CN104393647A - 一种用于电动汽车的充电桩系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的充电桩系统，该充电桩系统包括电池充电控制模块、电池状态特征提取和健康分析模块、电池测试模型库、电池剩余寿命预测模块、充电模式选择模块、报告生成模块、充电曲线控制模块、充电功率源、充电信息显示模块。本发明还提供了一种用于电动汽车的充电方法，该方法包括多个步骤。通过本发明的充电桩系统，驾驶者能够选择不同等级的充电模式和所需电量需求，并获得电池健康状态和剩余寿命报告。

Description

一种用于电动汽车的充电桩系统

技术领域

本发明涉及一种充电桩系统，尤其涉及一种用于电动汽车的可以根据电池健康状况和驾驶者充电需求选择充电模式的充电桩系统。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆，由于其对环境影响相对传统汽车较小，符合新型能源发展要求，是解决能源和环境问题的重要手段，因而是汽车工业发展的必然趋势。

然而电动汽车需要时常充电，如何给电动汽车充电是一个重要课题。充电桩可以有效解决充电难的问题，因为充电桩能够快速地为电动汽车充电。充电桩可分为交流充电桩和直流充电桩两种。交流充电桩是安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置，同时具备计量计费功能；直流充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车动力电池提供小功率直流电源的供电装置，直流充电桩具有充电机功能，可以实时监视并控制被充电电池状态，同时，直流充电桩可以对充电电量进行计量。

对于现有的充电桩，驾驶者在准备充电时，可以选择的充电模式(或者说充电等级)比较少，且驾驶者不能根据电池的健康状况和驾驶者的充电需求选择充电模式。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种驾驶者能够根据电池的健康状况及其充电需求选择充电模式的用于电动汽车的充电桩系统，且该充电桩系统能够提供多种等级的充电模式。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于电动汽车的充电桩系统，所述电动汽车与所述充电桩系统连接，所述充电桩系统包括：

电池充电控制模块，所述电池充电控制模块与所述电动汽车的电池连接，用于获得所述电池的型号、使用历史信息、电压信号和电流信号，并从中提取所述电池的历史充电记录和历史健康状态信息；

电池状态特征提取和健康分析模块，所述电池状态特征提取和健康分析模块与所述电池充电控制模块相连，用于提取每节电池的电压和电流特征，并计算电池组的当前的健康状态信息；

电池测试模型库，所述电池测试模型库中存储有所有相同类型号电池的历史健康状态数据，所述电池测试模型库与所述电池充电控制模块相连，用于提取与所述电池的型号和使用历史信息相匹配的衰退模型参数；

电池剩余寿命预测模块，所述电池剩余寿命预测模块所述电池状态特征提取和健康分析模块和所述电池测试模型库相连，用于根据所述电池当前的健康状态信息和衰退模型参数预测不同等级的充电模式下或单一充电模式下的电池剩余寿命；

进一步地，所述充电桩系统还包括报告生成模块，所述报告生成模块与所述电池充电控制模块、所述电池状态特征提取和健康分析模块、所述电池剩余寿命预测模块相连，用于生成电池的健康状态信息和电池的剩余寿命，并作出相应的维护建议。

进一步地，所述健康状态信息包括电池组每节电池的满充电荷、内阻和不平衡参数。

进一步地，所述充电桩系统还包括充电模式选择模块，所述充电模式选择模块与所述电池剩余寿命预测模块连接，根据所预测的不同的电池剩余寿命向驾驶者提供不同等级的充电模式和所需电量需求。

进一步地，所述所需电量需求涉及对目的地、费用、行驶距离和时间的选择。

进一步地，所述充电桩系统还包括充电曲线控制模块，所述充电曲线控制模块与所述充电模式选择模块相连，用于根据驾驶者选择的充电模式和所需电量需求生成充电电流控制曲线。

进一步地，所述充电桩系统还包括充电功率源，所述充电功率源与所述充电曲线控制模块相连，用于控制所述电池的充电功率和电流。

进一步地，所述充电桩系统还包括充电信息显示模块，所述充电信息显示模块与所述充电曲线控制模块和所述充电功率源相连，用于显示充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用。

进一步地，所述历史充电记录包括历史充电次数、历史充电时长、历史充电起始和终止电量、历史充电电流、历史充电温度。

进一步地，所述不同等级的充电模式包括一级充电模式、二级充电模式和三级充电模式。

本发明还提供了一种上述任意一种用于电动汽车的充电桩系统的充电方法，所述充电方法包括以下步骤：

第一步，将电动汽车的电池与所述电池充电控制模块连接；

第二步，所述电池充电控制模块提取所述电池的历史充电记录和历史健康状态信息；所述电池状态特征提取和健康分析模块计算电池组的当前健康状态信息；所述电池测试模型库提取与所述电池的型号和使用历史信息相匹配的衰退模型参数；

第三步，所述电池剩余寿命预测模块根据第二步中的得到的历史充电记录和历史健康状态信息、电池组的当前健康状态信息和衰退模型参数预测不同等级的充电模式下或单一充电模式下的电池剩余寿命；

第四步，若充电设备具有不同等级的充电模式，则驾驶者根据所预测的不同的电池剩余寿命选择不同等级的充电模式和所需电量需求；若充电设备只有单一充电模式，则驾驶者在此充电模式下对电动车充电；

第五步，充电结束后，本次充电信息存储在所述电池测试模型库中，同时驾驶者获得电池健康状态和剩余寿命报告。

本发明的用于电动汽车的充电桩系统能够使驾驶者根据电池的健康状况和驾驶者的充电需求选择不同等级的充电模式，并获得电池健康状态和剩余寿命报告，这是与现有的充电桩系统无法实现的。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的用于电动汽车的充电桩系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一个较佳实施例提供了一种用于电动汽车的充电桩系统，其结构包括：电池充电控制模块101、电池状态特征提取和健康分析模块102、电池测试模型库103、电池剩余寿命预测模块104、充电模式选择模块105、报告生成模块106、充电曲线控制模块107、充电功率源108、充电信息显示模块109。

其中，电池充电控制模块101与电动汽车的电池连接，用于获得电池的型号、使用历史信息、电压信号和电流信号，并从中提取电池的历史充电记录和历史健康状态信息，其中历史充电记录包括历史充电次数、历史充电时长、历史充电起始和终止电量、历史充电电流、历史充电温度。电池状态特征提取和健康分析模块102与电池充电控制模块101相连，用于提取每节电池的电压和电流特征，并计算电池组的当前的健康状态信息。

电池测试模型库103中存储有所有相同类型号电池的历史健康状态数据，并与电池充电控制模块101相连，用于提取与电池的型号和使用历史信息相匹配的衰退模型参数。

电池剩余寿命预测模块104与电池充电控制模块101、电池状态特征提取和健康分析模块102、电池测试模型库103相连，用于预测不同等级的充电模式下或单一充电模式下的电池剩余寿命。

本实施例的充电桩系统还可以包括充电模式选择模块105，前提是充电设备比如充电桩使用不同的电源，因而具有不同的充电模式。充电模式选择模块105与电池剩余寿命预测模块104连接，根据所预测的不同的电池剩余寿命向驾驶者提供不同等级的充电模式和所需电量需求。其中，不同等级的充电模式包括一级充电模式、二级充电模式和三级充电模式(如表1所示)。所需电量需求具体涉及对目的地、费用、行驶距离和时间等信息的选择。对于绝大部分充电桩，尤其是家用充电桩，通常都使用单一的充电模式，因而所采用的充电桩系统可以不包括充电模式选择模块105。

表1各级充电模式的国际标准

充电模式等级	充电电源	充电率(千瓦/时)	里程/时间(英里/时)
				一级	110V(家用插座)	1.2	4.5
二级	240V(充电站)	3.3～19.2	12～70
				三级(快速充电)	480V(直流)	60	200

报告生成模块106与电池充电控制模块101、电池状态特征提取和健康分析模块102、电池剩余寿命预测模块104相连，用于生成电池的健康状态信息和电池的剩余寿命，并作出相应的维护建议。其中，健康状态信息包括电池组每节电池的满充电荷、内阻和不平衡参数。

充电曲线控制模块107与充电模式选择模块105相连，用于根据驾驶者选择的充电模式和所需电量需求生成充电电流控制曲线。

充电功率源108与充电曲线控制模块107相连，用于控制所述电池的充电功率和电流。

充电信息显示模块109与充电曲线控制模块107和充电功率源108相连，用于显示充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用。充电信息显示模块109可以是车载显示屏或移动终端。

本发明的实施例还提供了一种用于电动汽车的充电桩系统的充电方法，该充电方法包括以下步骤：

第一步，将电动汽车的电池与电池充电控制模块101连接；

第二步，电池充电控制模块101提取电池的历史充电记录和历史健康状态信息；电池状态特征提取和健康分析模块102计算电池组的当前健康状态信息；电池测试模型库103提取与电池的型号和使用历史信息相匹配的衰退模型参数；

第三步，电池剩余寿命预测模块104根据第二步中的得到的历史充电记录和历史健康状态信息、电池组的当前健康状态信息和衰退模型参数预测不同等级的充电模式下或单一充电模式下的电池剩余寿命；

通常普适的健康衰退模型的表达式为y＝exp(-f(t)),其中y既可以表示可靠性(0-100％)，也可是表示一个具体的物理参数(如满冲电量等)。其中f(t)可以使用不同的核函数表达，最简单的表述是线性关系：

f(t)＝(a₁x₁+a₂x₂+a₃x₃.....)t+b

其中的x_n指的是衰退负荷参数(stress factor)，在这里可以是充电模式、充电温度、充电时间等。a_n是该模型中需要通过历史数据拟合的模型参数。在有了模型参数之后，将负荷参数(其实就是使用行为和工况)输入进入模型就可以预测未来的衰退。

第四步，若充电设备具有不同等级的充电模式，则驾驶者根据所预测的不同等级的充电模式下的电池剩余寿命选择不同等级的充电模式和所需电量需求；若充电设备只有单一充电模式，则驾驶者在此充电模式下对电动车充电。

第五步，充电结束后，本次充电信息存储在电池测试模型库103中，同时驾驶者获得电池健康状态和剩余寿命报告。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的充电桩系统，所述电动汽车与所述充电桩系统连接，其特征在于，所述充电桩系统包括：

电池充电控制模块，所述电池充电控制模块与所述电动汽车的电池连接，用于获得所述电池的型号、使用历史信息、电压信号和电流信号，并从中提取所述电池的历史充电记录和历史健康状态信息；

电池状态特征提取和健康分析模块，所述电池状态特征提取和健康分析模块与所述电池充电控制模块相连，用于提取每节电池的电压和电流特征，并计算电池组的当前的健康状态信息；

电池测试模型库，所述电池测试模型库中存储有所有相同类型号电池的历史健康状态数据，所述电池测试模型库与所述电池充电控制模块相连，用于提取与所述电池的型号和使用历史信息相匹配的衰退模型参数；

电池剩余寿命预测模块，所述电池剩余寿命预测模块与所述电池状态特征提取和健康分析模块和所述电池测试模型库相连，用于预测不同等级的充电模式下或单一充电模式下的电池剩余寿命。

2.如权利要求1所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述充电桩系统还包括报告生成模块，所述报告生成模块与所述电池充电控制模块、所述电池状态特征提取和健康分析模块、所述电池剩余寿命预测模块相连，用于生成电池的健康状态信息和电池的剩余寿命，并作出相应的维护建议。

3.如权利要求1所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述充电桩系统还包括充电模式选择模块，所述充电模式选择模块与所述电池剩余寿命预测模块连接，根据所预测的不同的电池剩余寿命向驾驶者提供不同等级的充电模式和所需电量需求。

4.如权利要求3所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述所需电量需求涉及对目的地、费用、行驶距离和时间的选择。

5.如权利要求3所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述充电桩系统还包括充电曲线控制模块，所述充电曲线控制模块与所述充电模式选择模块相连，用于根据驾驶者选择的充电模式和所需电量需求生成充电电流控制曲线。

6.如权利要求5所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述充电桩系统还包括充电功率源，所述充电功率源与所述充电曲线控制模块相连，用于控制所述电池的充电功率和电流。

7.如权利要求6所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述充电桩系统还包括充电信息显示模块，所述充电信息显示模块与所述充电曲线控制模块和所述充电功率源相连，用于显示充电功率、电池组电压、剩余充电时间、电池温度和充电费用。

8.如权利要求1所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述历史充电记录包括历史充电次数、历史充电时长、历史充电起始和终止电量、历史充电电流、历史充电温度。

9.如权利要求1所述的用于电动汽车的充电桩系统，其特征在于，所述不同等级的充电模式包括一级充电模式、二级充电模式和三级充电模式。

10.一种如权利要求1～9中任意一项所述的用于电动汽车的充电桩系统的充电方法，其特征在于，所述充电方法包括以下步骤：

第一步，将电动汽车的电池与所述电池充电控制模块连接；

第二步，所述电池充电控制模块提取所述电池的历史充电记录和历史健康状态信息；所述电池状态特征提取和健康分析模块计算电池组的当前健康状态信息；所述电池测试模型库提取与所述电池的型号和使用历史信息相匹配的衰退模型参数；

第三步，所述电池剩余寿命预测模块根据第二步中的得到的历史充电记录和历史健康状态信息、电池组的当前健康状态信息和衰退模型参数预测不同等级的充电模式下或单一充电模式下的电池剩余寿命；

第四步，若充电设备具有不同等级的充电模式，则驾驶者根据所预测的不同的电池剩余寿命选择不同等级的充电模式和所需电量需求；若充电设备只有单一充电模式，则驾驶者在此充电模式下对电动车充电；

第五步，充电结束后，本次充电信息存储在所述电池测试模型库中，同时驾驶者获得电池健康状态和剩余寿命报告。