电池管理方法和提供该电池管理方法的电池系统与流程

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年7月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2020-0087773的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容以引用方式并入本文中。
3.本发明涉及能够延长电池的循环寿命的电池管理方法和提供该电池管理方法的电池系统。


背景技术：

4.电动车辆(ev)是使用电池和电动马达而不使用石油燃料和引擎的车辆。这种电动车辆包括只用电池和电动马达运行的纯电动车辆(ev)、混合电动车辆(hev)和插电式混合电动车辆(phev)。
5.电动车辆主要使用锂离子电池作为电池，并且可以安装400v驱动电池和12v辅助电池。最近在市场上批量生产和销售的电动车辆可以在单次充满电时行驶达350km(例如，雪佛兰bolt ev)，并且这根据车型而大有不同。电动车辆中方便用户的各种模块/装置在驾驶时消耗电力，并因此会影响电动车辆的里程。
6.作为电池的充电方法，选择性地使用慢充和快充方法。对于这样的充电时间，已知慢充花费4小时至9小时并且快充花费30分钟至1小时，并且随着电池技术的发展，慢充或快充速度正在提高。充电器通过将充电电缆连接到电动车辆的充电端子来充入电能，并通常支持高速充电类型或低速充电类型。
7.另外，在经过了预定的时间段之后，例如，当达到了预定的充电循环次数或放电循环次数时，能够充放电的电池的性能迅速劣化，需要进行更换。特别地，这种电池的更换时段可以根据用户的使用模式而缩短或延长。例如，有许多研究结果表明，电池的循环寿命随着100％充放电次数的增加或者随着通过快充方法而非慢充进行充电的次数增加而缩短。
8.电池与电动车辆(ev)的成本的比率约为40％，该比率是非常大的。当电池的循环寿命随着由于电池重复过度充电或过度放电加速老化而缩短时，出现了电池更换成本增加的问题。这可能成为用户购买电动车辆(ev)时的负担，并可能最终成为各国针对电动车辆数量不断增长的环境保护政策的障碍。因此，需要能够根据电动车辆的使用环境、用户的偏好等延长电池的循环寿命的方法。
9.在本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含并未构成本领域的普通技术人员在本国已经得知的现有技术的信息。


技术实现要素：

10.技术问题
11.本发明致力于提供能够减小可使用电池容量并且当环保模式(eco mode)开启时用慢充方法对电池进行充电的电池管理方法和提供该电池管理方法的电池系统。
12.技术方案
13.本发明的特征提供了一种电池系统，该电池系统包括：电池；以及电池管理系统(bms)，该bms被配置为根据使用第一下限充电状态(soc)和第一上限soc之间的第一电池容量的正常模式或使用第二下限soc和第二上限soc之间的第二电池容量的环保模式来控制所述电池的充电，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可以通过每一预定时段估计所述电池的soc来计算当前soc，并且在所述环保模式开启的状态下，当所述当前soc达到所述第二下限soc时可以启动所述电池的充电，当所述当前soc达到所述第二上限soc时结束所述电池的充电。
15.在所述环保模式开启的状态下，所述bms可以禁用对所述电池进行充电使得所述当前sco在预定参考时间内达到所述第二上限soc的快充方法，并且通过使用对所述电池进行充电使得所述当前soc在超过预定参考时间之后达到所述第二上限soc的慢充方法来控制所述电池的充电。
16.在所述正常模式的开启状态下，所述bms可以通过每一预定时段估计所述电池的soc来计算当前soc，并且当所述当前soc达到所述第一下限soc时可以启动所述电池的充电，并当所述当前soc达到所述第一上限soc时可以结束所述电池的充电。
17.在所述正常模式开启的状态下，所述bms可以通过使用对所述电池进行充电使得在预定参考时间内所述当前soc达到所述第一上限soc的快充方法或者对所述电池进行充电使得在超过预定参考时间之后所述当前soc达到所述第一上限soc的慢充方法来控制所述电池的充电。
18.在所述正常模式开启的状态下，所述bms可以根据驾驶员选择，通过所述快充方法或所述慢充方法控制所述电池的充电。
19.当根据驾驶员选择接收到所述环保模式的键接通信号时，所述bms可以确定所述环保模式处于开启状态，并且当根据所述驾驶员选择接收到所述环保模式的键关闭信号时，确定所述正常模式处于开启状态。
20.本发明的另一特征提供了一种电池管理系统bms的电池管理方法，该方法通过根据使用第一下限充电状态soc和第一上限soc之间的第一电池容量的正常模式或使用第二下限soc和第二上限soc之间的第二电池容量的环保模式来控制电池的充电从而管理所述电池，该方法包括以下步骤：确定所述环保模式eco mode是否处于开启状态；当根据其确定结果，每一预定时段估计的当前soc达到所述第一下限soc或所述第二下限soc时，启动和控制所述电池的充电；以及当所述当前soc达到所述第一上限soc或所述第二上限soc时，结束所述电池的充电，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.启动和控制所述电池的充电可以包括以下步骤：当所述确定的结果是所述环保模式处于开启状态时，诊断所述当前soc是否达到所述第二下限soc；当作为所述诊断的结果所述当前soc达到所述第二下限soc时，通过使用对所述电池进行充电使得在超过预定参考时间之后所述当前soc达到所述第二上限soc的慢充方法来启动所述电池的充电；以及诊断所述当前soc是否达到所述第二上限soc。
22.启动和控制所述电池的充电可以包括以下步骤：当所述确定的结果是所述正常模式处于开启状态时，诊断所述当前soc是否达到所述第一下限soc；当作为所述诊断的结果
所述当前soc达到所述第一下限soc时，通过使用对所述电池进行充电使得所述当前soc在预定参考时间内达到所述第一上限soc的快充方法或者对所述电池进行充电使得在超过预定参考时间之后所述当前soc达到所述第一上限soc的慢充方法对所述电池进行充电；以及诊断所述当前soc是否达到所述第一上限soc。
23.启动所述电池的充电可以包括：根据驾驶员选择，通过所述快充方法或所述慢充方法控制所述电池的充电。
24.确定所述环保模式eco mode是否处于开启状态可以包括：当根据驾驶员选择接收到所述环保模式的键接通信号时，确定所述环保模式处于开启状态，当根据所述驾驶员选择接收到所述环保模式的键关闭信号时，确定所述正常模式处于开启状态。
25.有益效果
26.根据本发明，可以通过减少可使用电池容量的上限soc和下限soc的使用以及使电池老化加速的快充次数来延长电池的循环寿命。
27.根据本发明，可以通过使用最大可用电池容量来减少充电次数，并通过使得用户能够根据情形而选择正常模式和环保模式来提升用户满意度，所述正常模式提供了使用充电时间短的电池的便利性，所述环保模式延长了电池的循环寿命。
附图说明
28.图1例示了根据实施方式的电池系统。
29.图2例示了根据实施方式的用于描述正常模式的图。
30.图3例示了根据实施方式的用于描述环保模式的图。
31.图4例示了根据实施方式的描述通过根据用户选择在正常模式或环保模式下对电池进行充电来延长电池的循环寿命的方法的流程图。
具体实施方式
32.在实施方式中，电动车辆指示包括电池和用于通过使用电池中充电的电力来驱动车轮的电动马达的任何车辆。这种电动车辆包括电动车辆(ev)和插电式混合电动车辆(phev)。电动车辆可以用从作为电动车辆供应设备的充电装置供应的电力对电池进行充电。充电装置可以包括快充器(或快速充电器)、在公共场所供应ac电力的慢充座以及简单安装在家里或工作地以供应ac电力的家用充电器。
33.下文中，将参考附图详细地描述本说明书中公开的实施方式。在本说明书中，相同或相似的组件将由相同或相似的附图标记表示，并且将省略其重复描述。在以下描述中使用的用于组件的术语“模块”和/或“单元”仅是为了容易地描述本说明书而使用的。因此，这些术语不具有将它们本身彼此区分开的含义或作用。在描述本说明书的实施方式时，当确定与本发明有关的公知技术的详细描述可能使本发明的主旨不清楚时，将省略该详细描述。提供附图仅是为了使本说明书中公开的实施方式能够容易理解，而不被解释为限制本说明书中公开的精神，并且要理解的是，本发明包括不脱离本发明的范围和精神的所有修改形式、等同形式和替换形式。
34.包括诸如第一、第二等的序数的术语将仅用于描述各种组件，而不应解释为限制这些组件。这些术语仅用于将一个组件与其它组件区分开来。
35.应当理解，当一个组件被称为“连接”或“联接”到另一组件时，该组件可以直接连接或联接到另一组件，或者可以以又一组件介于其间的方式连接或联接到另一组件。另一方面，要理解，当一个组件被称为“直接连接或联接”到另一组件时，它可以连接或联接到另一组件，而没有插在它们之间的另一组件。
36.还将理解的是，在本说明书中使用的术语“包括/包含”或“具有”指定存在所述特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合。
37.图1例示了根据实施方式的电池系统。
38.参照图1，电池系统1包括电池10、继电器20、电流传感器30和电池管理系统(bms)40。
39.电池10包括电连接的多个电池电芯电芯1至电芯n。在一些实施方式中，电池电芯可以是可再充电电池。预定数量的电池电芯可以串联连接以构成电池模块，并且预定数量的电池模块可以串并联连接以构成电池10，从而供应所期望的电力。电池电芯电芯1至电芯n中的每一个通过布线电连接到bms 40。
40.在图1中，电池10包括串联连接的多个电池电芯电芯1至电芯n，并连接在电池系统1的两个输出端子out1和out2之间。继电器20连接在电池10的正极和输出端子out1之间，并且电流传感器30连接在电池10的负极和输出端子out2之间。图1中例示的构成元件以及构成元件之间的连接关系是示例，并且本发明不限于此。
41.继电器20控制电池系统1与外部装置之间的电连接。当继电器20接通时，电池系统1与外部装置电连接以执行充电或放电，而当继电器20断开时，电池系统1与外部装置电分离。在这种情况下，外部装置可以在通过供应电力对电池10进行充电的充电模式下用作充电器，或者在储存在电池10中的电力被放电的放电模式下用作负载。
42.电流传感器30串联连接到电池10和外部装置之间的电流路径。电流传感器30可以测量流过电池10的电流(即，充电电流和放电电流)，并可以将测量结果发送到bms 40。
43.bms 40可以收集和分析与电池电芯电芯1至电芯n相关的各种信息，以控制电池电芯的充电和放电、电芯平衡、保护操作等，并可以控制继电器20的操作。例如，bms 40可以根据用户选择控制在正常模式(normal mode)或环保模式(eco mode)下对电池10进行充电。
44.在正常模式(normal mode)下，电池10使用设计范围内的最大可使用电池容量(下文中，第一电池容量)，并使用用户在慢充方法或快充方法当中选择的充电方法对电池10进行充电。例如，正常模式(normal mode)是在初始设计状态下使用和管理电池10的方法。
45.在环保模式(eco mode)下，电池10使用在设计范围内比最大可使用电池容量窄的电池容量(下文中，第二电池容量)，并通过慢充方法对电池10进行充电。例如，环保模式(eco mode)是用于延长电池10的循环寿命的电池管理方法，并可以通过用户选择来设置。即，环保模式(eco mode)是通过限制电池容量的过度使用和快充方法来减缓电池10的老化速率的电池管理方法。
46.充电状态(soc)是当前储存在电池10中的能量的量，并且其单位是百分比(％)。当电池10充满电时，充电状态soc为100％。当电池10完全放电时，充电状态(soc)为0％。当满充的电池10开始放电时，随着时间的推移，充电状态(soc)降低至100％、80％、60％等。另外，不能直接测量充电状态(soc)，并且bms 40可以通过诸如常规已知的电流积分方法或电
压测量方法这样的间接方法来估计充电状态(soc)。bms 40可以在预定时段内或实时地估计充电状态(soc)。
47.电池容量是电池10可以储存的能量的总量，并且单位是安培-小时(ah)并表示恒定电流可以流动多长时间。例如，当1a的电流流动1小时时，电池容量为1ah，而当它流动2小时时，电池容量为2ah。
48.根据实施方式，第一电池容量可以包括具有在电池10的设计和生产过程中提供的第一下限soc和第一上限soc之间的范围的电池容量。例如，第一电池容量可以包括定义为0％至100％的电池容量，或者考虑到设计余量、电阻、计算误差等，基本上在2％至96％的范围内的电池容量。第二电池容量可以包括在比第一电池容量窄的区域中的电池容量，以便减缓电池10的老化速率。具体地，第二电池容量可以包括具有在第二下限soc和第二上限soc之间的范围的电池容量，第二下限soc是比第一下限soc大的预定大小，第二上限soc是比第一上限soc小的预定大小。例如，第二电池容量可以包括定义在30％和80％之间的范围内的电池容量。
49.在正常模式(normal mode)下，当充电状态(soc)达到第一下限soc(例如，2％)时，bms 40进入向电池10供应电力的充电模式。当通过向电池10供应电力实时充电状态(soc)达到第一上限soc(例如，96％)时，bms 40可以结束充电模式。另外，在环保模式(eco mode)下，当充电状态(soc)达到第二下限soc(例如，30％)时，bms 40进入向电池10供应电力的充电模式。当通过向电池10供应电力实时充电状态(soc)达到第二上限soc(例如，80％)时，bms 40可以结束充电模式。
50.慢充和快充是根据充电速度而划分的电池充电方法。慢充是用于在超过了预定参考时间之后完成电池10的充电的慢充方法。快充是用于在预定参考时间内完成电池10的充电的快速充电方法。
51.另外，当以最大容量使用电池时，例如，当重复使用第一下限soc(例如，2％)和第一上限soc(例如，96％)时，或者当使用扩展的电池容量(1％至97％或0％至99％)时，电池10的老化可能加速。另外，当通过快充方法对电池10进行充电时，与通过慢充方法对电池10进行充电时相比，电池10的老化可能加速。
52.当电池10在制造之后随着使用而老化时，可储存能量(电池容量)的总量也减少。健康状态(soh)是通过比较理想电池状态与当前电池状态而获得的性能指标。例如，尽管电池10初始地具有1000mah的电池容量，但在使用预定时间段之后，电池容量可能降低至850mah。然后，电池健康状态(soh)变为85％。
53.作为参考，当电池健康状态(soh)为100％时，电池10的充满电和完全放电时的充电状态(soc)分别为100％和0％。另外，当电池健康状态(soh)为85％时，电池10的充满电和完全放电时的充电状态(soc)分别为100％和0％。即，不管电池的健康状态(soh)如何，当可以填充在电池10中的能量被完全充满时，充电状态(soc)为100％，而当能量耗尽时，充电状态(soc)为0％。然而，电池健康状态(soh)为100％的电池10在充满电之后可以供应总共1000mah的能量，而电池健康状态(soh)为85％的电池10在充满电之后只可以供应总共850mah的能量。
54.即，电池容量响应于电池健康状态(soh)而降低。例如，当电池健康状态(soh)降低至预定参考值(例如，80％)的时间可以被视为电池更换时间。当电池健康状态(soh)下降至
低于80％时，电池容量迅速劣化，并且电池10不可以执行其原始作用。
55.图2例示了根据实施方式的用于描述正常模式的图，并且图3例示了根据实施方式的用于描述环保模式的图。
56.根据实施方式，可以在用户界面(未例示)上设置用于执行环保模式(eco mode)的第一键key_1。当用户选择(on)或不选择(off)执行环保模式(eco mode)的第一键key_1时，bms 40可以控制根据用户选择(on)在环保模式(eco mode)下对电池10进行充电，或者根据不选择(off)而在正常模式(normal mode)下对电池10进行充电。例如，bms 40可以从电子控制单元(ecu)接收用于选择第一键key_1的第一键接通信号或用于不选择第一键key_1的第一键关闭信号。
57.根据另一实施方式，可以在用户界面(未例示)中设置可以供用户操纵的用于执行环保模式(eco mode)的第一键key_1和用于执行正常模式(normal mode)的第二键key_2。当用户选择(on)用于执行环保模式(eco mode)的第一键key_1时，bms 40可以控制电池10在环保模式(eco mode)下充电。当用户选择(on)用于执行正常模式(normal mode)的第二键key_2时，bms 40可以控制电池10在正常模式(normal mode)下充电。例如，bms 40可以从电子控制单元(ecu)接收用于选择第一键key_1的第一键接通信号或用于选择正常模式(normal mode)的第二键key_2的第二键接通信号。
58.参照图2的(a)，在正常模式(normal mode)的导通状态下，第一电池容量被设置为可使用电池容量(下文中，可用电池容量)，并且使得能够进行快速充电。因此，bms 40可以根据用户选择通过快充方法或慢充方法控制电池10在第一电池容量范围内的充电。
59.参照图2的(b)，当在正常模式(normal mode)下使用和管理电池10时，电池10的寿命结束(eol)可以被确定为与初始状态(100％)相比可用电池容量达到预定参考值(80％)的时间。即，当电池健康状态(soh)达到80％时，电池10应该被丢弃。在这种情况下，可以根据充放电循环的次数来确定寿命结束(eol)。例如，当已经经过了300至500个充放电循环时，锂离子电池被确定已达到寿命结束(eol)。
60.参照图3的(a)，在环保模式(eco mode)的开启状态下，第二电池容量被设置为可用电池容量，并且快充方法被禁用。因此，bms 40可以通过慢充方法控制电池10在第二电池容量范围内的充电。在这种情况下，第二电池容量可以被设置为比第一电池容量小的范围内的电池容量。
61.参照图3的(b)，当在环保模式(eco mode)下使用和管理电池10时，电池10的寿命结束(eol α)可以比在正常模式(normal mode)下使用和管理电池10时延长预定时间段α。
62.图4例示了描述根据实施方式的通过根据用户选择在正常模式或环保模式下对电池进行充电来延长电池的循环寿命的方法的流程图。
63.下文中，将参考图1至图4描述电池管理方法和提供该方法的电池系统。
64.参照图4，bms 40通过用户选择来确定环保模式(eco mode)是否处于开启状态(s10)。
65.根据实施方式，可以在用户界面(未例示)上设置用于执行环保模式(eco mode)的第一键key_1。当用户选择第一键key_1时，bms 40可以确定环保模式(eco mode)，而当用户不选择第一键key_1时，bms 40可以确定正常模式(normal mode)。即，当用户没有采取任何动作时，bms 40可以确定正常模式(normal mode)。例如，bms 40可以从电子控制单元(ecu)
接收用于指示选择第一键key_1的第一键接通信号或用于指示不选择第一键key_1的第一键关闭信号。
66.根据另一实施方式，可以在用户界面(未例示)中设置用于执行环保模式(eco mode)的第一键key_1和用于执行正常模式(normal mode)的第二键key_2。当用户选择第一键key_1时，bms 40可以确定环保模式(eco mode)，而当用户不选择第二键key_2时，bms 40可以确定正常模式(normal mode)。例如，bms40可以从电子控制单元(ecu)接收用于选择第一键key_1的第一键接通信号或用于选择正常模式(normal mode)的第二键key_2的第二键接通信号。
67.接下来，当环保模式(eco mode)处于关闭状态(s10，否)时，bms 40控制电池10在正常模式(normal mode)下充电(s20)。
68.在步骤s20中，首先，bms 40诊断当前充电状态(soc)是否达到第一电池容量的第一下限soc(s21)。
69.正常模式(normal mode)是按设计管理电池的方法。正常模式(normal mode)使用第一电池容量，第一电池容量是在设计范围内可使用的最大电池容量。在这种情况下，第一电池容量可以是具有在电池10的设计和生产过程中提供的第一下限soc和第一上限soc之间的范围的电池容量。假设理想状态，第一电池容量可以包括定义在0％和100％之间的范围中的电池容量。bms 40可以通过在预定时段内或实时地估计充电状态(soc)来计算当前充电状态(soc)。
70.在步骤s20中，当充电状态soc达到第一下限soc时(s21，是)，bms 40进入向电池10供应电力的充电模式(s22)。
71.bms 40可以根据用户选择通过快充方法或慢充方法控制电池10在第一电池容量范围内的充电。例如，当用户选择快充时，bms 40可以通过快充来控制向电池10供应电力。
72.根据实施方式，当用户没有选择充电方法时，bms 40可以请求用户通过电子控制单元(ecu)选择充电方法。电子控制单元(ecu)可以控制在用户界面上显示请求选择快充方法和慢充方法中的一者的消息。
73.在步骤s20中，bms 40诊断当前充电状态(soc)是否达到第一电池容量的第一上限soc(s23)。
74.在充电模式下，电池10从外部装置接收电力，并且充电状态(soc)随着时间的推移而增加。例如，在充电状态(soc)为0％时开始充电的情况下，随着时间的推移，充电状态(soc)可以逐渐增加至10％、30％或50％。
75.接下来，当环保模式(eco mode)处于开启状态(s10，是)时，bms 40控制电池10在环保模式(eco mode)下充电(s30)。
76.在步骤s30中，首先，bms 40诊断充电状态(soc)是否达到第二电池容量的第二下限soc(s31)。
77.环保模式(eco mode)是用于延长电池10的循环寿命的电池管理方法，并可以通过用户选择来设置。在环保模式(eco mode)下，使用第二电池容量，第二电池容量是比第一电池容量的区域窄的区域中的电池容量。在这种情况下，第二电池容量可以包括具有在第二下限soc和第二上限soc之间的范围内的电池容量，第二下限soc是比第一下限soc大的预定大小，第二上限soc是比第一上限soc小的预定大小。例如，第二电池容量可以包括定义为在
30％和80％之间的范围内的电池容量。
78.参照图3的(a)，第一电池容量的第一下限soc小于第二电池容量的第二下限soc，并且第一上限soc大于第二电池容量的第二上限soc。
79.在步骤s30中，当充电状态soc达到第二下限soc(s31，是)时，bms 40进入向电池10供应电力的充电模式(s32)。
80.由于快充方法被禁用，因此bms 40可以通过慢充方法控制电池10在第二电池容量范围内的充电。当充电状态(soc)达到第二下限soc(例如，30％)时，bms40可以控制电池10被充电而没有进一步放电。
81.在步骤s30中，bms 40诊断充电状态(soc)是否达到第二电池容量的第二上限soc(s33)。
82.接下来，当当前充电状态(soc)达到第一上限soc或第二上限soc(s23，是)时，bms 40可以结束充电模式s40。
83.当电池10被充满电至第一上限soc时，bms 40可以结束电池10的充电。例如，当充电状态(soc)达到100％时，bms 40可以结束电池10的充电。
84.当电池10被充满电至第二上限soc时，bms 40可以结束电池10的充电。例如，在充电状态(soc)为30％时开始充电的情况下，随着时间的推移，充电状态(soc)可以逐渐增加至30％或70％。当充电状态(soc)达到第二上限soc(例如，80％)时，bms 40可以结束充电模式，使得电池10不再被充电。
85.虽然已经结合目前被认为是实际的实施方式描述了本发明，但要理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反地，旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改形式和等同布置。