CN108923483A - 动力电池智能充电系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种动力电池智能充电系统的控制方法，首先，利用光伏发电技术对动力电池进行充电，并提供了一种智能的控制方法实现将光伏发电站内的发电单元进行调控保证发电单元之间的功率协调保证发电功率的最大化；其次，采用供能单元的中间电能存储单元用于对电能存储单元，并通过本发明中的方法对电能存储单元内的剩余电量进行监控，基于功率需求的改变而调整供能单元向氢镍电池供给的功率保证不会由于过度充电或者监控不力而导致对氢镍电池的损害甚至安全事故；再次，为保证对多组电能存储单元同时充电时不会发生对其中某个电能存储单元过分充电而可能导致的安全事故和浪费充电功率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种对新能源汽车所使用的氢镍电池进行智能充电的控制方法，通过本方法能够将光伏发电系统与动力电池充电系统的结合，使得利用太阳能为充电站为动力电池辅助充电提供了高效且成本低的技术方案。
背景技术
现有技术中，对新能源汽车所使用的动力电池充电通常是使用普通电网进行充电的。但是基于对环境保护日益严格的要求和太阳能发电技术的成熟，考虑利用太阳能转换为电能的光伏发电站直接应用于对新能源汽车充电已经成为的广泛的研究方案。
光伏发电充电站的优势有以下几个方便：1.优良的环境保护效益，据统计一个1MW的光伏发电站年发电量为190万度电，每年能够减少20万吨二氧化碳的排放量；2.光伏发电站为一个 自发电系统，维护成本远远小于普通的充电站；3.实现智能化的充电模式。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种动力电池智能充电系统的控制方法，其目的是利用光伏发电站实现对汽车的动力电池充电。
一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，所述的动力电池智能充电系统包括：
若干组由至少四个相同规格的氢镍电池组成的电能存储单元，所述的电能存储单元的氢镍电池之间采用集群焊接的方式串接连接在一起；
一光伏电站控制系统，所述的光伏电站控制系统是利用将太阳能转换为电能以及交直流变电的能源交换中转控制中心，所述的光伏电站控制系统包括电压协调控制装置，其用于协调无功补偿装置与光伏发电系统与各个发电单元之间的电压协调控制；
若干个供能单元，用于将光伏电站控制系统中的能源中转寄存并向电能存储单元的氢镍电池充入电能；
与电能存储单元数量相同的功率监视以及控制单元，用于监视和控制供能单元向电能存储单元供给电能的功率，并基于功率需求的改变而调整供能单元向氢镍电池供给的功率；
电池散热以及防爆装置；
通过以下方法实现对电能存储单元进行充电控制：
步骤一，对电能存储单元所剩余的电量进行估算，引入0.1C至0.3C的电流对氢镍电池持续进行涓流充电一段时间，建立起电能存储单元的电容与温度之间的函数关系式，并通过该函数关系预估出电能存储单元内剩余电量，所述的函数关系式为CT=Ct[1+4.5%（T-t）],CT为在T摄氏度时的电容量，Ct为在t摄氏度时的电容量；
步骤二，计算单位时间内的光伏电站的电能输出能力，所述的光伏电站控制系统的计算机将实时收集单位光伏发电单元在标准单位时间内的太阳辐照量并依据电能与辐照量的转换函数关系测算出在单位时间内光伏电站的发电量并反馈给计算机设定充电的上限阈值；
步骤三，根据步骤二所获取的充电的上限阈值依据以下逻辑向若干个供能单元分配电能：
当，插接于供能单元上的电池存储单元的内的剩余电量均低于50%时，则将电能逐一分配于供能单元上并将电池存储单元充满；
当，插接于供能单元上的电池存储单元部分剩余电量低于50%部分剩余电量高于50%时，则优先将电能分配于剩余电量低于50%的供能单元直至将电池存储单元充电至50%以上再平均分配剩余电能；
当，插接于供能单元上的电池存储单元的剩余电量均高于50%时，则电能平均分配于全部供能单元上；
步骤四，在步骤三的充电同时功率监视以及控制单元，将实时监视和控制供能单元向电能存储单元供给电能的功率，且随电能的充入电能存储单元电量的上升充电功率将平滑下降；
步骤五，预估供能单元的充电阈值，在充电过程中供能单元根据电能存储单元的剩余电量预设若干个充电阶段的充电阈值，在各个阶段内供能单元在根据电流电压与功率的换算关系调整供能单元的充电电流的极值，所述的电流极值将随充电过程的持续成平滑下降的趋势直至采用涓流充电的方式对电能存储单元完成充电；
步骤六，电能存储单元散热。
优选的，所述的氢镍电池包括正极体，设置于正极体端部的集电极耳，以及设置与正极体上的材料层，所述的材料层由LiNi0.5Mn0.5O2复合材料制成。
优选的，所述的材料层通过以下方法制备获得，
步骤一，设置基层，所述的基层由锡箔制成，所述的基层上斜向划分出若干个网格；
步骤二，制备LiNi0.5Mn0.5O2复合材料，将含有硫酸镍的盐溶液与碱溶液混合后加入高氧化锰溶液并利用共沉淀法制备含镍的氢氧化物前驱体，经过抽滤洗涤干燥后形成粉末状物，再与碳酸锂混合研磨后放入高温炉进行煅烧后获得目标复合材料；
步骤三，将步骤二中所获取的复合材料与溶有聚偏四氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液粘结剂混合后搅拌24小时；
步骤四，将步骤三中制得的混合物用涂膜器均匀涂覆在基层的网格内制成厚度为700nm的膜片；
步骤五，在60℃真空环境内干燥后，将膜片滚压压实制得需要的材料层。
优选的，充电系统设置有用于对供能单元进行定检的定检系统以及用于存放供能单元的智能仓储系统，所述的定检系统以及智能仓储系统有一个共同上位的定检调度平台，所述的定检调度平台能够对全部的供能单元进行追溯管理，记载每一个供能单元在充电系统的位置定位以及使用情况，当达到预设的定检条件时，所述的定检调度平台将向智能AGV小车发送信号将供能单元送入智能仓储系统内；所述的智能仓储系统包括仓储，机械手，周转缓存箱，信息标记装置，以及流水线，所述的智能仓储系统接收到供能单元后，通过机械手将供能单元移送入周转缓存箱并依次通过信息标记装置贴标获取在智能仓储内唯一的标识码，该标识码将通过扫描装置扫描并存储于定检调度平台的计算机内，而后将通过机械手将供能单元存入智能仓储内的货架上等待定检；待定检的供能单元经由流水线送入定检系统依次进行过电流试验检测、短时过电流试验检测、过电压试验检测、功耗测试、耐压试验检测；定检合格后将通过贴标机贴标而后再次送入智能仓储内存储等待调用。
优选的，所述的电压协调控制装置，将光伏发电单元的发电的运行功率进行调控，当前时刻节点电压与额定值偏差最小,节点电压均采用标幺值形式，充入电量以荷电状态衡量，
其中
其中，i表示与光伏发电系统连接的第i个发电单元的节点数，k表示可调控节点数量;Vi(t)为时刻t的第i个可调控节点处电压标幺值;fvar为求方差函数;Vi(t)为时刻1到t的第i个可调控节点处电压标幺值组成的行向量;ΔSSOCi(t)为第i个可调控节点处的所有可调控部分仍有充电需求的电能存储单元t时刻充入的荷电状态量；λ3i-2，λ3i-1，λ3i为权重系数。
优选的，还包括一个散热系统，所述的散热系统包括散热壳体，散热壳体为腔体结构，散热壳体底部分别分布有进水管和出水管，进水管通过第一连接管与水泵出水口相连，出水管通过第二连接管与散热器相连通，水泵进水口通过第三连接管与散热器相连通，当电能存储单元完成充电后，将放入散热器的支撑架上的封闭箱体内。
本发明提供的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其有益效果在于：首先，利用光伏发电技术对动力电池进行充电，并提供了一种智能的控制方法实现将光伏发电站内的发电单元进行调控保证发电单元之间的功率协调保证发电功率的最大化；其次，采用供能单元的中间电能存储单元用于对电能存储单元，并通过本发明中的方法对电能存储单元内的剩余电量进行监控，基于功率需求的改变而调整供能单元向氢镍电池供给的功率保证不会由于过度充电或者监控不力而导致对氢镍电池的损害甚至安全事故；再次，为保证对多组电能存储单元同时充电时不会发生对其中某个电能存储单元过分充电而可能导致的安全事故和浪费充电功率的问题，本发明中对电能存储单元所剩余的电量进行估算和计算单位时间内的光伏电站的电能输出能力两个步骤计算出对每一个电能存储单元的相对充电功率，在不同的充电阶段的下设置充电的阈值保证快速充电和平缓充电两个阶段保证充电的效率和安全性；再次，所述的充电系统还包括电压协调控制装置，将光伏发电单元的发电的运行功率进行调控，当前时刻节点电压与额定值偏差最小,节点电压均采用标幺值形式，充入电量以荷电状态衡量，使得全部的发电单元均处于均衡稳定的发电状态防止某个发电单元出现发电极值而对整个发电网络造成冲击影响；再次，设置定检系统和智能仓储系统，当供能单元满足预设的检验要求时，则将被定检平台招回并依照定检成型经由标记，存储，检测，标记，存储的方式进行周期的检测，放置供能单元的损害而导致的安全事故；再次，为保证电能存储单元由于充电而产生的热损耗，在使用之前将会送入散热系统进行至少90秒的散射降温工序以保证使用时不会发生热爆炸。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，所述的动力电池智能充电系统包括：
若干组由至少四个相同规格的氢镍电池组成的电能存储单元，所述的电能存储单元的氢镍电池之间采用集群焊接的方式串接连接在一起；
一光伏电站控制系统，所述的光伏电站控制系统是利用将太阳能转换为电能以及交直流变电的能源交换中转控制中心，所述的光伏电站控制系统包括电压协调控制装置，其用于协调无功补偿装置与光伏发电系统与各个发电单元之间的电压协调控制；
若干个供能单元，用于将光伏电站控制系统中的能源中转寄存并向电能存储单元的氢镍电池充入电能；
与电能存储单元数量相同的功率监视以及控制单元，用于监视和控制供能单元向电能存储单元供给电能的功率，并基于功率需求的改变而调整供能单元向氢镍电池供给的功率；
电池散热以及防爆装置；
通过以下方法实现对电能存储单元进行充电控制：
步骤一，对电能存储单元所剩余的电量进行估算，引入0.1C至0.3C的电流对氢镍电池持续进行涓流充电一段时间，建立起电能存储单元的电容与温度之间的函数关系式，并通过该函数关系预估出电能存储单元内剩余电量，所述的函数关系式为CT=Ct[1+4.5%（T-t）],CT为在T摄氏度时的电容量，Ct为在t摄氏度时的电容量；
步骤二，计算单位时间内的光伏电站的电能输出能力，所述的光伏电站控制系统的计算机将实时收集单位光伏发电单元在标准单位时间内的太阳辐照量并依据电能与辐照量的转换函数关系测算出在单位时间内光伏电站的发电量并反馈给计算机设定充电的上限阈值；
步骤三，根据步骤二所获取的充电的上限阈值依据以下逻辑向若干个供能单元分配电能：
当，插接于供能单元上的电池存储单元的内的剩余电量均低于50%时，则将电能逐一分配于供能单元上并将电池存储单元充满；
当，插接于供能单元上的电池存储单元部分剩余电量低于50%部分剩余电量高于50%时，则优先将电能分配于剩余电量低于50%的供能单元直至将电池存储单元充电至50%以上再平均分配剩余电能；
当，插接于供能单元上的电池存储单元的剩余电量均高于50%时，则电能平均分配于全部供能单元上；
步骤四，在步骤三的充电同时功率监视以及控制单元，将实时监视和控制供能单元向电能存储单元供给电能的功率，且随电能的充入电能存储单元电量的上升充电功率将平滑下降；
步骤五，预估供能单元的充电阈值，在充电过程中供能单元根据电能存储单元的剩余电量预设若干个充电阶段的充电阈值，在各个阶段内供能单元在根据电流电压与功率的换算关系调整供能单元的充电电流的极值，所述的电流极值将随充电过程的持续成平滑下降的趋势直至采用涓流充电的方式对电能存储单元完成充电；
步骤六，电能存储单元散热。
所述的氢镍电池包括正极体，设置于正极体端部的集电极耳，以及设置与正极体上的材料层，所述的材料层由LiNi0.5Mn0.5O2复合材料制成。
所述的材料层通过以下方法制备获得，
步骤一，设置基层，所述的基层由锡箔制成，所述的基层上斜向划分出若干个网格；
步骤二，制备LiNi0.5Mn0.5O2复合材料，将含有硫酸镍的盐溶液与碱溶液混合后加入高氧化锰溶液并利用共沉淀法制备含镍的氢氧化物前驱体，经过抽滤洗涤干燥后形成粉末状物，再与碳酸锂混合研磨后放入高温炉进行煅烧后获得目标复合材料；
步骤三，将步骤二中所获取的复合材料与溶有聚偏四氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液粘结剂混合后搅拌24小时；
步骤四，将步骤三中制得的混合物用涂膜器均匀涂覆在基层的网格内制成厚度为700nm的膜片；
步骤五，在60℃真空环境内干燥后，将膜片滚压压实制得需要的材料层。
所述的充电系统设置有用于对供能单元进行定检的定检系统以及用于存放供能单元的智能仓储系统，所述的定检系统以及智能仓储系统有一个共同上位的定检调度平台，所述的定检调度平台能够对全部的供能单元进行追溯管理，记载每一个供能单元在充电系统的位置定位以及使用情况，当达到预设的定检条件时，所述的定检调度平台将向智能AGV小车发送信号将供能单元送入智能仓储系统内；所述的智能仓储系统包括仓储，机械手，周转缓存箱，信息标记装置，以及流水线，所述的智能仓储系统接收到供能单元后，通过机械手将供能单元移送入周转缓存箱并依次通过信息标记装置贴标获取在智能仓储内唯一的标识码，该标识码将通过扫描装置扫描并存储于定检调度平台的计算机内，而后将通过机械手将供能单元存入智能仓储内的货架上等待定检；待定检的供能单元经由流水线送入定检系统依次进行过电流试验检测、短时过电流试验检测、过电压试验检测、功耗测试、耐压试验检测；定检合格后将通过贴标机贴标而后再次送入智能仓储内存储等待调用。
所述的电压协调控制装置，将光伏发电单元的发电的运行功率进行调控，当前时刻节点电压与额定值偏差最小,节点电压均采用标幺值形式，充入电量以荷电状态衡量，
其中
其中，i表示与光伏发电系统连接的第i个发电单元的节点数，k表示可调控节点数量;Vi(t)为时刻t的第i个可调控节点处电压标幺值;fvar为求方差函数;Vi(t)为时刻1到t的第i个可调控节点处电压标幺值组成的行向量;ΔSSOCi(t)为第i个可调控节点处的所有可调控部分仍有充电需求的电能存储单元t时刻充入的荷电状态量；λ3i-2，λ3i-1，λ3i为权重系数。
选的，还包括一个散热系统，所述的散热系统包括散热壳体，散热壳体为腔体结构，散热壳体底部分别分布有进水管和出水管，进水管通过第一连接管与水泵出水口相连，出水管通过第二连接管与散热器相连通，水泵进水口通过第三连接管与散热器相连通，当电能存储单元完成充电后，将放入散热器的支撑架上的封闭箱体内。
本发明提供的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其有益效果在于：首先，利用光伏发电技术对动力电池进行充电，并提供了一种智能的控制方法实现将光伏发电站内的发电单元进行调控保证发电单元之间的功率协调保证发电功率的最大化；其次，采用供能单元的中间电能存储单元用于对电能存储单元，并通过本发明中的方法对电能存储单元内的剩余电量进行监控，基于功率需求的改变而调整供能单元向氢镍电池供给的功率保证不会由于过度充电或者监控不力而导致对氢镍电池的损害甚至安全事故；再次，为保证对多组电能存储单元同时充电时不会发生对其中某个电能存储单元过分充电而可能导致的安全事故和浪费充电功率的问题，本发明中对电能存储单元所剩余的电量进行估算和计算单位时间内的光伏电站的电能输出能力两个步骤计算出对每一个电能存储单元的相对充电功率，在不同的充电阶段的下设置充电的阈值保证快速充电和平缓充电两个阶段保证充电的效率和安全性；再次，所述的充电系统还包括电压协调控制装置，将光伏发电单元的发电的运行功率进行调控，当前时刻节点电压与额定值偏差最小,节点电压均采用标幺值形式，充入电量以荷电状态衡量，使得全部的发电单元均处于均衡稳定的发电状态防止某个发电单元出现发电极值而对整个发电网络造成冲击影响；再次，设置定检系统和智能仓储系统，当供能单元满足预设的检验要求时，则将被定检平台招回并依照定检成型经由标记，存储，检测，标记，存储的方式进行周期的检测，放置供能单元的损害而导致的安全事故；再次，为保证电能存储单元由于充电而产生的热损耗，在使用之前将会送入散热系统进行至少90秒的散射降温工序以保证使用时不会发生热爆炸。
本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，所述的动力电池智能充电系统包括：
若干组由至少四个相同规格的氢镍电池组成的电能存储单元，所述的电能存储单元的氢镍电池之间采用集群焊接的方式串接连接在一起；
一光伏电站控制系统，所述的光伏电站控制系统是利用将太阳能转换为电能以及交直流变电的能源交换中转控制中心，所述的光伏电站控制系统包括电压协调控制装置，其用于协调无功补偿装置与光伏发电系统与各个发电单元之间的电压协调控制；
若干个供能单元，用于将光伏电站控制系统中的能源中转寄存并向电能存储单元的氢镍电池充入电能；
与电能存储单元数量相同的功率监视以及控制单元，用于监视和控制供能单元向电能存储单元供给电能的功率，并基于功率需求的改变而调整供能单元向氢镍电池供给的功率；
电池散热以及防爆装置；
通过以下方法实现对电能存储单元进行充电控制：
步骤一，对电能存储单元所剩余的电量进行估算，引入0.1C至0.3C的电流对氢镍电池持续进行涓流充电一段时间，建立起电能存储单元的电容与温度之间的函数关系式，并通过该函数关系预估出电能存储单元内剩余电量，所述的函数关系式为CT=Ct[1+4.5%（T-t）],CT为在T摄氏度时的电容量，Ct为在t摄氏度时的电容量；
步骤二，计算单位时间内的光伏电站的电能输出能力，所述的光伏电站控制系统的计算机将实时收集单位光伏发电单元在标准单位时间内的太阳辐照量并依据电能与辐照量的转换函数关系测算出在单位时间内光伏电站的发电量并反馈给计算机设定充电的上限阈值；
步骤三，根据步骤二所获取的充电的上限阈值依据以下逻辑向若干个供能单元分配电能：
当，插接于供能单元上的电池存储单元的内的剩余电量均低于50%时，则将电能逐一分配于供能单元上并将电池存储单元充满；
当，插接于供能单元上的电池存储单元部分剩余电量低于50%部分剩余电量高于50%时，则优先将电能分配于剩余电量低于50%的供能单元直至将电池存储单元充电至50%以上再平均分配剩余电能；
当，插接于供能单元上的电池存储单元的剩余电量均高于50%时，则电能平均分配于全部供能单元上；
步骤四，在步骤三的充电同时功率监视以及控制单元，将实时监视和控制供能单元向电能存储单元供给电能的功率，且随电能的充入电能存储单元电量的上升充电功率将平滑下降；
步骤五，预估供能单元的充电阈值，在充电过程中供能单元根据电能存储单元的剩余电量预设若干个充电阶段的充电阈值，在各个阶段内供能单元在根据电流电压与功率的换算关系调整供能单元的充电电流的极值，所述的电流极值将随充电过程的持续成平滑下降的趋势直至采用涓流充电的方式对电能存储单元完成充电；
步骤六，电能存储单元散热。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，所述的氢镍电池包括正极体，设置于正极体端部的集电极耳，以及设置与正极体上的材料层，所述的材料层由LiNi0.5Mn0.5O2复合材料制成。
3.根据权利要求2所述的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，所述的材料层通过以下方法制备获得，
步骤一，设置基层，所述的基层由锡箔制成，所述的基层上斜向划分出若干个网格；
步骤二，制备LiNi0.5Mn0.5O2复合材料，将含有硫酸镍的盐溶液与碱溶液混合后加入高氧化锰溶液并利用共沉淀法制备含镍的氢氧化物前驱体，经过抽滤洗涤干燥后形成粉末状物，再与碳酸锂混合研磨后放入高温炉进行煅烧后获得目标复合材料；
步骤三，将步骤二中所获取的复合材料与溶有聚偏四氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮溶液粘结剂混合后搅拌24小时；
步骤四，将步骤三中制得的混合物用涂膜器均匀涂覆在基层的网格内制成厚度为700nm的膜片；
步骤五，在60℃真空环境内干燥后，将膜片滚压压实制得需要的材料层。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，充电系统设置有用于对供能单元进行定检的定检系统以及用于存放供能单元的智能仓储系统，所述的定检系统以及智能仓储系统有一个共同上位的定检调度平台，所述的定检调度平台能够对全部的供能单元进行追溯管理，记载每一个供能单元在充电系统的位置定位以及使用情况，当达到预设的定检条件时，所述的定检调度平台将向智能AGV小车发送信号将供能单元送入智能仓储系统内；所述的智能仓储系统包括仓储，机械手，周转缓存箱，信息标记装置，以及流水线，所述的智能仓储系统接收到供能单元后，通过机械手将供能单元移送入周转缓存箱并依次通过信息标记装置贴标获取在智能仓储内唯一的标识码，该标识码将通过扫描装置扫描并存储于定检调度平台的计算机内，而后将通过机械手将供能单元存入智能仓储内的货架上等待定检；待定检的供能单元经由流水线送入定检系统依次进行过电流试验检测、短时过电流试验检测、过电压试验检测、功耗测试、耐压试验检测；定检合格后将通过贴标机贴标而后再次送入智能仓储内存储等待调用。
5.根据权利要求1所述的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，所述的电压协调控制装置，将光伏发电单元的发电的运行功率进行调控，当前时刻节点电压与额定值偏差最小,节点电压均采用标幺值形式，充入电量以荷电状态衡量，
其中
其中，i表示与光伏发电系统连接的第i个发电单元的节点数，k表示可调控节点数量;Vi(t)为时刻t的第i个可调控节点处电压标幺值;fvar为求方差函数;Vi(t)为时刻1到t的第i个可调控节点处电压标幺值组成的行向量;ΔSSOCi(t)为第i个可调控节点处的所有可调控部分仍有充电需求的电能存储单元t时刻充入的荷电状态量；λ3i-2，λ3i-1，λ3i为权重系数。
6.根据权利要求1所述的一种动力电池智能充电系统的控制方法，其特征在于，还包括一个散热系统，所述的散热系统包括散热壳体，散热壳体为腔体结构，散热壳体底部分别分布有进水管和出水管，进水管通过第一连接管与水泵出水口相连，出水管通过第二连接管与散热器相连通，水泵进水口通过第三连接管与散热器相连通，当电能存储单元完成充电后，将放入散热器的支撑架上的封闭箱体内。
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| CN110194075A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-03 | 广州小鹏汽车科技有限公司 | 车辆进场充电的控制方法、装置、计算机设备和存储介质 |
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2018
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