电电流满足电池实际充电能力，从而防止电池过流。
44.本发明在车辆充电过程中，计算电池允许充电的电流值，该电流值的计算需要结合电芯寿命、系统故障限流系数(β)、电池系统线束承受能力。在充电过程中实时采集电池单体电压、充电电流、soc，将采集电池单体电压与电池静态电压(ocv)作差，同时通过计算的soh、soc和温度查询电池内阻，将电池单体电压与电池静态电压作差的差值与充电电流
和电池内阻的乘积做比较，若该差值在充电电流和电池内阻乘积的范围外，则说明电池内阻与实际不相符，进一步说明soh与实际不相符，因此需要重新调整soh，进行重新计算；若该差值在充电电流和电池内阻乘积的范围内，则说明电池内阻和soh与实际相符，则按照当前的soh和电池内阻计算出的充电电流进行充电，直到充电结束。如图2所示，具体步骤如下。
45.1)确定相关系数。
46.在车辆开始充电后，电池系统获取当前电池的电池荷电状态(soc)，并采集当前电池温度，根据实验室标定的soc、电池温度与充电电流的对应关系，由当前soc和电池温度确定的当前的充电电流，即由map表得到充电电流，具体对应关系如表1所示。
47.表1 允许充电电流值与温度、soc关系map表
[0048][0049]
2)计算soh。
[0050]
以磷酸铁锂电池为例计算soh：
[0051]
①
保证车辆在充电之前，电池的soc足够低；
[0052]
如图1所示，横坐标表示电池的荷电状态(soc)，纵坐标表示电池静态电压(ocv)。soc在30％以上为对应为电芯电压平台期，在电芯电压平台期时，由于微小的电压波动可能导致soc差值很大，导致初始soc计算不准确，进而使得soh的计算不够准确，因此一般在soc处于30％以下时，进行soh的计算。在soc处于30％以下时，ocv产生很小的变化都会导致soc产生很大的差别，此时计算出的soh更为准确，因此则需要保证车辆在充电之前，电池的soc足够低，最理想的情况下让soc处于30％以下。
[0053]
②
电池满充后结束充电，此时对应的soc为100％；
[0054]
③
通过soc差值计算soh；
[0055]
假设车辆在充电之前，电池的soc为20％，满充后电池的soc为100％，则20％soc与100％soc之间的差值δsoc为80％。根据soc在20％到80％之间电池实际充入的电量除以δsoc对应的数值(80％)，计算得到该电池的当前电池容量。再利用当前电池容量除以电池出
厂容量即为该电池的soh。
[0056]
3)计算充电电流。
[0057]
利用计算出的电池寿命系数的下限值乘以由map表得到的充电电流，即soh
×
map。再利用故障条件下因故障导致的降流系数β乘以由map表得到充电电流，即β
×
map。还采集当前线束允许充电电流i
线束
。比较soh
×
map、β
×
map和i
线束
三者数值的大小，将三者中的最小值作为电池允许充电能力的充电电流上传给充电桩，充电桩按照该最小值的电流进行充电。
[0058]
4)采集最高单体电压，并依据当前soc获取ocv。
[0059]
电池系统获取电池内所有的单体电压，但只上传所有单体电压中最高单体电压、最低单体电压和平均单体电压。并根据图1所示，电池的每个soc都会对应一个ocv，根据电池当前的soc获取对应的ocv。
[0060]
5)计算ocv与最高单体电压的差值，并与电池允许充电电流与电池内阻的乘积作比较。
[0061]
最高单体电压为v
max
为实时获取的，任意时刻的最高单体电压是不同的，最高单体电压随着充电时间的增加而变化。ocv为电池静态电压，为定值，某个soc下只对应一个ocv。
[0062]
计算v
max-ocv的差值，将差值与x
×i×
r、y
×i×
r作比较。其中，x，y为安全充电系数，i为电池允许充电能力的充电电流，r为电池内阻。如图3所示，在电池系统中存储有不同soc、soh、温度和电池内阻的对应关系表，根据当前电池soc、soh和当前电池温度得到当前电池内阻作为r。
[0063]
6)根据比较结果调整soh。
[0064]
x、y为安全充电系数是因为在电池内不同电芯之间通过铝巴连接，除铝巴之外还可以采用其他材质连接不同电芯。在不同电芯之间，不同连接材质、长度和横截面积都对导致电阻产生不同，因此x、y为设置的安全充电系数，只要计算得到的v
max-ocv的差值在x
×i×
r、y
×i×
r范围内，就默认电池内阻与实际值是相符的。因为当前soc和温度是固定的，因此此时电池内阻只与soh相关，当电池内阻与实际值是相符的，则说明此时计算出的soh值是合适的，则根据soh与电池允许充电能力的充电电流乘积计算得到的最终充电电流是准确的，不会对电池寿命产生影响。
[0065]
若计算得到的v
max-ocv的差值在x
×i×
r、y
×i×
r范围外，则认为计算的电池内阻与实际值是不相符的，则说明计算出的soh值是不准确的。尤其在v
max-ocv的差值大于y
×i×
r时，则说明电池内阻偏小，则当前soc和温度下对应的当前soh偏大，从而导致电池内阻偏小。那么根据当前soh与电池允许充电能力的充电电流乘积计算得到的最终充电电流必然也偏大，从而影响电池寿命。因此需要降低soh，降低soh后重新进行计算，直到v
max-ocv的差值在x
×i×
r、y
×i×
r范围内，则认为soh计算正确，得到最终充电电流后进行调整充电。
[0066]
系统实施例：
[0067]
本发明还提供一种延长动力电池寿命的充电系统，该系统采用电池管理系统中的控制器，所述控制器执行相应的步骤以实现延长动力电池寿命的充电方法，该方法已在方法实施例中阐述清楚，此处不再赘述。

技术特征：
1.一种延长动力电池寿命的充电方法，其特征在于，包括如下步骤：1)充电过程中，采集动力电池当前充电电流和最高单体电压，同时根据预先获得的动力电池soc与开路电压的对应关系，由当前动力电池soc确定对应的开路电压；2)将最高单体电压和开路电压作差得到电压差值，并与当前充电电流与当前动力电池内阻相乘得到的内阻之积作对比；当电压差值超过内阻之积设定范围时，迭代调整动力电池的soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内；根据调整后的soh调整动力电池的充电电流；所述当前动力电池内阻的获取方法为，根据预先获得的动力电池的soc、soh、温度和动力电池内阻的对应关系，由当前动力电池的soc、soh和温度确定当前动力电池内阻。2.根据权利要求1所述的延长动力电池寿命的充电方法，其特征在于，步骤1)中动力电池当前充电电流的获取方法为，车辆充电后，读取存储的系统soc，并获取电池温度，根据存储的系统soc、电池温度与充电电流的对应关系，由当前存储的系统soc和电池温度确定map电流，根据map电流与当前soh的乘积得到动力电池当前充电电流。3.根据权利要求2所述的延长动力电池寿命的充电方法，其特征在于，在得到动力电池当前充电电流之前，还根据动力电池故障时的降流系数与map电流计算得到第一电流值；将map电流与当前soh的乘积和第一电流值中的最小值作为动力电池当前充电电流。4.根据权利要求1所述的延长动力电池寿命的充电方法，其特征在于，步骤2)中，电压差值大于内阻之积的设定范围时，下调soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内。5.根据权利要求4所述的延长动力电池寿命的充电方法，其特征在于，步骤2)中，所述设定范围由动力电池内各电芯之间的电连接材质、电连接长度和电连接的横截面积通过线下标定的方法确定。6.一种延长动力电池寿命的充电系统，其特征在于，包括控制器，所述控制器执行如下步骤以实现延长动力电池寿命的充电方法，1)充电过程中，采集动力电池当前充电电流和最高单体电压，同时根据预先获得的动力电池soc与开路电压的对应关系，由当前动力电池soc确定对应的开路电压；2)将最高单体电压和开路电压作差得到电压差值，并与当前充电电流与当前动力电池内阻相乘得到的内阻之积作对比；当电压差值超过内阻之积设定范围时，迭代调整动力电池的soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内；根据调整后的soh调整动力电池的充电电流；所述当前动力电池内阻的获取方法为，根据预先获得的动力电池的soc、soh、温度和动力电池内阻的对应关系，由当前动力电池的soc、soh和温度确定当前动力电池内阻。7.根据权利要求6所述的延长动力电池寿命的充电系统，其特征在于，步骤1)中动力电池当前充电电流的获取方法为，车辆充电后，读取存储的系统soc，并获取电池温度，根据存储的系统soc、电池温度与充电电流的对应关系，由当前存储的系统soc和电池温度确定map电流，根据map电流与当前soh的乘积得到动力电池当前充电电流。8.根据权利要求6所述的延长动力电池寿命的充电系统，其特征在于，在得到动力电池当前充电电流之前，还根据动力电池故障时的降流系数与map电流计算得到第一电流值；将map电流与当前soh的乘积和第一电流值中的最小值作为动力电池当前充电电流。
9.根据权利要求6所述的延长动力电池寿命的充电系统，其特征在于，步骤2)中，电压差值大于内阻之积的设定范围时，下调soh，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内。10.根据权利要求9所述的延长动力电池寿命的充电系统，其特征在于，步骤2)中，所述设定范围由动力电池内各电芯之间的电连接材质、电连接长度和电连接的横截面积通过线下标定的方法确定。

技术总结
本发明涉及一种延长动力电池寿命的充电方法和系统，包括如下步骤：1)充电过程中，采集动力电池当前充电电流和最高单体电压，同时根据预先获得的动力电池SOC与开路电压的对应关系，由当前动力电池SOC确定对应的开路电压；2)将最高单体电压和开路电压作差得到电压差值，并与当前充电电流与当前动力电池内阻相乘得到的内阻之积作对比；当电压差值超过内阻之积设定范围时，迭代调整动力电池的SOH，使得所述电压差值处于内阻之积的设定范围内；根据调整后的SOH调整动力电池的充电电流；所述当前动力电池内阻的获取方法为，根据预先获得的动力电池的SOC、SOH、温度和动力电池内阻的对应关系，由当前动力电池的SOC、SOH和温度确定当前动力电池内阻。动力电池内阻。动力电池内阻。


技术研发人员：袁冬霞 曹瑞中 郑俊江 周时国
受保护的技术使用者：宇通客车股份有限公司
技术研发日：2021.12.20
技术公布日：2023/6/27