CN104362711B - Agv小车电池组高效充放电检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种AGV小车电池组高效充放电检测系统，包括多个相互串联的电池组、多个与电池组对应的相互串联的充放电变换模块以及中央控制模块，充放电变换模块集成有双向DC/DC变换器，中央控制模块用于将多个电池组均分为充电组和放电组，并将充电组中的各电池组分别与放电组中的各电池组进行自动配对，并在启动充放电测试时，控制放电组中的各电池组通过充放电变换模块分别对与之配对的各电池组充电。与现有技术相比，本发明实现了在一次充放电测测试循环中，完成一个电池组的充电测试和一个电池组的放电测试，提高了充放电测试过程的效率；同时，将放电组中电池组的能量用于对充电组中的电池组进行充电，减少了放电测试过程中的能量消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池管理技术领域，更具体的涉及一种AGV小车电池组高效充放电检测系统。
背景技术
(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，通常称为AGV小车，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小车在工业应用中采用电池作为能量来源，自动引导模式，是工业生产企业提高工作效率，降低工作强度的有效手段。随着工业生产规模化和自动化的提高，对AGV小车的可靠性和续航能力要求越来越高。以锂电池组(PACK)作为能量来源的AGV小车是AGV能源系统发展的重要方向，如何提高锂电池组本身的可靠性和续航能力，是AGV配套锂电池组发展面临的重要技术问题。除了采用电池管理系统(BMS)对电池组进行有效监控、优化管理和保护外，需要在电池组出厂时对电池组进行充分测试和模拟验证，保证电池组出厂特性的最优化，才能保证电池组适应AGV小车的运行要求，提高整体可靠性和续航能力。
电池组的出厂测试主要是通过充放电检测系统来完成的，而电池组的充放电检测过程，需要对电池组进行若干次的充电、放电，再充电，再放电的过程。一方面，在充放电过程中，对电池组参数进行实时监控，验证电池组充放电曲线满足设计要求；同时，通过电池组的反复充放电来优化电芯的化学特性，使电池在未来使用过程中的充放电特性相对稳定。然而，电池组的充放电时间一般都比较长，循环次数越多，耗时越长，对产品的批量生产不利，无法满足实际使用需求；同时放电过程中的大部分能量都是通过制动电阻消耗掉的，能耗很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种AGV小车电池组高效充放电检测系统，以缩短充放电测试的时间，减少放电过程中的能量消耗。
为实现上述目的，本发明提供了一种AGV小车电池组高效充放电检测系统，包括：
多个相互串联的电池组；
多个与所述电池组对应的相互串联的充放电变换模块，所述充放电变换模块集成有双向DC/DC变换器；以及
中央控制模块，与所述电池组和所述充放电变换模块连接，用于在系统初始化时，将多个所述电池组均分为充电组和放电组，并将所述充电组中的各所述电池组分别与所述放电组中的各所述电池组进行自动配对，以及在启动充放电测试时，控制所述放电组中的各所述电池组通过所述充放电变换模块分别对与之配对的所述充电组中的各所述电池组充电。
与现有技术相比，本发明在系统启动时，首先中央控制模块将多个电池组均分为充电组和放电组，然后将充电组中的各电池组分别与放电组中的各电池组进行自动配对，实现一充一放的一一对应关系，之后，当启动充放电测试时，中央控制模块控制放电组中的各电池组通过充放电变换模块中的双向DC/DC变换器分别对与之配对的充电组中的各电池组充电，从而在一次充放电测测试循环，实现了一个电池组的充电测试和一个电池组的放电测试，相当于缩短了充放电时间，提高了充放电测试过程的效率；同时，将放电组中电池组的能量用于对充电组中的电池组进行充电，减少了放电测试过程中的能量消耗，达到了节能的目的。
较佳地，所述AGV小车电池组高效充放电检测系统还包括制动电阻，所述中央控制模块还包括第一切换单元，所述第一切换单元用于在所述放电组中的各所述电池组对所述充电组中配对的所述电池组进行充电，且检测到所述放电组中所述电池组的能量与电流大于与之配对的所述电池组所需的能量和电流时，将充放电过程切换为当所述充电组中的所述电池组充满电时，通过所述制动电阻继续消耗所述放电组中相应的所述电池组的能量直至放电完成。
较佳地，所述AGV小车电池组高效充放电检测系统还包括充电机，所述中央控制模块还包括第二切换单元，所述第二切换单元用于在所述放电组中的各所述电池组对所述充电组中配对的所述电池组进行充电，且检测到所述放电组中所述电池组的能量与电流小于与之配对的所述电池组所需的能量和电流时，将充放电过程切换为当所述放电组中的所述电池组的能量消耗完时，通过所述充电机继续为所述充电组中相应的所述电池组充电直至充电完成。
较佳地，所述AGV小车电池组高效充放电检测系统还包括电池组管理模块，所述中央控制模块还包括安全测试单元，所述安全测试单元通过所述电池组管理模块与所述电池组进行通信，并在进行所述充放电测试的同时执行安全保护测试。
较佳地，所述安全保护测试包括单串电池组充电保护测试、多串电池组充电保护测试、单串电池组放电保护测试、多串电池组放电保护测试以及电池均衡测试。
较佳地，所述AGV小车电池组高效充放电检测系统还包括电池组管理模块，所述中央控制模块还包括安全测试单元，所述安全测试单元通过所述电池组管理模块与所述电池组进行通信，并在进行所述充放电测试的同时执行安全保护测试，所述安全保护测试包括单串电池组充电保护测试、多串电池组充电保护测试、单串电池组放电保护测试、多串电池组放电保护测试、电池均衡测试以及充电机联锁保护测试。
较佳地，所述AGV小车电池组高效充放电检测系统还包括仿真模型建立模块，用于根据AGV小车的工作特性进行负载测试，并根据测试结果建立AGV小车仿真模型。
较佳地，所述仿真模型建立模块包括：
采集单元，用于采集多组AGV小车运行时的AGV小车参数以及与所述AGV小车参数相关联的电池组参数；
计算单元，用于根据所述AGV小车参数、所述电池组参数以及预设算法计算电池组性能参数，从而得到多组特征数据，每一组特征数据包括相关联的所述AGV小车参数、电池组参数以及所述电池组性能参数；
生成单元，用于根据所述特征数据生成多维数据评价表。
较佳地，所述AGV小车参数包括AGV小车的载重量、运行速度、速度变化率、平均利用率以及负载类型修正因子，所述电池组参数包括所述电池组的温度、电流、电压、电流变化率以及电压变化率。
较佳地，所述生成单元具体包括：
描点子单元，用于根据所述特征数据进行电池组特性曲线描绘，生成电池组特性折线图；
拟合子单元，用于将所述电池组特性折线图拟合成电池组特性曲线图；
分割子单元，用于根据所述载重量对所述电池组特性曲线图进行区段分割；
生成子单元，用于根据分割后的所述电池组特性曲线图生成所述AGV小车仿真模型，所述AGV小车仿真模型中存储有所述AGV小车参数、电池组参数以及所述电池组性能参数在不同值时的数据表。
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AGV小车电池组高效充放电检测系统一实施例的结构框图。
图2为本发明AGV小车电池组高效充放电检测系统另一实施例的结构框图。
图3为图2中AGV小车电池组高效充放电检测系统工作时的流程图。
图4为本发明AGV小车电池组高效充放电检测系统再一实施例的结构框图。
图5为图4中仿真模型建立模块的结构框图。
图6为图5中仿真模型建立模块在建立仿真模型时的流程图。
图7a、7b、7c、7d分别为电池组性能参数与载重量、AGV小车平均利用率、AGV小车速度、电池组温度之间的电池组特性曲线图。
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，本发明提供了一种AGV小车电池组高效充放电检测系统100，包括中央控制模块10、多个相互串联的电池组12以及多个与电池组对应的相互串联的充放电变换模块14，充放电变换模块14集成有双向DC/DC变换器，中央控制模块10与电池组12和充放电变换模块14连接，用于在系统初始化时，将多个电池组12均分为充电组和放电组，并将充电组中的各电池组12分别与放电组中的各电池组12进行自动配对，以及在启动充放电测试时，控制放电组中的各电池组通过充放电变换模块14分别对与之配对的充电组中的各电池组充电。
系统启动时，首先中央控制模块10将多个电池组12均分为充电组和放电组，然后将充电组中的各电池组12分别与放电组中的各电池组12进行自动配对，实现一充一放的一一对应关系，之后，当启动充放电测试时，中央控制模块10控制放电组中的各电池组12通过充放电变换模块14中的双向DC/DC变换器分别对与之配对的充电组中的各电池组充电，从而在一次充放电测测试循环，实现了一个电池组的充电测试和一个电池组的放电测试，提高了充放电测试过程的效率；同时，将放电组中电池组的能量用于对充电组中的电池组进行充电，减少了放电测试过程中的能量消耗，达到了节能的目的。
请参考图2，优选的，AGV小车电池组高效充放电检测系统100与图1所示实施例相比，还包括制动电阻16和充电机18。相应的，中央控制模块10还包括第一切换单元和第二切换单元，第一切换单元用于在放电组中的电池组对充电组中的电池组进行充电，且检测到放电组中电池组12的能量与电流大于与之配对的电池组12所需的能量和电流时，将充放电过程切换为当充电组中的电池组12充满电时，通过制动电阻16继续消耗放电组中相应的电池组的能量直至放电完成，第二切换单元用于在放电组中的电池组对充电组中的电池组进行充电，且检测到放电组中电池组12的能量与电流小于与之配对的电池组所需的能量和电流时，将充放电过程切换为当放电组中的电池组12的能量消耗完时，通过充电机18继续为充电组中相应的电池组12充电直至充电完成。其中中央控制模块10可以通过TCP/IP协议与计算机连接，通过计算机可以对数据进行分析处理。
请参考图3，为图2中AGV小车电池组高效充放电检测系统100进行充放电测试时的流程图，如图3所示，包括以下步骤：
步骤S101，系统启动时，中央控制模块10将多个电池组12均分为放电组和A充电组B，并将放电组A中的各电池组分别与充电组B中的各电池组进行自动配对；如，在充放电检测系统下共有6个电池组，中央控制模块10根据每一电池组的ID进行自动配对，得到放电组A中的电池组A1、A2、A3分别与充电组B中的电池组B1、B2、B3一一对应；
步骤S102，当启动充放电测试时，中央控制模块10控制放电组A中的各电池组通过充放电变换模块14中的双向DC/DC变换器分别对与之配对的充电组B中的各电池组充电；如电池组A1对电池组B1充电，同理，电池组A2对电池组B2充电，电池组A3对电池组B3充电
步骤S103，依次检测并判断放电组A中各电池组的能量与电流是否大于、小于或等于与之配对的充电组B中电池组所需的能量和电流，若判断结果为大于，执行步骤S104，若判断结果为等于，执行步骤S105，若判断结果为小于，执行步骤S106；
步骤S104，当充电组B中的电池组充满电时，第一切换单元控制将充放电过程切换为通过制动电阻16继续消耗放电组A中相应的电池组的能量直至放电完成；如当电池组A1的能量与电流大于与之配对的电池组B1所需的能量和电流时，当电池组B1充满电时，通过制动电阻16继续消耗电池组A1的能量直至电池组A1放完电，同理，电池组A2与B2、电池组A3与B3如上所述；
步骤S105，当放电组A中的电池组放完电或充电组B中的电池组充满电时，完成一次充放电测试；
步骤S106，当放电组A中的电池组的能量消耗完时，第二切换单元控制将充放电过程切换为通过充电机18继续为充电组B中相应的电池组充电直至充电完成；如当电池组A2的能量与电流小于与之配对的电池组B2所需的能量和电流时，当电池组A2放完电时，通过充电机18继续为电池组B2充电直至电池组B2充满电，同理，电池组A1与B1、电池组A3与B3如上所述。
由以上描述可知，本实施例中通过设置制动电阻16和充电机18，使得在充放电测试过程中，当放电组A中某一电池组的能量与电流大于充电组B中与之配对的电池组所需的能量与电流时，可以在充电组B中的电池组充满电时，通过制动电阻16消耗放电组A中电池组的能量，当放电组A中某一电池组的能量与电流小于充电组B中与之配对的电池组所需的能量与电流时，可以在放电组A中的电池组放完电时，通过充电机18继续为充电组B中的电池组继续充电，从而当一个充放电测试循环完成时，相当于同时完成了一个电池组的充电过程和一个电池组的放电过程，提高了充放电测试过程的效率，同时，整个充放电过程，是电池组12、充放电变换模块14(双向DC/DC变换器)、充电机18以及制动电阻16之间的优化协调控制过程，既保证了充放电过程的顺利进行并满足了充放电技术要求，协调了能量的流向和消耗，减少了放电过程的能量浪费，达到了节能的目的。
需要说明的是，上述放电组A和充电组B是可以互换的，当充电组B中的电池组充满电时，也可以通过充电组B中的电池组对放电组A中的电池组进行充电。
再请参考图4，图4为本发明AGV小车电池组高效充放电检测系统100再一实施例的结构框图。如图4所示，与图2所示实施例相比，本发明AGV小车电池组高效充放电检测系统100还包括电池组管理模块17以及仿真模型建立模块19，中央控制模块10还包括安全测试单元15，电池组管理模块17与电池组12连接；安全测试单元15通过电池组管理模块17与电池组12进行通信，并在进行充放电测试的同时执行安全保护测试。具体的，安全保护测试包括单串电池组充电保护测试、多串电池组充电保护测试、单串电池组放电保护测试、多串电池组放电保护测试以及电池均衡测试。需要说明的是，对于充电机18，还可以设置充电机联锁保护测试。仿真模型建立模块19用于根据AGV小车的工作特性进行负载测试，并根据测试结果建立AGV小车仿真模型。
具体的，如图5所示，仿真模型建立模块19包括：
采集单元190，用于采集多组AGV小车运行时的AGV小车参数以及与AGV小车参数相关联的电池组参数；其中，AGV小车参数包括AGV小车的载重量、运行速度、速度变化率、平均利用率以及负载类型修正因子，电池组参数包括电池组的温度、电流、电压、电流变化率以及电压变化率；
计算单元191，用于根据AGV小车参数、电池组参数以及预设算法计算电池组性能参数，从而得到多组特征数据，每一组特征数据包括相关联的AGV小车参数、电池组参数以及电池组性能参数；
生成单元192，用于根据特征数据生成多维数据评价表；更具体的，生成单元192包括：
描点子单元，用于根据特征数据进行电池组特性曲线描绘，生成电池组特性折线图；
拟合子单元，用于将电池组特性折线图拟合成电池组特性曲线图；
分割子单元，用于根据载重量对电池组特性曲线图进行区段分割；
生成子单元，用于根据分割后的电池组特性曲线图生成AGV小车仿真模型，AGV小车仿真模型中存储有AGV小车参数、电池组参数以及电池组性能参数在不同值时的数据表。
其中，仿真模型建立模块19的工作流图如图6所示，包括以下步骤：
步骤S201，通过采集单元190采集AGV小车参数以及与AGV小车参数相关联的电池组参数；其中，AGV小车参数包括AGV小车的载重量n、运行速度s、速度变化率as、平均利用率w以及负载类型修正因子C，电池组参数包括电池组的温度Tm、电流I、电压U、电流变化率ΔI以及电压变化率ΔU；
需要说明的是，步骤S201中需要采集大量数据，如在AGV小车的载重量n、运行速度s等参数在各个值时分别采集数据；
步骤S202，对采集到的AGV小车参数以及电池组参数进行滤波；
步骤S203，通过计算单元191根据AGV小车参数、电池组参数以及预设算法计算电池组性能参数Z，从而得到多组特征数据；其中预设算法用F表示，如Z＝F(n,s,as,Tm,I,ΔI,U,ΔU,w,C)，其中电池组性能参数Z用于评价电池组特性的优劣，电池组性能参数Z大于90％为优异，大于85％为合格，小于85％为不合格；
步骤S204，通过描点子单元根据特征数据进行电池组特性曲线描绘，生成电池组特性折线图；
步骤S205，通过拟合子单元将电池组特性折线图拟合成电池组特性曲线图；如：经过拟合后得到当载重量n变化时，电池组性能参数Z与载重量n之间的电池组特性曲线图如图7a所示，电池组性能参数Z与AGV小车平均利用率之间的电池组特性曲线图如图7b所示，电池组性能参数Z与AGV小车的速度之间的电池组特性曲线图如图7c所示，电池组性能参数Z与电池组温度之间的电池组特性曲线图如图7d所示。由图7a至图7d可知，电池组性能参数Z与预设算法中的多个相关参数(如载重量n、AGV小车的速度等)均相互关联，实现时可以用多维数组来表示电池组性能参数Z与其他变量(如载重量n、AGV小车的速度等)的对应关系。
步骤S206，通过分割子单元根据载重量n对电池组特性曲线图进行区段分割；如根据AGV小车的载重量分为200kg-500kg、500kg-1000kg、1000kg-1500kg等几个区段；
步骤S207，通过生成子单元根据分割后的电池组特性曲线图生成AGV小车仿真模型，AGV小车仿真模型中存储有AGV小车参数、电池组参数以及电池组性能参数在不同值时的数据表。AGV小车仿真模型中的该数据表反映了不同特性需求下各参量的模拟仿真值，在实际电池组负载特性测试中，实际采集数据会自动和模拟仿真值按照正态分布算法进行系统比对，在特性设定区间内比对的结果重复度越高，电池组性能参数Z的数值就越高，说明电池组的特性越优越，反之，则说明电池组特性不良。
由于电池组特性的检测，除了进行全充全放测试外，还需要根据AGV小车的工作特性进行负载测试，且只有在带载情况下，才能达到和现场实际运行环境相近的充放电条件，才能对电池组进行真正意义上的压力测试。而本发明针对AGV小车这种特定对象，将影响电池组运行特性的主要参数引入到AGV小车电池组负载特性的算法中，建立AGV小车仿真模型，实现了针对AGV小车应用环境进行充分测试。
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 (10)
1.一种AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，包括：
多个相互串联的电池组；
多个与所述电池组对应的相互串联的充放电变换模块，所述充放电变换模块集成有双向DC/DC变换器，所述电池组与所述充放电变换模块一一对应，以使每一所述电池组与一所述充放电变换模块配对；以及
中央控制模块，与所述电池组和所述充放电变换模块连接，用于在系统初始化时，将多个所述电池组均分为充电组和放电组，并将所述充电组中的各所述电池组分别与所述放电组中的各所述电池组进行自动配对，以及在启动充放电测试时，控制所述放电组中的各所述电池组通过所述充放电变换模块分别对与之配对的所述充电组中的各所述电池组充电。
2.如权利要求1所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，还包括制动电阻，所述中央控制模块还包括第一切换单元，所述第一切换单元用于在所述放电组中的各所述电池组对所述充电组中配对的所述电池组进行充电，且检测到所述放电组中所述电池组的能量与电流大于与之配对的所述电池组所需的能量和电流时，将充放电过程切换为当所述充电组中的所述电池组充满电时，通过所述制动电阻继续消耗所述放电组中相应的所述电池组的能量直至放电完成。
3.如权利要求1所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，还包括充电机，所述中央控制模块还包括第二切换单元，所述第二切换单元用于在所述放电组中的各所述电池组对所述充电组中配对的所述电池组进行充电，且检测到所述放电组中所述电池组的能量与电流小于与之配对的所述电池组所需的能量和电流时，将充放电过程切换为当所述放电组中的所述电池组的能量消耗完时，通过所述充电机继续为所述充电组中相应的所述电池组充电直至充电完成。
4.如权利要求1至3任一项所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，还包括电池组管理模块，所述中央控制模块还包括安全测试单元，所述安全测试单元通过所述电池组管理模块与所述电池组进行通信，并在进行所述充放电测试的同时执行安全保护测试。
5.如权利要求4所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，所述安全保护测试包括单串电池组充电保护测试、多串电池组充电保护测试、单串电池组放电保护测试、多串电池组放电保护测试以及电池均衡测试。
6.如权利要求3所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，还包括电池组管理模块，所述中央控制模块还包括安全测试单元，所述安全测试单元通过所述电池组管理模块与所述电池组进行通信，并在进行所述充放电测试的同时执行安全保护测试，所述安全保护测试包括单串电池组充电保护测试、多串电池组充电保护测试、单串电池组放电保护测试、多串电池组放电保护测试、电池均衡测试以及充电机联锁保护测试。
7.如权利要求1所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，还包括仿真模型建立模块，用于根据AGV小车的工作特性进行负载测试，并根据测试结果建立AGV小车仿真模型。
8.如权利要求7所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，所述仿真模型建立模块包括：
采集单元，用于采集多组AGV小车运行时的AGV小车参数以及与所述AGV小车参数相关联的电池组参数；
计算单元，用于根据所述AGV小车参数、所述电池组参数以及预设算法计算电池组性能参数，从而得到多组特征数据，每一组特征数据包括相关联的所述AGV小车参数、电池组参数以及所述电池组性能参数；
生成单元，用于根据所述特征数据生成多维数据评价表。
9.如权利要求8所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，所述AGV小车参数包括AGV小车的载重量、运行速度、速度变化率、平均利用率以及负载类型修正因子，所述电池组参数包括所述电池组的温度、电流、电压、电流变化率以及电压变化率。
10.如权利要求9所述的AGV小车电池组高效充放电检测系统，其特征在于，所述生成单元具体包括：
描点子单元，用于根据所述特征数据进行电池组特性曲线描绘，生成电池组特性折线图；
拟合子单元，用于将所述电池组特性折线图拟合成电池组特性曲线图；
分割子单元，用于根据所述载重量对所述电池组特性曲线图进行区段分割；
生成子单元，用于根据分割后的所述电池组特性曲线图生成所述AGV小车仿真模型，所述AGV小车仿真模型中存储有所述AGV小车参数、电池组参数以及所述电池组性能参数在不同值时的数据表。
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