控制二次电池组的充电的装置和方法制造方法及图纸

公开了一种用于控制二次电池组的充电的装置和方法。充电控制装置测量从多个二次电池中选择的第一二次电池的第一温度、流入冷却设备的冷却剂的第二温度、二次电池组的充电电流、第一二次电池的第一端子电压和最接近冷却设备的第二二次电池的第二端子电压，根据集总热模型估计第二二次电池的温度估计点的温度，以及将估计的温度确定为二次电池组的最低温度，并且根据最低温度来变化提供给二次电池的充电电力，该集总热模型具有在从第二二次电池的温度估计点、第一温度测量点和第二温度测量点选择的二个点之间的热阻以及关于温度、电流和电压的测量数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制二次电池组的充电的装置和方法
本申请要求于2018年12月18日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2018-0164612的优先权，其公开内容通过引用合并于此。本公开涉及一种用于利用简单的硬件配置来可靠地估计二次电池组的整体区域的最低温度并且基于所估计的最低温度来控制二次电池组的充电条件的装置和方法。
技术介绍
近来，能够重复地充电和再生的二次电池作为化石能源的替代品引起了人们的关注。二次电池通常用在诸如手机、摄像机和电动工具的传统的手持式设备中，并且最近，其应用领域逐渐扩大到电动汽车(EV、HEV、PHEV)、大容量蓄电器(ESS)、不间断电源系统(UPS)等。商用的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，与镍基二次电池相比，锂二次电池由于其诸如基本上没有记忆效应、低自放电率和高能量密度的优点而备受关注。二次电池用在各种领域中，并且在最近引起关注的电动车辆或蓄电设备的领域中，需要大容量的电池。因此，在对应领域中，使用其中串联和/或并联连接多个二次电池的二次电池组。在二次电池组的充电过程中，由多个二次电池产生热量。热量来自二次电池的内阻。由每个二次电池产生的热量被传导到相邻的二次电池或其他组件，或者通过与二次电池组耦合合的空气冷却式或水冷却式的冷却设备排放到外部。当对二次电池进行充电时，工作离子(例如，锂离子)从正极移动到负极。另外，通过扩散到负极活性材料中而插入被转移到负极的工作离子。伴随充电过程的电化学反应的速率与温度成比例。即，温度越低，电化学反应的速率越低。因此，当对二次电池组进行充电时，必须基于具有最低温度的二次电池来控制充电。如果基于具有较高温度的二次电池来控制充电，则在具有较低温度的二次电池中工作离子以缓慢的速率扩散到负极活性材料中，因此存在于负极活性材料的表面上的工作离子的浓度可能增加到引起镀锂的程度。众所周知，当在负极活性材料的表面上发生镀锂时，存在迅速缩短二次电池的寿命的问题。另外，镀锂在过充电条件下引起过度的副反应，从而引起热失控现象。二次电池组不具有跨整体区域的相同温度。这是因为在每个二次电池中产生的热量不相同并且到相邻区域的热传递率也不相同。因此，为了找出在构成二次电池组的二次电池当中哪个二次电池的温度最低，需要将温度传感器附接到每个二次电池并且实时地监测每个二次电池的温度。这是增加二次电池组的制造成本的原因。此外，由附接到二次电池的温度传感器测量的温度是附接温度传感器的点处的表面温度。因此，对应温度不能被视为代表二次电池的整体温度。这是因为即使在单个二次电池的情况下，其整体区域的温度也不均匀。因此，在现有技术中，考虑到二次电池的每个区域存在温度偏差，通过从由温度传感器测量的温度减去最低温度偏差而获得的校正温度被估计为二次电池的温度。另外，基于多个校正温度当中的最小值来调节二次电池组的充电条件，即，充电电流和充电电压的大小。即使在二次电池的每个区域没有温度偏差或温度偏差非常小的情况下，该方法也导致仍然保守地调节充电条件。即，由于总是将二次电池的温度估计为低于实际温度，因此同样将充电电流和充电电压的大小调节得低。这是增加二次电池组的充电时间的因素。在二次电池的应用领域中，缩短充电时间在电动汽车领域中特别重要。这是因为仅当充电时间短时才可以方便地使用电动汽车。为了缩短充电时间，必须解决各种技术问题。其中，二次电池组的整体区域当中具有最低温度的区域的实际温度的可靠估计也被认为是要解决的问题之一。
技术实现思路
技术问题本公开旨在解决现有技术的问题，因此，本公开旨在提供一种充电控制装置和方法，其可以通过将二次电池组的整体区域的最低温度估计为更接近实际温度，并且基于所估计的最低温度来调节二次电池组的充电条件来缩短充电时间。可以从下述详细描述中理解本公开的这些和其他目的以及优点，并且根据本公开的示例性实施例，本公开的这些和其他目的以及优点将变得更加显而易见。而且，将容易理解到，可以通过所附权利要求中示出的装置及其组合来实现本公开的目的和优点。技术方案在本公开的一个方面中，提供一种用于控制二次电池组的充电的装置，该二次电池组包括多个二次电池并且被耦合到冷却设备，该装置包括：单体温度测量单元，其被配置为测量从多个二次电池中选择的第一二次电池的第一温度；冷却剂温度测量单元，其被配置为测量流入冷却设备的冷却剂的第二温度；电流测量单元，其被配置为测量二次电池组的充电电流；电压测量单元，其被配置为测量第一二次电池的第一端子电压和最接近冷却设备的第二二次电池的第二端子电压；最低温度估计单元，其被配置为根据集总热模型来估计第二二次电池的温度估计点的第三温度，并且将估计的第三温度确定为二次电池组的最低温度，该集总热模型具有从第二二次电池的温度估计点、第一温度的测量点(或第一温度测量点)和第二温度的测量点(或第二温度测量点)中选择的两个点之间的热阻以及从单体温度测量单元、冷却剂温度测量单元、电流测量单元和电压测量单元输入的第一温度、第二温度、充电电流、第一端子电压和第二端子电压；以及充电电力调节单元，被配置为根据所确定的最低温度来变化提供给二次电池组的充电电力。根据实施例，集总热模型可以包括第一温度测量点和第二温度测量点之间的第一热阻、第一温度测量点和温度估计点之间的第二热阻以及温度估计点和第二温度测量点之间的第三热阻，以及可以串联连接第一热阻、第二热阻和第三热阻以配置闭环电路。根据另一实施例，最低温度估计单元可以被配置为基于由下述第一等式和第二等式导出的下述第三等式来估计第三温度(T2,estimate)：其中，m是第一二次电池和第二二次电池的质量；Cp是第一二次电池和第二二次电池在恒压下的比热；V1和OCV1是第一二次电池的端子电压和OCV(开路电压)；V2和OCV2是第二二次电池的端子电压和OCV；T1是第一温度测量点的第一温度，Tcoolant是第二温度测量点的第二温度以及T2,estimate是温度估计点的第三温度；并且R1,c是第一温度测量点与第二温度测量点之间的第一热阻，R12是第一温度测量点与温度估计点之间的第二热阻，以及R2,c是温度估计点和第二温度测量点之间的第三热阻。优选地，最低温度估计单元可以被配置为确定第一二次电池的SOC(充电状态，SOC1)，并且参考SOC和OCV之间的预定相关性，确定对应于第一二次电池的SOC(SOC1)的OCV(开路电压，OCV1)，以及确定第二二次电池的SOC(SOC2)，并且参考SOC和OCV之间的预定相关性，确定对应于第二二次电池的SOC(SOC2)的OCV(OCV2)。优选地，充电电力调节单元可以被配置为从最低温度估计单元接收最低温度，参考二次电池组的充电电流或充电电压与二次电池组的最低温度之间的预定相关性来确定对应于所输入的最低温度的充电电流或充电电压，并且根据所确定的充电电流或充电电压，向二次电池组提供充电电力。在实施例中，充电电力调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制二次电池组的充电的装置，所述二次电池组包括多个二次电池并且被耦合到冷却设备，所述装置包括：/n单体温度测量单元，所述单体温度测量单元被配置为测量从所述多个二次电池中选择的第一二次电池的第一温度；/n冷却剂温度测量单元，所述冷却剂温度测量单元被配置为测量流入所述冷却设备的冷却剂的第二温度；/n电流测量单元，所述电流测量单元被配置为测量所述二次电池组的充电电流；/n电压测量单元，所述电压测量单元被配置为测量所述第一二次电池的第一端子电压和最接近所述冷却设备的第二二次电池的第二端子电压；/n最低温度估计单元，所述最低温度估计单元被配置为根据集总热模型来估计所述第二二次电池的温度估计点的第三温度，并且将所估计的第三温度确定为所述二次电池组的最低温度，所述集总热模型具有从所述第二二次电池的温度估计点、第一温度测量点和第二温度测量点中选择的两个点之间的热阻以及从所述单体温度测量单元、所述冷却剂温度测量单元、所述电流测量单元和所述电压测量单元输入的所述第一温度、所述第二温度、所述充电电流、所述第一端子电压和所述第二端子电压；以及/n充电电力调节单元，所述充电电力调节单元被配置为根据所确定的最低温度来变化提供给所述二次电池组的充电电力。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181218 KR 10-2018-01646121.一种用于控制二次电池组的充电的装置，所述二次电池组包括多个二次电池并且被耦合到冷却设备，所述装置包括：
单体温度测量单元，所述单体温度测量单元被配置为测量从所述多个二次电池中选择的第一二次电池的第一温度；
冷却剂温度测量单元，所述冷却剂温度测量单元被配置为测量流入所述冷却设备的冷却剂的第二温度；
电流测量单元，所述电流测量单元被配置为测量所述二次电池组的充电电流；
电压测量单元，所述电压测量单元被配置为测量所述第一二次电池的第一端子电压和最接近所述冷却设备的第二二次电池的第二端子电压；
最低温度估计单元，所述最低温度估计单元被配置为根据集总热模型来估计所述第二二次电池的温度估计点的第三温度，并且将所估计的第三温度确定为所述二次电池组的最低温度，所述集总热模型具有从所述第二二次电池的温度估计点、第一温度测量点和第二温度测量点中选择的两个点之间的热阻以及从所述单体温度测量单元、所述冷却剂温度测量单元、所述电流测量单元和所述电压测量单元输入的所述第一温度、所述第二温度、所述充电电流、所述第一端子电压和所述第二端子电压；以及
充电电力调节单元，所述充电电力调节单元被配置为根据所确定的最低温度来变化提供给所述二次电池组的充电电力。


2.根据权利要求1所述的用于控制二次电池组的充电的装置，
其中，所述集总热模型包括所述第一温度测量点和所述第二温度测量点之间的第一热阻、所述第一温度测量点和所述温度估计点之间的第二热阻以及所述温度估计点和所述第二温度测量点之间的第三热阻，以及
串联连接所述第一热阻、所述第二热阻和所述第三热阻以配置闭环电路。


3.根据权利要求1所述的用于控制二次电池组的充电的装置，
其中，所述最低温度估计单元被配置为基于由下述第一等式和第二等式导出的下述第三等式来估计所述第三温度T2,estimate：









其中，m是所述第一二次电池和所述第二二次电池的质量；Cp是所述第一二次电池和所述第二二次电池在恒压下的比热；V1和OCV1是所述第一二次电池的端子电压和开路电压；V2和OCV2是所述第二二次电池的端子电压和开路电压；T1是所述第一温度测量点的第一温度，Tcoolant是所述第二温度测量点的第二温度以及T2,estimate是所述温度估计点的第三温度；并且R1,c是所述第一温度测量点与所述第二温度测量点之间的第一热阻，R12是所述第一温度测量点与所述温度估计点之间的第二热阻，以及R2,c是所述温度估计点和所述第二温度测量点之间的第三热阻。


4.根据权利要求3所述的用于控制二次电池组的充电的装置，
其中，所述最低温度估计单元被配置为：
确定所述第一二次电池的充电状态SOC1，并且参考充电状态和开路电压之间的预定相关性，确定对应于所述第一二次电池的充电状态SOC1的开路电压OCV1，以及
确定所述第二二次电池的充电状态SOC2，并且参考充电状态和开路电压之间的预定相关性，确定对应于所述第二二次电池的充电状态SOC2的开路电压OCV2。


5.根据权利要求1所述的用于控制二次电池组的充电的装置，
其中，所述充电电力调节单元被配置为从所述最低温度估计单元接收最低温度，参考所述二次电池组的充电电流或充电电压与所述二次电池组的最低温度之间的预定相关性来确定对应于所输入的最低温度的充电电流或充电电压，并且根据所确定的充电电流或充电电压向所述二次电池组提供充电电力。


6.根据权利要求1所述的用于控制二次电池组的充电的装置，
其中，所述充电电力调节单元被配置为参考定义用于所述温度估计点的多个最低温度和对应于每个最低温度的充电电流或充电电压的查找表，根据所述二次电池组的最低温度来变化充电电流或充电电压。


7.根据权利要求2所述的用于控制二次电池组的充电的装置，
其中，所述最低温度估计单元被配置为确定所述第一二次电池和所述第二二次电...

【专利技术属性】
技术研发人员：林振馨，南基民，李圭哲，安炯俊，赵源泰，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR