用于根據溫度對機動車輛蓄電池進行充電的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的技術領域是控制機動車輛的蓄電池的充電，并且更具體地涉及在低溫下控制這種蓄電池的充電。
【背景技術】
[0002]蓄電池(功率、能量、續航能力)的性能對操作溫度非常敏感。在低溫下，蓄電池具有較少功率、傳送較少能量并且在充電過程中受到降級影響，而在高溫下，蓄電池在功率和能量方面具有最佳性能。
[0003]以下文獻是從現有技術中已知的。
[0004]專利申請JP 2001037093 A披露了在103Hz與幾百Hz之間在幾mV振幅下的頻率振蕩的充電電流。
[0005]此教導不能應用于鋰離子蓄電池，因為1kHz的指定頻率太高。事實上，此頻率對應于金屬零件(即集流器)和電子導電化合物(即導電碳)的阻抗頻譜或阻抗的電感部分。此外，此專利申請主要描述了在恒定電壓用量級為幾mV的電壓振蕩的改進，這改善了電池的蓄電性能。
[0006]文獻US 7227336 Bl從擴散系數確定蓄電池的充電頻率。
[0007]文獻FR 2943188、FR 2964510和FR 2974253披露了對蓄電池充電電流進行調制。然而，這些文獻未提供有關在選擇這個頻率時與溫度影響相關的任何信息。
[0008]因此，存在對用于在低溫下進行充電的系統和方法的需要，該系統和方法被優化以便減少充電時間和蓄電池在充電過程中的降級。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是一種用于對機動車輛蓄電池進行充電的方法，在該方法期間，使用以下步驟:
[0010]確定該蓄電池的電解質電阻頻率，
[0011]確定該蓄電池的電荷轉移電阻頻率，以及
[0012]用具有高于該蓄電池電解質電阻頻率且低于該蓄電池電荷轉移電阻頻率的充電電流頻率的電流對該蓄電池進行充電。
[0013]可以從作為該充電電流頻率的函數的阻抗的復數表示將該電解質電阻頻率確定為具有其虛數部分為零值并且實數部分為最低值的阻抗頻率并且將該電荷轉移電阻頻率確定為其虛數部分為最小值并且實數部分為最高值的阻抗頻率。
[0014]可以從作為充電電流相移的函數的阻抗的表示將該電解質電阻頻率確定成為其消除相移的頻率并且將該電荷轉移電阻頻率確定成為其消除作為頻率的函數的相移的導數的頻率。
[0015]可以從該虛數部分在作為該充電電流頻率的函數的電池阻抗上的表示將該電解質電阻頻率確定成為其消除該虛數部分的頻率并且將該電荷轉移電阻頻率確定成為其消除作為頻率的函數的該虛數部分的導數的頻率。
[0016]該充電電流頻率可位于10Hz和300Hz之間，優選地等于100Hz。
[0017]當溫度變化時，可確定新的蓄電池電解質電阻和蓄電池電荷轉移電阻頻率。
[0018]本發明的另一個目的是一種用于對機動車輛蓄電池進行充電的系統，該系統包括
[0019]—個用于確定該蓄電池的電解質電阻頻率的裝置，
[0020]一個用于確定該蓄電池的電荷轉移電阻頻率的裝置，以及
[0021]—個用于控制該蓄電池充電電流并且能夠用具有高于該蓄電池電解質電阻頻率且低于該蓄電池電荷轉移電阻頻率的頻率的電流控制該蓄電池充電的裝置。
[0022]該系統可包括一個用于根據蓄電池溫度調整充電電流頻率的裝置，該調整裝置能夠控制該確定裝置，從而使得當溫度變化時再次確定該蓄電池電解質電阻頻率和該蓄電池電荷轉移電阻頻率。
[0023]用于確定該蓄電池電解質電阻頻率的該裝置以及用于確定該蓄電池電荷轉移電阻頻率的該裝置可各自包括充電電流頻率作為溫度的函數的映射。
[0024]用于確定該蓄電池電解質電阻頻率的該裝置以及用于確定該蓄電池電荷轉移電阻頻率的該裝置可各自包括一個蓄電池阻抗頻譜分析裝置。
【附圖說明】
[0025]進一步的目的、特征以及優點將通過閱讀以下僅作為非限制性實例、參照附圖所給出的說明而顯現出來，在附圖中:
[0026]-圖1示出了在復數空間中作為頻率的函數的阻抗的表示，
[0027]-圖2示意性地示出了在復數空間中作為頻率的函數的阻抗，
[0028]-圖3示出了作為相移的函數的阻抗的表示，
[0029]-圖4示出了電池阻抗上的作為頻率的函數的虛數部分的表示，
[0030]-圖5示出了蓄電池單元上具有等于100Hz的頻率的電流的效果，并且
[0031]-圖6示出了在不同溫度下作為頻率的函數的相移的發展。
【具體實施方式】
[0032]用于控制蓄電池充電的方法允許在低溫下改善蓄電池充電。原理是基于使用阻抗頻譜分析來估計有待施加的充電電流頻率。
[0033]可使用在現有技術(鋰離子蓄電池中的使用拉普拉斯變換方法通過電壓步長計時電流法進行阻抗頻譜分析，電化學協會雜志，147(3)922-929(2000))中描述的方法或者提前使用阻抗測量值在車輛上車載地執行阻抗頻譜分析。首先，阻抗頻譜分析由在測量所述蓄電池的阻抗的同時改變蓄電池充電電流頻率組成。這給出了作為頻率的函數的蓄電池阻抗的變化。
[0034]在一種情況下，車載地執行的阻抗頻譜分析允許確定充電頻率。
[0035]在另一種情況下，在設計充電系統時確定并設定有待使用的充電頻率，以便在具體的條件下改善蓄電池充電。
[0036]在所有情況下，從阻抗頻譜確定充電頻率。
[0037]從阻抗頻譜確定有待使用的充電頻率。
[0038]圖1是在復數空間中作為頻率的函數的阻抗的表示。換言之，圖1示出了點集，該點集的坐標是阻抗的虛數部分和實數部分，每個點表示充電電流的不同頻率。
[0039]圖1還展示了蓄電池單元的阻抗在溫度為0°時的變化。
[0040]在這種表示上，我們可以標識與特征蓄電池充電頻率相對應的兩個點。
[0041]第一特征點對應于其虛數部分為零的阻抗。該點在圖1上由參考號“頻率1”標識，并且在圖1所展示的情況下，該點對應于0.9kHz的頻率。與此點相關聯的頻率將在以下被稱為電解質電阻頻率。
[0042]第二特征點對應于其虛數部分最小并且其實數部分大于與第一特征點相關聯的阻抗的實數部分的阻抗。該點在圖1上由參考號“頻率2”標識，并且在圖1所展示的情況下，該點對應于0.15Hz的頻率。與此點相關聯的頻率將在以下被稱為電荷轉移電阻頻率。
[0043]通常，當對蓄電池單元的阻抗頻率進行采樣時，針對阻抗的實數部分的增加值檢測阻抗的虛數部分的相繼極小值。圖2示意性地展示了這種阻抗發展。
[0044]阻抗的虛數部分的第一最小值對應于與電解質電阻頻率(即)相關聯的阻抗。
[0045]擴散區之前的最后一個最小值對應于與電荷轉移電阻頻率RCT相關聯的阻抗。我們注意到:電荷轉移電阻的阻抗通過以下等式與同電解質電阻頻率相關聯的阻抗相聯系并且與其他極小值(標記為&、1?2和1?3)的阻抗相聯系。
[0046]R 電解質 +Ri+R2+R3= RCT
[0047]在鋰離子蓄電池的情況下，札可以被認為是SEI (固態電解質膜)的電阻，R2可以是正極的電荷轉移電阻，而R3可以是負極的電荷轉移電阻(圖2)。認為將存在更大量的串聯RC電路是有可能的。因此，電荷轉移電阻頻率RCT將是這些各個貢獻值之和。從另一個方面，電荷轉移電阻頻率RCT可以被認為是剛好在擴散現象之前的頻率，其特征為更常見的稱為Warburg區或Warburg線的擴散區(圖2)。
[0048]可替代地，可根據電壓在阻抗端子處相對于在阻抗端子之間循環的電流的相移來確定電解質電阻頻率和電荷轉移電阻頻率。圖3示出了作為相移的函數的阻抗的表示。從這種表示，將該電解質電阻頻率確定成為其消除相移的頻率并且將