電池管理方法和提供該電池管理方法的電池系統與流程

1.相關申請的交叉引用
2.本技術要求于2020年7月15日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請no.10-2020-0087773的優先權和權益，該韓國專利申請的全部內容以引用方式并入本文中。
3.本發明涉及能夠延長電池的循環壽命的電池管理方法和提供該電池管理方法的電池系統。


背景技術：

4.電動車輛(ev)是使用電池和電動馬達而不使用石油燃料和引擎的車輛。這種電動車輛包括只用電池和電動馬達運行的純電動車輛(ev)、混合電動車輛(hev)和插電式混合電動車輛(phev)。
5.電動車輛主要使用鋰離子電池作為電池，并且可以安裝400v驅動電池和12v輔助電池。最近在市場上批量生產和銷售的電動車輛可以在單次充滿電時行駛達350km(例如，雪佛蘭bolt ev)，并且這根據車型而大有不同。電動車輛中方便用戶的各種模塊/裝置在駕駛時消耗電力，并因此會影響電動車輛的里程。
6.作為電池的充電方法，選擇性地使用慢充和快充方法。對于這樣的充電時間，已知慢充花費4小時至9小時并且快充花費30分鐘至1小時，并且隨著電池技術的發展，慢充或快充速度正在提高。充電器通過將充電電纜連接到電動車輛的充電端子來充入電能，并通常支持高速充電類型或低速充電類型。
7.另外，在經過了預定的時間段之后，例如，當達到了預定的充電循環次數或放電循環次數時，能夠充放電的電池的性能迅速劣化，需要進行更換。特別地，這種電池的更換時段可以根據用戶的使用模式而縮短或延長。例如，有許多研究結果表明，電池的循環壽命隨著100％充放電次數的增加或者隨著通過快充方法而非慢充進行充電的次數增加而縮短。
8.電池與電動車輛(ev)的成本的比率約為40％，該比率是非常大的。當電池的循環壽命隨著由于電池重復過度充電或過度放電加速老化而縮短時，出現了電池更換成本增加的問題。這可能成為用戶購買電動車輛(ev)時的負擔，并可能最終成為各國針對電動車輛數量不斷增長的環境保護政策的障礙。因此，需要能夠根據電動車輛的使用環境、用戶的偏好等延長電池的循環壽命的方法。
9.在本背景技術部分中公開的以上信息僅用于增強對本發明背景的理解，因此它可能包含并未構成本領域的普通技術人員在本國已經得知的現有技術的信息。


技術實現要素：

10.技術問題
11.本發明致力于提供能夠減小可使用電池容量并且當環保模式(eco mode)開啟時用慢充方法對電池進行充電的電池管理方法和提供該電池管理方法的電池系統。
12.技術方案
13.本發明的特征提供了一種電池系統，該電池系統包括：電池；以及電池管理系統(bms)，該bms被配置為根據使用第一下限充電狀態(soc)和第一上限soc之間的第一電池容量的正常模式或使用第二下限soc和第二上限soc之間的第二電池容量的環保模式來控制所述電池的充電，其中，所述第一下限soc小于所述第二下限soc，并且所述第一上限soc大于所述第二上限soc。
14.所述bms可以通過每一預定時段估計所述電池的soc來計算當前soc，并且在所述環保模式開啟的狀態下，當所述當前soc達到所述第二下限soc時可以啟動所述電池的充電，當所述當前soc達到所述第二上限soc時結束所述電池的充電。
15.在所述環保模式開啟的狀態下，所述bms可以禁用對所述電池進行充電使得所述當前sco在預定參考時間內達到所述第二上限soc的快充方法，并且通過使用對所述電池進行充電使得所述當前soc在超過預定參考時間之后達到所述第二上限soc的慢充方法來控制所述電池的充電。
16.在所述正常模式的開啟狀態下，所述bms可以通過每一預定時段估計所述電池的soc來計算當前soc，并且當所述當前soc達到所述第一下限soc時可以啟動所述電池的充電，并當所述當前soc達到所述第一上限soc時可以結束所述電池的充電。
17.在所述正常模式開啟的狀態下，所述bms可以通過使用對所述電池進行充電使得在預定參考時間內所述當前soc達到所述第一上限soc的快充方法或者對所述電池進行充電使得在超過預定參考時間之后所述當前soc達到所述第一上限soc的慢充方法來控制所述電池的充電。
18.在所述正常模式開啟的狀態下，所述bms可以根據駕駛員選擇，通過所述快充方法或所述慢充方法控制所述電池的充電。
19.當根據駕駛員選擇接收到所述環保模式的鍵接通信號時，所述bms可以確定所述環保模式處于開啟狀態，并且當根據所述駕駛員選擇接收到所述環保模式的鍵關閉信號時，確定所述正常模式處于開啟狀態。
20.本發明的另一特征提供了一種電池管理系統bms的電池管理方法，該方法通過根據使用第一下限充電狀態soc和第一上限soc之間的第一電池容量的正常模式或使用第二下限soc和第二上限soc之間的第二電池容量的環保模式來控制電池的充電從而管理所述電池，該方法包括以下步驟：確定所述環保模式eco mode是否處于開啟狀態；當根據其確定結果，每一預定時段估計的當前soc達到所述第一下限soc或所述第二下限soc時，啟動和控制所述電池的充電；以及當所述當前soc達到所述第一上限soc或所述第二上限soc時，結束所述電池的充電，其中，所述第一下限soc小于所述第二下限soc，并且所述第一上限soc大于所述第二上限soc。
21.啟動和控制所述電池的充電可以包括以下步驟：當所述確定的結果是所述環保模式處于開啟狀態時，診斷所述當前soc是否達到所述第二下限soc；當作為所述診斷的結果所述當前soc達到所述第二下限soc時，通過使用對所述電池進行充電使得在超過預定參考時間之后所述當前soc達到所述第二上限soc的慢充方法來啟動所述電池的充電；以及診斷所述當前soc是否達到所述第二上限soc。
22.啟動和控制所述電池的充電可以包括以下步驟：當所述確定的結果是所述正常模式處于開啟狀態時，診斷所述當前soc是否達到所述第一下限soc；當作為所述診斷的結果
所述當前soc達到所述第一下限soc時，通過使用對所述電池進行充電使得所述當前soc在預定參考時間內達到所述第一上限soc的快充方法或者對所述電池進行充電使得在超過預定參考時間之后所述當前soc達到所述第一上限soc的慢充方法對所述電池進行充電；以及診斷所述當前soc是否達到所述第一上限soc。
23.啟動所述電池的充電可以包括：根據駕駛員選擇，通過所述快充方法或所述慢充方法控制所述電池的充電。
24.確定所述環保模式eco mode是否處于開啟狀態可以包括：當根據駕駛員選擇接收到所述環保模式的鍵接通信號時，確定所述環保模式處于開啟狀態，當根據所述駕駛員選擇接收到所述環保模式的鍵關閉信號時，確定所述正常模式處于開啟狀態。
25.有益效果
26.根據本發明，可以通過減少可使用電池容量的上限soc和下限soc的使用以及使電池老化加速的快充次數來延長電池的循環壽命。
27.根據本發明，可以通過使用最大可用電池容量來減少充電次數，并通過使得用戶能夠根據情形而選擇正常模式和環保模式來提升用戶滿意度，所述正常模式提供了使用充電時間短的電池的便利性，所述環保模式延長了電池的循環壽命。
附圖說明
28.圖1例示了根據實施方式的電池系統。
29.圖2例示了根據實施方式的用于描述正常模式的圖。
30.圖3例示了根據實施方式的用于描述環保模式的圖。
31.圖4例示了根據實施方式的描述通過根據用戶選擇在正常模式或環保模式下對電池進行充電來延長電池的循環壽命的方法的流程圖。
具體實施方式
32.在實施方式中，電動車輛指示包括電池和用于通過使用電池中充電的電力來驅動車輪的電動馬達的任何車輛。這種電動車輛包括電動車輛(ev)和插電式混合電動車輛(phev)。電動車輛可以用從作為電動車輛供應設備的充電裝置供應的電力對電池進行充電。充電裝置可以包括快充器(或快速充電器)、在公共場所供應ac電力的慢充座以及簡單安裝在家里或工作地以供應ac電力的家用充電器。
33.下文中，將參考附圖詳細地描述本說明書中公開的實施方式。在本說明書中，相同或相似的組件將由相同或相似的附圖標記表示，并且將省略其重復描述。在以下描述中使用的用于組件的術語“模塊”和/或“單元”僅是為了容易地描述本說明書而使用的。因此，這些術語不具有將它們本身彼此區分開的含義或作用。在描述本說明書的實施方式時，當確定與本發明有關的公知技術的詳細描述可能使本發明的主旨不清楚時，將省略該詳細描述。提供附圖僅是為了使本說明書中公開的實施方式能夠容易理解，而不被解釋為限制本說明書中公開的精神，并且要理解的是，本發明包括不脫離本發明的范圍和精神的所有修改形式、等同形式和替換形式。
34.包括諸如第一、第二等的序數的術語將僅用于描述各種組件，而不應解釋為限制這些組件。這些術語僅用于將一個組件與其它組件區分開來。
35.應當理解，當一個組件被稱為“連接”或“聯接”到另一組件時，該組件可以直接連接或聯接到另一組件，或者可以以又一組件介于其間的方式連接或聯接到另一組件。另一方面，要理解，當一個組件被稱為“直接連接或聯接”到另一組件時，它可以連接或聯接到另一組件，而沒有插在它們之間的另一組件。
36.還將理解的是，在本說明書中使用的術語“包括/包含”或“具有”指定存在所述特征、數字、步驟、操作、組件、部件或其組合，但是不排除存在或添加一個或更多個其它特征、數字、步驟、操作、組件、部件或其組合。
37.圖1例示了根據實施方式的電池系統。
38.參照圖1，電池系統1包括電池10、繼電器20、電流傳感器30和電池管理系統(bms)40。
39.電池10包括電連接的多個電池電芯電芯1至電芯n。在一些實施方式中，電池電芯可以是可再充電電池。預定數量的電池電芯可以串聯連接以構成電池模塊，并且預定數量的電池模塊可以串并聯連接以構成電池10，從而供應所期望的電力。電池電芯電芯1至電芯n中的每一個通過布線電連接到bms 40。
40.在圖1中，電池10包括串聯連接的多個電池電芯電芯1至電芯n，并連接在電池系統1的兩個輸出端子out1和out2之間。繼電器20連接在電池10的正極和輸出端子out1之間，并且電流傳感器30連接在電池10的負極和輸出端子out2之間。圖1中例示的構成元件以及構成元件之間的連接關系是示例，并且本發明不限于此。
41.繼電器20控制電池系統1與外部裝置之間的電連接。當繼電器20接通時，電池系統1與外部裝置電連接以執行充電或放電，而當繼電器20斷開時，電池系統1與外部裝置電分離。在這種情況下，外部裝置可以在通過供應電力對電池10進行充電的充電模式下用作充電器，或者在儲存在電池10中的電力被放電的放電模式下用作負載。
42.電流傳感器30串聯連接到電池10和外部裝置之間的電流路徑。電流傳感器30可以測量流過電池10的電流(即，充電電流和放電電流)，并可以將測量結果發送到bms 40。
43.bms 40可以收集和分析與電池電芯電芯1至電芯n相關的各種信息，以控制電池電芯的充電和放電、電芯平衡、保護操作等，并可以控制繼電器20的操作。例如，bms 40可以根據用戶選擇控制在正常模式(normal mode)或環保模式(eco mode)下對電池10進行充電。
44.在正常模式(normal mode)下，電池10使用設計范圍內的最大可使用電池容量(下文中，第一電池容量)，并使用用戶在慢充方法或快充方法當中選擇的充電方法對電池10進行充電。例如，正常模式(normal mode)是在初始設計狀態下使用和管理電池10的方法。
45.在環保模式(eco mode)下，電池10使用在設計范圍內比最大可使用電池容量窄的電池容量(下文中，第二電池容量)，并通過慢充方法對電池10進行充電。例如，環保模式(eco mode)是用于延長電池10的循環壽命的電池管理方法，并可以通過用戶選擇來設置。即，環保模式(eco mode)是通過限制電池容量的過度使用和快充方法來減緩電池10的老化速率的電池管理方法。
46.充電狀態(soc)是當前儲存在電池10中的能量的量，并且其單位是百分比(％)。當電池10充滿電時，充電狀態soc為100％。當電池10完全放電時，充電狀態(soc)為0％。當滿充的電池10開始放電時，隨著時間的推移，充電狀態(soc)降低至100％、80％、60％等。另外，不能直接測量充電狀態(soc)，并且bms 40可以通過諸如常規已知的電流積分方法或電
壓測量方法這樣的間接方法來估計充電狀態(soc)。bms 40可以在預定時段內或實時地估計充電狀態(soc)。
47.電池容量是電池10可以儲存的能量的總量，并且單位是安培-小時(ah)并表示恒定電流可以流動多長時間。例如，當1a的電流流動1小時時，電池容量為1ah，而當它流動2小時時，電池容量為2ah。
48.根據實施方式，第一電池容量可以包括具有在電池10的設計和生產過程中提供的第一下限soc和第一上限soc之間的范圍的電池容量。例如，第一電池容量可以包括定義為0％至100％的電池容量，或者考慮到設計余量、電阻、計算誤差等，基本上在2％至96％的范圍內的電池容量。第二電池容量可以包括在比第一電池容量窄的區域中的電池容量，以便減緩電池10的老化速率。具體地，第二電池容量可以包括具有在第二下限soc和第二上限soc之間的范圍的電池容量，第二下限soc是比第一下限soc大的預定大小，第二上限soc是比第一上限soc小的預定大小。例如，第二電池容量可以包括定義在30％和80％之間的范圍內的電池容量。
49.在正常模式(normal mode)下，當充電狀態(soc)達到第一下限soc(例如，2％)時，bms 40進入向電池10供應電力的充電模式。當通過向電池10供應電力實時充電狀態(soc)達到第一上限soc(例如，96％)時，bms 40可以結束充電模式。另外，在環保模式(eco mode)下，當充電狀態(soc)達到第二下限soc(例如，30％)時，bms 40進入向電池10供應電力的充電模式。當通過向電池10供應電力實時充電狀態(soc)達到第二上限soc(例如，80％)時，bms 40可以結束充電模式。
50.慢充和快充是根據充電速度而劃分的電池充電方法。慢充是用于在超過了預定參考時間之后完成電池10的充電的慢充方法?？斐涫怯糜谠陬A定參考時間內完成電池10的充電的快速充電方法。
51.另外，當以最大容量使用電池時，例如，當重復使用第一下限soc(例如，2％)和第一上限soc(例如，96％)時，或者當使用擴展的電池容量(1％至97％或0％至99％)時，電池10的老化可能加速。另外，當通過快充方法對電池10進行充電時，與通過慢充方法對電池10進行充電時相比，電池10的老化可能加速。
52.當電池10在制造之后隨著使用而老化時，可儲存能量(電池容量)的總量也減少。健康狀態(soh)是通過比較理想電池狀態與當前電池狀態而獲得的性能指標。例如，盡管電池10初始地具有1000mah的電池容量，但在使用預定時間段之后，電池容量可能降低至850mah。然后，電池健康狀態(soh)變為85％。
53.作為參考，當電池健康狀態(soh)為100％時，電池10的充滿電和完全放電時的充電狀態(soc)分別為100％和0％。另外，當電池健康狀態(soh)為85％時，電池10的充滿電和完全放電時的充電狀態(soc)分別為100％和0％。即，不管電池的健康狀態(soh)如何，當可以填充在電池10中的能量被完全充滿時，充電狀態(soc)為100％，而當能量耗盡時，充電狀態(soc)為0％。然而，電池健康狀態(soh)為100％的電池10在充滿電之后可以供應總共1000mah的能量，而電池健康狀態(soh)為85％的電池10在充滿電之后只可以供應總共850mah的能量。
54.即，電池容量響應于電池健康狀態(soh)而降低。例如，當電池健康狀態(soh)降低至預定參考值(例如，80％)的時間可以被視為電池更換時間。當電池健康狀態(soh)下降至
低于80％時，電池容量迅速劣化，并且電池10不可以執行其原始作用。
55.圖2例示了根據實施方式的用于描述正常模式的圖，并且圖3例示了根據實施方式的用于描述環保模式的圖。
56.根據實施方式，可以在用戶界面(未例示)上設置用于執行環保模式(eco mode)的第一鍵key_1。當用戶選擇(on)或不選擇(off)執行環保模式(eco mode)的第一鍵key_1時，bms 40可以控制根據用戶選擇(on)在環保模式(eco mode)下對電池10進行充電，或者根據不選擇(off)而在正常模式(normal mode)下對電池10進行充電。例如，bms 40可以從電子控制單元(ecu)接收用于選擇第一鍵key_1的第一鍵接通信號或用于不選擇第一鍵key_1的第一鍵關閉信號。
57.根據另一實施方式，可以在用戶界面(未例示)中設置可以供用戶操縱的用于執行環保模式(eco mode)的第一鍵key_1和用于執行正常模式(normal mode)的第二鍵key_2。當用戶選擇(on)用于執行環保模式(eco mode)的第一鍵key_1時，bms 40可以控制電池10在環保模式(eco mode)下充電。當用戶選擇(on)用于執行正常模式(normal mode)的第二鍵key_2時，bms 40可以控制電池10在正常模式(normal mode)下充電。例如，bms 40可以從電子控制單元(ecu)接收用于選擇第一鍵key_1的第一鍵接通信號或用于選擇正常模式(normal mode)的第二鍵key_2的第二鍵接通信號。
58.參照圖2的(a)，在正常模式(normal mode)的導通狀態下，第一電池容量被設置為可使用電池容量(下文中，可用電池容量)，并且使得能夠進行快速充電。因此，bms 40可以根據用戶選擇通過快充方法或慢充方法控制電池10在第一電池容量范圍內的充電。
59.參照圖2的(b)，當在正常模式(normal mode)下使用和管理電池10時，電池10的壽命結束(eol)可以被確定為與初始狀態(100％)相比可用電池容量達到預定參考值(80％)的時間。即，當電池健康狀態(soh)達到80％時，電池10應該被丟棄。在這種情況下，可以根據充放電循環的次數來確定壽命結束(eol)。例如，當已經經過了300至500個充放電循環時，鋰離子電池被確定已達到壽命結束(eol)。
60.參照圖3的(a)，在環保模式(eco mode)的開啟狀態下，第二電池容量被設置為可用電池容量，并且快充方法被禁用。因此，bms 40可以通過慢充方法控制電池10在第二電池容量范圍內的充電。在這種情況下，第二電池容量可以被設置為比第一電池容量小的范圍內的電池容量。
61.參照圖3的(b)，當在環保模式(eco mode)下使用和管理電池10時，電池10的壽命結束(eol+α)可以比在正常模式(normal mode)下使用和管理電池10時延長預定時間段α。
62.圖4例示了描述根據實施方式的通過根據用戶選擇在正常模式或環保模式下對電池進行充電來延長電池的循環壽命的方法的流程圖。
63.下文中，將參考圖1至圖4描述電池管理方法和提供該方法的電池系統。
64.參照圖4，bms 40通過用戶選擇來確定環保模式(eco mode)是否處于開啟狀態(s10)。
65.根據實施方式，可以在用戶界面(未例示)上設置用于執行環保模式(eco mode)的第一鍵key_1。當用戶選擇第一鍵key_1時，bms 40可以確定環保模式(eco mode)，而當用戶不選擇第一鍵key_1時，bms 40可以確定正常模式(normal mode)。即，當用戶沒有采取任何動作時，bms 40可以確定正常模式(normal mode)。例如，bms 40可以從電子控制單元(ecu)
接收用于指示選擇第一鍵key_1的第一鍵接通信號或用于指示不選擇第一鍵key_1的第一鍵關閉信號。
66.根據另一實施方式，可以在用戶界面(未例示)中設置用于執行環保模式(eco mode)的第一鍵key_1和用于執行正常模式(normal mode)的第二鍵key_2。當用戶選擇第一鍵key_1時，bms 40可以確定環保模式(eco mode)，而當用戶不選擇第二鍵key_2時，bms 40可以確定正常模式(normal mode)。例如，bms40可以從電子控制單元(ecu)接收用于選擇第一鍵key_1的第一鍵接通信號或用于選擇正常模式(normal mode)的第二鍵key_2的第二鍵接通信號。
67.接下來，當環保模式(eco mode)處于關閉狀態(s10，否)時，bms 40控制電池10在正常模式(normal mode)下充電(s20)。
68.在步驟s20中，首先，bms 40診斷當前充電狀態(soc)是否達到第一電池容量的第一下限soc(s21)。
69.正常模式(normal mode)是按設計管理電池的方法。正常模式(normal mode)使用第一電池容量，第一電池容量是在設計范圍內可使用的最大電池容量。在這種情況下，第一電池容量可以是具有在電池10的設計和生產過程中提供的第一下限soc和第一上限soc之間的范圍的電池容量。假設理想狀態，第一電池容量可以包括定義在0％和100％之間的范圍中的電池容量。bms 40可以通過在預定時段內或實時地估計充電狀態(soc)來計算當前充電狀態(soc)。
70.在步驟s20中，當充電狀態soc達到第一下限soc時(s21，是)，bms 40進入向電池10供應電力的充電模式(s22)。
71.bms 40可以根據用戶選擇通過快充方法或慢充方法控制電池10在第一電池容量范圍內的充電。例如，當用戶選擇快充時，bms 40可以通過快充來控制向電池10供應電力。
72.根據實施方式，當用戶沒有選擇充電方法時，bms 40可以請求用戶通過電子控制單元(ecu)選擇充電方法。電子控制單元(ecu)可以控制在用戶界面上顯示請求選擇快充方法和慢充方法中的一者的消息。
73.在步驟s20中，bms 40診斷當前充電狀態(soc)是否達到第一電池容量的第一上限soc(s23)。
74.在充電模式下，電池10從外部裝置接收電力，并且充電狀態(soc)隨著時間的推移而增加。例如，在充電狀態(soc)為0％時開始充電的情況下，隨著時間的推移，充電狀態(soc)可以逐漸增加至10％、30％或50％。
75.接下來，當環保模式(eco mode)處于開啟狀態(s10，是)時，bms 40控制電池10在環保模式(eco mode)下充電(s30)。
76.在步驟s30中，首先，bms 40診斷充電狀態(soc)是否達到第二電池容量的第二下限soc(s31)。
77.環保模式(eco mode)是用于延長電池10的循環壽命的電池管理方法，并可以通過用戶選擇來設置。在環保模式(eco mode)下，使用第二電池容量，第二電池容量是比第一電池容量的區域窄的區域中的電池容量。在這種情況下，第二電池容量可以包括具有在第二下限soc和第二上限soc之間的范圍內的電池容量，第二下限soc是比第一下限soc大的預定大小，第二上限soc是比第一上限soc小的預定大小。例如，第二電池容量可以包括定義為在
30％和80％之間的范圍內的電池容量。
78.參照圖3的(a)，第一電池容量的第一下限soc小于第二電池容量的第二下限soc，并且第一上限soc大于第二電池容量的第二上限soc。
79.在步驟s30中，當充電狀態soc達到第二下限soc(s31，是)時，bms 40進入向電池10供應電力的充電模式(s32)。
80.由于快充方法被禁用，因此bms 40可以通過慢充方法控制電池10在第二電池容量范圍內的充電。當充電狀態(soc)達到第二下限soc(例如，30％)時，bms40可以控制電池10被充電而沒有進一步放電。
81.在步驟s30中，bms 40診斷充電狀態(soc)是否達到第二電池容量的第二上限soc(s33)。
82.接下來，當當前充電狀態(soc)達到第一上限soc或第二上限soc(s23，是)時，bms 40可以結束充電模式s40。
83.當電池10被充滿電至第一上限soc時，bms 40可以結束電池10的充電。例如，當充電狀態(soc)達到100％時，bms 40可以結束電池10的充電。
84.當電池10被充滿電至第二上限soc時，bms 40可以結束電池10的充電。例如，在充電狀態(soc)為30％時開始充電的情況下，隨著時間的推移，充電狀態(soc)可以逐漸增加至30％或70％。當充電狀態(soc)達到第二上限soc(例如，80％)時，bms 40可以結束充電模式，使得電池10不再被充電。
85.雖然已經結合目前被認為是實際的實施方式描述了本發明，但要理解，本發明不限于所公開的實施方式，而是相反地，旨在涵蓋包括在所附權利要求的精神和范圍內的各種修改形式和等同布置。