專利名稱：電池快速充電電流控制算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及用于給電池充電的系統(tǒng)和方法，更特別地，涉及用于使用電壓控制模式和電流控制模式來給車輛電池充電的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電動車正變得越來越流行。這些車輛包括混合動力車(例如，結(jié)合電池和主動力源 (如內(nèi)燃機(jī)、燃料電池系統(tǒng)等)的增程電動車(EREV))和純電動車(例如電池電動車(BEV))。 所有這些類電動車都使用包括多個電池單元的高壓電池。這些電池可為不同的電池類型， 例如鋰-離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。用于電動車的典型高壓電池可包括提供約400 伏特的196個電池單元。所述電池可包括單獨(dú)的電池模塊，其中每個電池模塊都可包括一定數(shù)量的電池單元，例如12個單元。單獨(dú)的電池單元可串聯(lián)電聯(lián)接，或者一系列單元可并聯(lián)電聯(lián)接，其中模塊中的多個單元串聯(lián)連接，并且每個模塊都并聯(lián)電聯(lián)接至其它模塊。不同的車輛設(shè)計(jì)包括為特定應(yīng)用利用各種平衡和優(yōu)點(diǎn)的不同電池設(shè)計(jì)。本領(lǐng)域存在給電池特別是車輛電池可靠充電、以精確和可靠地提供不損壞電池的完全電池充電的需求。當(dāng)前，電池充電算法會試圖在一定的時(shí)間周期內(nèi)將電池充電至特定的電池電壓。一旦電池被充電至該電壓水平，那么充電算法就進(jìn)入維持充電模式，其中提供涓流電流以將電池保持在充電電壓。控制電池充電器的算法需要控制提供給電池的電流量以控制熱量、過充電等，使得電池及其它組件不會被損壞。這些不同類型的充電器具有不同的目的，依賴于充電情形，其目的可為整夜充電器或快速充電器。電池充電器可在車輛上， 或者可與車輛分離，其中電池充電器的電線插入車輛，或者車輛直接插在AC墻壁出口。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了用于給電池充電的系統(tǒng)和方法，其中所述方法利用確定提供期望電流和電壓分布的充電器輸出電流的算法。所述方法包括提供期望的目標(biāo)充電電流和測量電池電流，以及確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流。所述方法還包括如果所述目標(biāo)充電電流小于測量的電池電流，則啟用電流積分器，以及如果所述電流積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電流值，以提供積分的充電電流值。所述方法還包括提供目標(biāo)充電電壓和測量電池電壓，以及確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于測量的電池電壓。所述方法還包括如果所述目標(biāo)充電電壓小于測量的電池電壓，則啟用電壓積分器；如果所述電壓積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電壓值，以提供積分的電壓值。所述方法將積分的充電電流值與積分的充電電壓值相加，以提供用于給所述電池充電的充電電流命令。如果充電操作處于其中所述電壓積分器被啟用的電壓控制模式，那么所述方法禁用所述電流積分器，和如果充電操作處于其中所述電流積分器被啟用的電流控制模式，那么所述方法禁用所述電壓積分器。本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。技術(shù)方案1 一種用于控制電池充電的方法，所述方法包括提供目標(biāo)充電電流； 測量電池電流；
確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流； 如果所述目標(biāo)充電電流小于所述測量的電池電流，則啟用電流積分器； 如果所述電流積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電流值，以提供積分的充電電流值； 提供目標(biāo)充電電壓； 測量電池電壓；
確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于測量的電池電壓；
如果所述目標(biāo)充電電壓小于所述測量的電池電壓，則啟用電壓積分器；
如果所述電壓積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電壓值；以及
將積分的充電電流值與積分的充電電壓值相加，以提供用于給所述電池充電的充電電流值。技術(shù)方案2 如技術(shù)方案1的方法，還包括如果充電操作處于其中所述電壓積分器被啟用的電壓控制模式，則禁用所述電流積分器。技術(shù)方案3 如技術(shù)方案1的方法，還包括如果充電操作處于其中所述電流積分器被啟用的電流控制模式，則禁用所述電壓積分器。技術(shù)方案4 如技術(shù)方案1的方法，其中提供目標(biāo)充電電流包括從最大電池電流、 電池功率限制和預(yù)定目標(biāo)電流中選擇最小的目標(biāo)充電電流。技術(shù)方案5 如技術(shù)方案1的方法，其中提供目標(biāo)充電電壓包括提供修改的目標(biāo)電壓，其為期望目標(biāo)電壓減去偏置目標(biāo)電壓以防止目標(biāo)電壓過沖。技術(shù)方案6 如技術(shù)方案5的方法，還包括對進(jìn)出變換和進(jìn)入電壓控制斜坡控制所述偏置目標(biāo)電壓。技術(shù)方案7 如技術(shù)方案1的方法，還包括檢測所述充電電流值是否會引起充電電流的飽和。技術(shù)方案8 如技術(shù)方案7的方法，還包括如果所述充電電流飽和則禁用所述電流積分器。技術(shù)方案9 如技術(shù)方案1的方法，其中積分充電電流值包括在預(yù)定值開始所述電流積分，其中所述預(yù)定值為可用來充電的最大電流值的一定百分比。技術(shù)方案10 如技術(shù)方案9的方法，其中所述最大電流值為可用于給電池充電的最大供給電流和最大電池電流中的最小值。技術(shù)方案11 如技術(shù)方案1的方法，其中所述電池為車輛電池。技術(shù)方案12 —種用于控制車輛電池充電的方法，所述方法包括 提供期望的目標(biāo)充電電流；
測量電池電流；
確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流； 如果所述目標(biāo)充電電流小于所述測量的電池電流，則啟用電流積分器； 如果所述電流積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電流值，以提供積分的充電電流值； 提供目標(biāo)充電電壓； 測量電池電壓；確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于所述測量的電池電壓； 如果所述目標(biāo)充電電壓小于所述測量的電池電壓，則啟用電壓積分器； 如果所述電壓積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電壓值，以提供積分的充電電壓值； 將所述積分的充電電流值與所述積分的充電電壓值相加，以提供用于給所述電池充電的充電電流值；
如果充電操作處于其中所述電壓積分器被啟用的電壓控制模式，則禁用所述電流積分
器；
如果充電操作處于其中所述電流積分器被啟用的電流控制模式，則禁用所述電壓積分器；以及
如果所述充電電流飽和則禁用所述電流積分器。技術(shù)方案13 如技術(shù)方案12的方法，其中提供目標(biāo)充電電流包括從最大電池電流、電池功率限制和預(yù)定目標(biāo)電流中選擇最小的目標(biāo)充電電流。技術(shù)方案14 如技術(shù)方案12的方法，其中提供目標(biāo)充電電壓包括提供修改的目標(biāo)電壓，其為期望目標(biāo)電壓減去偏置目標(biāo)電壓以防止目標(biāo)電壓過沖。技術(shù)方案15 如技術(shù)方案12的方法，其中積分充電電流值包括在預(yù)定值開始電流積分，其中所述預(yù)定值為可用來充電的最大電流值的一定百分比。技術(shù)方案16 如技術(shù)方案15的方法，其中所述最大電流值為可用于給電池充電的最大供給電流和最大電池電流中的最小值。技術(shù)方案17 —種用于控制電池充電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于提供目標(biāo)充電電流的裝置；
用于測量電池電流的裝置；
用于確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流的裝置； 用于若所述目標(biāo)充電電流小于所述測量的電池電流則啟用電流積分器的裝置； 用于若所述電流積分器被啟用則隨時(shí)間積分充電電流值以提供積分的充電電流值的
裝置；
用于提供目標(biāo)充電電壓的裝置； 用于測量電池電壓的裝置；
用于確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于所述測量的電池電壓的裝置； 用于若所述電壓積分器被啟用則隨時(shí)間積分充電電壓值的裝置；以及用于將所述積分的充電電流值與所述積分的充電電壓值相加以提供用于給所述電池充電的充電電流值的裝置。技術(shù)方案18 如技術(shù)方案17的系統(tǒng)，還包括用于若充電操作處于其中所述電壓積分器被啟用的電壓控制模式則禁用所述電流積分器的裝置和用于若充電操作處于其中所述電流積分器被啟用的電流控制模式則禁用所述電壓積分器的裝置。技術(shù)方案19 如技術(shù)方案17的系統(tǒng)，其中用于提供目標(biāo)充電電流的裝置從最大電池電流、電池功率限制和預(yù)定目標(biāo)電流中選擇最小的目標(biāo)充電電流值。技術(shù)方案20 如技術(shù)方案17的系統(tǒng)，其中用于提供目標(biāo)充電電壓的裝置提供修改的目標(biāo)電壓，其為期望目標(biāo)電壓減去偏置目標(biāo)電壓以防止目標(biāo)電壓過沖。結(jié)合附圖，從下面的描述和所附權(quán)利要求可清楚本發(fā)明的其它特征。


圖1為在用于給電池充電的系統(tǒng)和方法中使用的算法的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明涉及用于給電池充電的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例的描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示意性的，絕不是意圖限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。例如，本發(fā)明的電池充電技術(shù)可特別應(yīng)用于給高壓車輛電池充電。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也應(yīng)理解，本發(fā)明可應(yīng)用于給其它類型的電池充電。圖1為示出用在電池充電器的控制器10中的算法的流程順序的示意性框圖?？刂破?0包括分開地控制電池22的充電的電壓控制模式部分12和電流控制模式部分14。 電壓控制模式部分12利用電壓控制，其中線路16上的期望或充電目標(biāo)電壓(例如，來自查尋表)被應(yīng)用至求和塊18的正極終端，線路20上的偏置目標(biāo)電壓被應(yīng)用至求和塊18的負(fù)極終端。在框18中從目標(biāo)電壓減去偏置目標(biāo)電壓，以減小目標(biāo)電壓，并防止目標(biāo)電壓過沖 (over-shoot)，S卩，超過線路16上的目標(biāo)電壓。換句話說，為了在進(jìn)入電壓控制模式時(shí)的充電序列期間防止電池電壓超過目標(biāo)電壓，控制器10通過使用求和塊18減小目標(biāo)電壓來采用目標(biāo)過沖保護(hù)。當(dāng)控制器10不處在電壓控制模式時(shí)，目標(biāo)電壓被修改，并且在電壓控制變得起作用時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際目標(biāo)電壓。偏置目標(biāo)電壓被延遲框M延遲一個或多個時(shí)間周期，使得其基于前一目標(biāo)電壓減小目標(biāo)電壓。速率限制器電路26從由增益電路觀確定的速率限制器值減去目標(biāo)電壓偏置，該增益電路觀斜坡控制(ramp)轉(zhuǎn)變的偏置輸入/輸出進(jìn)出電壓控制。如果測量的電池電壓不低于目標(biāo)電壓，那么速率限制器電路沈阻止目標(biāo)過沖控制。當(dāng)電池22正在被充電時(shí)，所述斜坡控制使目標(biāo)偏置變得更加接近實(shí)際目標(biāo)電壓。算法基于典型的電壓過沖的大小和持續(xù)時(shí)間、偏置和斜坡控制退出時(shí)間設(shè)定偏置和斜坡控制退出時(shí)間，其可為電池電流、 充電狀態(tài)、健康狀態(tài)等的函數(shù)。斜坡控制退出速率可基于電池電壓和實(shí)際偏置目標(biāo)電壓被動態(tài)地確定，以補(bǔ)償由于電池健康狀態(tài)隨時(shí)間變化而導(dǎo)致的電池響應(yīng)中的變化。所述偏置還可為電壓積分器增益的函數(shù)，如下所述。修改的目標(biāo)電壓被從求和塊18發(fā)送至比較器30的正極終端，線路32上的測量電池電壓被發(fā)送至比較器30的負(fù)極終端。為目標(biāo)電壓過沖補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)電壓與來自比較器30 的測量電池電壓之間的差被發(fā)送至電壓積分器啟用電路34的一個輸入端，該啟用電路34 啟用電壓積分器36，如下面更加詳細(xì)描述的，使得如果所述測量的電壓小于修改的目標(biāo)電壓，那么可啟用使用電壓控制模式的電池充電。來自比較器30的信號還激活電壓跳閘檢測器電路40，該電路禁用線路102上電流控制模式部分14中的電流積分器88，如下所述。在電跳閘檢測器電路40被激活時(shí)，線路102上的信號也被發(fā)送至電路48，該電路48禁用所述目標(biāo)電壓偏置，并開始速率限制器電路26中電壓偏置的斜坡控制退出。積分器啟用電路34 的另一輸入是線路42上的禁用輸入，如果電流積分器88被啟用，則該禁用輸入禁用電壓積分器36，也如下面所詳細(xì)描述的。線路46上提供給積分器啟用電路34的第三輸入依賴于控制器10是否在操作，S卩，充電是否完成至充電狀態(tài)、電能、耗費(fèi)等的期望水平來啟用或禁用積分器36。一旦按由啟用電路34的輸入所確定的來啟用電壓積分器36，電壓積分器36就基于增益電路38的增益積分一個值。如果電壓過高，則電壓積分器36操作為降低由充電器提供的充電電流，其中電流控制模式側(cè)14中的電流積分器88操作，以降低充電期間提供給電池22的電流。對于電壓控制模式，電壓積分器36提供的積分量可顯示在顯示裝置44上。電壓積分器36提供的電壓量連同電流控制模式側(cè)14的電流積分被發(fā)送至加法器 50，下面進(jìn)行描述。電壓控制模式側(cè)12和電流控制模式側(cè)14的相加的積分充電電流在線路62上被提供給電流限制電路54，該電流限制電路M限制線路52上為充電目的能夠提供給電池22的充電電流量。線路52上的信號為用于HVDC充電器向電池22輸送充電電流量的指令。電流限制電路M接收線路64上的上限最大供應(yīng)電流信號和線路66上最小電流(通常為零)，用于最大電流計(jì)算。電流模式側(cè)14中的電流積分器88不期望繼續(xù)要求比超過電流限制器電路M提供的能力更多的充電電流，因此這會導(dǎo)致引起積分器88 “停止 (wind-up)”，并會在進(jìn)入電壓控制模式時(shí)阻止線路62上電流的立即降低。因此，為防止積分器停止，線路52上的控制信號被提供給比較器56的負(fù)極終端，線路62上的充電信號通過增益電路58提供給比較器56的正極終端，該增益電路58可設(shè)定為1的增益。因此，如果電流限制器電路M工作，并設(shè)置線路52上的最大充電電流，那么檢測器電路60會檢測到線路62上附加電流的增加，其中檢測器電路60會檢測充電器輸出的飽和度。所述飽和度可為時(shí)間、電網(wǎng)電力耗費(fèi)和利用率、充電器溫度等的函數(shù)。檢測器60在線路68上提供信號，禁用電流積分器88，如下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的。在電流控制模式部分14中，用于給電池22充電的期望或目標(biāo)電流是達(dá)到多個規(guī)范的三個不同目標(biāo)值(例如充電速度、電池功率限制、最大電流等)中的最小者。特別地，通過適當(dāng)?shù)牟閷け淼龋谕姵仉娏髟O(shè)在線路70上，最大電池功率設(shè)在線路72上，最大電池電流設(shè)在線路74上。最小值檢測器電路76確定這三個目標(biāo)電流中的哪個是最低的，并選擇該電流作為在比較器78中與線路80上的測量電池電流作比較的值。如果最小目標(biāo)電流低于充電操作期間的測量電池電流，那么電流積分啟用信號在線路86上提供給啟用電流積分器88的電流積分器啟用電路82。當(dāng)電流積分器88被啟用時(shí)，啟用信號還被提供給電流跳閘檢測器電路84，該電路在線路42上提供信號，以禁用電壓積分器36，如上所述。電壓積分器36被啟用時(shí)線路102上的禁用信號為電流積分器啟用電路82的輸入之一。從飽和度檢測器電路60到電流積分器啟用電路82的第三輸入在線路68上。當(dāng)電壓被電壓積分器36積分時(shí)，電壓跳閘電路40禁用電流積分器88，而當(dāng)電流被電流積分器88積分時(shí)，電流跳閘電路84禁用電壓積分器36。當(dāng)處于電流控制模式時(shí)禁用電壓積分器36，以防止電壓積分器36改變其對加法器50的貢獻(xiàn)，這允許電流控制積分器88對線路62上的充電電流具有及時(shí)且獨(dú)特的效果。 否則，電壓積分器會向加法器50應(yīng)用增加項(xiàng)，引起電流過沖。當(dāng)處于電壓控制模式中時(shí)禁用電流積分器88，以防止電流積分器88改變其對加法器50的貢獻(xiàn)，這允許電壓控制積分器 36對線路62上的充電電流具有及時(shí)且獨(dú)特的效果。否則，電流積分器88會向加法器50應(yīng)用增加項(xiàng)，抵銷了電壓控制積分器減小項(xiàng)的一部分，引起電壓過沖。這些電壓和電流抗停止 (anti-wind-up)特征提高了控制穩(wěn)定性和跟隨在電壓和電流控制模式之間的轉(zhuǎn)換的響應(yīng)。 因此，用于啟用電流積分器88的電路82的啟用標(biāo)準(zhǔn)包括，無論電池電流是否在最小目標(biāo)值以下，控制器10當(dāng)前都不在電壓控制模式，并且充電電流不飽和。積分器啟用電路82通過增益電路90啟用電流積分器88，在一個示例中，該增益電路90可被設(shè)定為一的增益。電流積分器88可以可用來充電的最大電流的一定百分比開始，其可由增益電路92設(shè)定并提供給電流積分器88。該值可通過沖電器在線路100上供應(yīng)的最大電流或線路94上可用的最大電池電流來確定，其中通過最小電路96選擇這兩個值中的最小值。電流積分器88對電流的積分可顯示在顯示裝置98上。如上所述，電流積分器88積分的電流被加到加法器50中的電壓積分上。 前面的說明僅僅公開和描述了本發(fā)明的示意性實(shí)施例。在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員從該說明及附圖和權(quán)利要求可容易地認(rèn)識到可在其中進(jìn)行各種變化、修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于控制電池充電的方法，所述方法包括 提供目標(biāo)充電電流；測量電池電流；確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流； 如果所述目標(biāo)充電電流小于所述測量的電池電流，則啟用電流積分器； 如果所述電流積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電流值，以提供積分的充電電流值； 提供目標(biāo)充電電壓； 測量電池電壓；確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于測量的電池電壓；如果所述目標(biāo)充電電壓小于所述測量的電池電壓，則啟用電壓積分器；如果所述電壓積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電壓值；以及將積分的充電電流值與積分的充電電壓值相加，以提供用于給所述電池充電的充電電流值。
2.如權(quán)利要求1的方法，還包括如果充電操作處于其中所述電壓積分器被啟用的電壓控制模式，則禁用所述電流積分器。
3.如權(quán)利要求1的方法，還包括如果充電操作處于其中所述電流積分器被啟用的電流控制模式，則禁用所述電壓積分器。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中提供目標(biāo)充電電流包括從最大電池電流、電池功率限制和預(yù)定目標(biāo)電流中選擇最小的目標(biāo)充電電流。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中提供目標(biāo)充電電壓包括提供修改的目標(biāo)電壓，其為期望目標(biāo)電壓減去偏置目標(biāo)電壓以防止目標(biāo)電壓過沖。
6.如權(quán)利要求5的方法，還包括斜坡控制所述偏置目標(biāo)電壓進(jìn)出變換以及進(jìn)出電壓控制。
7.如權(quán)利要求1的方法，還包括檢測所述充電電流值是否會引起充電電流的飽和。
8.如權(quán)利要求7的方法，還包括如果所述充電電流飽和則禁用所述電流積分器。
9.一種用于控制車輛電池充電的方法，所述方法包括 提供期望的目標(biāo)充電電流；測量電池電流；確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流； 如果所述目標(biāo)充電電流小于所述測量的電池電流，則啟用電流積分器； 如果所述電流積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電流值，以提供積分的充電電流值； 提供目標(biāo)充電電壓； 測量電池電壓；確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于所述測量的電池電壓； 如果所述目標(biāo)充電電壓小于所述測量的電池電壓，則啟用電壓積分器； 如果所述電壓積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電壓值，以提供積分的充電電壓值； 將所述積分的充電電流值與所述積分的充電電壓值相加，以提供用于給所述電池充電的充電電流值；如果充電操作處于其中所述電壓積分器被啟用的電壓控制模式，則禁用所述電流積分器；如果充電操作處于其中所述電流積分器被啟用的電流控制模式，則禁用所述電壓積分器；以及如果所述充電電流飽和則禁用所述電流積分器。
10. 一種用于控制電池充電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 用于提供目標(biāo)充電電流的裝置； 用于測量電池電流的裝置；用于確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流的裝置； 用于若所述目標(biāo)充電電流小于所述測量的電池電流則啟用電流積分器的裝置； 用于若所述電流積分器被啟用則隨時(shí)間積分充電電流值以提供積分的充電電流值的裝置；用于提供目標(biāo)充電電壓的裝置； 用于測量電池電壓的裝置；用于確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于所述測量的電池電壓的裝置； 用于若所述電壓積分器被啟用則隨時(shí)間積分充電電壓值的裝置；以及用于將所述積分的充電電流值與所述積分的充電電壓值相加以提供用于給所述電池充電的充電電流值的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及電池快速充電電流控制算法，提供一種用于給電池充電的方法。所述方法包括提供期望的目標(biāo)充電電流和測量電池電流，以及確定所述目標(biāo)充電電流是否小于測量的電池電流。所述方法還包括如果所述目標(biāo)充電電流小于測量的電池電流，則啟用電流積分器，以及如果所述電流積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電流值，以提供積分的充電電流值。所述方法還包括提供目標(biāo)充電電壓和測量電池電壓，以及確定所述目標(biāo)充電電壓是否小于測量的電池電壓。所述方法還包括如果所述目標(biāo)充電電壓小于測量的電池電壓，則啟用電壓積分器，以及如果所述電壓積分器被啟用，則隨時(shí)間積分充電電壓值，以提供積分的電壓值。
文檔編號H02J7/00GK102377216SQ201110235750
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者F. 克萊恩 D. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司