一種基于充電機的電池soh檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于新能源電動汽車充電技術領域，涉及一種基于充電機的電池SOH檢測裝置。在檢測電池SOH時，監控模塊控制控制器使充電機進行放電模式和充電模式的切換，監控模塊向電池BMS發出放電指令或充電指令使電池進行放電或充電，充電機通過獲取充電過程的數據或放電過程的數據，并根據獲取的上述數據來計算得到電池可放出容量，進一步得到電池SOH。本實用新型實現了采用放電檢測法對電池SOH最簡單準確的檢測，彌補了BMS預估SOH不準確的缺陷，保證汽車SOC的預測準確，提升用戶體驗，為用戶提供電池維護的指導。同時，也改變了充電機只有單一充電功能的情況，做到了將電動汽車電池放電的能量進行了回收利用，具有很好的經濟效應。
【專利說明】
一種基于充電機的電池SOH檢測裝置
【技術領域】
[0001 ]本實用新型屬于新能源電動汽車充電技術領域，涉及一種基于充電機的電池SOH檢測裝置。
【【背景技術】】
[0002]能源危機和環境污染已經向人類敲響了警鐘，因此如何替代傳統的燃油汽車成為人們一直以來爭論的話題。目前應用動力鋰離子電池組作為動力源的電動汽車受到人們的高度關注和青睞。得益于政府不斷加碼的政策扶持，以及社會大眾環保意識的不斷提升，各地方充電基礎設施的大規模建設，我國的電動汽車市場迎來了 “井噴式”的發展。
[0003]作為電動汽車的核心部件之一的動力電池，其安全和壽命成為各方關注的焦點，也是影響電動汽車發展的關鍵因素。電池的健康狀態是評價電池壽命的重要指標，一般認為電動汽車動力電池組的SOH(電池的健康狀態)低于80%，電池就應該更換。有關電池管理系統(BMS)準確估計電池的健康狀況(SOH)是當前研究的薄弱環節，SOH估計不準確已經成為當前BMS的一大缺陷。
[0004]電池SOH定義:電池的健康狀態(Stateof Health)，隨著電池的長期使用，必然發生電池老化或者劣化，電池的健康狀況呈下降趨勢。根據行業內的相關定義，可為電池SOH定義為:在特定溫度和特定放電倍率條件下，電池可放出容量與新電池額定容量的比值。目前測量SOH的有:
[0005]1、放電法:特定條件下對電池進行放電，直至電池電壓達到截止電壓，則可放出的容量與額定容量的比值即是電池的S0H。該方法是最簡單也是最準確的SOH測量方法。缺點是目前無法在線測量。
[0006]2、電壓陡降法:利用電壓陡降與SOH的關系測量S0H。該方法簡單快速，但同樣是無法在線檢測，需要恒定負載，同時準確度也較差。
[0007]3、電阻折算法:電池內阻與SOH存在一定的關系。通過測定電壓、電流、溫度等參數，間接計算出電池內阻值，然后根據電池SOH與電池內阻的關系計算求得S0H。但電池內阻與SOH并不成線性關系，在某一范圍內變化并不大，因此測量出的SOH誤差較大。
[0008]4、循環次數折算法:根據電池的循環次數與電池SOH的關系來估算電池的SOH，這種方法需要大量的實驗數據累計，且不同廠家不同電池類型的差異性比較大，因此該方法不具備普遍適用性，且精度也不高。
[0009]5、阻抗分析法:根據不同頻率的輸入電流測量得到電池的阻抗來估算電池的S0H。該方法在低SOH時精度較好，但需要大量的實驗建立模型，同時成本也較高。
[0010]電動汽車在實際運行中，由于運行環境、放電負載的持續變化無法實現特定條件下的恒定電流放電，無法做到準確的測量電池的S0H。而要想獲得較為準確的SOH只能去指定的電動汽車維護點進行檢測，而且檢測過程也相對麻煩耗時，影響用戶的使用。不能獲得準確的電池S0H，電池的SOC(電池剩余容量或剩余行駛里程)也會不準確，將嚴重影響到用戶的使用體驗，不能及時提示用戶進行電池的維護或更換。
[0011]當前，電動汽車充電機作為電動汽車運行使用過程中與電動汽車唯一有交互也是交互最多的外部設備，其功能只能給電動汽車進行充電，根據電池BMS的需求進行被動充電。利用充電機的這一特點，在充電機上實現交互時對電動汽車電池的SOH精確檢測，將很好的解決當前這一缺陷，并使充電機得到更好的利用。
【【實用新型內容】】
[0012]為解決現有技術中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，該充裝置能夠實現在線進行電池的SOH檢測，并且還能夠將電池放出的電能進行回收利用。
[0013]本實用新型的目的是通過如下技術方案來實現的:
[0014]—種基于充電機的電池SOH檢測裝置，包括充電部分、放電部分和控制器，所述的充電部分包括監控模塊，所述的放電部分包括放電模塊，所述的放電模塊和控制器分別與監控模塊連接，放電模塊與控制器連接。
[0015]所述的充電部分還包括存儲模塊、充電模塊、通訊單元和數據處理模塊，存儲模塊、充電模塊、通訊單元和數據處理模塊分別與所述的監控模塊連接。
[0016]所述的放電模塊上連接有能量回饋裝置，所述的能量回饋裝置與電網和監控模塊分別連接。
[0017]所述的控制器上設置有充電回路和放電回路。
[0018]所述的放電模塊為DC/DC直流功率轉換模塊。
[0019]所述的充電模塊為AC/DC功率轉換模塊。
[0020]所述的通訊單元上連接有用戶界面，用戶通過用戶界面操作向充電機發出指令。[0021 ]所述的用戶界面包括移動App、遠程服務器和人機交互界面。
[0022]本實用新型的有益效果是:
[0023]本實用新型的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置在充電機系統增加放電功能，通過在監控模塊上連接控制器，充電機自身可通過監控模塊自動的根據需求進行充電模式和放電模式的切換，同時通過監控模塊與電動汽車電池BMS之間運行狀態可信性的特定通信協議，可控制充電機與電池進行充電模式和放電模式切換，充電機獲取充電過程的數據或放電過程的數據，并根據獲取的上述數據能夠計算得到電池S0H，因此通過充電機能夠實現對電池SOH的在線檢測。
[0024]進一步的，本實用新型中的放電模塊按照監控模塊發送的放電算法將電池中放出的能輸出，在放電時，放電模塊將電能通過能量回饋裝置輸送給電網，或輸送給充電機上連接的電池儲能系統，或輸送給所述充電機上連接的其它正在充電的電池，解決了能量回收的問題，避免能源浪費。
[0025]本實用新型實現了采用放電檢測法對電池SOH最簡單準確的檢測，彌補了BMS預估SOH不準確的缺陷，保證汽車SOC的預測準確，提升用戶體驗，為用戶提供電池維護的指導。同時，也改變了充電機只有單一充電功能的情況，做到了將電動汽車電池放電的能量進行了回收利用，具有很好的經濟效應。
【【附圖說明】】
[0026]圖1為本實用新型以充電容量計算電池SOH時的檢測流程圖；
[0027]圖2為本實用新型以放電容量計算電池SOH時的檢測流程圖；
[0028]圖3為本實用新型檢測電池SOH時能量回饋電網的連接示意圖；
[0029]圖4為本實用新型檢測電池SOH時能量回饋儲能系統的連接示意圖；
[0030]圖5為本實用新型檢測電池SOH時能量回饋充電系統的連接示意圖。
【【具體實施方式】】
[0031]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0032]如圖1至圖5所示，根據本實用新型要解決的技術問題:針對BMS目前最大的缺陷之一，SOH估算困難或者估算不準確，且目前在電動汽車充電時無法進行在線檢測電池S0H。
[0033]本實用新型在充電機側加入放電功能，通過監控模塊從電動汽車的BMS獲得電池電壓、溫度等參數，監控模塊使電池按照存儲模塊中存儲的放電方案進行放電至放電截止條件，從而可以實現最簡單最準確的放電法檢測電池S0H。使電池的健康狀態準確可知，能夠更好的對電池進行使用和維護。
[0034]本實用新型在充電機側加入放電功能后，改變了充電機只有單一的充電功能，使充電也具備了電池SOH檢測的功能，同時充電機加入放電功能后，將電池放出來的電能用于給其他車輛充電，或儲存到儲能系統，或者回饋到電網，也解決能量回收的問題，避免能源浪費。
[0035]本實用新型所采用的技術方案是:
[0036]本充電機通過在原有充電的功能的基礎上，增加放電模塊，放電模塊與監控模塊連接，同時還在監控單元上連接控制器，控制器與放電模塊連接，在監控模塊中增加放電模式的控制，充電機自身可通過監控模塊自動的根據需求進行充電模式和放電模式的切換，同時，監控模塊通過與電動汽車電池BMS之間運行狀態可信性的特定通信協議，監控模塊可控制充電機與電池進行充電模式和放電模式自動切換，充電機利用放電模式實現電池SOH檢測和電池能量回收。
[0037]充電機與電動汽車連接完成后，監控模塊收集電池BMS發送的電池類型、電壓、容量等參數信息，用戶通過用戶界面，如手機APP或人機交互界面向通訊單元發出電池SOH檢測的指令，通訊單元將該指令發送給監控模塊，監控模塊控制控制器使充電機切換至放電模式，并向電動汽車BMS發送電池放電的通訊指令；
[0038]放電開始后，電池BMS使電池中的電能從電池中放出，放出的電能經過控制器進入放電模塊，放電模塊按照監控模塊發送的放電指令和放電算法輸出電能，放電算法依據預先內置于存儲模塊電池的放電開始條件、結束條件、放電電流等參數信息制定。
[0039]在電池放電過程中，監控模塊控制數據存儲模塊存儲放電過程的電壓、電流、溫度、容量等參數信息；電池達到放電至截止條件后，充電機切換至充電模式，使電池進行充電，數據存儲模塊記錄并存儲該充電過程的充電電壓、電流、溫度、容量等數據。數據處理單元通過對獲取的放電數據和充電數據進行處理分析，得到電池當前的可放出容量，可放出容量與額定容量的比值即是電池的S0H。然后通過通訊單元將檢測結果信息傳遞給電動汽車和用戶。
[0040]或者，在充電機與電動汽車連接完成后，監控模塊收到檢測電池SOH的指令，監控模塊控制控制器使充電機切換至充電模式，并向電池BMS發出充電的通訊指令;充電開始后，電池BMS根據該指令使電池充電，直至電池充滿電，監控模塊再控制控制器使充電機切換至放電模式，并向電池BMS發出放電的通訊指令，電池BMS根據該指令使電池進行放電，直至電池放電達到截止條件;在電池放電過程中，監控模塊控制數據存儲模塊記錄該放電過程的放電數據并將該數據傳輸給數據處理模塊，數據處理模塊通過數據處理得到電池的SOH，最后充電機再通過監控模塊的控制使電池充滿電。
[0041]在上述電池放電時，放電模塊按照監控模塊的放電通訊指令和發送的放電方案將電池上的能量轉換為適當形式的電能，放電模塊將轉換后的電能用于給同一充電系統中連接的另一個正在充電終端的汽車充電，或者用于給連接于該充電機上連接的電池儲能系統充電，或者通過能量回饋裝置轉換成滿足電網要求的交流電，并網后將能量回饋電網。
[0042]電池SOH的計算可以采用以下方式:
[0043]公式(l):SOH=CchXnXX/Ce;
[0044]Cch為電池放電至截止條件后再充滿電的充電容量；
[0045]Ce為電池的額定容量；
[0046]Tl為充電容量與特定條件放電容量的轉換系數，由電池廠家或實驗測試確定；
[0047]λ為溫度補償系數，由電池廠家或實驗測試確定。
[0048]公式(2):S0H=Cdch/Ce= IdchXtXKXλ/Ce；
[0049]式中:Cdch為充滿電的電池放電至截止條件的放電容量；
[0050]Ce為電池的額定容量；
[0051 ] Idch為放電電流，按相關標準或電池廠家規定；
[0052]t為放電至截止條件總時間；
[0053]K為放電倍率系數，由電池廠家或實驗測試確定；
[0054]λ為溫度補償系數，由電池廠家或實驗測試確定。
[0055]實施方式一，如圖1所示，電動汽車與充電機連接好后，用戶通過手機ΑΡΡ、云平臺、遠程服務器或者充電機人機界面下發檢測電池SOH的指令，監控模塊接收指令后，控制連接回路切換至放電模式，同時，監控模塊將SOH檢測放電指令發送給電動汽車BMS，充電機按照存儲模塊中已存儲的放電方法對電池放電至放電截止條件，存儲模塊記錄該放電過程的放電數據。
[0056]然后，監控模塊再控制充電機切換至充電模式，同時向電動汽車BMS發送充電指令，監控模塊通過存儲模塊中已存儲的充電方法使電池充滿電，存儲模塊記錄該充電過程的充電數據，數據處理模塊將充、放電數據進行處理得到電池放電至截止電壓后再充滿電的充電容量，再通過公式(I)計算電池S0H。最后通過監控模塊將檢測數據傳送給電動汽車，通過通訊模塊將檢測結果傳送給用戶，檢測結束，充電機停止。
[0057]實施方式二，如圖2所示，電動汽車與充電機連接好后，用戶通過手機ΑΡΡ、云平臺、遠程服務器或者充電機人機界面下發檢測電池SOH的指令，監控模塊接收指令后，控制充電機切換至充電模式，同時，監控模塊將充電指令發送至電動汽車BMS，充電機按照存儲模塊中已存儲的充電方法為電池充滿電，存儲模塊記錄該充電過程的充電數據。
[0058]然后，監控模塊再控制連接回路切換至放電模式，同時，監控模塊向電動汽車BMS發送電池SOH檢測放電指令，充電機為電池按照充電機中存儲模塊中已存儲的放電方法對電池放電至放電截止條件，存儲模塊記錄該放電數據并將該放電數據發送給數據處理模塊，監控模塊再控制充電機再切回充電模式對電池充滿電。
[0059]與此同時，數據處理模塊將充、放電數據進行處理得到充滿電的電池放電至截止條件的放電容量即電池的可放出容量，通過公式(2)計算電池S0H。最后通過監控模塊將檢測數據傳送給電動汽車，通過通訊模塊將檢測結果傳送給用戶，檢測結束，電池充滿電后充電機停止。
[0060]如圖3所示，實施方式一或者實施方式二檢測電池SOH的過程中，在電池放電時，監控模塊通過CAN線通信下發檢測SOH的命令給控制器(控制器為包含兩個繼電器開關的裝置，控制器上還設置有充電回路和放電回路，一個開關連接充電回路，另一個開關連接放電回路)，控制器接通放電回路，同時斷開充電回路，充電模塊不工作(充電模塊是AC/DC功率轉換模塊，工作時充電模塊將電網的交流電整流轉換成直流電給電動汽車充電)，監控模塊還通過CAN線通信下發放電命令和放電算法信號給放電模塊(放電模塊為DC/DC直流功率轉換模塊)，下發工作指令給能量回饋裝置使能量回饋裝置開始逆變工作，同時監控能量回饋裝置的工作狀態，電池按照存儲模塊中的放電控制算法通過放電模塊進行放電，放電控制算法是依據放電起始溫度、放電電流、放電開始條件、結束條件等參數信息制定的，直至電池放電至截止電壓，在電池放電的過程中，放電模塊將電池所放出來的直流電變換成能量回饋裝置中逆變電路所需要的電壓，再經過能量回饋裝置逆變變換成符合回饋電網的交流電，能量回饋裝置包括DC/AC逆變電路和信號比較電路，DC/AC逆變電路將電池放出的直流電轉換成交流電，信號比較電路通過電網采樣的電壓正弦波信號作為調制波，與逆變的信號進行比較，經過調節和放大之后，輸出控制信號，使能量回饋裝置輸出的電壓與電網電壓同振幅、同頻率、同相位，再經過濾波電路濾去諧波，能量回饋裝置將電池所放出的電能回饋電網，不至于使這部分電能浪費掉，具有較好的經濟效益。
[0061]如圖4所示，實施方式一或者實施方式二檢測電池SOH的過程中，在電池放電時，監控模塊通過CAN線通信下發檢測SOH的命令給控制器，控制器接通放電回路，同時斷開充電回路，監控模塊控制充電模塊不工作，監控模塊還通過CAN線通信下發放電命令和放電算法信號給放電模塊，電池按照存儲模塊中的放電控制算法通過放電模塊進行放電，直至電池放電至截止電壓，放電模塊將電池所放出來的直流電變換成電池儲能系統充電所需要的電能形式，放電模塊將電池所放出的電能用于對連接在充電系統上的電池儲能系統進行充電，放電能量得到回收利用，具有較好的經濟效益。
[0062]如圖5所示，實施方式一或者實施方式二檢測電池SOH的過程中，在電池放電時，監控模塊通過CAN線通信下發檢測SOH的命令給控制器，控制器接通放電回路，同時斷開充電回路，監控模塊控制充電模塊不工作，然后監控模塊通過CAN線通信下發放電命令和放電算法信號給放電模塊，電池通過放電模塊按照存儲模塊中的放電控制算法進行放電，直至電池放電至截止電壓，放電模塊將電池所放出來的直流電變換成符合此充電系統上連接的其它正在充電的電動汽車需求的充電電壓，用于其它電動汽車的充電，此充電系統上可連接至少兩輛充電汽車，但不僅限于兩輛，放電能量得到了很好的處理，具有較好的經濟效益。
【主權項】
1.一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，包括充電部分、放電部分和控制器，所述的充電部分包括監控模塊，所述的放電部分包括放電模塊，所述的放電模塊和控制器分別與監控模塊連接，放電模塊與控制器連接。2.根據權利要求1所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的充電部分還包括存儲模塊、充電模塊、通訊單元和數據處理模塊，存儲模塊、充電模塊、通訊單元和數據處理模塊分別與所述的監控模塊連接。3.根據權利要求1所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的放電模塊上連接有能量回饋裝置，所述的能量回饋裝置與電網和監控模塊分別連接。4.根據權利要求1所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的控制器上設置有充電回路和放電回路。5.根據權利要求1所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的放電模塊為DC/DC直流功率轉換模塊。6.根據權利要求1所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的充電模塊為AC/DC功率轉換模塊。7.根據權利要求2所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的通訊單元上連接有用戶界面，用戶通過用戶界面操作向充電機發出指令。8.根據權利要求7所述的一種基于充電機的電池SOH檢測裝置，其特征在于，所述的用戶界面包括移動App、遠程服務器和人機交互界面。
【文檔編號】G01R31/36GK205608156SQ201620176838
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月8日
【發明人】袁慶民, 茹永剛, 黃炎, 辛靜, 田麗麗, 盧彥麗, 曹為正
【申請人】西安特銳德智能充電科技有限公司, 青島特銳德電氣股份有限公司