CN101615704B - 一种蓄电池的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池的控制方法，属于带有部分电池管理系统BMS功能的蓄电池领域。该蓄电池包括控制器(2)、电解液(4)、温度传感器(5)、液位传感器(6)，设置控制器(2)与温度传感器(5)、液位传感器(6)相连，控制器(2)嵌入在蓄电池内、控制器(2)带有CAN通讯口(3)，温度传感器(5)、液位传感器(6)直接安装在蓄电池内的电解液(4)中。该控制方法能够对蓄电池内部参数具有实时检测、采集精度高、大大延长了蓄电池的使用寿命、降低了蓄电池的损坏率等优点。

Description

一种蓄电池的控制方法

技术领域

一种蓄电池的控制方法，属于带有部分电池管理系统BMS功能的蓄电池领域。

背景技术

当今社会能源问题和环境问题日益突出，而蓄电池具有使用效率高，低污染等优点，在汽车、备用电源等众多领域得到越来越广泛的应用。然而，蓄电池使用过程中出现许多异常问题，主要表现在：蓄电池都有一定的寿命，不恰当的充电和放电都会严重缩短蓄电池寿命；其次，电池不同状态下最佳输出功率不尽相同，为了解决诸如此类的问题，各组织都在研究解决方案，在这种情况下，电池管理系统BMS应运而生。利用电池管理系统BMS管理蓄电池(组)很大程度上改善电池综合使用状况，提高了蓄电池使用寿命和整体利用效率。不幸的是，这种模式的电池管理系统BMS仍然存在很多问题，主要有，设计一个电池管理系统BMS要精确检测电池内部参数和外部参数，如电解液温度、液位等，传统的电池管理系统BMS的做法是紧贴着蓄电池外壳检测温度，这样的测量极不精确，并且对液位、电解液浓度等参数测量无能为力；其次，电池性能与电池使用历史密切相关，由于传统电池管理系统BMS与蓄电池是两个独立的部分，不能对蓄电池从出厂到寿命终止全程跟踪；另外，不同的电池管理系统BMS的性能不尽相同，对SOC预算精度参差不齐，电池管理系统BMS不便于根据不同类型蓄电池做针对性调整，在应用中，不具有实时性、合理性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供一种蓄电池的控制方法，能够对蓄电池内部参数具有实时检测、采集精度高、大大延长了蓄电池的使用寿命、降低了蓄电池的损坏率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种蓄电池的控制方法，包括蓄电池、控制器、电解液、温度传感器、液位传感器，其特征在于：设置控制器及与控制器相连的温度传感器、液位传感器，控制器内集成控制策略并嵌入在蓄电池内、控制器带有CAN通讯口，温度传感器、液位传感器直接安装在蓄电池内的电解液中；其特征在于：控制步骤是：

a、控制器上电之后首先对各模块单元进行初始化；

b、微处理器读取存储器单元中的数据参数，其参数为蓄电池在上一次进行充放电控制管理结束时的荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值以及上一次的结束时间；

c、微处理器读取时钟单元的当前时间，为下步工作准备；

d、当前时间与上一次的结束时间进行差值比较，当两次使用时间之差大于设定时间差T_SET时，进入步骤e，反之，则直接进入步骤g；

e、微处理器通过信号调理电路采集检测蓄电池端电压、电流、电解液温度、液位状态值模拟量；

f、重新计算或修正蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池的健康状态SOH及蓄电池内阻参数值，为制定充放电控制策略提供合理依据；

g、通过CAN总线发送充放电允许信号，被确认后，控制策略允许充放电操作进行；

h、同时实现蓄电池的管理状态，进入主循环，检测蓄电池各模拟量；

i、判断系统是否有危险状态，如果蓄电池出现过充、过放、温度过高及液位过低现象，进入步骤j，否则进入步骤k；

j、通过CAN总线报警，停止充放电控制过程，进入步骤0；

k、根据这些检测数据和历史数据，计算电池荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值参数值；

l、根据这些数据制定合理地充放电控制策略，进行充放电管理；

m、通过CAN总线与外部设备进行数据信息交换，指导蓄电池充放电控制管理；

n、每个循环都要做判断，是否充放电结束，如果没有结束重新进入循环，转到步骤g，否则进入步骤o；

o、存储当前电池荷电状态SOC、电池健康状态SOH和时间参数值，本次充放电控制管理过程结束。

带CAN_BUS通讯端口的控制器为单体蓄电池组件的一部分并内嵌于蓄电池中，蓄电池组件包括控制器，它能够自动采集、检测蓄电池自身参数，依据特定分析算法，计算蓄电池的荷电状态SOC、剩余电量、蓄电池的健康状态SOH、蓄电池内阻等，并基于准确的蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池内阻等相关参数值，制定合理的充放电控制策略，并将这些参数信息通过CAN_BUS通信端口与充放电设备进行通信连接，同时将准确的蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池内阻等相关参数数据及时记录存储。

电解液温度传感器及液位传感器也作为单体蓄电池组件的一部分并内嵌于蓄电池中；它能够实时反映蓄电池在充、放电状态中的电解液温度及液位等变化，为控制器制定合理的充放电控制策略提供准确的技术参数依据；该电解液温度传感器和液位传感器放置于蓄电池电解液中或置于电解液液面处，并通过数据线与控制器相连接。

控制器包括微处理器、蓄电池参数信号、信号调理电路、存储器单元、时钟单元、CAN控制器和CAN_BUS通信接口电路，蓄电池参数信号与信号调理电路相连，信号调理电路连接至微处理器AD转换端口，采集检测蓄电池固有电特性参数值；时钟单元、存储器单元分别与微处理器互联，微处理器与CAN控制器互连，CAN控制器与CAN_BUS通信接口互连。蓄电池相关信息经特定编码后通过接口电路与其他设备进行通信连接。

蓄电池参数信号包括充、放电电流信号和电压信号、电解液温度传感器信号、电解液液位传感器信号、电解液密度参数值等。

工作原理

微处理器读取存储器单元中的数据参数，其参数为蓄电池在上一次进行充放电控制管理结束时的荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值以及上一次的结束时间，同时，微处理器通过信号调理电路采集、检测当前状态下蓄电池固有的内在电特性参数，如蓄电池充放电状态下的充放电电压、电流、电解液温度、液位、密度等参数值，并于读取的参数值进行相应的分析、比较与判别，从而在基于以上参数的基础上，依据特定分析算法，计算蓄电池的荷电状态SOC、剩余电量、蓄电池的健康状态SOH、蓄电池内阻等，并基于准确的蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池内阻等相关参数值，制定合理的充放电控制策略，对蓄电池进行合理地控制管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在工作过程上，首先，控制器、温度传感器、液位传感器作为单体蓄电池组件的一部分，内嵌于蓄电池中，使之成为一个整体；并且控制器带有CAN_BUS通信接口，通过该接口可以实现与外界设备或单体蓄电池之间的信息交换；同时，由于蓄电池内置传感器，其技术参数的采集具有实时性与精确性，微处理器采集到蓄电池的充放电状态的电压、电流、温度、液位等参数后，通过特定的分析算法，计算蓄电池的荷电状态SOC、剩余电量、蓄电池的健康状态SOH、内阻阻值等参数值，使之数值的精确度更加准确、误差率变小甚至可以忽略，为制定蓄电池合理的充放电控制策略提供了准确的科学依据；其次，蓄电池从出厂到寿命终止，其固有的电特性状态变化曲线数据，被实时记录存储在存储器中，记录的内容包括蓄电池荷电状态SOC、健康状况SOH、电池内阻等参数值，正是基于准确的荷电状态SOC、及时更新的健康状态SOH等参数，更进一步来说，对于蓄电池的极化、硫化、过充、过放及大电流放电等现象，得到了合理、科学的控制，确定了最佳的工作状态，大大延长了蓄电池的使用寿命，降低了蓄电池的损坏率。

附图说明

图1是本发明蓄电池结构示意图；

图2是控制器电路原理框图；

图3是蓄电池充放电控制策略流程图。

图1-3是本发明的最佳实施例。

其中，图1中：1、蓄电池  2、控制器  3、CAN通讯口  4、电解液  5、温度传感器  6、液位传感器

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例；应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。

下面结合附图1-3对本发明一种蓄电池的控制方法作进一步的说明：

如图1所示：

该带嵌入式控制器的蓄电池，包括蓄电池1、控制器2、CAN通讯口3、电解液4、温度传感器5、液位传感器6；其中：控制器1、温度传感器5、液位传感器6作为蓄电池组件的一部分，内嵌于蓄电池中，控制器2带有CAN通讯口3，并通过CAN通讯口3与充放电设备或单体蓄电池之间进行信息交换，温度传感器5、液位传感器6置于电解液4中或电解液4的液面处，并通过数据线与控制器2相连接。

此实施例中，其传感器位置不具有唯一性，凡把传感器放置于电解液中的实施例，都作为本发明中的一部分。

如图2所示：

控制器由微处理器、蓄电池参数信号、信号调理电路、存储器单元、时钟单元、CAN控制器和CAN_BUS通信接口电路组成；蓄电池参数信号与信号调理电路相连，信号采集电路连接至微处理器AD转换端口，采集检测蓄电池固有电特性参数值；外部存储器和微处理器直接相连用来存储蓄电池的荷电状态SOC、电池健康状况(SOH)、电池内阻等相关参数；时钟单元与微处理器互联，微处理器通过CAN控制器与CAN_BUS通信接口相连，蓄电池相关信息经特定编码后通过接口电路与其他设备进行通信连接；蓄电池参数信号包括充、放电电流信号和电压信号、电解液温度传感器信号、电解液液位传感器信号等；微处理器采集蓄电池充放电状态下的电压、电流、温度、液位等参数后，通过特定的算法分析计算蓄电池的荷电状态SOC、剩余电量、蓄电池的健康状态SOH、蓄电池健康状态SOH、蓄电池内阻阻值等参数；同时由于传感器直接安装在蓄电池内部，具有实时性，使之采集的参数值精确度更加准确、误差率变小甚至可以忽略，因此为制定蓄电池合理的充放电控制策略提供了准确的科学依据，延长了蓄电池的使用寿命，降低了蓄电池的故障率。

如图3所示：

为本发明的一个蓄电池充放电控制策略实施例，控制器在相应地充放电控制策略下，对蓄电池进行合理的相应的充放电管理；微处理器采集蓄电池充放电状态下的电压、电流、温度、液位等参数，通过以下步骤，根据特定的分析算法，计算出蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池健康状态SOH、蓄电池内阻阻值等参数值，利用其具有的实时性、精确性及合理性等特点，制定蓄电池合理的充放电控制管理，从而延长了蓄电池的使用寿命，降低了蓄电池的故障率；

控制策略的实施过程如下：

a、控制器上电之后首先对各模块单元进行初始化，初始化内容包括微处理器的AD转换器、看门狗电路、时钟单元、CAN控制器等；

b、微处理器读取存储器单元中的数据参数，其参数为蓄电池在上一次进行充放电控制管理结束时的荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值以及上一次的结束时间；

c、微处理器读取时钟单元的当前时间，为以下步工作准备；

d、当前时间与上一次的时间进行差值比较，当两次使用时间之差大于设定时间差TSET时，进入步骤e，反之，则直接进入步骤g；

e、微处理器通过信号调理电路采集检测蓄电池端电压、电流电解液温度、液位及内阻阻值等状态值模拟量；

f、以特定的分析算法，重新计算或修正蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池的健康状态SOH及蓄电池内阻等参数值，为制定充放电控制策略提供合理地依据；

g、通过CAN总线发送充放电允许信号，之后控制策略才能允许充放电操作进行；

h、同时实现蓄电池的管理状态，进入主循环，检测蓄电池各模拟量；

i、判断系统是否有危险状态，如果蓄电池出现过充、过放、温度过高及液位过低等现象；

j、通过CAN总线报警，停止充放电控制过程，进入步骤o；否则进入步骤k：

k、根据这些检测数据和历史数据，通过特定的算法计算电池荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值等参数值；

l、根据这些数据制定合理地充放电控制策略，进行充放电管理；

m、通过CAN总线与外部设备进行数据信息交换，指导蓄电池充放电控制管理；

n、每个循环都要做判断，是否充放电结束，如果没有结束重新进入循环，转到步骤h，否则进入步骤o；

o、存储当前电池荷电状态SOC、电池健康状态SOH和时间等参数值，本次充放电控制管理过程结束。

Claims (1)

1.一种蓄电池的控制方法，该蓄电池包括控制器(2)、电解液(4)、温度传感器(5)、液位传感器(6)，设置控制器(2)与温度传感器(5)、液位传感器(6)相连，控制器(2)嵌入在蓄电池内、控制器(2)带有CAN通讯口(3)，温度传感器(5)、液位传感器(6)直接安装在蓄电池内的电解液(4)中；其特征在于：控制方法的步骤是：

a、控制器上电之后首先对各模块单元进行初始化；

b、微处理器读取存储器单元中的数据参数，其参数为蓄电池在上一次进行充放电控制管理结束时的荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值以及上一次的结束时间；

c、微处理器读取时钟单元的当前时间，为下步工作准备；

d、当前时间与上一次的结束时间进行差值比较，当两次使用时间之差大于设定时间差T_SET时，进入步骤e，反之，则直接进入步骤g；

e、微处理器通过信号调理电路采集检测蓄电池端电压、电流、电解液温度、液位状态值模拟量；

f、重新计算或修正蓄电池的荷电状态SOC、蓄电池的健康状态SOH及蓄电池内阻参数值，为制定充放电控制策略提供合理依据；

g、通过CAN总线发送充放电允许信号，被确认后，控制策略允许充放电操作进行；

h、同时实现蓄电池的管理状态，进入主循环，检测蓄电池各模拟量；

i、判断系统是否有危险状态，如果蓄电池出现过充、过放、温度过高及液位过低现象，进入步骤j，否则进入步骤k；

j、通过CAN总线报警，停止充放电控制过程，进入步骤O；

k、根据检测数据和历史数据，计算电池荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值参数值；

l、根据步骤k计算所得数据制定合理地充放电控制策略，进行充放电管理；

m、通过CAN总线与外部设备进行数据信息交换，指导蓄电池充放电控制管理；

n、每个循环都要做判断，是否充放电结束，如果没有结束重新进入循环，转到步骤g，否则进入步骤o；

o、存储当前电池荷电状态SOC、电池健康状态SOH、内阻阻值和时间参数值，本次充放电控制管理过程结束。

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