CN106515479B - 一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置 - Google Patents

一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，在线容量优化装置在蓄电池组给电动汽车的电动机供电的同时进行蓄电池组的容量优化控制，其包括采集模块、存储模块、计算模块、优化控制模块、测试模块、主控单元、触控显示屏和上位机；主控单元获取各个单体电池最大容量值中的最大值、最小值和平均值，并判断电池组是否需要开启容量优化控制；测试模块用来检测和判断最大容量值最小的那节单体电池在充放电工作中是否能够最先充满电且最先放完电，若是，则电池组容量优化完成。本发明通过对单体电池的容量进行充放电控制使得最大容量值最小的那节单体电池在充放电工作中能够最先充满电且最先放完电，从而实现电池组容量最大化。

Description

一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置
技术领域
本发明涉及电池容量控制技术领域，具体涉及一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置。
背景技术
蓄电池组是电动汽车的动力来源，蓄电池组的持续稳定供电对电动汽车至关重要。蓄电池组由多个单体蓄电池串联组成，由于各个单体蓄电池在生产和使用过程中不可能做到完全一致，随着时间积累，各个单体蓄电池会不同程度地出现老化和衰减，各个单体蓄电池之间的差异会越来越大，这会对蓄电池组的总体可用容量产生影响，也会降低蓄电池组的使用寿命。
因此，在蓄电池组的使用过程中，需要适时地对蓄电池组的容量进行控制，现在常用的蓄电池组容量控制方法多为蓄电池组容量均衡，使得蓄电池组中各单体蓄电池的容量趋于一致，但是均衡方案多无法从根本上解决单体蓄电池之间的不一致性问题，无法有效提高蓄电池组的可用容量，也无法保证蓄电池组的稳定供电。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，其不以单体蓄电池之间的容量一致为目标，而以提高蓄电池组的最大容量为目标，通过对单体蓄电池的容量进行充放电控制使得最大容量值最小的那节单体蓄电池在充放电工作中能够最先充满电且最先放完电，从而实现蓄电池组容量最大化，保证蓄电池组的稳定供电。
本发明具体为一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，所述在线容量优化装置在蓄电池组给电动汽车的电动机供电的同时进行蓄电池组的容量优化控制，其包括采集模块、存储模块、计算模块、优化控制模块、测试模块、主控单元、触控显示屏和上位机；其中，所述主控单元分别与所述采集模块、所述存储模块、所述计算模块、所述优化控制模块、所述测试模块和所述触控显示屏进行连接；所述采集模块用于采集蓄电池组及各个单体蓄电池的参数；所述存储模块用于存储蓄电池组和各个单体蓄电池的参数以及计算蓄电池容量所需的关系对应表格；所述计算模块基于所述采集模块采集到的单体蓄电池的开路电压和额定容量通过查找存储于所述存储模块中的关系对应表格得到各单体蓄电池的最大容量Qmaxi，并进一步计算各单体蓄电池的荷电状态SOCi、蓄电池组的剩余容量Qd、蓄电池组的可充容量Qc和蓄电池组的最大容量Qmax；所述主控单元获取各个单体蓄电池最大容量值中的最大值Ql、最小值Qs和平均值Qp，并判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制，若需要开启容量优化控制，所述主控单元控制所述优化控制模块对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制；所述测试模块用来检测和判断最大容量值最小的那节单体蓄电池在充放电工作中是否能够最先充满电且最先放完电，若否，则所述优化控制模块继续对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制，若是，则蓄电池组的最大容量已经达到最大值，结束充放电控制，蓄电池组容量优化完成；所述触控显示屏用于显示蓄电池组和各单体蓄电池的各种参数及蓄电池组的优化状态，使用者还能够通过触控显示屏输入电池优化命令来开启蓄电池组的在线容量优化控制；所述上位机与所述触控显示屏进行双向无线通信。
所述计算模块计算各单体蓄电池的荷电状态SOCi的算法模型为：
Figure GDA0002518412670000021
其中，ΔT为采样时间，t为当前时刻，t＝nΔT，n＝1,2,3,…，η为单体蓄电池库伦效率，QN为单体蓄电池额定容量，IS为单体蓄电池等效电流，UE为单体蓄电池极化电压，τ为时间常数，RE为单体蓄电池极化电阻，US为单体蓄电池等效电压，Uoc为单体蓄电池等效电路的开路电压，R0为单体蓄电池内阻。
所述计算模块计算蓄电池组的剩余容量Qd的算法为：
Qd＝min{Qmax1×SOC1,Qmax2×SOC2,…,Qmaxp×SOCp}
其中，p为蓄电池组中单体蓄电池的节数。
所述计算模块计算蓄电池组的可充容量Qc的算法为：
Qc＝min{Qmax1×(1-SOC1),Qmax2×(1-SOC2),…,Qmaxp×(1-SOCp)}。
所述计算模块计算蓄电池组的最大容量Qmax的算法为：
Qmax＝Qd+Qc＝min{Qmax1×SOC1,Qmax2×SOC2,…,Qmaxp×SOCp}+min{Qmax1×(1-SOC1),Qmax2×(1-SOC2),…,Qmaxp×(1-SOCp)}。
所述主控单元判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制的判断方法为：若Ql＞1.1Qs，则需要开启容量优化控制；若|Ql-Qp|＞5％Qp或|Qs-Qp|＞5％Qp，则需要开启容量优化控制。
所述优化控制模块对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制的控制方法为：若单体蓄电池最大容量Qmaxi＞Qp，则对该单体蓄电池进行放电控制，若单体蓄电池最大容量Qmaxi＜Qp，则对该单体蓄电池进行充电控制。
所述上位机与所述触控显示屏之间的无线通信方式为WIFI或蓝牙通信。
本发明通过对单体蓄电池的容量进行充放电控制使得最大容量值最小的那节单体蓄电池在充放电工作中能够最先充满电且最先放完电，从而实现蓄电池组容量最大化，从根本上提高了蓄电池组的最大容量，也大大提高了蓄电池组的使用寿命。
附图说明
图1是本发明电动汽车蓄电池组在线容量优化装置的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细阐述。
如图1所示，本发明的一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，在蓄电池组给电动汽车的电动机供电的同时进行蓄电池组的容量优化控制，其包括采集模块、存储模块、计算模块、优化控制模块、测试模块、主控单元、触控显示屏和上位机；其中，所述主控单元分别与所述采集模块、所述存储模块、所述计算模块、所述优化控制模块、所述测试模块和所述触控显示屏进行连接；所述采集模块用于采集蓄电池组及各个单体蓄电池的参数；所述存储模块用于存储蓄电池组和各个单体蓄电池的参数以及计算蓄电池容量所需的关系对应表格；所述计算模块基于所述采集模块采集到的单体蓄电池的开路电压和额定容量通过查找存储于所述存储模块中的关系对应表格得到各单体蓄电池的最大容量Qmaxi，并进一步计算各单体蓄电池的荷电状态SOCi、蓄电池组的剩余容量Qd、蓄电池组的可充容量Qc和蓄电池组的最大容量Qmax；所述主控单元获取各个单体蓄电池最大容量值中的最大值Ql、最小值Qs和平均值Qp，并判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制，若需要开启容量优化控制，所述主控单元控制所述优化控制模块对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制；所述测试模块用来检测和判断最大容量值最小的那节单体蓄电池在充放电工作中是否能够最先充满电且最先放完电，若否，则所述优化控制模块继续对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制，若是，则蓄电池组的最大容量已经达到最大值，结束充放电控制，蓄电池组容量优化完成；所述触控显示屏用于显示蓄电池组和各单体蓄电池的各种参数及蓄电池组的优化状态，使用者还能够通过触控显示屏输入电池优化命令来开启蓄电池组的在线容量优化控制；所述上位机与所述触控显示屏进行双向无线通信。
所述计算模块计算各单体蓄电池的荷电状态SOCi的算法模型为：
Figure GDA0002518412670000041
其中，ΔT为采样时间，t为当前时刻，t＝nΔT，n＝1,2,3,…，η为单体蓄电池库伦效率，QN为单体蓄电池额定容量，IS为单体蓄电池等效电流，UE为单体蓄电池极化电压，τ为时间常数，RE为单体蓄电池极化电阻，US为单体蓄电池等效电压，Uoc为单体蓄电池等效电路的开路电压，R0为单体蓄电池内阻。
所述计算模块计算蓄电池组的剩余容量Qd的算法为：
Qd＝min{Qmax1×SOC1,Qmax2×SOC2,…,Qmaxp×SOCp}
其中，p为蓄电池组中单体蓄电池的节数。
所述计算模块计算蓄电池组的可充容量Qc的算法为：
Qc＝min{Qmax1×(1-SOC1),Qmax2×(1-SOC2),…,Qmaxp×(1-SOCp)}。
所述计算模块计算蓄电池组的最大容量Qmax的算法为：
Qmax＝Qd+Qc＝min{Qmax1×SOC1,Qmax2×SOC2,…,Qmaxp×SOCp}+min{Qmax1×(1-SOC1),Qmax2×(1-SOC2),…,Qmaxp×(1-SOCp)}。
所述主控单元判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制的判断方法为：若Ql＞1.1Qs，则需要开启容量优化控制；若|Ql-Qp|＞5％Qp或|Qs-Qp|＞5％Qp，则需要开启容量优化控制。
所述优化控制模块对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制的控制方法为：若单体蓄电池最大容量Qmaxi＞Qp，则对该单体蓄电池进行放电控制，若单体蓄电池最大容量Qmaxi＜Qp，则对该单体蓄电池进行充电控制。
所述上位机与所述触控显示屏之间的无线通信方式为WIFI或蓝牙通信。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (3)

1.一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，其特征在于，所述在线容量优化装置在蓄电池组给电动汽车的电动机供电的同时进行蓄电池组的容量优化控制，其包括采集模块、存储模块、计算模块、优化控制模块、测试模块、主控单元、触控显示屏和上位机；其中，所述主控单元分别与所述采集模块、所述存储模块、所述计算模块、所述优化控制模块、所述测试模块和所述触控显示屏进行连接；所述采集模块用于采集蓄电池组及各个单体蓄电池的参数；所述存储模块用于存储蓄电池组和各个单体蓄电池的参数以及计算蓄电池容量所需的关系对应表格；所述计算模块基于所述采集模块采集到的单体蓄电池的开路电压和额定容量通过查找存储于所述存储模块中的关系对应表格得到各单体蓄电池的最大容量Qmaxi，并进一步计算各单体蓄电池的荷电状态SOCi、蓄电池组的剩余容量Qd、蓄电池组的可充容量Qc和蓄电池组的最大容量Qmax；所述主控单元获取各个单体蓄电池最大容量值中的最大值Ql、最小值Qs和平均值Qp，并判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制，若需要开启容量优化控制，所述主控单元控制所述优化控制模块对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制；所述测试模块用来检测和判断最大容量值最小的那节单体蓄电池在充放电工作中是否能够最先充满电且最先放完电，若否，则所述优化控制模块继续对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制，若是，则蓄电池组的最大容量已经达到最大值，结束充放电控制，蓄电池组容量优化完成；所述触控显示屏用于显示蓄电池组和各单体蓄电池的各种参数及蓄电池组的优化状态，使用者还能够通过触控显示屏输入电池优化命令来开启蓄电池组的在线容量优化控制；所述上位机与所述触控显示屏进行双向无线通信；
所述计算模块计算各单体蓄电池的荷电状态SOCi的算法模型为：
Figure FDA0002518412660000011
其中，ΔT为采样时间，t为当前时刻，t＝nΔT，n＝1,2,3,…，η为单体蓄电池库伦效率，QN为单体蓄电池额定容量，IS为单体蓄电池等效电流，UE为单体蓄电池极化电压，τ为时间常数，RE为单体蓄电池极化电阻，US为单体蓄电池等效电压，Uoc为单体蓄电池等效电路的开路电压，R0为单体蓄电池内阻；
所述计算模块计算蓄电池组的剩余容量Qd的算法为：
Qd＝min{Qmax1×SOC1,Qmax2×SOC2,…,Qmaxp×SOCp}
其中，p为蓄电池组中单体蓄电池的节数；
所述计算模块计算蓄电池组的可充容量Qc的算法为：
Qc＝min{Qmax1×(1-SOC1),Qmax2×(1-SOC2),…,Qmaxp×(1-SOCp)}
其中，p为蓄电池组中单体蓄电池的节数；
所述计算模块计算蓄电池组的最大容量Qmax的算法为：
Qmax＝Qd+Qc＝min{Qmax1×SOC1,Qmax2×SOC2,…,Qmaxp×SOCp}+min{Qmax1×(1-SOC1),Qmax2×(1-SOC2),…,Qmaxp×(1-SOCp)}
其中，p为蓄电池组中单体蓄电池的节数；
所述主控单元判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制的判断方法为：若|Ql-Qp|＞5％Qp或|Qs-Qp|＞5％Qp，则需要开启容量优化控制；所述优化控制模块对蓄电池组各单体蓄电池进行充放电控制的控制方法为：若单体蓄电池最大容量Qmaxi＞Qp，则对该单体蓄电池进行放电控制，若单体蓄电池最大容量Qmaxi＜Qp，则对该单体蓄电池进行充电控制。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，其特征在于，所述主控单元判断蓄电池组是否需要开启容量优化控制的判断方法为：若Ql＞1.1Qs，则需要开启容量优化控制。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车蓄电池组在线容量优化装置，其特征在于，所述上位机与所述触控显示屏之间的无线通信方式为WIFI或蓝牙通信。
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