基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统

摘要

本发明提供的基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统，本发明提供的技术方案中，利用第一经验函数和第二经验函数动态生成第一充电阈值电压和第二充电阈值电压，所述第一充电阈值电压和所述第二充电阈值电压可以根据电池自身的损耗情况来进行调整，同时引入权重因子对第一经验函数和第二经验函数输出结果进行修正，使输出结果可以动态贴合每个电池自身实际情况，使得动态保护更加准确和更具适应性，大大提高了电池的寿命，此外，通过无线数据传输使充电信息获取更加便捷，同时也降低了充电信息获取成本。

说明书

技术领域

本发明涉及电池充电动态保护技术领域，具体涉及基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统。

背景技术

目前电池(例如手机锂电池、汽车锂电池、铅酸电池等)一般具有充电保护功能以及快充功能，但是目前的充电方案一般是先采用快充功能将电池充电到80％左右，然后采用缓慢充电的方式进行“充电保护”，可以对充电电池进行充电保护。

但是上述功能一方面仅仅对充电电池进行了较为死板的保护，没有考虑到充电电池自身的损耗，充电保护误差较大，导致无法对电池进行有效充电保护，另一方面，对于汽车锂电池，需要采用充电桩进行充电，而此方法增加了充电桩的负担，尤其对于现在流行的充电桩，其本身也具有储电功能，在对汽车锂电池进行充电时，需要随时调节充电电压，并且随时调整充电功率，无疑对充电桩本身造成了损坏，因此目前的“充电保护”不够完善，并且针对汽车锂电池的充电保护仅仅是将风险从消费端转嫁到充电桩厂家，没有从根本上解决充电保护的问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的第一方面实施例提供一种电池充电动态保护方法，包括：

获取电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

在所述电池通过一充电电源充电过程中，若所述电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述充电电源。

在优选的实施例中，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压，包括：

基于所述剩余可循环次数数据与设定总循环次数数据的比值、设定过冲保护阈值以及快冲加速区间，生成当前剩余可循环次数对应的过冲保护阈值和可快冲区间；

根据充电次数数据、每次充电时长信息，利用设定的第一损耗经验函数和第二损耗经验函数，生成对应的第一阈值误差修正值和第二阈值误差修正值；

根据所述第一阈值误差修正值对所述快充加速区间进行修正，得到所述第一充电阈值电压；并根据所述第二阈值误差修正值对所述过冲保护阈值进行修正，得到所述第二充电阈值电压。

在优选的实施例中，所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数均为充电总时长、充电次数数据以及每次充电时长信息与阈值误差修正值之间的拟合函数。

在优选的实施例中，所述第一损耗经验函数为：

f＝0.77143x充电总时长-0.74015x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)；

所述第二损耗经验函数为：

f＝0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)。

在优选的实施例中，还包括：

结合专家模型从专家库中获取对应充电总时长的打分数据；

根据所述打分数据结合预设的打分数据与权重因子的对应关系表，确定对应的权重因子；

将所述权重因子分别附加到所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数，得到修正后的第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数；其中，

修正后的所述第一损耗经验函数如下所示：

f＝权重因子x[0.77143x充电总时长-0.74015x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)]；

修正后的所述第二损耗经验函数如下所示：

f＝权重因子x[0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)]。

本发明第二方面实施例提供一种电池充电动态保护装置，包括：

充电信息获取模块，获取电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

阈值电压生成模块，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

充电保护模块，在所述电池通过一充电电源充电过程中，若所述电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述充电电源。

在优选的实施例中，所述阈值电压生成模块，包括：

折算单元，基于所述剩余可循环次数数据与设定总循环次数数据的比值、设定过冲保护阈值以及快冲加速区间，生成当前剩余可循环次数对应的过冲保护阈值和可快冲区间；

阈值误差修正值生成单元，根据充电次数数据、每次充电时长信息，利用设定的第一损耗经验函数和第二损耗经验函数，生成对应的第一阈值误差修正值和第二阈值误差修正值；

充电阈值电压生成单元，根据所述第一阈值误差修正值对所述快充加速区间进行修正，得到所述第一充电阈值电压；并根据所述第二阈值误差修正值对所述过冲保护阈值进行修正，得到所述第二充电阈值电压。

在优选的实施例中，还包括：

打分数据获取模块，结合专家模型从专家库中获取对应充电总时长的打分数据；

权重因子生成模块，根据所述打分数据结合预设的打分数据与权重因子的对应关系表，确定对应的权重因子；

函数修正模块，将所述权重因子分别附加到所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数，得到修正后的第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数；其中，

修正后的所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数如下所示：

f＝权重因子x[0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)]。

本发明第三方面提供一种电池充电动态保护系统，包括：电池充电动态保护装置以及汽车充电桩，其中所述电池充电动态保护装置包括：

充电信息获取模块，从汽车BMS系统中获取汽车锂电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

阈值电压生成模块，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

充电保护模块，在所述汽车锂电池通过所述汽车充电桩充电过程中，若所述汽车锂电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述汽车锂电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述汽车锂电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述汽车充电桩。

本发明第四方面提供基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统，包括：电池充电动态保护装置以及汽车充电桩，其中，

所述电池充电动态保护装置包括：

充电信息获取模块，通过无线数据传输从汽车BMS系统中获取汽车锂电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

阈值电压生成模块，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

充电保护模块，在所述汽车锂电池通过所述汽车充电桩充电过程中，若所述汽车锂电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述汽车锂电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述汽车锂电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述汽车充电桩。

本发明提供的基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压，进而当电池充电电压处于较低水平(低于第一充电阈值电压)时，可以通过储能装置放电补充充电，提高充电速度，当电池充电电压处于较高水平(高于第二充电阈值电压)时，利用储能装置充电，可以分担充电电源的充电电量，进而避免最后的末端充电环节快速充电对电池的损耗，达到动态平衡充电的作用；本发明提供的技术方案中，利用第一经验函数和第二经验函数动态生成第一充电阈值电压和第二充电阈值电压，所述第一充电阈值电压和所述第二充电阈值电压可以根据电池自身的损耗情况来进行调整，同时引入权重因子对第一经验函数和第二经验函数输出结果进行修正，使输出结果可以动态贴合每个电池自身实际情况，使得动态保护更加准确和更具适应性，大大提高了电池的寿命，此外，通过无线数据传输使充电信息获取更加便捷，同时也降低了充电信息获取成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种电池充电动态保护方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种电池充电动态保护装置的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种电池充电动态保护系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的第一方面实施例提供一种电池充电动态保护方法，如图1所示，包括：

S101：获取电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

S102：根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

S103：在所述电池通过一充电电源充电过程中，若所述电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述充电电源。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种电池充电动态保护方法，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压，进而当电池充电电压处于较低水平(低于第一充电阈值电压)时，可以通过储能装置放电补充充电，提高充电速度，当电池充电电压处于较高水平(高于第二充电阈值电压)时，利用储能装置充电，可以分担充电电源的充电电量，进而避免最后的末端充电环节快速充电对电池的损耗，达到动态平衡充电的作用，同时本发明的充电阈值电压基于充电信息和经验函数动态生成，可以根据电池自身的损耗情况来进行调整，可以动态贴合每个电池自身实际情况，使得动态保护更加准确和更具适应性，大大提高了电池的寿命。

具体的，本发明在实现过程中，开始充电时，充电电源以一恒定电流对本发明的电池进行充电，由于在充电初期，可以进行快速充电，此时由于电池的充电电压低于第二阈值电压(例如针对48v的额定电压的电池，第二阈值电压为10v)，因此触发第一脉冲电流，所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述电池，例如第一脉冲电流触发一个开关关闭，该开关耦接在储能装置和电池之间，进而使得储能装置和电池可通过开关开启和关闭控制切断和连接。

储能装置和电池耦接时，由于储能装置在前一次充电时，在第二充电阈值电压下达到了饱和(即储能装置中逐渐处于被充电状态)，因此耦接后，由于电池的当前充电电压较低，因此储能装置可以充当“补充电源”，向电池馈电，提高电池充电速度。

可以理解的是，本发明中的电池当前充电电压，是与电池内部电量相关，并呈正相关，电池充电时，当前充电电压从0逐渐上升到电池的最大饱和电压，当前充电电压在行业内可以具有一个或多个不同名词，但其含义是一致的，都是可以表征当前电量的参数，本发明对此不做过多说明。

当电池当前充电电压达到第二充电阈值电压时，电池已经处于“大电量”状态，此时快速充电会对电池造成损伤，现有技术都是通过设置充电功率(降低充电功率)来实现，进而对充电电源造成了一定负担，尤其是对于汽车充电桩而言。

本发明当电池到达第二充电阈值电压时，可以触发第二脉冲电流，第二脉冲电流可以触发储能装置耦接充电电源，可以理解，储能装置的电压小于充电电源电压，进而储能装置处于“被充电状态”，充电电源对储能装置进行充电，一方面储能装置分担了充电电源的电压，从而电池当前的充电功率减小，另一方面，不需要充电电源进行功率切换，从而保护了充电电源。

进一步的，本发明根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压，也即第一充电阈值电压和第二充电阈值电压是变化的，并非固定值，避免了电池使用过程中的损耗影响。

具体而言，在优选的实施例中，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压，包括：

基于所述剩余可循环次数数据与设定总循环次数数据的比值、设定过冲保护阈值以及快冲加速区间，生成当前剩余可循环次数对应的过冲保护阈值和可快冲区间；

根据充电次数数据、每次充电时长信息，利用设定的第一损耗经验函数和第二损耗经验函数，生成对应的第一阈值误差修正值和第二阈值误差修正值；

根据所述第一阈值误差修正值对所述快充加速区间进行修正，得到所述第一充电阈值电压；并根据所述第二阈值误差修正值对所述过冲保护阈值进行修正，得到所述第二充电阈值电压。

该实施例中，首先利用电池的历史充电情况数据，考虑了电池自身的消耗，基于剩余可循环次数数据和总循环次数数据的比值，对初始的设定过冲保护阈值以及快充加速区间进行了比例换算，得到当前剩余可循环次数对应的过冲保护阈值和可快冲区间；然后结合充电数据和设定的损耗经验函数，由于充电习惯不同会导致电容量损耗速度不同，进而结合损耗经验函数可以产生阈值误差修正值，修正值可以对得到的过程保护阈值进行修正，最终得到误差较小并且可动态更新的第一充电阈值电压和第二充电阈值电压。

在优选的实施例中，所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数均为充电总时长、充电次数数据以及每次充电时长信息与阈值误差修正值之间的拟合函数。

具体的，所述第一损耗经验函数为：

f＝0.77143x充电总时长-0.74015x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)；

所述第二损耗经验函数为：

f＝0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)。

该实施例中，结合充电时长和每次充电信息拟合得到的修正值，可以较为准确地拟合预测出当前电池状态下的修正值，通过拟合结果可知，修正值随着充电时长改变而改变，也是动态变化的。

在优选的实施例中，还包括：

结合专家模型从专家库中获取对应充电总时长的打分数据；

根据所述打分数据结合预设的打分数据与权重因子的对应关系表，确定对应的权重因子；

将所述权重因子分别附加到所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数，得到修正后的第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数；其中，

修正后的所述第一损耗经验函数如下所示：

f＝权重因子x[0.77143x充电总时长-0.74015x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)]；

修正后的所述第二损耗经验函数如下所示：

f＝权重因子x[0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)]。

本实施例中，权重因子可以避免修正值发生较大偏差，由于权重因子是结合专家模型得到，因此权重因子的加入大大提高了整个经验函数的准确性，具有更好的参照作用。

请参阅图2，本发明第二方面实施例提供一种电池充电动态保护装置，包括：

充电信息获取模块201，获取电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

阈值电压生成模块202，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

充电保护模块203，在所述电池通过一充电电源充电过程中，若所述电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述充电电源。

在优选的实施例中，所述阈值电压生成模块，包括：

折算单元，基于所述剩余可循环次数数据与设定总循环次数数据的比值、设定过冲保护阈值以及快冲加速区间，生成当前剩余可循环次数对应的过冲保护阈值和可快冲区间；

阈值误差修正值生成单元，根据充电次数数据、每次充电时长信息，利用设定的第一损耗经验函数和第二损耗经验函数，生成对应的第一阈值误差修正值和第二阈值误差修正值；

充电阈值电压生成单元，根据所述第一阈值误差修正值对所述快充加速区间进行修正，得到所述第一充电阈值电压；并根据所述第二阈值误差修正值对所述过冲保护阈值进行修正，得到所述第二充电阈值电压。

在优选的实施例中，所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数均为充电总时长、充电次数数据以及每次充电时长信息与阈值误差修正值之间的拟合函数。

在优选的实施例中，所述第二损耗经验函数为：

f＝0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)。

在优选的实施例中，还包括：

打分数据获取模块，结合专家模型从专家库中获取对应充电总时长的打分数据；

权重因子生成模块，根据所述打分数据结合预设的打分数据与权重因子的对应关系表，确定对应的权重因子；

函数修正模块，将所述权重因子分别附加到所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数，得到修正后的第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数；其中，

修正后的所述第一损耗经验函数和所述第二损耗经验函数如下所示：

f＝权重因子x[0.78846x充电总时长-0.73775x充电次数x(每次充电的充电时长中位数)]。

本发明中的装置的相关效果与上述对应方法相同，在此不做过多赘述。

请参阅图3，本发明第三方面实施例提供一种电池充电动态保护系统，包括：电池充电动态保护装置301以及汽车充电桩302，

其中所述电池充电动态保护装置包括：

充电信息获取模块，从汽车BMS系统中获取汽车锂电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

阈值电压生成模块，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

充电保护模块，在所述汽车锂电池通过所述汽车充电桩充电过程中，若所述汽车锂电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述汽车锂电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述汽车锂电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述汽车充电桩。

本发明中的系统的相关效果与上述对应方法相同，在此不做过多赘述。

本发明第四方面实施例提供基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统，包括：电池充电动态保护装置以及汽车充电桩，

其中所述电池充电动态保护装置包括：

充电信息获取模块，通过无线数据传输从汽车BMS系统中获取汽车锂电池的充电信息，所述充电信息包括剩余可循环次数数据、充电次数数据以及每次充电时长信息；

阈值电压生成模块，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压；

充电保护模块，在所述汽车锂电池通过所述汽车充电桩充电过程中，若所述汽车锂电池的充电电压低于所述第一充电阈值电压，触发产生第一脉冲电流，若所述汽车锂电池的充电电压达到所述第二充电阈值电压，触发产生第二脉冲电流；其中，

所述第一脉冲电流用于触发一储能装置耦接所述汽车锂电池，所述第二脉冲电流用于触发所述储能装置耦接所述汽车充电桩。

本发明提供的基于经验函数和无线数据传输的锂电池充电动态保护系统，根据所述充电信息和设定的第一损耗经验函数生成第一充电阈值电压，并根据所述充电信息和设定的第二损耗经验函数生成第二充电阈值电压，进而当电池充电电压处于较低水平(低于第一充电阈值电压)时，可以通过储能装置放电补充充电，提高充电速度，当电池充电电压处于较高水平(高于第二充电阈值电压)时，利用储能装置充电，可以分担充电电源的充电电量，进而避免最后的末端充电环节快速充电对电池的损耗，达到动态平衡充电的作用；本发明提供的技术方案中，利用第一经验函数和第二经验函数动态生成第一充电阈值电压和第二充电阈值电压，所述第一充电阈值电压和所述第二充电阈值电压可以根据电池自身的损耗情况来进行调整，同时引入权重因子对第一经验函数和第二经验函数输出结果进行修正，使输出结果可以动态贴合每个电池自身实际情况，使得动态保护更加准确和更具适应性，大大提高了电池的寿命，此外，通过无线数据传输使充电信息获取更加便捷，同时也降低了充电信息获取成本。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。