专利名称：电池快速充电电流控制算法的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用于给电池充电的系统和方法，更特别地，涉及用于使用电压控制模式和电流控制模式来给车辆电池充电的系统和方法。
背景技术：
电动车正变得越来越流行。这些车辆包括混合动力车(例如，结合电池和主动力源 (如内燃机、燃料电池系统等)的增程电动车(EREV))和纯电动车(例如电池电动车(BEV))。 所有这些类电动车都使用包括多个电池单元的高压电池。这些电池可为不同的电池类型， 例如锂-离子电池、镍氢电池、铅酸电池等。用于电动车的典型高压电池可包括提供约400 伏特的196个电池单元。所述电池可包括单独的电池模块，其中每个电池模块都可包括一定数量的电池单元，例如12个单元。单独的电池单元可串联电联接，或者一系列单元可并联电联接，其中模块中的多个单元串联连接，并且每个模块都并联电联接至其它模块。不同的车辆设计包括为特定应用利用各种平衡和优点的不同电池设计。本领域存在给电池特别是车辆电池可靠充电、以精确和可靠地提供不损坏电池的完全电池充电的需求。当前，电池充电算法会试图在一定的时间周期内将电池充电至特定的电池电压。一旦电池被充电至该电压水平，那么充电算法就进入维持充电模式，其中提供涓流电流以将电池保持在充电电压。控制电池充电器的算法需要控制提供给电池的电流量以控制热量、过充电等，使得电池及其它组件不会被损坏。这些不同类型的充电器具有不同的目的，依赖于充电情形，其目的可为整夜充电器或快速充电器。电池充电器可在车辆上， 或者可与车辆分离，其中电池充电器的电线插入车辆，或者车辆直接插在AC墙壁出口。
发明内容
根据本发明的教导，公开了用于给电池充电的系统和方法，其中所述方法利用确定提供期望电流和电压分布的充电器输出电流的算法。所述方法包括提供期望的目标充电电流和测量电池电流，以及确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流。所述方法还包括如果所述目标充电电流小于测量的电池电流，则启用电流积分器，以及如果所述电流积分器被启用，则随时间积分充电电流值，以提供积分的充电电流值。所述方法还包括提供目标充电电压和测量电池电压，以及确定所述目标充电电压是否小于测量的电池电压。所述方法还包括如果所述目标充电电压小于测量的电池电压，则启用电压积分器；如果所述电压积分器被启用，则随时间积分充电电压值，以提供积分的电压值。所述方法将积分的充电电流值与积分的充电电压值相加，以提供用于给所述电池充电的充电电流命令。如果充电操作处于其中所述电压积分器被启用的电压控制模式，那么所述方法禁用所述电流积分器，和如果充电操作处于其中所述电流积分器被启用的电流控制模式，那么所述方法禁用所述电压积分器。本发明提供下列技术方案。技术方案1 一种用于控制电池充电的方法，所述方法包括提供目标充电电流； 测量电池电流；
确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流； 如果所述目标充电电流小于所述测量的电池电流，则启用电流积分器； 如果所述电流积分器被启用，则随时间积分充电电流值，以提供积分的充电电流值； 提供目标充电电压； 测量电池电压；
确定所述目标充电电压是否小于测量的电池电压；
如果所述目标充电电压小于所述测量的电池电压，则启用电压积分器；
如果所述电压积分器被启用，则随时间积分充电电压值；以及
将积分的充电电流值与积分的充电电压值相加，以提供用于给所述电池充电的充电电流值。技术方案2 如技术方案1的方法，还包括如果充电操作处于其中所述电压积分器被启用的电压控制模式，则禁用所述电流积分器。技术方案3 如技术方案1的方法，还包括如果充电操作处于其中所述电流积分器被启用的电流控制模式，则禁用所述电压积分器。技术方案4 如技术方案1的方法，其中提供目标充电电流包括从最大电池电流、 电池功率限制和预定目标电流中选择最小的目标充电电流。技术方案5 如技术方案1的方法，其中提供目标充电电压包括提供修改的目标电压，其为期望目标电压减去偏置目标电压以防止目标电压过冲。技术方案6 如技术方案5的方法，还包括对进出变换和进入电压控制斜坡控制所述偏置目标电压。技术方案7 如技术方案1的方法，还包括检测所述充电电流值是否会引起充电电流的饱和。技术方案8 如技术方案7的方法，还包括如果所述充电电流饱和则禁用所述电流积分器。技术方案9 如技术方案1的方法，其中积分充电电流值包括在预定值开始所述电流积分，其中所述预定值为可用来充电的最大电流值的一定百分比。技术方案10 如技术方案9的方法，其中所述最大电流值为可用于给电池充电的最大供给电流和最大电池电流中的最小值。技术方案11 如技术方案1的方法，其中所述电池为车辆电池。技术方案12 —种用于控制车辆电池充电的方法，所述方法包括 提供期望的目标充电电流；
测量电池电流；
确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流； 如果所述目标充电电流小于所述测量的电池电流，则启用电流积分器； 如果所述电流积分器被启用，则随时间积分充电电流值，以提供积分的充电电流值； 提供目标充电电压； 测量电池电压；确定所述目标充电电压是否小于所述测量的电池电压； 如果所述目标充电电压小于所述测量的电池电压，则启用电压积分器； 如果所述电压积分器被启用，则随时间积分充电电压值，以提供积分的充电电压值； 将所述积分的充电电流值与所述积分的充电电压值相加，以提供用于给所述电池充电的充电电流值；
如果充电操作处于其中所述电压积分器被启用的电压控制模式，则禁用所述电流积分
器；
如果充电操作处于其中所述电流积分器被启用的电流控制模式，则禁用所述电压积分器；以及
如果所述充电电流饱和则禁用所述电流积分器。技术方案13 如技术方案12的方法，其中提供目标充电电流包括从最大电池电流、电池功率限制和预定目标电流中选择最小的目标充电电流。技术方案14 如技术方案12的方法，其中提供目标充电电压包括提供修改的目标电压，其为期望目标电压减去偏置目标电压以防止目标电压过冲。技术方案15 如技术方案12的方法，其中积分充电电流值包括在预定值开始电流积分，其中所述预定值为可用来充电的最大电流值的一定百分比。技术方案16 如技术方案15的方法，其中所述最大电流值为可用于给电池充电的最大供给电流和最大电池电流中的最小值。技术方案17 —种用于控制电池充电的系统，所述系统包括 用于提供目标充电电流的装置；
用于测量电池电流的装置；
用于确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流的装置； 用于若所述目标充电电流小于所述测量的电池电流则启用电流积分器的装置； 用于若所述电流积分器被启用则随时间积分充电电流值以提供积分的充电电流值的
装置；
用于提供目标充电电压的装置； 用于测量电池电压的装置；
用于确定所述目标充电电压是否小于所述测量的电池电压的装置； 用于若所述电压积分器被启用则随时间积分充电电压值的装置；以及用于将所述积分的充电电流值与所述积分的充电电压值相加以提供用于给所述电池充电的充电电流值的装置。技术方案18 如技术方案17的系统，还包括用于若充电操作处于其中所述电压积分器被启用的电压控制模式则禁用所述电流积分器的装置和用于若充电操作处于其中所述电流积分器被启用的电流控制模式则禁用所述电压积分器的装置。技术方案19 如技术方案17的系统，其中用于提供目标充电电流的装置从最大电池电流、电池功率限制和预定目标电流中选择最小的目标充电电流值。技术方案20 如技术方案17的系统，其中用于提供目标充电电压的装置提供修改的目标电压，其为期望目标电压减去偏置目标电压以防止目标电压过冲。结合附图，从下面的描述和所附权利要求可清楚本发明的其它特征。
图1为在用于给电池充电的系统和方法中使用的算法的示意性框图。
具体实施例方式下面对本发明涉及用于给电池充电的系统和方法的实施例的描述实质上仅仅是示意性的，绝不是意图限制本发明或其应用或使用。例如，本发明的电池充电技术可特别应用于给高压车辆电池充电。然而，本领域的技术人员也应理解，本发明可应用于给其它类型的电池充电。图1为示出用在电池充电器的控制器10中的算法的流程顺序的示意性框图。控制器10包括分开地控制电池22的充电的电压控制模式部分12和电流控制模式部分14。 电压控制模式部分12利用电压控制，其中线路16上的期望或充电目标电压(例如，来自查寻表)被应用至求和块18的正极终端，线路20上的偏置目标电压被应用至求和块18的负极终端。在框18中从目标电压减去偏置目标电压，以减小目标电压，并防止目标电压过冲 (over-shoot)，S卩，超过线路16上的目标电压。换句话说，为了在进入电压控制模式时的充电序列期间防止电池电压超过目标电压，控制器10通过使用求和块18减小目标电压来采用目标过冲保护。当控制器10不处在电压控制模式时，目标电压被修改，并且在电压控制变得起作用时转变为实际目标电压。偏置目标电压被延迟框M延迟一个或多个时间周期，使得其基于前一目标电压减小目标电压。速率限制器电路26从由增益电路观确定的速率限制器值减去目标电压偏置，该增益电路观斜坡控制(ramp)转变的偏置输入/输出进出电压控制。如果测量的电池电压不低于目标电压，那么速率限制器电路沈阻止目标过冲控制。当电池22正在被充电时，所述斜坡控制使目标偏置变得更加接近实际目标电压。算法基于典型的电压过冲的大小和持续时间、偏置和斜坡控制退出时间设定偏置和斜坡控制退出时间，其可为电池电流、 充电状态、健康状态等的函数。斜坡控制退出速率可基于电池电压和实际偏置目标电压被动态地确定，以补偿由于电池健康状态随时间变化而导致的电池响应中的变化。所述偏置还可为电压积分器增益的函数，如下所述。修改的目标电压被从求和块18发送至比较器30的正极终端，线路32上的测量电池电压被发送至比较器30的负极终端。为目标电压过冲补偿的目标电压与来自比较器30 的测量电池电压之间的差被发送至电压积分器启用电路34的一个输入端，该启用电路34 启用电压积分器36，如下面更加详细描述的，使得如果所述测量的电压小于修改的目标电压，那么可启用使用电压控制模式的电池充电。来自比较器30的信号还激活电压跳闸检测器电路40，该电路禁用线路102上电流控制模式部分14中的电流积分器88，如下所述。在电跳闸检测器电路40被激活时，线路102上的信号也被发送至电路48，该电路48禁用所述目标电压偏置，并开始速率限制器电路26中电压偏置的斜坡控制退出。积分器启用电路34 的另一输入是线路42上的禁用输入，如果电流积分器88被启用，则该禁用输入禁用电压积分器36，也如下面所详细描述的。线路46上提供给积分器启用电路34的第三输入依赖于控制器10是否在操作，S卩，充电是否完成至充电状态、电能、耗费等的期望水平来启用或禁用积分器36。一旦按由启用电路34的输入所确定的来启用电压积分器36，电压积分器36就基于增益电路38的增益积分一个值。如果电压过高，则电压积分器36操作为降低由充电器提供的充电电流，其中电流控制模式侧14中的电流积分器88操作，以降低充电期间提供给电池22的电流。对于电压控制模式，电压积分器36提供的积分量可显示在显示装置44上。电压积分器36提供的电压量连同电流控制模式侧14的电流积分被发送至加法器 50，下面进行描述。电压控制模式侧12和电流控制模式侧14的相加的积分充电电流在线路62上被提供给电流限制电路54，该电流限制电路M限制线路52上为充电目的能够提供给电池22的充电电流量。线路52上的信号为用于HVDC充电器向电池22输送充电电流量的指令。电流限制电路M接收线路64上的上限最大供应电流信号和线路66上最小电流(通常为零)，用于最大电流计算。电流模式侧14中的电流积分器88不期望继续要求比超过电流限制器电路M提供的能力更多的充电电流，因此这会导致引起积分器88 “停止 (wind-up)”，并会在进入电压控制模式时阻止线路62上电流的立即降低。因此，为防止积分器停止，线路52上的控制信号被提供给比较器56的负极终端，线路62上的充电信号通过增益电路58提供给比较器56的正极终端，该增益电路58可设定为1的增益。因此，如果电流限制器电路M工作，并设置线路52上的最大充电电流，那么检测器电路60会检测到线路62上附加电流的增加，其中检测器电路60会检测充电器输出的饱和度。所述饱和度可为时间、电网电力耗费和利用率、充电器温度等的函数。检测器60在线路68上提供信号，禁用电流积分器88，如下面进一步详细描述的。在电流控制模式部分14中，用于给电池22充电的期望或目标电流是达到多个规范的三个不同目标值(例如充电速度、电池功率限制、最大电流等)中的最小者。特别地，通过适当的查寻表等，期望电池电流设在线路70上，最大电池功率设在线路72上，最大电池电流设在线路74上。最小值检测器电路76确定这三个目标电流中的哪个是最低的，并选择该电流作为在比较器78中与线路80上的测量电池电流作比较的值。如果最小目标电流低于充电操作期间的测量电池电流，那么电流积分启用信号在线路86上提供给启用电流积分器88的电流积分器启用电路82。当电流积分器88被启用时，启用信号还被提供给电流跳闸检测器电路84，该电路在线路42上提供信号，以禁用电压积分器36，如上所述。电压积分器36被启用时线路102上的禁用信号为电流积分器启用电路82的输入之一。从饱和度检测器电路60到电流积分器启用电路82的第三输入在线路68上。当电压被电压积分器36积分时，电压跳闸电路40禁用电流积分器88，而当电流被电流积分器88积分时，电流跳闸电路84禁用电压积分器36。当处于电流控制模式时禁用电压积分器36，以防止电压积分器36改变其对加法器50的贡献，这允许电流控制积分器88对线路62上的充电电流具有及时且独特的效果。 否则，电压积分器会向加法器50应用增加项，引起电流过冲。当处于电压控制模式中时禁用电流积分器88，以防止电流积分器88改变其对加法器50的贡献，这允许电压控制积分器 36对线路62上的充电电流具有及时且独特的效果。否则，电流积分器88会向加法器50应用增加项，抵销了电压控制积分器减小项的一部分，引起电压过冲。这些电压和电流抗停止 (anti-wind-up)特征提高了控制稳定性和跟随在电压和电流控制模式之间的转换的响应。 因此，用于启用电流积分器88的电路82的启用标准包括，无论电池电流是否在最小目标值以下，控制器10当前都不在电压控制模式，并且充电电流不饱和。积分器启用电路82通过增益电路90启用电流积分器88，在一个示例中，该增益电路90可被设定为一的增益。电流积分器88可以可用来充电的最大电流的一定百分比开始，其可由增益电路92设定并提供给电流积分器88。该值可通过冲电器在线路100上供应的最大电流或线路94上可用的最大电池电流来确定，其中通过最小电路96选择这两个值中的最小值。电流积分器88对电流的积分可显示在显示装置98上。如上所述，电流积分器88积分的电流被加到加法器50中的电压积分上。 前面的说明仅仅公开和描述了本发明的示意性实施例。在不脱离由所附权利要求限定的本发明实质和范围的情况下，本领域的技术人员从该说明及附图和权利要求可容易地认识到可在其中进行各种变化、修改和变型。
权利要求
1.一种用于控制电池充电的方法，所述方法包括 提供目标充电电流；测量电池电流；确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流； 如果所述目标充电电流小于所述测量的电池电流，则启用电流积分器； 如果所述电流积分器被启用，则随时间积分充电电流值，以提供积分的充电电流值； 提供目标充电电压； 测量电池电压；确定所述目标充电电压是否小于测量的电池电压；如果所述目标充电电压小于所述测量的电池电压，则启用电压积分器；如果所述电压积分器被启用，则随时间积分充电电压值；以及将积分的充电电流值与积分的充电电压值相加，以提供用于给所述电池充电的充电电流值。
2.如权利要求1的方法，还包括如果充电操作处于其中所述电压积分器被启用的电压控制模式，则禁用所述电流积分器。
3.如权利要求1的方法，还包括如果充电操作处于其中所述电流积分器被启用的电流控制模式，则禁用所述电压积分器。
4.如权利要求1的方法，其中提供目标充电电流包括从最大电池电流、电池功率限制和预定目标电流中选择最小的目标充电电流。
5.如权利要求1的方法，其中提供目标充电电压包括提供修改的目标电压，其为期望目标电压减去偏置目标电压以防止目标电压过冲。
6.如权利要求5的方法，还包括斜坡控制所述偏置目标电压进出变换以及进出电压控制。
7.如权利要求1的方法，还包括检测所述充电电流值是否会引起充电电流的饱和。
8.如权利要求7的方法，还包括如果所述充电电流饱和则禁用所述电流积分器。
9.一种用于控制车辆电池充电的方法，所述方法包括 提供期望的目标充电电流；测量电池电流；确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流； 如果所述目标充电电流小于所述测量的电池电流，则启用电流积分器； 如果所述电流积分器被启用，则随时间积分充电电流值，以提供积分的充电电流值； 提供目标充电电压； 测量电池电压；确定所述目标充电电压是否小于所述测量的电池电压； 如果所述目标充电电压小于所述测量的电池电压，则启用电压积分器； 如果所述电压积分器被启用，则随时间积分充电电压值，以提供积分的充电电压值； 将所述积分的充电电流值与所述积分的充电电压值相加，以提供用于给所述电池充电的充电电流值；如果充电操作处于其中所述电压积分器被启用的电压控制模式，则禁用所述电流积分器；如果充电操作处于其中所述电流积分器被启用的电流控制模式，则禁用所述电压积分器；以及如果所述充电电流饱和则禁用所述电流积分器。
10. 一种用于控制电池充电的系统，所述系统包括 用于提供目标充电电流的装置； 用于测量电池电流的装置；用于确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流的装置； 用于若所述目标充电电流小于所述测量的电池电流则启用电流积分器的装置； 用于若所述电流积分器被启用则随时间积分充电电流值以提供积分的充电电流值的装置；用于提供目标充电电压的装置； 用于测量电池电压的装置；用于确定所述目标充电电压是否小于所述测量的电池电压的装置； 用于若所述电压积分器被启用则随时间积分充电电压值的装置；以及用于将所述积分的充电电流值与所述积分的充电电压值相加以提供用于给所述电池充电的充电电流值的装置。
全文摘要
本发明涉及电池快速充电电流控制算法，提供一种用于给电池充电的方法。所述方法包括提供期望的目标充电电流和测量电池电流，以及确定所述目标充电电流是否小于测量的电池电流。所述方法还包括如果所述目标充电电流小于测量的电池电流，则启用电流积分器，以及如果所述电流积分器被启用，则随时间积分充电电流值，以提供积分的充电电流值。所述方法还包括提供目标充电电压和测量电池电压，以及确定所述目标充电电压是否小于测量的电池电压。所述方法还包括如果所述目标充电电压小于测量的电池电压，则启用电压积分器，以及如果所述电压积分器被启用，则随时间积分充电电压值，以提供积分的电压值。
文档编号H02J7/00GK102377216SQ201110235750
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月17日 优先权日2010年8月17日
发明者F. 克莱恩 D. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司