CN104360280A - 基于agv小车的电池剩余容量测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，包括：当电池处于放电状态时，采集电池的状态参数；将状态参数与预先建立的电池放电模型数据库进行匹配，查找与状态参数匹配度最高的电池剩余容量比对值；根据电池剩余容量比对值以安时积分法测算当前电池剩余容量；判断当前电池剩余容量是否大于电池剩余容量参考值；根据判断结果选择开路电压法测算当前电池剩余容量或将安时积分法测算的当前电池剩余容量作为测算结果。与现有技术相比，本发明是以现有的开路电压法和安时积分法为基础，当通过安时积分法进行测算时，可以通过预先建立的电池放电模型数据库中的数据对当前电池剩余容量进行修正，进而提高了电池剩余容量测算的准确度。

Description

基于AGV小车的电池剩余容量测算方法

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，更具体地涉及一种基于AGV小车的电池剩余容量测算方法。

背景技术

(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，通常称为AGV小车，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。AGV小车在工业应用中通常采用电池作为能量来源，随着工业化生产规模化和自动化，AGV小车的应用范围越来越广，对AGV小车的可靠性、工作效率、续航能力等都提出了越来越高的要求。提高AGV小车的可靠性和工作效率，首要就要保证AGV小车能量系统的可靠性。而如何准确、及时地获得AGV小车电池剩余能量，据此进行AGV小车路径设计、工作配组、充电设计、维护方案等，使AGV小车始终工作在最佳能量区间，从而保证整车和系统的可靠性，已成为对AGV小车优化发展需要解决的重要问题。

电池剩余容量SOC(State of Charge)是电池状态的重要参数之一，是AGV小车能量管控的主要依据。精确估算当前电池剩余容量，保证SOC维持在合理范围，既可以防止过充或过放对电池造成损伤，又可以避免电池能量余量过大造成的浪费，可以促进合理利用电池，提高电池使用寿命，降低维护成本，同时降低AGV小车成本，促进产业推广。因此，准确可靠地获得电池剩余容量SOC值是AGV小车能量管理系统最基本也是最重要的任务。以锂电池作为AGV小车主要动力来源的应用中，在AGV小车行进过程中，由于负载不断变化且变化率非常大，且动力电池所处的运行环境差异较大会导致电池模型对应的边界条件无法确定，从而使得SOC不能得到实时准确估算，进而无法预测电池自身的健康状态，使得电池不能得到有效保护，大大增加了电池损坏的几率。

目前SOC测算的常用方法有开路电压法和安时积分法，其中开路电压法虽然简单易行，且充电初期和末期效果良好，但由于要预计开路电压，电池需要静置的时间较长，因而无法适应在线实时检测的要求；而安时积分法是通过将电池的充放电电流对时间进行积分运算来计算电池的动态SOC值，响应较快，但由于电流测量和计算存在误差，容易导致累计误差的出现，使用一段时间后，由于累计误差不断积累，会导致SOC值出现偏移，无法准确反映当前实际的SOC值，容易造成控制策略的异常，严重的会影响电池寿命。

因此，急需一种能够实时、准确的测算电池剩余容量的方法来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，以实现实时、准确的测算AGV小车的电池剩余容量。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，包括以下步骤：

当电池处于放电状态时，采集所述电池的状态参数；

将所述状态参数与预先建立的电池放电模型数据库进行匹配，查找与所述状态参数匹配度最高的电池剩余容量比对值；

根据所述电池剩余容量比对值以安时积分法测算当前电池剩余容量；

判断所述当前电池剩余容量是否大于预设的电池剩余容量参考值；

根据判断结果选择开路电压法测算所述当前电池剩余容量或直接以所述安时积分法测算的所述当前电池剩余容量作为测算结果。

与现有技术相比，本发明基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，首先需要建立电池放电模型数据库，之后，当对处于放电状态的电池进行电池剩余容量测算时，首先采集电池的状态参数，然后将该状态参数与电池放电模型数据库进行匹配，以查找电池放电模型数据库中与该状态参数匹配度最高的电池剩余容量(即电池剩余容量比对值)，再然后根据查找到的电池剩余容量比对值以安时积分法测算当前电池剩余容量并判断当前电池剩余容量是否大于预设的电池剩余容量参考值，最后根据判断结果选择开路电压法测算当前电池剩余容量或直接将上述通过安时积分法测算的当前电池剩余容量作为测算结果；本发明基于AGV小车的电池剩余容量测算方法是以现有的开路电压法和安时积分法为基础的，且当通过安时积分法进行测算时，可以通过预先建立的电池放电模型数据库中的数据(即匹配查找到的电池剩余容量比对值)对当前电池剩余容量进行修正，从而提高了电池剩余容量测算的准确度。

较佳地，所述“根据判断结果选择开路电压法测算所述当前电池剩余容量或直接将通过所述安时积分法测算的所述当前电池剩余容量作为测算结果”之后还包括：

通过所述电池放电模型数据库中存储的边界值对所述当前电池剩余容量进行约束，将约束后的所述当前电池剩余容量作为所述测算结果。

较佳地，所述电池放电模型数据库的建立过程包括以下步骤：

分别在AGV小车处于不同运行工况下，采集所述电池的多组数据，每一组数据包括所述电池的温度、负载、电流、电池剩余容量以及电压；

根据采集的所述数据和采集的时间间隔计算所述数据的变化率；

根据所述运行工况对采集到的多组所述数据进行分类，并对每一类所述数据以及所述数据的变化率进行数据拟合从而建立所述电池放电模型数据库。

较佳地，所述电池放电模型数据库的建立过程还包括：

设置所述AGV小车处于极限条件时，所述电池剩余容量的边界值以对所述电池剩余容量进行边界约束。

较佳地，所述运行工况包括小车载重、运行速度、环境因数。

较佳地，所述状态参数包括所述电池的当前温度、当前电压、当前电流、以及所述当前温度、当前电压、当前电流的变化率。

较佳地所述“根据所述电池剩余容量比对值以安时积分法测算当前电池剩余容量”之后还包括：

根据所述当前电池剩余容量，更新所述电池放电模型数据库。

较佳地，所述基于AGV小车的电池剩余容量测算方法还包括：

判断当前时刻所述电池处于充电状态或放电状态；

若所述电池处于充电状态，通过所述安时积分法测算所述当前电池剩余容量。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明基于AGV小车的电池剩余容量测算方法一实施例的流程图。

图2为本发明基于AGV小车的电池剩余容量测算方法另一实施例的流程图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

请参考图1，为本发明基于AGV小车的电池剩余容量测算方法一实施例的流程图，包括以下步骤：

步骤S101，当电池处于放电状态时，采集电池的状态参数；其中电池的状态参数包括当前温度、当前电压、当前电流以及当前温度、当前电压、当前电流的变化率；

步骤S102，将状态参数与预先建立的电池放电模型数据库进行匹配，查找与状态参数匹配度最高的电池剩余容量，记为电池剩余容量比对值SOC1；其中电池放电模型数据库中存储有电池在不同温度、不同电流时，电池剩余容量与电压一一对应的数据，从而根据当前的状态参数可以匹配到相应的电池剩余容量；

步骤S103，根据电池剩余容量比对值SOC1以安时积分法测算当前电池剩余容量SOC2；

其中安时积分法是通过将电池的充放电电流对时间进行积分运算来计算电池的动态SOC值，计算过程中设有一个参考SOC值，而由于电流测量和计算容易存在误差，经过一段时间后，测算得到的当前SOC值容易出现累计误差，为解决这一问题，步骤S103中将查找到的电池剩余容量比对值SOC1作为安时积分法计算公式中的参考SOC值，由于电池剩余容量比对值SOC1是电池处于一定负载特性下的基准值，因此，将该参数代入安时积分算法中，可以实现对误差的动态修正，从而可以降低累计误差，即电池剩余容量比对值SOC1为误差的动态修正值，可以对现有技术中存在的累计误差进行修正，测算结果更为准确；

步骤S104，判断当前电池剩余容量SOC2是否大于预设的电池剩余容量参考值SOC0，若判断结果为是，执行步骤S105，反之，执行步骤S106；

其中电池剩余容量参考值SOC0是人为设置的，例如可以为60％、50％等，而当电池剩余容量高于该预设值SOC0时，采用开路电压法测算电池剩余容量更为准确，而低于该预设值时，以安时积分法测算更为准确；

步骤S105，选择开路电压法测算当前时刻的电池剩余容量；

步骤S106，直接将步骤S103中通过安时积分法测算的当前电池剩余容量SOC2作为测算结果，即以修正后的当前电池剩余容量SOC2作为测算结果，准确度更高。

与现有技术相比，本发明提供的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法是以现有的开路电压法和安时积分法为基础，当通过安时积分法进行测算时，可以通过预先建立的电池放电模型数据库中的数据(即电池剩余容量比对值SOC1)对当前电池剩余容量进行修正，提高了电池剩余容量测算的准确度。

请参考图2，为本发明基于AGV小车的电池剩余容量测算方法另一实施例的流程图，包括以下步骤：

步骤S201，分别在AGV小车处于不同运行工况下，对电池进行充放电测试，采集电池的多组数据，即对电池进行多次数据采集，每一组数据包括电池的温度、负载、电流、电池剩余容量以及电压，并根据采集到的数据以及采集的时间间隔计算温度、负载、电流、电池剩余容量以及电压的变化率；其中AGV小车的运行工况对应AGV小车数据，包括AGV小车的载重、运行速度、环境因数(如上坡、下坡等环境因素所具有的影响)等，步骤S201即为，在不同的运行工况下，采集电池的温度、负载、电流以及相应的电池剩余容量与电压，从而获得大量的数据；

步骤S202，根据运行工况对采集到的多组数据进行分类、对每一类数据以及该类数据相应的变化率进行数据拟合，并设置AGV小车处于极限条件下电池剩余容量的边界值以对电池剩余容量进行边界约束，从而建立电池放电模型数据库；如根据小车的载重进行分类，将载重1吨、2吨、4吨等情况下采集的数据分别作为一类，当然还可以根据其他数据进行分类(如根据AGV小车的运行速度分类)；对每一类数据进行数据拟合的具体拟合算法为现有技术中常用的拟合算法，此处不再详细描述；而对池剩余容量进行边界约束可以避免特殊条件下电池剩余容量测算的严重失真，具体的，在充电、放电状态下的极限条件和特殊工况等条件下，电池剩余容量的测算会出现严重失真，如AGV小车的最大载重为500kg，当实际载重为1吨时，即严重超载时，此时测算得到的电池剩余容量会严重失真，通过设置边界值，可以消除特殊工况下电池剩余容量算法失效而导致电池剩余容量严重失真的缺陷，提高了电池剩余容量测算的整体可靠性。

步骤S203，预先设置电池剩余容量参考值SOC0；

需要说明的是，上述建立电池放电数据库与设置电池剩余容量参考值SOC0的步骤不限制先后顺序；

步骤S204，电池剩余容量测算开始，判断当前时刻电池处于充电状态或放电状态，若判断结果为电池处于充电状态，执行步骤S205，反之，电池处于放电状态，执行步骤S206；

步骤S205，通过安时积分法测算当前时刻的电池剩余容量，记为当前电池剩余容量；

步骤S206，采集电池的状态参数；其中电池的状态参数包括当前温度、当前电压、当前电流以及当前温度、当前电压、当前电流的变化率；

步骤S207，将状态参数与预先建立的电池放电模型数据库进行匹配，查找与状态参数匹配度最高的电池剩余容量比对值SOC1；

步骤S208，根据电池剩余容量比对值SOC1以安时积分法测算当前电池剩余容量SOC2；

步骤S209，根据当前电池剩余容量SOC2，更新电池放电模型数据库；具体的，更新放电模型数据库中的电压、电流、电压变化率、电流变化率、负载、负载变化率、AGV小车的运行速率、速率变化率，以及现场运行的环境因数等；

步骤S210，判断当前电池剩余容量SOC2是否大于电池剩余容量参考值SOC0，若判断结果为是，执行步骤S211，反之，执行步骤S212；

步骤S211，选择开路电压法测算当前时刻的电池剩余容量，并作为测算结果；

步骤S212，直接将步骤S208中通过安时积分法测算的当前电池剩余容量SOC2作为测算结果；

步骤S213，通过电池放电模型数据库中的边界值对步骤S211或步骤S212中得到的当前电池剩余容量进行边界约束；通过边界约束可以消除特殊工况下(如极限条件等)电池剩余容量算法失效而导致电量严重失真的缺陷，提高电池剩余容量测算的整体可靠性。

与现有技术相比，本实施例中基于AGV小车的电池剩余容量测算方法是以现有的开路电压法和安时积分法为基础，通过对AGV小车各种运行工况下，电池数据的采集和分类后，建立能够全面反映电池剩余容量与电压对应关系的电池放电模型数据库，并通过该电池放电模型数据库对电池剩余容量的误差进行在线修正，使电池剩余容量测算方法的精度大为提高，同时消除了特殊工况下电池剩余容量测算方法失效而导致的电量严重失真的缺陷，提高了电池剩余容量测算方法的整体可靠性。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (8)

1.一种基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，包括以下步骤：

当电池处于放电状态时，采集所述电池的状态参数；

将所述状态参数与预先建立的电池放电模型数据库进行匹配，查找与所述状态参数匹配度最高的电池剩余容量比对值；

根据所述电池剩余容量比对值以安时积分法测算当前电池剩余容量；

判断所述当前电池剩余容量是否大于预设的电池剩余容量参考值；

根据判断结果选择开路电压法测算所述当前电池剩余容量或直接将通过所述安时积分法测算得到的所述当前电池剩余容量作为测算结果。

2.如权利要求1所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，所述“根据判断结果选择开路电压法测算所述当前电池剩余容量或直接将通过所述安时积分法测算得到的所述当前电池剩余容量作为测算结果”之后还包括：

通过所述电池放电模型数据库中存储的边界值对所述当前电池剩余容量进行约束，将约束后的所述当前电池剩余容量作为所述测算结果。

3.如权利要求2所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，所述电池放电模型数据库的建立过程包括以下步骤：

分别在AGV小车处于不同运行工况下，采集所述电池的多组数据，每一组所述数据包括所述电池的温度、负载、电流、电池剩余容量以及电压；

根据采集的所述数据和采集的时间间隔计算所述数据的变化率；

根据所述运行工况对采集到的多组所述数据进行分类，并对每一类所述数据以及所述数据的变化率进行数据拟合从而建立所述电池放电模型数据库。

4.如权利要求3所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，所述电池放电模型数据库的建立过程还包括：

设置所述AGV小车处于极限条件时，所述电池剩余容量的边界值以对所述电池剩余容量进行边界约束。

5.如权利要求3或4所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，所述运行工况包括小车载重、运行速度、环境因数。

6.如权利要求1所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，所述状态参数包括所述电池的当前温度、当前电压、当前电流以及所述当前温度、所述当前电压、所述当前电流的变化率。

7.如权利要求1所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，所述“根据所述电池剩余容量比对值以安时积分法测算当前电池剩余容量”之后还包括：

根据所述当前电池剩余容量，更新所述电池放电模型数据库。

8.如权利要求1所述的基于AGV小车的电池剩余容量测算方法，其特征在于，还包括：

判断当前时刻所述电池处于充电状态或放电状态；

若所述电池处于充电状态，通过所述安时积分法测算所述当前电池剩余容量。