電動車輛動力電池充放電工況模擬系統和方法
【專利摘要】本發明公開了一種電動車輛充放電工況模擬系統，所述工況模擬系統包括：動力電池，用于儲存電動車輛所需要的電力。所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包；充放電單元，用于對動力電池進行充電和/或放電。監控設備，用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制，監控設備還包括：檢測單元、控制單元和工況模擬指令生成單元。工況模擬指令生成單元，根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值；控制單元，根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程；檢測單元，檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。
【專利說明】電動車輛動力電池充放電工況模擬系統和方法【技術領域】
[0001]本發明涉及電力應用領域，并且更特別地，涉及一種電動車輛動力電池充放電工況模擬系統和方法。
【背景技術】
[0002]目前，為應對全球氣候問題和能源短缺的問題，世界各國都在積極發展清潔的可再生能源。傳統汽車進一步加劇了日益嚴重的環境污染和能源短缺問題。為了克服傳統汽車對不可再生資源的依賴，各國都在大力發展以電力作為能源的電動汽車。電動汽車效率高、排放低，能夠從根本上減少對石油的依賴，增加可再生能源的利用，降低二氧化碳和污染物的排放，得到了廣泛的重視。世界各國紛紛投入巨額資金，開展電動汽車技術研發，尤其是在核心的供電系統、驅動系統方面，進行了大量研究，取得了長足的進展。
[0003]電動汽車是指全部或部分由電機驅動的汽車，目前主要有純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車以及外接充電式混合動力汽車等。為了向電動汽車提供電力，必須設置能夠為電動汽車提供動力的動力電池。在實際使用中，通常需要對動力電池的性能進行模擬從而獲得動力電池的相關參數，因此需要對動力電池進行充放電工況模擬或仿真。此外，動力電池組在汽車的各種工況下循環進行充放電，所以動力電池組的充放電性能、循環使用壽命，電池組溫度變化、電池組容量變化等也會影響電池組的工作特性。電池組管理系統能夠實時監測電池組的總電流、總電壓、單組電池模塊電壓、電池組溫度，并能估算電池組容量，實時傳送數據給整車控制系統。電池組管理系統對混合動力電池組的安全起著重要作用。在現有技術中，對電池組電壓、電流采樣精度不高,這導致對電池組的電池容量估算不精確；沒有檢測電池組溫度特性；與動力總成控制系統的通訊多采用串口通訊技術導致數據傳輸不可靠，抗干擾能力差。
[0004]因此需要提供一種電動車輛動力電池充放電工況模擬系統和方法，可以模擬電動汽車對電池充放電過程，為 研發設計人員研究電動汽車充放電提供相關數據和理論支持。動力電池充放電的相關參數由電動車輛動力電池充放電工況模擬系統來完成。模擬采用流行、簡單易用的畫面輸出和操作方式，結構化設計，通用數據庫訪問方式、多進程、多線程模式，使系統具有高可靠性、方便的人機交互操作、高質量的畫面顯示及靈活的可擴展性。
【發明內容】
[0005]為了解決上述問題，根據本發明的一個方面，提供一種電動車輛充放電工況模擬系統，所述工況模擬系統包括:動力電池，用于儲存電動車輛所需要的電力，所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包；充放電單元，用于對動力電池進行充電和/或放電；監控設備，用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制，所述監控設備還包括:檢測單元、控制單元和工況模擬指令生成單元，其中工況模擬指令生成單元，根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值；控制單元，根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程；以及檢測單元，檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。優選地，利用顯示設備來顯示動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。優選地，利用參數存儲設備來存儲動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。優選地，控制單元可以采用開環和閉環兩種方式控制對動力電池的充電和/或放電過程。
[0006]根據本發明的另一方面，提供一種利用電動車輛充放電工況模擬系統進行工況模擬的方法，其中所述模擬系統包括:動力電池，用于儲存電動車輛所需要的電力，所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包；充放電單元，用于對動力電池進行充電和/或放電；監控設備，用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制，所述監控設備還包括:控制單元和工況模擬指令生成單元，其特征在于，所述方法包括:步驟1:讀取充電和/或放電的工況設定參數；步驟2:工況模擬指令生成單元根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值；步驟3:控制單元根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程；步驟4:確定是否達到工況的結束條件，如果達到，進入步驟5，否則返回步驟3 ;步驟5:確定是否完成所有工況，如果沒有完成，則獲取下一工況設定參數，回到步驟2 ;如果已經完成，則結束。
[0007]根據本發明的另一方面，一種利用電動車輛充放電工況模擬系統進行工況模擬的方法，其中所述模擬系統包括:動力電池，用于儲存電動車輛所需要的電力，所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包；充放電單元，用于對動力電池進行充電和/或放電；監控設備，用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制，所述監控設備還包括:檢測單元、控制單元和工況模擬指令生成單元，其特征在于，所述方法包括:步驟1，讀取與充電和/或放電階段相關的工況設定參數；步驟2，工況模擬指令生成單元根據工況設定參數生成充電和/或放電的電壓、電流或功率的初始指令值；步驟3，控制單元根據所述初始指令值控制充放電單元對動力電池進行一段時間的充電和/或放電試運行；步驟4，檢測單元檢測動力電池在試運行期間的實際運行參數，并將所述實際運行參數發送給工況模擬指令生成單元；步驟5，工況模擬指令生成單元根據所述初始指令值和實際運行參數生成工況模擬修正值，步驟6，控制單元根據所述工況模擬修正值控制充放電單元對動力電池進行充電和/或放電；步驟7:確定是否達到當前充電和/或放電階段的結束條件，如果達到，進入步驟8，否則返回步驟6 ;步驟8，確定是否完成全部充電和/或放電階段，如果沒有完成，則進入步驟9，獲取與下一充電和/或放電階段相關的工況設定參數，回到步驟2 ;如果已經完成，則結束。
[0008]優選地，其中所述充放電單元包括:至少一個AC/DC雙向變流模塊，以及至少一個DC/DC雙向斬波模塊。優選地，其中所述至少一個DC/DC雙向斬波模塊串聯接有手動開關和/或由所述監控設備控制的遙控開關。優選地，其中所述至少一個AC/DC雙向變流模塊和至少一個DC/DC雙向斬波模塊的公共連接點連接至少一個電容器。其中至少一個DC/DC雙向斬波模塊包括至少兩個DC/DC雙向斬波模塊，所述監控設備能夠控制所述工況模擬系統運行在如下狀態:所述至少一個AC/DC雙向變流模塊處于不連接電網的狀態，同時所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少一個分別運行在充電或放電狀態；或者，所述至少一個AC/DC雙向變流模塊處于維持狀態，同時所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少一個分別運行在充電或放電狀態。優選地，其中所述AC/DC雙向變流模塊和至少一個DC/DC雙向斬波模塊設置有輸出直流電壓傳感器和輸出直流電流傳感器，其中所述檢測單元檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數具體為:利用所述輸出直流電壓傳感器和/或輸出直流電流傳感器來檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。
[0009]優選地，所述工況包括基本工況，所述基本工況為以下內容中的至少一個:恒電壓充電，其工況參數包括充電電壓和截止條件；恒電流充電，其工況參數包括充電電流和截止條件；恒功率充電，其工況參數包括充電功率和截止條件；恒電壓、恒電流、恒功率分段充電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件；按照電壓、電流和/或功率曲線充電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件；恒電壓放電，其工況參數包括放電電壓和截止條件；恒電流放電，其工況參數包括放電電流和截止條件；恒功率放電，其工況參數包括放電功率和截止條件；恒電壓、恒電流、恒功率分段放電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件；按照電壓、電流和/或功率曲線放電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件；以及動力電池靜置，其工況參數包括靜置時間。
[0010]優選地，還設置有裝置柜體，所述裝置柜體中安裝有動力電池直流電壓、動力電池直流電流和/或充放電單元交流電壓的監測儀表，其中所述動力電池直流電流的監測儀表具有正負量程，能夠監測充電和/或放電時產生的正向和負向電流。優選地，所述工況還包括:由基本工況按照組合次序和/或重復次數形成的組合工況。優選地，所述工況模擬指令生成單元根據所述實際運行參數和當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值計算修正量，以得到當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的修正指令值；并且控制單元，根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的修正指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程。優選地，所述監控設備還包括工況數據存儲單元，其存儲至少一個由基本工況序號標識的基本工況數據，所述基本工況數據包括基本工況設定參數；和/或，工況數據存儲單元存儲至少一個由組合工況序號標識的組合工況數據，所述組合工況數據包含以下內容中的至少一個:基本工況序號、基本工況設定參數、組合次序或基本工況重復次數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]通過結合附圖閱讀優選示例性實施方式的下列詳細描述，可以更好地理解本發明的這些以及進一步的特點和優勢，其中:
[0012]圖1示出了現有技術中的電動車輛充放電系統的示意圖；
[0013]圖2示出了根據本發明實施方式的電動車輛動力電池充放電工況模擬系統的示意圖；
[0014]圖3示出了根據本發明實施方式的模擬系統的裝置柜體的示意圖；
[0015]圖4示出了根據本發明實施方式的電動車輛動力電池充放電工況模擬方法的流程圖；以及
[0016]圖5不出了本發明另一實施方式的電動車輛動力電池充放電工況模擬方法的流程圖。
[0017]需要注意的是，這些附圖意在描述方法的一般特性、在特定示例性實施方式中使用的結構和/或材料，并意在對下面提供的描述進行補充。然而，這些附圖不是按比例的，并且也不是精確地反映任意給出的實施方式的精細結構或性能特性，并且也不應解釋為通過示例性實施方式對所包含的數值范圍或屬性進行定義或限定。在各個附圖中使用同樣或相同的附圖標記意在指示存在同樣或相同的元素或特征。
【具體實施方式】
[0018]盡管示例性實施方式能夠進行各種修改并采用替代形式，但是其實施方式作為實施例在附圖中給出，并將在這里進行詳細描述。然而，應當理解的是，不應將示例性實施方式限定為所公開的特定形式，相反，示例性實施方式意在涵蓋落入權利要去范圍內的所有修改、等同物和替代物。在整個附圖的描述中，相同的附圖標記表示相同的元素。
[0019]可以理解的是，盡管這里可能使用術語第一、第二等描述各種元素，但是這些元素不應當被這些術語所限制。這些術語僅用于將一個元素與另一元素相區別。例如，在不偏離示例性實施方式范圍的情況下，第一元素也可稱為第二元素，相似地，第二元素也可稱為第一元素。如在這里所使用的，術語“和/或”包括一個或多個相關的列出項目的任意和全部組合。可以理解的是，當涉及一個元素與另一元素“連接”或“耦合”時，其可以與其它元素直接地連接或耦合，或者可以存在介于其中間元素。相反，當涉及一個元素與另一元素“直接連接”或“直接耦合”時，則沒介于其中間的元素。用于描述元素之間關系的其它詞應以相同的方式進行解釋(例如，“在…之間”與“直接在…之間”，“相鄰”與“直接相鄰”等)。 [0020]這里使用的術語僅用于描述特定實施方式，并不意在對示例性實施方式進行限制。如在這里所使用的，單數形式“ 一 ”、“ 一個”和“所述”還意在包括復數形式，除非在上下文中明確地進行指示。還可以進一步理解的是，這里使用的術語“包含”、“由…組成”、“包括”和/或“含有”說明存在所規定的特征、整體、步驟、操作、元素和/或元件，但是不排斥存在或增加一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元素、元件和/或其組合。
[0021]還需要說明的是，在一些可替換的實現方式中，所涉及的功能/動作還可以按照圖中未涉及的順序發生。例如，根據所涉及的功能/動作，以連續方式示出的兩個圖實際上可以并發地執行，或有時以相反的順序執行。
[0022]除非特別限定，這里使用的所有術語(包括技術和科學術語)與示例性實施方式的所屬【技術領域】的普通技術人員通常理解的含義相同。還可以進一步理解的是，諸如以通用字典限定的術語應當解釋為與它們在相關領域的上下文中的含義相一致，并不解釋為理想化或過度正式的含義，除非在這里進行特別限定。
[0023]示例性實施方式和相應的詳細描述部分可根據軟件或算法，和對計算機存儲器中的數據比特進行操作的符號表示來呈現。這些說明和表示是本領域普通技術人員向本領域其它普通技術人員有效表達他們工作主旨的一種方式。如同這里使用的術語，并如同其所通常使用的，將算法設想為導致期望結果的自相一致的步驟序列。該步驟是那些要求對物理量進行物理操作的步驟。通常，盡管不是必須的，這些量采用能夠存儲、傳輸、組合、比較和進行其他操作的光、電、或磁信號的形式。已經證明有時(特別是對于通常使用的原因)將這些信號稱為比特、數值、元素、符號、字符、項、數字等是方便的。
[0024]在下列說明中，將根據動作和操作(例如，以流程圖的形式)的符號表示描述解釋性的實施方式，其中操作可實現為程序模塊或包括例程、程序、對象、元件、數據結構等的功能過程，其中程序模塊或功能過程執行特定的工作或實現特定的摘要數據類型，并可使用現有的硬件在現有的網絡元件上實現。這樣現存的硬件可包括一個或多個中央處理單元(CPU)、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路、現場可編程門陣列(FPGA)計算機等。
[0025]然而，應當注意的是，與合適的物理量相關聯的所有這些術語以及相似術語僅僅是應用于這些量的便利的標簽。除非特別聲明，或者從討論中明顯得到，諸如“處理”、“計算”、“估計”、“確定”、“顯示”等的術語，涉及計算機系統或相似的電子計算設備的動作和處理，以將計算機系統的寄存器和存儲器中表述為物理量、電子量的數據進行操縱并轉換為計算機系統存儲器或寄存器或其他這樣的信息存儲器、傳輸或顯示設備中表示為物理量的其他相似的數據。
[0026]還需要說明的是，示例性實施方式的軟件實現方面典型地是在一些形式的程序存儲介質上進行編碼，或在一些類型的傳輸介質上實現。計算機可讀介質可以是磁(例如，軟盤或硬盤驅動器)或光(例如，致密盤只讀存儲器，或“CD R0M”)，并可以是只讀或隨機存取的。相似地，傳輸介質可以是雙絞線、同軸電纜、光纖或本領域公知的其它合適的傳輸介質。示例性實施方式不局限于任何指定實現的這些方面。
[0027]圖1示出了現有技術中的電動車輛充放電系統的示意圖。如圖1所示，在現有技術中，電動車輛充放電系統包括動力電池和充放電單元。優選地，動力電池用于儲存電動車輛所需要的電力。通常，所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包。優選地，充放電單元用于對動力電池進行充電和/或放電。然而，在現有技術中，電動車輛充放電系統通常不具備對充電和/或放電過程進行監測和控制的監測設備。由此，無法獲知充電和/或放電過程的詳細情況，無法對充電電池以及充電和/或放電過程進行調整和改進。因此，現有技術中存在對一種用于為電動車輛動力電池充放電進行模擬的系統和方法，尤其是對電動車輛動力電池充放電的工況進行模擬的系統和方法。
[0028]圖2示出了根據本發明實施方式的電動車輛動力電池充放電工況模擬系統的示意圖。如圖2所示，電動車輛動力電池充放電工況模擬系統包括:動力電池、充放電單元以及監控設備。優選地，所述監控設備進一步包括:檢測單元、控制單元和工況模擬指令生成單元。所述模擬系統能夠實現在基本工況或組合工況的情況下對動力電池進行充電和/放電過程的模擬，從而監測并模擬控制動力電池的充放電過程。其中，在充放電過程中獲得的參數和相關數據能夠有利地作為改進動力電池性能的基礎。
[0029]根據本發明的優選實施方式，所述動力電池用于儲存電動車輛所需要的電力，并且所述動力電池可以是動力電池包或部分動力電池包。其中，動力電池為電動汽車的驅動電動機提供電能，電動機將動力電池的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。優選地，所述系統中的動力電池的出線串聯有熔斷器，從而能夠在電壓過大或電流過大時對動力電池進行保護。優選地，動力電池的相關參數包括以下中的至少一個:a)電池容量:電池容量由電池放電電壓*放電電流*放電時間決定,在電池行業中一般以安時(Ah)標示。b)充(放)電率:充(放)電率是將全部容量的電荷放(充)完所需要的時間,作為充(放)電時的標準速度，一般用來說明放(充)電的速度是多少。比如說二小時率的放電，是指用0.5C的電流，在二個小時的時間將電池全部容量放完；20分鐘率表示用3C的電流在20分鐘內將電池額定電量全部放完。在廠商的電池規格書上面，也常使用小時率來表示標準放電時間，只要根據額定容量來換算就能確定標準放電電流是多少。通常廠商提供的規格上額定容量是以溫度20°C、0.2C放電的條件來量測。c)標稱電壓:電池剛出廠時，正負極之間的電勢差稱為電池的標稱電壓。d)內阻:是指電流流過電池內部所受到的阻力。充電電池的內阻很小，一般要用專門儀器測試。充電態內阻和放電態內阻有差異，放電態內阻稍大，而且不太穩定。內阻越大，消耗的能量越大，充電發熱越大。隨著電池使用次數的增多，內阻會增大，質量越差，內阻增大越快。e)充電終止電壓:蓄電池充足電時，極板上的活性物質已達到飽和狀態，再繼續充電，蓄電池的電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。f)放電終止電壓:是指蓄電池放電時允許的最低電壓。g)循環壽命:電池可重復充放電的次數。壽命與容量成反比，與充放電條件密切相關，一般充電電流越大，壽命越短。h)荷電保持能力:通常指自放電率。與電池材料、生產工藝和儲存條件有關，一般溫度越高，自放電率越高。
[0030]根據本發明的優選實施方式，所述充放電單元用于對動力電池進行充電和/或放電。優選地，可以利用充放電單元在多個時間段內對動力電池進行充電和/或放電。例如，在第一時間段內充電，在第二時間段內進行先充電后放電，在第三時間段內進行放電以及在第四時間段內進行先放電后充電等。優選地，放電單元包括AC/DC雙向變流模塊，以及至少一個DC/DC雙向斬波模塊。其中，所述至少一個DC/DC雙向斬波模塊串聯接有手動開關和/或由所述監控設備控制的遙控開關。其中，所述AC/DC雙向變流模塊和至少一個DC/DC雙向斬波模塊的公共連接點連接至少一個電容器。優選地，所述AC/DC雙向變流模塊和至少一個DC/DC雙向斬波模塊設有輸出直流電壓傳感器和輸出直流電流傳感器，其中利用所述輸出直流電壓傳感器和輸出直流電流傳感器來檢測檢測動力電池充電和/或放電時的實際運行參數。優選地，將至少一個DC/DC雙向斬波模塊限定為包括至少兩個DC/DC雙向斬波模塊。優選地，在包括至少兩個DC/DC雙向斬波模塊的情況下，在所述監控設備能夠控制所述工況模擬系統運行在如下狀態:
[0031](I)所述AC/DC雙向變流模塊處于不連接電網的狀態，并且同時所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少一個分別運行在充電或放電狀態。
[0032](2)所述AC/DC雙向變流模塊處于維持狀態，并且同時所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少一個分別運行在充電或放電狀態。其中在維持狀態中AC/DC雙向變流模塊主要維持電容器的電壓穩定，即輸出功率為零或近似為零。
[0033]也就是說，要保證所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少有一個DC/DC雙向斬波模塊運行在充電狀態，并且所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊至少有另一個DC/DC雙向斬波模塊運行在放電狀態。舉例說明，在具有5個DC/DC雙向斬波模塊(大于2個)的情況下，有I個DC/DC雙向斬波模塊處于充電狀態，有4個DC/DC雙向斬波模塊處于充電狀態。沒有任何一個DC/DC雙向斬波模塊處于充電狀態或放電狀態是不允許的，例如，上述5個DC/DC雙向斬波模塊的情況下，有5個DC/DC雙向斬波模塊處于充電狀態是不被允許的。
[0034]優選地，充放電單元對動力電池的充電的方式包括以下內容中的至少一個:恒電壓充電；恒電流充電；恒功率充電；恒電壓、恒電流、恒功率分段充電；按照電壓、電流或功率曲線充電；恒電壓放電；恒電流放電；恒功率放電；恒電壓、恒電流、恒功率分段放電；按照電壓、電流或功率曲線放電。優選地，還可以包括動力電池靜置。
[0035]根據本發明的優選實施方式，所述監控設備用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制。此外，監控設備還會生成符合要求的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值，以根據指令進行模擬。優選地，所述符合要求例如是符合用戶要求、符合測試要求、符合動力電池本身性能的要求等。所述監控設備通過其內部的元件來實現上述功能。優選地，所述監控設備還包括:檢測單元、控制單元和工況模擬指令生成單元。
[0036]優選地，工況模擬指令生成單元根據根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值。優選地，所述工況設定參數可以是由系統管理員或用戶預先設置的。優選地，所述工況設定參數可以是在運行模擬系統之前由用戶輸入的。優選地，工況模擬指令生成單元可以根據當前工況設定參數生成符合要求的充電和/或放電的電壓、電流或功率的初始指令值。優選地，工況模擬指令生成單元根據所述初始指令值和實際運行參數生成工況模擬修正值。優選地，所述工況模擬指令生成單元根據所述實際運行參數和當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值計算修正量，以得到當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的修正指令值。
[0037]其中，模擬系統(例如，監控設備的控制單元)根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程。例如，充電時的電壓、電流或功率，以及放電時的電壓、電流或功率。優選地，所述控制單元可以根據所述初始指令值控制充放電單元對動力電池進行一段時間的充電和/或放電試運行。優選地，所述控制單元可以根據所述工況模擬修正值控制充放電單元對動力電池進行充電和/或放電。優選地，所述控制單元，根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的修正指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程。
[0038]優選地，其中所述工況是充放電單元對動力電池進行充電和/或放電時的實際工作情況。優選地，所述工況包括基本工況和組合工況。所述組合工況可以由一個或多個基本工況組成的。優選地，所述基本工況對應于充放電單元進行充電和/或放電的模式，以下內容中的至少一個:恒電壓充電，其工況參數包括充電電壓和截止條件；恒電流充電，其工況參數包括充電電流和截止條件；恒功率充電，其工況參數包括充電功率和截止條件；恒電壓、恒電流、恒功率分段充電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件；按照電壓、電流和/或功率曲線充電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件；恒電壓放電，其工況參數包括放電電壓和截止條件；恒電流放電，其工況參數包括放電電流和截止條件；恒功率放電，其工況參數包括放電功率和截止條件；恒電壓、恒電流、恒功率分段放電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件；按照電壓、電流和/或功率曲線放電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件；以及動力電池靜置，其工況參數包括靜置時間。優選地，所述組合工況例如可以是，在第一時間段恒電壓充電；在第二時間段恒電壓、恒電流、恒功率分段充電；第三時間段按照電壓曲線放電；第四和第五階段重復按照電壓曲線放電等。
[0039]優選地，工況模擬指令生成單元根據所述工況模擬初始值和動力電池進行充電或放電時的實際參數生成工況模擬修正值。其中根據所述工況模擬初始值和動力電池進行充電或放電時的實際參數生成工況模擬修正值包括:通過傳感器檢測得到動力電池充電或放電的電壓和/或電流和/或功率的實際參數，基于所述實際參數和所述工況模擬初始值，根據預先設定的控制策略生成工況模擬修正值。優選地，控制單元可以根據所述工況模擬修正值對動力電池開始充電或放電。優選地，控制單元可以采用開環和閉環兩種方式控制充放電單元的充放電過程。
[0040]根據本發明的優選實施方式，控制單元根據符合要求的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電。優選地，檢測單元檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。優選地，所述檢測單元檢測動力電池在試運行期間的實際運行參數，并將所述實際運行參數發送給工況模擬指令生成單元。優選地，其中所述實際運行參數可以包括:(1)充電機的交流電壓、充電機的交流電流、動力電池的直流電壓、動力電池的直流電流、動力電池的SOC和/或動力電池的溫度；(2)從外部電源進行充電的充電時間、充電曲線和/或充電電量；(3)連接負載時的放電時間、放電曲線和/或放電電量；(4)連接充放電機時的充放電速度、充放電時間、充放電曲線和/或充放電電量。其中，動力電池荷電狀態SOC (State of Charge)作為電池容量狀態的描述參數，其數值定義為電池的剩余容量占電池容量的比值。通常把一定溫度下電池充電到不能再吸收能量的狀態定義為荷電狀態100%，而將電池再不能放出能量的狀態定義為荷電狀態0%。充放電監控設備存儲上述狀態數據并對至少一個動力電池充放電單元進行控制。優選地，可以在各種非易失性存儲器中存儲上述狀態數據。
[0041]圖3示出了根據本發明實施方式的模擬系統的裝置柜體的示意圖。如圖3所示，所述柜體用于容納動力電池、充放電單元以及監控設備。此外，柜體中還可以包括:傳感器、通信單元、輸入設備、顯示設備、動力電池直流電壓監測儀表、動力電池直流電流監測儀表、充放電單元交流電壓監測儀表和/或電池管理系統。優選地，動力電池通常還配有動力電池管理系統，在充放電過程中可以與充放電機通信，配合充放電機控制充放電過程。與動力電池匹配的電池管理系統能夠提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電、延長電池的使用壽命、監控電池的狀態，對電池在成組使用時的安全應用以及壽命的延長等方面都起著決定性的作用。通信單元使用戶能夠實現對模擬系統的遠程控制。用戶能夠將控制命令經由無線網絡等網絡發送給通信單元，通信單元將控制命令轉發給監控設備。優選地，用戶可以可以通過輸入設備預先輸入或在運行模擬系統之前輸入工況模擬設定值。優選地，顯示設備能夠顯示模擬系統的修相關信息，例如設定參數、運行結果、運行狀態。優選地，可以利用觸摸屏來集成輸入設備和顯示設備的功能。
[0042]優選地，柜體中安裝有動力電池直流電壓、動力電池直流電流和/或充放電單元交流電壓的監測儀表，其中所述動力電池直流電流的監測儀表具有正負量程，能夠監測充電和/或放電時產生的正向和負向電流。
[0043]優選地，所述傳感器可以是聲音傳感器、煙霧傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等。優選地，所述電動車輛充放電模擬系統還包括監控面板，所述監控面板通常位于柜體的前面板。但所屬領域的技術人員應當了解，監控面板并不限于在柜體的前面板，其通常可以被設置為易于對模擬系統進行控制。所述監控面板用于設置控制開關、狀態指示燈和/或監測儀表。優選地，所述系統安裝了總電源開關，總電源開關斷開后能夠斷開柜體內所有一次設備的電源。優選地，所述系統安裝了煙霧報警裝置和/或高溫報警裝置，從而實現對柜體內出現煙霧或高溫時進行報警。優選地，所述系統的外電源接入位置并聯有避雷器，從而實現過電壓防護的效果。
[0044]根據本發明的優選實施方式，還可以設置存儲單元，其存儲至少一個由基本工況序號標識的基本工況數據，所述基本工況數據包括基本工況設定參數。優選地，工況數據存儲單元存儲至少一個由組合工況序號標識的組合工況數據，所述組合工況數據包含以下內容中的至少一個:基本工況序號、基本工況設定參數、組合次序或基本工況重復次數。存儲單元諸如易失性和非易失性存儲器。其中易失性存儲器例如是隨機存取存儲器(RAM)，以及非易失性存儲器例如是只讀存儲器(ROM)。
[0045]圖4示出了根據本發明實施方式的電動車輛動力電池充放電工況模擬方法400的流程圖。如圖4所示，所述方法400在步驟401處開始，并且然后進行到步驟402。在步驟402，讀取充電和/或放電的工況設定參數。此時的工況設定參數為最初的工況設定參數或初始設定參數。優選地，此處可以是工況模擬的第一階段，當第一階段完成后，如果還有其它階段，則會獲取與下一充電和/或放電階段相關的工況設定參數，并重復執行。接著，進行到步驟403，工況模擬指令生成單元根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值。優選地，此時的工況設定參數可以是如上所述的最初的工況設定參數或初始設定參數，也可以是之后介紹的步驟407處獲取的與下一充電和/或放電階段相關的工況設定參數。然后，方法400進入步驟404，控制單元根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程。方法400進入步驟405，確定是否達到工況的結束條件，如果達到，即當前充電和/或放電階段完成，則方法400進入步驟406，否則返回步驟404。接著，方法400進入步驟406，確定是否完成所有工況，如果沒有完成，則獲取下一工況設定參數。如果沒有完成，即本次模擬還有下一充電和/或放電階段，則方法400進入步驟407，獲取與下一充電和/或放電階段相關的工況設定參數，且然后回到步驟403。如果已經完成全部充電和/或放電階段，則進行到步驟408，方法400結束。
[0046]圖5不出了本發明另一實施方式的電動車輛動力電池充放電工況模擬方法500的流程圖。如圖5所示，所述方法500在步驟501處開始，并且然后進行到步驟502。在步驟502，讀取與充電和/或放電階段相關的工況設定參數。此時的工況設定參數為最初的工況設定參數或初始設定參數。優選地，此處可以是工況模擬的第一階段，當第一階段完成后，如果還有其它階段，則會獲取與下一充電和/或放電階段相關的工況模擬設定值，并重復執行。接著，進行到步驟503，工況模擬指令生成單元根據工況設定參數生成充電和/或放電的電壓、電流或功率的初始指令值。優選地，此時的工況設定參數可以是如上所述的最初的工況設定參數或初始設定參數，也可以是之后介紹的步驟510處獲取的與下一充電和/或放電階段相關的工況設定參數。然后方法500進行到步驟504:控制單元根據所述初始指令值控制充放電單元對動力電池進行一段時間的充電和/或放電試運行；步驟505:檢測單元檢測動力電池在試運行期間的實際運行參數，并將所述實際運行參數發送給工況模擬指令生成單元；步驟506:工況模擬指令生成單元根據所述初始指令值和實際運行參數生成工況模擬修正值，步驟507，控制單元根據所述工況模擬修正值控制充放電單元對動力電池進行充電和/或放電；步驟508:確定是否達到當前充電和/或放電階段的結束條件，如果達到，進入步驟509，否則返回步驟507 ;步驟509，確定是否完成全部充電和/或放電階段，如果沒有完成，則進入步驟510，獲取與下一充電和/或放電階段相關的工況設定參數，回到步驟503 ;如果已經完成，則進行到步驟511，方法400結束。
[0047]已經通過參考少量實施例主要地描述了本發明。然而，本領域技術人員所公知的，正如附帶的專利權利要求所限定的，除了本發明以上公開的其他的實施例等同地落在本發明的范圍內。
[0048]通常地，在權利要求中使用的所有術語都根據他們在【技術領域】的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準確的順序運行，除非明確地說明。
【權利要求】
1.一種電動車輛充放電工況模擬系統,所述工況模擬系統包括: 動力電池，用于儲存電動車輛所需要的電力，所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包； 充放電單元，用于對動力電池進行充電和/或放電； 監控設備，用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制，所述監控設備還包括:檢測單元、控制單元和工況模擬指令生成單元，其中工況模擬指令生成單元，根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值； 控制單元，根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程；以及 檢測單元，檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。
2.根據權利要求1所述的工況模擬系統，其中所述充放電單元包括:至少一個AC/DC雙向變流模塊，以及至少一個DC/DC雙向斬波模塊。
3.根據權利要求2所述的工況模擬系統，其中所述至少一個DC/DC雙向斬波模塊串聯接有手動開關和/或由所述監控設備控制的遙控開關。
4.根據權利要求2所述的工況模擬系統，其中所述至少一個AC/DC雙向變流模塊和至少一個DC/DC雙向斬波模塊的公共連接點連接至少一個電容器。
5.根據權利要求2所述的工況模擬系統，其中至少一個DC/DC雙向斬波模塊包括至少兩個DC/DC雙向斬波模塊，所述監控設備能夠控制所述工況模擬系統運行在如下狀態:所述至少一個AC/DC雙向變流模塊處于不連接電網的狀態，同時所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少一個分別運行在充電或放電狀態；或者，所述至少一個AC/DC雙向變流模塊處于維持狀態，同時所述至少兩個DC/DC雙向斬波模塊中至少一個分別運行在充電或放電狀態。
6.根據權利要求2所述的工況模擬系統，其中所述至少一個AC/DC雙向變流模塊和至少一個DC/DC雙向斬波模塊設置有輸出直流電壓傳感器和輸出直流電流傳感器，其中所述檢測單元檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數具體為:利用所述輸出直流電壓傳感器和/或輸出直流電流傳感器來檢測動力電池充電和/或放電過程中的實際運行參數。
7.根據權利要求1所述的工況模擬系統，其特征在于，所述工況包括基本工況，所述基本工況為以下內容中的至少一個: 恒電壓充電，其工況參數包括充電電壓和截止條件； 恒電流充電，其工況參數包括充電電流和截止條件； 恒功率充電，其工況參數包括充電功率和截止條件； 恒電壓、恒電流、恒功率分段充電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件； 按照電壓、電流和/或功率曲線充電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件； 恒電壓放電，其工況參數包括放電電壓和截止條件； 恒電流放電，其工況參數包括放電電流和截止條件；恒功率放電，其工況參數包括放電功率和截止條件； 恒電壓、恒電流、恒功率分段放電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件； 按照電壓、電流和/或功率曲線放電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件；以及 動力電池靜置，其工況參數包括靜置時間。
8.根據權利要求1所述的工況模擬系統，其特征在于，還設置有裝置柜體，所述裝置柜體中安裝有動力電池直流電壓、動力電池直流電流和/或充放電單元交流電壓的監測儀表，其中所述動力電池直流電流的監測儀表具有正負量程，能夠監測充電和/或放電時產生的正向和負向電流。
9.根據權利要求7所述的工況模擬系統，其特征在于，所述工況還包括:由基本工況按照組合次序和/或重復次數形成的組合工況。
10.根據權利要求1所述的工況模擬系統，其特征在于，所述工況模擬指令生成單元根據所述實際運行參數和當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值計算修正量，以得到當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的修正指令值；并且控制單元，根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的修正指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程。
11.根據權利要求1所述的工況模擬系統，其特征在于所述監控設備還包括工況數據存儲單元，其存儲至少 一個由基本工況序號標識的基本工況數據，所述基本工況數據包括基本工況設定參數； 和/或，工況數據存儲單元存儲至少一個由組合工況序號標識的組合工況數據，所述組合工況數據包含以下內容中的至少一個:基本工況序號、基本工況設定參數、組合次序或基本工況重復次數。
12.—種利用電動車輛充放電工況模擬系統進行工況模擬的方法，其中所述模擬系統包括:動力電池，用于儲存電動車輛所需要的電力，所述動力電池為動力電池包或部分動力電池包；充放電單元，用于對動力電池進行充電和/或放電；監控設備，用于監控動力電池的充電或放電狀態，以及用于對動力電池的充電或放電過程進行控制，所述監控設備還包括:控制單元和工況模擬指令生成單元，其特征在于，所述方法包括: 步驟1:讀取充電和/或放電的工況設定參數； 步驟2:工況模擬指令生成單元根據工況設定參數生成當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值； 步驟3:控制單元根據當前時刻的充電和/或放電的電壓、電流或功率的指令值來控制充放電單元對動力電池的充電和/或放電過程； 步驟4:確定是否達到工況的結束條件，如果達到，進入步驟5，否則返回步驟3 ; 步驟5:確定是否完成所有工況，如果沒有完成，則獲取下一工況設定參數，回到步驟2 ;如果已經完成，則結束。
13.根據權利要求12所述的工況模擬方法，其特征在于，所述工況包括基本工況，所述基本工況為以下內容中的至少一個: 恒電壓充電，其工況參數包括充電電壓和截止條件；恒電流充電，其工況參數包括充電電流和截止條件； 恒功率充電，其工況參數包括充電功率和截止條件； 恒電壓、恒電流、恒功率分段充電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件； 按照電壓、電流和/或功率曲線充電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件； 恒電壓放電，其工況參數包括放電電壓和截止條件； 恒電流放電，其工況參數包括放電電流和截止條件； 恒功率放電，其工況參數包括放電功率和截止條件； 恒電壓、恒電流、恒功率分段放電，其工況參數包括分段的電壓、電流、功率參數，轉換條件和截止條件； 按照電壓、電流和/或功率曲線放電，其工況參數包括充電電壓、電流和/或功率曲線和截止條件；以及 動力電池靜置，其工況參數包括靜置時間。
14.根據權利要求13所述的工況模擬方法，其特征還在于，所述工況還包括:由基本工況按照組合次序和/或重復次數形成的組合工況。
15.根據權利要求12所述的工況模擬方法，其特征在于所述監控設備還包括工況數據存儲單元，其存儲至少一個由基本工況序號標識的基本工況數據，所述基本工況數據包括基本工況設定參數； 和/或，工況數據存儲單元存儲至少一個由組合工況序號標識的組合工況數據，所述組合工況數據包含以下內容中的至少一個:基本工況序號、基本工況設定參數、組合次序或基本工況重復次數。
【文檔編號】G01R31/36GK103675686SQ201210352323
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優先權日:2012年9月21日
【發明者】郭春林, 肖湘寧, 齊文波, 侯鵬鑫, 范鈺波 申請人:華北電力大學