CN105785275A - 一种基于充电机的电池soh检测装置和检测电池soh的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源电动汽车充电技术领域，涉及一种基于充电机的电池SOH检测装置和检测电池SOH的方法。在检测电池SOH时，监控模块控制控制器使充电机进行放电模式和充电模式的切换，监控模块向电池BMS发出放电指令或充电指令使电池进行放电或充电，充电机通过获取充电过程的数据或放电过程的数据，并根据获取的上述数据来计算得到电池可放出容量，进一步得到电池SOH。本发明实现了采用放电检测法对电池SOH最简单准确的检测，弥补了BMS预估SOH不准确的缺陷，保证汽车SOC的预测准确，提升用户体验，为用户提供电池维护的指导。同时，也改变了充电机只有单一充电功能的情况，做到了将电动汽车电池放电的能量进行了回收利用，具有很好的经济效应。

Description

一种基于充电机的电池SOH检测装置和检测电池SOH的方法

【技术领域】

本发明属于新能源电动汽车充电技术领域，涉及一种基于充电机的电池SOH检测装置和检测电池SOH的方法。

【背景技术】

能源危机和环境污染已经向人类敲响了警钟，因此如何替代传统的燃油汽车成为人们一直以来争论的话题。目前应用动力锂离子电池组作为动力源的电动汽车受到人们的高度关注和青睐。得益于政府不断加码的政策扶持，以及社会大众环保意识的不断提升，各地方充电基础设施的大规模建设，我国的电动汽车市场迎来了“井喷式”的发展。

作为电动汽车的核心部件之一的动力电池，其安全和寿命成为各方关注的焦点，也是影响电动汽车发展的关键因素。电池的健康状态是评价电池寿命的重要指标，一般认为电动汽车动力电池组的SOH(电池的健康状态)低于80％，电池就应该更换。有关电池管理系统(BMS)准确估计电池的健康状况(SOH)是当前研究的薄弱环节，SOH估计不准确已经成为当前BMS的一大缺陷。

电池SOH定义：电池的健康状态(StateofHealth)，随着电池的长期使用，必然发生电池老化或者劣化，电池的健康状况呈下降趋势。根据行业内的相关定义，可为电池SOH定义为：在特定温度和特定放电倍率条件下，电池可放出容量与新电池额定容量的比值。目前测量SOH的有：

1、放电法：特定条件下对电池进行放电，直至电池电压达到截止电压，则可放出的容量与额定容量的比值即是电池的SOH。该方法是最简单也是最准确的SOH测量方法。缺点是目前无法在线测量。

2、电压陡降法：利用电压陡降与SOH的关系测量SOH。该方法简单快速，但同样是无法在线检测，需要恒定负载，同时准确度也较差。

3、电阻折算法：电池内阻与SOH存在一定的关系。通过测定电压、电流、温度等参数，间接计算出电池内阻值，然后根据电池SOH与电池内阻的关系计算求得SOH。但电池内阻与SOH并不成线性关系，在某一范围内变化并不大，因此测量出的SOH误差较大。

4、循环次数折算法：根据电池的循环次数与电池SOH的关系来估算电池的SOH，这种方法需要大量的实验数据累计，且不同厂家不同电池类型的差异性比较大，因此该方法不具备普遍适用性，且精度也不高。

5、阻抗分析法：根据不同频率的输入电流测量得到电池的阻抗来估算电池的SOH。该方法在低SOH时精度较好，但需要大量的实验建立模型，同时成本也较高。

电动汽车在实际运行中，由于运行环境、放电负载的持续变化无法实现特定条件下的恒定电流放电，无法做到准确的测量电池的SOH。而要想获得较为准确的SOH只能去指定的电动汽车维护点进行检测，而且检测过程也相对麻烦耗时，影响用户的使用。不能获得准确的电池SOH，电池的SOC(电池剩余容量或剩余行驶里程)也会不准确，将严重影响到用户的使用体验，不能及时提示用户进行电池的维护或更换。

当前，电动汽车充电机作为电动汽车运行使用过程中与电动汽车唯一有交互也是交互最多的外部设备，其功能只能给电动汽车进行充电，根据电池BMS的需求进行被动充电。利用充电机的这一特点，在充电机上实现交互时对电动汽车电池的SOH精确检测，将很好的解决当前这一缺陷，并使充电机得到更好的利用。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于充电机的电池SOH检测装置和检测电池SOH的方法，该充装置能够实现在线进行电池的SOH检测，并且还能够将电池放出的电能进行回收利用。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：

一种基于充电机的电池SOH检测装置，包括监控模块，所述的监控模块上连接有存储模块、充电模块、通讯单元、数据处理模块、放电模块和控制器，放电模块与控制器连接；在检测电池SOH时，监控模块控制控制器使充电机进行放电模式和充电模式的切换，监控模块向电池BMS发出放电指令或充电指令使电池进行放电或充电，并控制放电模块将电池放出的电能输出，充电机通过获取充电过程的数据或放电过程的数据，并根据获取的上述数据来计算得到电池可放出容量，进一步得到电池SOH。

所述的放电模块上连接有能量回馈装置，能量回馈装置与电网和监控模块分别连接。

一种检测电池SOH的方法，包括如下步骤：

步骤一：将充电机与电池BMS连接，监控模块通过电池BMS获取电池的参数信息；

步骤二：用户向监控模块发出检测SOH指令；

步骤三：监控模块接收步骤二检测SOH指令后，监控模块控制控制器使充电机进行放电模式和充电模式的切换，并向电池BMS发出放电或充电指令使电池进行放电或充电，控制放电模块将电池放出的电能输出，充电机获通过取充电过程的数据或放电过程的数据，并根据获取的上述数据来计算得到电池可放出容量，并进一步得到电池SOH；

步骤四：数据处理模块将步骤三检测的电池SOH信息发送给监控模块，监控模块将SOH信息分别发送给存储模块、通讯单元和电动汽车BMS，通讯单元将SOH信息发送给用户。

所述的步骤三中，充电机对电池SOH进行检测时，监控模块控制控制器使充电机切换至放电模式，并向电池BMS发出放电的通讯指令，向放电模块发送放电命令和放电算法，电池BMS根据该指令使电池进行放电，放电模块按照放电算法将电池中放出的电能输出，直至电池放电达到截止条件，监控模块控制控制器使充电机切换至充电模式，并向电池BMS发出充电的通讯指令，电池BMS根据该充电指令使电池进行充电，直至电池充满电，数据存储模块记录该充电过程的充电数据并将该充电数据传输给数据处理模块，数据处理模块通过数据处理得到电池可放出容量，并进一步得到电池的SOH。

所述的步骤三中，充电机对电池SOH进行检测时，监控模块控制控制器使充电机切换至充电模式，并向电池BMS发出充电的通讯指令，电池BMS根据该指令使电池充电，直至电池充满电，监控模块再控制控制器使充电机切换至放电模式，并向电池BMS发出放电的通讯指令，向放电模块发送放电命令和放电算法，电池BMS根据该指令使电池进行放电，放电模块按照放电算法将电池中放出的电能输出，直至电池放电达到截止条件，数据存储模块记录该放电过程的放电数据并将该数据传输给数据处理模块，数据处理模块通过数据处理得到电池可放出容量，并进一步得到电池的SOH。

所述的步骤三中，在电池放电时，所述的放电模块将电能通过能量回馈装置输送给电网。

所述的步骤三中，所述的放电模块将电能输送给充电机上连接的电池储能系统。

所述的步骤三中，在电池放电时，所述的放电模块将电能输送给所述充电机上连接的其它正在充电的电池。

本发明的有益效果是：

本发明的一种基于充电机的电池SOH检测装置在充电机系统增加放电功能，通过在监控模块上连接控制器，充电机自身可通过监控模块自动的根据需求进行充电模式和放电模式的切换，同时通过监控模块与电动汽车电池BMS之间运行状态可信性的特定通信协议，可控制充电机与电池进行充电模式和放电模式切换，充电机获取充电过程的数据或放电过程的数据，并根据获取的上述数据能够计算得到电池SOH，因此通过充电机能够实现对电池SOH的在线检测。

进一步的，本发明中的放电模块按照监控模块发送的放电算法将电池中放出的能输出，在放电时，放电模块将电能通过能量回馈装置输送给电网，或输送给充电机上连接的电池储能系统，或输送给所述充电机上连接的其它正在充电的电池，解决了能量回收的问题，避免能源浪费。

本发明实现了采用放电检测法对电池SOH最简单准确的检测，弥补了BMS预估SOH不准确的缺陷，保证汽车SOC的预测准确，提升用户体验，为用户提供电池维护的指导。同时，也改变了充电机只有单一充电功能的情况，做到了将电动汽车电池放电的能量进行了回收利用，具有很好的经济效应。

【附图说明】

图1为本发明以充电容量计算电池SOH时的检测流程图；

图2为本发明以放电容量计算电池SOH时的检测流程图；

图3为本发明检测电池SOH时能量回馈电网的连接示意图；

图4为本发明检测电池SOH时能量回馈储能系统的连接示意图；

图5为本发明检测电池SOH时能量回馈充电系统的连接示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1至图5所示，根据本发明要解决的技术问题：针对BMS目前最大的缺陷之一，SOH估算困难或者估算不准确，且目前在电动汽车充电时无法进行在线检测电池SOH。

本发明在充电机侧加入放电功能，通过监控模块从电动汽车的BMS获得电池电压、温度等参数，监控模块使电池按照存储模块中存储的放电方案进行放电至放电截止条件，从而可以实现最简单最准确的放电法检测电池SOH。使电池的健康状态准确可知，能够更好的对电池进行使用和维护。

本发明在充电机侧加入放电功能后，改变了充电机只有单一的充电功能，使充电也具备了电池SOH检测的功能，同时充电机加入放电功能后，将电池放出来的电能用于给其他车辆充电，或储存到储能系统，或者回馈到电网，也解决能量回收的问题，避免能源浪费。

本发明所采用的技术方案是：

本充电机通过在原有充电的功能的基础上，增加放电模块，放电模块与监控模块连接，同时还在监控单元上连接控制器，控制器与放电模块连接，在监控模块中增加放电模式的控制，充电机自身可通过监控模块自动的根据需求进行充电模式和放电模式的切换，同时，监控模块通过与电动汽车电池BMS之间运行状态可信性的特定通信协议，监控模块可控制充电机与电池进行充电模式和放电模式自动切换，充电机利用放电模式实现电池SOH检测和电池能量回收。

充电机与电动汽车连接完成后，监控模块收集电池BMS发送的电池类型、电压、容量等参数信息，用户通过用户界面，如手机APP或人机交互界面向通讯单元发出电池SOH检测的指令，通讯单元将该指令发送给监控模块，监控模块控制控制器使充电机切换至放电模式，并向电动汽车BMS发送电池放电的通讯指令；

放电开始后，电池BMS使电池中的电能从电池中放出，放出的电能经过控制器进入放电模块，放电模块按照监控模块发送的放电指令和放电算法输出电能，放电算法依据预先内置于存储模块电池的放电开始条件、结束条件、放电电流等参数信息制定。

在电池放电过程中，监控模块控制数据存储模块存储放电过程的电压、电流、温度、容量等参数信息；电池达到放电至截止条件后，充电机切换至充电模式，使电池进行充电，数据存储模块记录并存储该充电过程的充电电压、电流、温度、容量等数据。数据处理单元通过对获取的放电数据和充电数据进行处理分析，得到电池当前的可放出容量，可放出容量与额定容量的比值即是电池的SOH。然后通过通讯单元将检测结果信息传递给电动汽车和用户。

或者，在充电机与电动汽车连接完成后，监控模块收到检测电池SOH的指令，监控模块控制控制器使充电机切换至充电模式，并向电池BMS发出充电的通讯指令；充电开始后，电池BMS根据该指令使电池充电，直至电池充满电，监控模块再控制控制器使充电机切换至放电模式，并向电池BMS发出放电的通讯指令，电池BMS根据该指令使电池进行放电，直至电池放电达到截止条件；在电池放电过程中，监控模块控制数据存储模块记录该放电过程的放电数据并将该数据传输给数据处理模块，数据处理模块通过数据处理得到电池的SOH，最后充电机再通过监控模块的控制使电池充满电。

在上述电池放电时，放电模块按照监控模块的放电通讯指令和发送的放电方案将电池上的能量转换为适当形式的电能，放电模块将转换后的电能用于给同一充电系统中连接的另一个正在充电终端的汽车充电，或者用于给连接于该充电机上连接的电池储能系统充电，或者通过能量回馈装置转换成满足电网要求的交流电，并网后将能量回馈电网。

电池SOH的计算可以采用以下方式：

公式(1)：SOH＝Cch×η×λ/Ce；

Cch为电池放电至截止条件后再充满电的充电容量；

Ce为电池的额定容量；

η为充电容量与特定条件放电容量的转换系数，由电池厂家或实验测试确定；

λ为温度补偿系数，由电池厂家或实验测试确定。

公式(2)：SOH＝Cdch/Ce＝Idch×t×K×λ/Ce；

式中：Cdch为充满电的电池放电至截止条件的放电容量；

Ce为电池的额定容量；

Idch为放电电流，按相关标准或电池厂家规定；

t为放电至截止条件总时间；

K为放电倍率系数，由电池厂家或实验测试确定；

λ为温度补偿系数，由电池厂家或实验测试确定。

实施方式一，如图1所示，电动汽车与充电机连接好后，用户通过手机APP、云平台、远程服务器或者充电机人机界面下发检测电池SOH的指令，监控模块接收指令后，控制连接回路切换至放电模式，同时，监控模块将SOH检测放电指令发送给电动汽车BMS，充电机按照存储模块中已存储的放电方法对电池放电至放电截止条件，存储模块记录该放电过程的放电数据。

然后，监控模块再控制充电机切换至充电模式，同时向电动汽车BMS发送充电指令，监控模块通过存储模块中已存储的充电方法使电池充满电，存储模块记录该充电过程的充电数据，数据处理模块将充、放电数据进行处理得到电池放电至截止电压后再充满电的充电容量，再通过公式(1)计算电池SOH。最后通过监控模块将检测数据传送给电动汽车，通过通讯模块将检测结果传送给用户，检测结束，充电机停止。

实施方式二，如图2所示，电动汽车与充电机连接好后，用户通过手机APP、云平台、远程服务器或者充电机人机界面下发检测电池SOH的指令，监控模块接收指令后，控制充电机切换至充电模式，同时，监控模块将充电指令发送至电动汽车BMS，充电机按照存储模块中已存储的充电方法为电池充满电，存储模块记录该充电过程的充电数据。

然后，监控模块再控制连接回路切换至放电模式，同时，监控模块向电动汽车BMS发送电池SOH检测放电指令，充电机为电池按照充电机中存储模块中已存储的放电方法对电池放电至放电截止条件，存储模块记录该放电数据并将该放电数据发送给数据处理模块，监控模块再控制充电机再切回充电模式对电池充满电。

与此同时，数据处理模块将充、放电数据进行处理得到充满电的电池放电至截止条件的放电容量即电池的可放出容量，通过公式(2)计算电池SOH。最后通过监控模块将检测数据传送给电动汽车，通过通讯模块将检测结果传送给用户，检测结束，电池充满电后充电机停止。

如图3所示，实施方式一或者实施方式二检测电池SOH的过程中，在电池放电时，监控模块通过CAN线通信下发检测SOH的命令给控制器(控制器为包含两个继电器开关的装置，控制器上还设置有充电回路和放电回路，一个开关连接充电回路，另一个开关连接放电回路)，控制器接通放电回路，同时断开充电回路，充电模块不工作(充电模块是AC/DC功率转换模块，工作时充电模块将电网的交流电整流转换成直流电给电动汽车充电)，监控模块还通过CAN线通信下发放电命令和放电算法信号给放电模块(放电模块为DC/DC直流功率转换模块)，下发工作指令给能量回馈装置使能量回馈装置开始逆变工作，同时监控能量回馈装置的工作状态，电池按照存储模块中的放电控制算法通过放电模块进行放电，放电控制算法是依据放电起始温度、放电电流、放电开始条件、结束条件等参数信息制定的，直至电池放电至截止电压，在电池放电的过程中，放电模块将电池所放出来的直流电变换成能量回馈装置中逆变电路所需要的电压，再经过能量回馈装置逆变变换成符合回馈电网的交流电，能量回馈装置包括DC/AC逆变电路和信号比较电路，DC/AC逆变电路将电池放出的直流电转换成交流电，信号比较电路通过电网采样的电压正弦波信号作为调制波，与逆变的信号进行比较，经过调节和放大之后，输出控制信号，使能量回馈装置输出的电压与电网电压同振幅、同频率、同相位，再经过滤波电路滤去谐波，能量回馈装置将电池所放出的电能回馈电网，不至于使这部分电能浪费掉，具有较好的经济效益。

如图4所示，实施方式一或者实施方式二检测电池SOH的过程中，在电池放电时，监控模块通过CAN线通信下发检测SOH的命令给控制器，控制器接通放电回路，同时断开充电回路，监控模块控制充电模块不工作，监控模块还通过CAN线通信下发放电命令和放电算法信号给放电模块，电池按照存储模块中的放电控制算法通过放电模块进行放电，直至电池放电至截止电压，放电模块将电池所放出来的直流电变换成电池储能系统充电所需要的电能形式，放电模块将电池所放出的电能用于对连接在充电系统上的电池储能系统进行充电，放电能量得到回收利用，具有较好的经济效益。

如图5所示，实施方式一或者实施方式二检测电池SOH的过程中，在电池放电时，监控模块通过CAN线通信下发检测SOH的命令给控制器，控制器接通放电回路，同时断开充电回路，监控模块控制充电模块不工作，然后监控模块通过CAN线通信下发放电命令和放电算法信号给放电模块，电池通过放电模块按照存储模块中的放电控制算法进行放电，直至电池放电至截止电压，放电模块将电池所放出来的直流电变换成符合此充电系统上连接的其它正在充电的电动汽车需求的充电电压，用于其它电动汽车的充电，此充电系统上可连接至少两辆充电汽车，但不仅限于两辆，放电能量得到了很好的处理，具有较好的经济效益。

Claims (8)

1.一种基于充电机的电池SOH检测装置，其特征在于，包括监控模块，所述的监控模块上连接有存储模块、充电模块、通讯单元、数据处理模块、放电模块和控制器，放电模块与控制器连接；在检测电池SOH时，监控模块控制控制器使充电机进行放电模式和充电模式的切换，监控模块向电池BMS发出放电指令或充电指令使电池进行放电或充电，并控制放电模块将电池放出的电能输出，充电机通过获取充电过程的数据或放电过程的数据，并根据获取的上述数据来计算得到电池可放出容量，进一步得到电池SOH。

2.根据权利要求1所述的一种基于充电机的电池SOH检测装置，其特征在于，所述的放电模块上连接有能量回馈装置，能量回馈装置与电网和监控模块分别连接。

3.一种检测电池SOH的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将充电机与电池BMS连接，监控模块通过电池BMS获取电池的参数信息；

步骤二：用户向监控模块发出检测SOH指令；

步骤三：监控模块接收步骤二检测SOH指令后，监控模块控制控制器使充电机进行放电模式和充电模式的切换，并向电池BMS发出放电或充电指令使电池进行放电或充电，控制放电模块将电池放出的电能输出，充电机获通过取充电过程的数据或放电过程的数据，并根据获取的上述数据来计算得到电池可放出容量，并进一步得到电池SOH；

步骤四：数据处理模块将步骤三检测的电池SOH信息发送给监控模块，监控模块将SOH信息分别发送给存储模块、通讯单元和电动汽车BMS，通讯单元将SOH信息发送给用户。

4.根据权利要求3所述的一种检测电池SOH的方法，其特征在于，所述的步骤三中，充电机对电池SOH进行检测时，监控模块控制控制器使充电机切换至放电模式，并向电池BMS发出放电的通讯指令，向放电模块发送放电命令和放电算法，电池BMS根据该指令使电池进行放电，放电模块按照放电算法将电池中放出的电能输出，直至电池放电达到截止条件，监控模块控制控制器使充电机切换至充电模式，并向电池BMS发出充电的通讯指令，电池BMS根据该充电指令使电池进行充电，直至电池充满电，数据存储模块记录该充电过程的充电数据并将该充电数据传输给数据处理模块，数据处理模块通过数据处理得到电池可放出容量，并进一步得到电池的SOH。

5.根据权利要求3所述的一种检测电池SOH的方法，其特征在于，所述的步骤三中，充电机对电池SOH进行检测时，监控模块控制控制器使充电机切换至充电模式，并向电池BMS发出充电的通讯指令，电池BMS根据该指令使电池充电，直至电池充满电，监控模块再控制控制器使充电机切换至放电模式，并向电池BMS发出放电的通讯指令，向放电模块发送放电命令和放电算法，电池BMS根据该指令使电池进行放电，放电模块按照放电算法将电池中放出的电能输出，直至电池放电达到截止条件，数据存储模块记录该放电过程的放电数据并将该数据传输给数据处理模块，数据处理模块通过数据处理得到电池可放出容量，并进一步得到电池的SOH。

6.根据权利要求3所述的一种检测电池SOH的方法，其特征在于，所述的步骤三中，在电池放电时，所述的放电模块将电能通过能量回馈装置输送给电网。

7.根据权利要求3所述的一种检测电池SOH的方法，其特征在于，所述的步骤三中，所述的放电模块将电能输送给充电机上连接的电池储能系统。

8.根据权利要求3所述的一种检测电池SOH的方法，其特征在于，所述的步骤三中，在电池放电时，所述的放电模块将电能输送给所述充电机上连接的其它正在充电的电池。