CN109066849A - 一种soh值电池更换的充电站系统 - Google Patents
一种soh值电池更换的充电站系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109066849A CN109066849A CN201810892833.1A CN201810892833A CN109066849A CN 109066849 A CN109066849 A CN 109066849A CN 201810892833 A CN201810892833 A CN 201810892833A CN 109066849 A CN109066849 A CN 109066849A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- charging
- value
- soh value
- soh
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000007600 charging Methods 0.000 title claims abstract description 145
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 206010011906 Death Diseases 0.000 claims description 3
- 235000019504 cigarettes Nutrition 0.000 claims description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000035807 sensation Effects 0.000 claims description 3
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 2
- 238000010280 constant potential charging Methods 0.000 description 2
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
- H02J7/00036—Charger exchanging data with battery
-
- H02J13/0062—
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/00032—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange
- H02J7/00038—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors
- H02J7/00041—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors in response to measured battery parameters, e.g. voltage, current or temperature profile
-
- H02J7/0022—
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
一种SOH值电池更换的充电站系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备，基于SOH值的蓄电池更换控制系统。其中，基于SOH值的蓄电池更换控制系统包括：建模单元，获取单元，计算单元，设置单元，评估单元，控制单元，充放电管理单元。其中，所述电池更换设备要包括电池箱、电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人，堆垛机器人的控制采用PID切换的方式进行控制。本发明中SOH值估算方法精度高，PID切换算法实现电池更换设备的精确控制，提高电池更换的运行效率。
Description
技术领域
本发明属于充电桩领域，特别涉及一种SOH值电池更换的充电站系统。
背景技术
目前尚无具有普遍适用性的充电站监控系统，电动汽车换电站立体仓库与其它自动化立体仓库一样，用于对货物的存储、搬运和集中管理等，只不过这里是对电动汽车电池的存储、搬运、更换以及管理。这种方式是将电动汽车电池提前充好电，储存起来，当需要更换电池时，利用堆躲机取出已经充好电的电池，随时更换即可，这样可以大大提高电动汽车换电的效率。所以，在电动汽车换电站中，建设高精度控制的自动化的换电设备是十分必要的，能够有效地提高电动汽车换电站的作业效率，增加电动汽车换电站的吞吐量，获得较大的经济效益和社会效益。所以，研究电动汽车换电站立体仓库及堆操机，有着很大的实际意义。
目前，通常根据动力电池的SOH值来确定电池是否老化，是否需要更换电池。SOH(state of health)指电池的健康状况，包括容量、功率、内阻等性能，更多情况下是对电池组寿命的预测。通常SOH是指测量的容量与额定容量之比。测量的容量是在标准放电条件下全充满电池的放电容量，是电池寿命情况的一种反映，在纯电动车中可以此来进行表述，因为纯电动汽车应用基本上是全充全放状态，每次可以进行相互比较。现有技术中常用的SOH值估算方法有：(1)完全放电法，(2)电阻折算法，(3)阻抗分析法，(4)电压曲线拟合法。但上述方法存在如下问题：操作时间长且实用性不强，电池内阻的大小一般为毫欧，不易测量，对设备仪器要求比较高，成本很高，且算法复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何实现精确估算电池SOH值，高效进行电池更换，对此本发明提供一种SOH值电池更换的充电站系统。
本发明的技术方案为：一种SOH值电池更换的充电站系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备、电池更换设备、基于SOH值的蓄电池更换控制系统，
电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；
充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；
配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；
数据网络包括以太网和CAN总线；
监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；
监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，
其中，所述基于SOH值的蓄电池更换控制系统，包括：
建模单元，用于建立电池充放电模型，该模型采用电池二阶RC等效模型；
获取单元，用于获取待测电池在充放电状态下模型中各个参数；
计算单元，用于根据电池充放电模型以及上述参数，建立离散空间状态方程和观测方程，估算所述待测电池的SOH值；
设置单元，设置判断蓄电池是否老化的阈值；
评估单元，根据各个电池单体的SOH值评估整个蓄电池SOH值；判断所述蓄电池SOH值是否大于阈值，若所述蓄电池SOH值大于等于所述阈值，认为该电池单体未老化，进行相应的充电操作；若所述SOH值小于所述阈值，则认为所评估电池老化，执行电池更换操作；
控制单元，与充电站系统中电池更换设备连接，当蓄电池评估为老化时，通知电池更换设备对蓄电池进行更换；
充放电管理单元，根据蓄电池中各个电池单体的SOH值，以及站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据预设的充电算法，对不同电池单体进行充电控制。
其中，所述电池更换设备包括电池箱、电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人，电池更换设备采用后备箱换电方式，电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人通过CAN现场总线网络与站控计算机通信，堆垛机器人的控制采用PID切换的方式进行控制，产生精确的输出控制量，输入值与输出反馈值进行运算得到输入误差值，同时对输入误差值进行模糊PID控制运算和固定参数PID控制运算，其中，模糊PID控制运算较固定参数PID多出了模糊运算模块，其对固定参数PID控制运算中的固定参数进行模糊化调节，输入误差值与选定的调节参数进行比较，当输入误差值大于调节参数时，切换开关选定模糊PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，从而使堆垛机器人的动作快速进入稳定状态；输入误差值小于调节参数时，认为堆垛机器人已经处于稳定状态，切换开关选定固定参数PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，减少系统执行程序的时间，提高系统的运行效率。
本发明还涉及一种SOH值电池更换的方法，所述方法包括以下步骤：
1)建立电池充放电模型，该模型采用电池二阶RC等效模型：
Uk＝OCV(SOC,k)-ikRO-U1,k-U2,k+vk
其中，SOC为电池荷电状态，τ1＝R1C1，τ2＝R2C2，C1、R1、U1为第一并联电容和电阻及两端电压，C2、R2、U2为第二并联电容和电阻及两端电压，Δt为采样间隔，η为库伦效率，C为等效电容，R0为欧姆内阻，ik为电流值，ωk、vk分别代表影响系统输入和输出的随机噪声；
2)实时获取待测电池在充放电状态下模型中各个参数；
3)据电池充放电模型以及上述参数，建立离散空间状态方程和观测方程，估算所述待测电池的SOH值，具体为，
RO,k+1＝RO,k+rk
Uk＝OCV(Soc,k)-ikRO-U1,k-U2,k+ek
xk＝(Soc,k,U1,k,U2,k)T
其中，rk，ek分别为内阻增量和电压噪声；
将所述各个参数代入上述公式，可得到欧姆电阻的预测值，将其带入下式，即可得到电池的SOH值，
其中Ravg表示电池组中每个电池的平均欧姆电阻值；REOL是电池在寿命结束时的欧姆电阻值；kt作为校正系数，体现电池组在使用寿命期间老化程度，即电池组的内阻比原内阻上升的趋势；
4)根据各个电池单体的SOH值评估整个蓄电池SOH值；判断所述蓄电池SOH值是否大于阈值，若所述蓄电池SOH值大于等于所述阈值，认为该电池单体未老化，进行相应的充电操作；若所述SOH值小于所述阈值，则认为所评估电池老化，执行电池更换操作；
5)当蓄电池评估为未老化时，根据蓄电池中各个电池单体的SOH值，以及站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据预设的充电算法，对不同电池单体进行充电控制；或当蓄电池评估为老化时，控制充电站系统中电池更换设备，通知电池更换设备对蓄电池进行更换。
本发明的有益效果：
(1)从电池工作时可实时测量的表观数据(放电电压、放电电流、放电时间)出发，获得的电池健康状态估计方法具有参数易获取、普适通用、可实时应用的特性，易于嵌入电池管理系统估计电池的健康状态；
(2)结构简单，通用性高，易于实现，可靠性高；
(3)SOH评估精度高，迭代速度快，适合DSP处理器运算，不依赖于任何历史使用路径；
(4)SOH评估精度不依赖于电池的化学成分；
(5)使用PID算法切换减少系统执行程序的时间，提高系统的运行效率；通过PID算法实现电池更换设备的精确控制，提高电池更换的运行效率。
附图说明
图1为本发明的充电站系统框图；
图2为本发明的基于SOH值的蓄电池更换控制系统框图；
图3为本发明的一种基于SOH值进行电池更换方法的流程图；
图4为本发明的动力电池二阶RC等效模型；
图5为本发明的电池更换设备结构示意图；
图6为本发明的PID切换原理图；
图7为本发明的BMS电池管理单元与充电桩连接示意图；
具体实施方式
下面结合图1-7对本发明作进一步的说明。
一种SOH值电池更换的充电站系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备、电池更换设备、基于SOH值的蓄电池更换控制系统，
电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；
充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；
配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；
数据网络包括以太网和CAN总线；
监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；
监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控，
其中，所述基于SOH值的蓄电池更换控制系统，包括：
建模单元，用于建立电池充放电模型，该模型采用电池二阶RC等效模型：
Uk＝OCV(SOC,k)-ikRO-U1,k-U2,k+vk
其中，SOC为电池荷电状态，τ1＝R1C1，τ2＝R2C2，C1、R1、U1为第一并联电容和电阻及两端电压，C2、R2、U2为第二并联电容和电阻及两端电压，Δt为采样间隔，η为库伦效率，C为等效电容，R0为欧姆内阻，ik为电流值，ωk、vk分别代表影响系统输入和输出的随机噪声；
获取单元，用于实时获取待测电池在充放电状态下模型中各个参数；
计算单元，用于根据电池充放电模型以及上述参数，建立离散空间状态方程和观测方程，估算所述待测电池的SOH值，具体为，
RO,k+1＝RO,k+rk
Uk＝OCV(Soc,k)-ikRO-U1,k-U2,k+ek
xk＝(Soc,k,U1,k,U2,k)T
其中，rk，ek分别为内阻增量和电压噪声；
将所述各个参数代入上述公式，可得到欧姆电阻的预测值，将其带入下式，即可得到电池的SOH值，
其中Ravg表示电池组中每个电池的平均欧姆电阻值；REOL是电池在寿命结束时的欧姆电阻值；kt作为校正系数，体现电池组在使用寿命期间老化程度，即电池组的内阻比原内阻上升的趋势；
设置单元，设置判断蓄电池是否老化的阈值；
评估单元，根据各个电池单体的SOH值评估整个蓄电池SOH值；判断所述蓄电池SOH值是否大于阈值，若所述蓄电池SOH值大于等于所述阈值，认为该电池单体未老化，进行相应的充电操作；若所述SOH值小于所述阈值，则认为所评估电池老化，执行电池更换操作；
控制单元，与充电站系统中电池更换设备连接，当蓄电池评估为老化时，通知电池更换设备对蓄电池进行更换；
充放电管理单元，根据蓄电池中各个电池单体的SOH值，以及站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据预设的充电算法，对不同电池单体进行充电控制。
其中，根据IEEE 1188-1996标准，上述阈值选择80％。
其中，根据电池组中SOH值最小的电池单体，确定整个电池组的SOH值。
其中，电动汽车中BMS系统估算出电池组的健康状态(SOH)，并传送给储存器对数据进行处理，可以根据需要将电池的历史和实时状态通过传输模块传输给充电桩控制器，充电桩控制器根据该数据进行相应的控制。
其中，根据电池SOH值历史数据，比较前后两次SOH值是否大于某个设定值，以判断电池是否加速老化。
其中，当前的SOH值低于出厂值的SOH的80％，发出报警信号。
其中，电池更换设备要包括电池箱、电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人，电池更换设备采用后备箱换电方式，电动汽车进入换点位，后备箱打开并解锁旧电池箱，换电机器人定位旧电池箱，将电动汽车后备箱上的旧电池箱取出，放入传动机构的回收传送带，同时，堆垛机器人从电池充电架上取出新电池箱，放入传动机构的推送传送带，推送传送带将新电池箱传送给换电机器人，换电机器人定位新电池箱将新电池箱装入电动汽车的后备箱，实现换电操作，回收传送带将旧电池箱送到堆垛机器人处，堆垛机器人将旧电池箱放入电池充电架，进行充电；
电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人通过CAN现场总线网络与站控计算机通信；
电动汽车更换下来的电池箱，需要检测，判定性能是否退化，检测包括充电检测、使用检测以及电池盘点，充电检测包括对充电电压、充电电流、充电温度以及电池SOC在内的参数检测，使用检测包括对SOH状态、更换次数、行驶里程、更换时间在内的参数检测，电池盘点包括状态查询、寿命评估、电池重组、报废注销在内的操作，
堆垛机器人包括水平、垂直、伸缩三方向运行机构、载货台、电气装置；
换电机器人通过电磁吸头来对电池箱进行更换操作，包括台车、工装平台、轨道、货叉。
电池充电架为存储电池箱的立体支架，电池充电架使用标准连接器与电池箱进行连接，当换下的电池箱放入电池充电架后，充电机为待充电电池执行充电操作，电池充电架可完成对电池箱的存放、充电和监测功能，实时显示电池箱状态信息、就位状况等，电池架中配备烟雾传感器，用于监测电池箱的安全状态。
电池充电架与堆垛机器人共同构成了电池箱存储区，堆垛机器人通过立体运动实现电池充电架上电池箱的存取操作，完成换电工作；
堆垛机器人的控制采用PID切换的方式进行控制，产生精确的输出控制量，
输入值与输出反馈值进行运算得到输入误差值，同时对输入误差值进行模糊PID控制运算和固定参数PID控制运算，其中，模糊PID控制运算较固定参数PID多出了模糊运算模块，其对固定参数PID控制运算中的固定参数进行模糊化调节，输入误差值与选定的调节参数进行比较，当输入误差值大于调节参数时，切换开关选定模糊PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，从而使堆垛机器人的动作快速进入稳定状态；输入误差值小于调节参数时，认为堆垛机器人已经处于稳定状态，切换开关选定固定参数PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，减少系统执行程序的时间，提高系统的运行效率。
其中，PID控制算式具体为：
Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝Kp×[e(k)-e(k-1)]+Ki×e(k)+Kd×[e(k)-2×e(k-1)+e(k-2)]，
其中，u(k)：输出信号，Δu(k)：输出调节，e(k)：输入信号，Kp：比例增益，Ki：积分系数，Kd：微分系数。
其中，模糊运算模块包括知识库、模糊化模块、推理模块、解模糊化模块，
将模糊控制应用到堆垛机控制系统中，实现了堆垛机运行性能的优化，增加了堆垛机运行过程中的快速性与稳定性。
直流充电桩采用嵌入式系统，包括微控制器、触摸屏、温度传感器、湿度传感器、IC卡检测器、电表、指示灯、直流输出口、接触器、强制关闭开关、BMS电池管理单元，
接触器控制380V交流电输入的通断，电表连接至接触器的输出端，微控制器实时读取电表数据，对使用的电量进行计算，电表的输出端与直流输出口连接，微控制器通过CAN总线向直流输出口发送报文来控制其输出电压和电流，直流输出口直接与电动汽车的电池箱连接，对电池箱进行快速充电，BMS电池管理单元通过CAN总线将电池箱参数形成报文后发送至微控制器。微控制器接收到报文后，对报文进行解析，实时调整充电方式，充电过程中接触器由微控制器控制或者由强制关闭开关直接关闭，温度传感器和湿度传感器通过单总线方式和微控制器通信，将直流充电桩内温、湿度数据传送至微控制器，以此来判断充电桩是否安全运行，IC卡检测器检测用户的IC卡，允许用户通过触摸屏进入系统进行相应的包括充电、查询在内的交互操作，触摸屏与微控制器通过ModbusRTU协议通信，实时显示包括充电进程、电压、电流、温度、湿度、用户信息在内的数据，指示灯指示直流桩当前运行的状态。
电表固定安装在直流充电桩内部，位于接触器与直流输出口之间，之间不能接入任何与计量无关的设备，电表能够存储时间电能，其包括计量模块、主控单元、LCD显示、按键、存储器、通信模块。
BMS电池管理单元包括均衡保护管理模块、充放电管理模块、信号调理电路、选通保持电路、A/D转换器以及主控制器，
电压传感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器获得电池箱的电压、电流、温度信号以及湿度信号，信号调理电路对上述信号进行滤波、放大，去除信号中的噪声，并将信号放大到合理的区间，电池箱中有多个单体电池，多个单体电池的多个通道共用一个A/D转换器，在模拟输入通道中通过选通保持电路进行通道选通，实现各通道逐个、分时地被轮流接通，通过选通保持电路分时选择不同单体的电压、电流、温度信号输入A/D转换器，信号通过采样保持器保证采样到的是同一个单体同一时间的电压、电流、温度信号，采集到的所有信息存储并传输到主控制器(DSP)中进行比对分析计算，显示输出数据，同时根据需要计算出包括电池箱的SOC、SOH和电池内阻在内的数据，主控制器(DSP)根据上述计算结果，对电池箱进行充放电控制，主控制器(DSP)将采集到的电压、电流、温度数据通过CAN总线输送到充电桩控制器，并根据实际充电控制的需要，在充电桩控制器中完成相应的分析运算，得到电池箱SOC、SOH和电池内阻信息，进而控制充电桩对电池箱进行相应的充电操作。
其中，站控计算机对充电设备采用整体功率协调控制，具体为：
步骤1、充电设备执行功率分配前，先对所有电动汽车接入的充电设备的功率输出能力进行统计，得到充电设备输出总功率；
步骤2、读取电网功率阈值；
步骤3、充电设备输出总功率与电网功率阈值进行比较，如果电网功率阈值大于充电设备输出总功率，则可分配总功率为充电设备输出总功率，相当于无功率限制，充电设备在各自的能力范围内按照既定充电策略进行充电，如果充电设备输出总功率大于电网功率阈值，则可分配的总功率为电网功率阈值，即可分配总功率不超过电网调度的限定值；
步骤4、采集各个充电设备当前的包括输出功率、充电状态、是否有新车接入在内的信息，结合步骤3得出的可分配总功率制定分配策略，将分配的功率值下发至每一台充电设备；
步骤5，判断充电站内直至有新车加入或有车退出充电，如果是，则重新执行步骤1，如果否，则继续步骤4；
其中，步骤4的分配策略具体为站控计算机将依据电网功率阈值和充电设备输出总功率制定分配策略，具体包括如下步骤：
步骤4.1，读取可分配总功率；
在一个控制周期的初期，先采集电网的限定值PX和电动汽车接入的充电机功率值PJ，在执行分配时，分配功率值为Pset，Pset＝min(PX,PJ)；
步骤4.2，预测充电功率；
在计算出分配功率值Pset后，进行充电需求的统计预测，电动汽车在充电前预测其最大充电功率，对处于恒流充电阶段和新加入的电动汽车，其预测功率均为计算得出的最大充电功率，对处于恒压充电阶段的充电机，其预测功率为当前输出，统计预测功率需求将作为功率分配的依据；
步骤4.3，统计充电时间；
功率分配算法使用到已充电时间，对所有充电机的已充电时间进行统计；
步骤4.4，根据功率分配算法进行功率分配。
其中，步骤4.4的功率分配算法具体为：
步骤4.4.1，根据对充电机的已充电时间设置权重，
| 已充电时间 | 权重 |
| 0～t<sub>1</sub> | β<sub>1</sub> |
| t<sub>1</sub>～t<sub>2</sub> | β<sub>2</sub> |
| ＞t<sub>2</sub> | β<sub>3</sub> |
表1已充电时间与权重对应关系表
步骤4.4.2，初级分配，有m台充电设备处于恒流充电阶段，其充电需求均为预测的最大充电功率，有n台充电设备处于恒压充电阶段，其充电需求为当前输出的功率，则第i台电动汽车分配的初级分配功率值PF(i)为：
步骤4.4.3，当执行完步骤4.4.2分配后，如果电动汽车的功率分配功率值Pi超过其最大充电功率，则需要进行次级分配，将初级分配中存在的不能利用的冗余分配量，再次分配到还有增加功率分配空间的充电机中，次级分配将根据充电设备还可提升的空间按比例分配，二次分配的增量ΔPM(i)如下所示：
ΔPM(i)＝PM(i)-PF(i) (PM(i)<PF(i))，
(PM(i)＞PF(i))，
ΔPM(i)＝0 (PM(i)＝PF(i))，
其中，PM(i)：第i台电动汽车的充电机功率值，β(i)：第i台电动汽车的权重，β(i)为β1、β2或β3，PS：冗余功率值，
整体功率协调控制作为一种有效的功率分配手段，在充电站消耗总功率被限制的情况下，一方面同一时间能为更多的用户提供服务，另一方面充电功率尽可能地被利用，创造更多的经济价值，保证尽可能多的充电设备处于工作状态，减少等待电动汽车的数量，充电站将电网调度部门发送的功率较为合理分配至每一台充电设备。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种SOH值电池更换的充电站系统，包括电力设备、监控管理工作站、交易管理系统、配电网络、数据网络、充电设备、换电设备、监测设备、电池更换设备、基于SOH值的蓄电池更换控制系统；
其中，所述基于SOH值的蓄电池更换控制系统，包括：
建模单元，用于建立电池充放电模型；
获取单元，用于实时获取待测电池在充放电状态下模型中各个参数；
计算单元，用于根据电池充放电模型以及上述参数，建立离散空间状态方程和观测方程，估算所述待测电池的SOH值；
设置单元，设置判断蓄电池是否老化的阈值；
评估单元，根据各个电池单体的SOH值评估整个蓄电池SOH值；判断所述蓄电池SOH值是否大于阈值，若所述蓄电池SOH值大于等于所述阈值，认为该电池单体未老化，进行相应的充电操作；若所述SOH值小于所述阈值，则认为所评估电池老化，执行电池更换操作；
控制单元，与充电站系统中电池更换设备连接，当蓄电池评估为老化时，通知电池更换设备对蓄电池进行更换；
充放电管理单元，根据蓄电池中各个电池单体的SOH值，以及站控计算机对充电设备整体功率协调控制结果，根据预设的充电算法，对不同电池单体进行充电控制。
2.根据权利要求1所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：所述模型为电池二阶RC等效模型：
Uk＝OCV(SOC,k)-ikRO-U1,k-U2,k+vk
其中，SOC为电池荷电状态，τ1＝R1C1，τ2＝R2C2，C1、R1、U1为第一并联电容和电阻及两端电压，C2、R2、U2为第二并联电容和电阻及两端电压，Δt为采样间隔，η为库伦效率，C为等效电容，R0为欧姆内阻，ik为电流值，ωk、vk分别代表影响系统输入和输出的随机噪声。
3.根据权利要求2所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：计算单元中所述估算所述待测电池的SOH值，具体为，
RO,k+1＝RO,k+rk
Uk＝OCV(Soc,k)-ikRO-U1,k-U2,k+ek
xk＝(Soc,k,U1,k,U2,k)T
其中，rk，ek分别为内阻增量和电压噪声；
将所述各个参数代入上述公式，可得到欧姆电阻的预测值，将其带入下式，即可得到电池的SOH值，
其中Ravg表示电池组中每个电池的平均欧姆电阻值；REOL是电池在寿命结束时的欧姆电阻值；kt作为校正系数，体现电池组在使用寿命期间老化程度，即电池组的内阻比原内阻上升的趋势。
4.根据权利要求1所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：根据IEEE1188-1996标准，上述阈值选择80％。
5.根据权利要求1所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：根据电池SOH值历史数据，比较前后两次SOH值是否大于某个设定值，以判断电池是否加速老化。
6.根据权利要求1所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：所述电力设备包括光伏设备、火力发电站、风力发电站；
所述充电设备包括直流充电桩、交流充电桩；
所述配电网络包高压电网、低压电网、直流母线、高压配电柜、配电变压器、低压配电柜；
所述数据网络包括以太网和CAN总线；
所述监测设备包括摄像机、烟感传感器、红外传感器；
所述监控管理工作站通过以太网与站控计算机连接，站控计算机通过监测设备对电力设备、配电网络和充电设备进行监控。
7.根据权利要求1所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：电池更换设备要包括电池箱、电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人，电池更换设备采用后备箱换电方式，电池充电架、换电机器人、传动机构和堆垛机器人通过CAN现场总线网络与站控计算机通信，堆垛机器人的控制采用PID切换的方式进行控制，产生精确的输出控制量，输入值与输出反馈值进行运算得到输入误差值，同时对输入误差值进行模糊PID控制运算和固定参数PID控制运算，其中，模糊PID控制运算较固定参数PID多出了模糊运算模块，其对固定参数PID控制运算中的固定参数进行模糊化调节，输入误差值与选定的调节参数进行比较，当输入误差值大于调节参数时，切换开关选定模糊PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值，从而使堆垛机器人的动作快速进入稳定状态；输入误差值小于调节参数时，认为堆垛机器人已经处于稳定状态，切换开关选定固定参数PID控制的输出值作为堆垛机器人的输出控制值。
8.根据权利要求7所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：电动汽车进入换点位，后备箱打开并解锁旧电池箱，换电机器人定位旧电池箱，将电动汽车后备箱上的旧电池箱取出，放入传动机构的回收传送带，同时，堆垛机器人从电池充电架上取出新电池箱，放入传动机构的推送传送带，推送传送带将新电池箱传送给换电机器人，换电机器人定位新电池箱将新电池箱装入电动汽车的后备箱，实现换电操作，回收传送带将旧电池箱送到堆垛机器人处，堆垛机器人将旧电池箱放入电池充电架，进行充电。
9.根据权利要求7所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：堆垛机器人包括水平、垂直、伸缩三方向运行机构、载货台、电气装置；换电机器人通过电磁吸头来对电池箱进行更换操作，包括台车、工装平台、轨道、货叉；电池充电架为存储电池箱的立体支架，电池充电架使用标准连接器与电池箱进行连接，当换下的电池箱放入电池充电架后，充电机为待充电电池执行充电操作，电池充电架可完成对电池箱的存放、充电和监测功能，实时显示电池箱状态信息、就位状况等，电池架中配备烟雾传感器，用于监测电池箱的安全状态。
10.根据权利要求7所述的一种SOH值电池更换的充电站系统，其特征在于：PID控制算式具体为：
Δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝Kp×[e(k)-e(k-1)]+Ki×e(k)+Kd×[e(k)-2×e(k-1)+e(k-2)]，其中，u(k)：输出信号，Δu(k)：输出调节，e(k)：输入信号，Kp：比例增益，Ki：积分系数，Kd：微分系数；其中，模糊运算模块包括知识库、模糊化模块、推理模块、解模糊化模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810892833.1A CN109066849A (zh) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | 一种soh值电池更换的充电站系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810892833.1A CN109066849A (zh) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | 一种soh值电池更换的充电站系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109066849A true CN109066849A (zh) | 2018-12-21 |
Family
ID=64678658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810892833.1A Withdrawn CN109066849A (zh) | 2018-08-07 | 2018-08-07 | 一种soh值电池更换的充电站系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109066849A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109927575A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-25 | 福建工程学院 | 一种用于直流充电桩的电池性能检测方法 |
| CN110018419A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-16 | 深圳猛犸电动科技有限公司 | 锂离子电池的soc与soh联合估计方法、装置及终端设备 |
| CN111806284A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-10-23 | 博众精工科技股份有限公司 | 充换电站的智能充电方法及装置 |
| CN114791993A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-07-26 | 江苏大学 | 一种动力电池组soh预测方法及系统 |
| CN117533272A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 河南新科起重机股份有限公司 | 一种基于机器视觉的重卡电池自动更换系统及方法 |
-
2018
- 2018-08-07 CN CN201810892833.1A patent/CN109066849A/zh not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109927575A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-25 | 福建工程学院 | 一种用于直流充电桩的电池性能检测方法 |
| CN110018419A (zh) * | 2019-03-29 | 2019-07-16 | 深圳猛犸电动科技有限公司 | 锂离子电池的soc与soh联合估计方法、装置及终端设备 |
| CN111806284A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-10-23 | 博众精工科技股份有限公司 | 充换电站的智能充电方法及装置 |
| CN111806284B (zh) * | 2020-07-21 | 2021-12-07 | 博众精工科技股份有限公司 | 充换电站的智能充电方法及装置 |
| CN114791993A (zh) * | 2022-05-16 | 2022-07-26 | 江苏大学 | 一种动力电池组soh预测方法及系统 |
| CN114791993B (zh) * | 2022-05-16 | 2022-11-11 | 江苏大学 | 一种动力电池组soh预测方法及系统 |
| CN117533272A (zh) * | 2024-01-09 | 2024-02-09 | 河南新科起重机股份有限公司 | 一种基于机器视觉的重卡电池自动更换系统及方法 |
| CN117533272B (zh) * | 2024-01-09 | 2024-03-22 | 河南新科起重机股份有限公司 | 一种基于机器视觉的重卡电池自动更换系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109066849A (zh) | 一种soh值电池更换的充电站系统 | |
| CN102231546B (zh) | 具有均衡充放电功能的电池管理系统及其控制方法 | |
| CN102918411B (zh) | 充电状态推定装置 | |
| CN108879876A (zh) | 一种基于pid控制电池更换的充电站系统 | |
| CN108879875A (zh) | 一种电池荷电状态充电控制的充电桩系统 | |
| CN202696179U (zh) | 一种电池管理系统 | |
| CN104535934B (zh) | 在线前馈补偿的动力电池电荷状态估计方法与系统 | |
| CN109061520A (zh) | 一种动力电池健康与功率状态在线估算方法及系统 | |
| CN109159684A (zh) | 一种电池健康状态电池更换的充电站系统 | |
| CN101860056A (zh) | 一种基于Map模型的动力锂电池组均衡管理系统 | |
| CN106451592A (zh) | 电池充放电的控制方法、电池充放电的控制设备和电动车 | |
| CN104316879B (zh) | 一种铅酸蓄电池组寿命的预测方法 | |
| CN104635165A (zh) | 一种光电互补供电系统蓄电池剩余电量的准确估算方法 | |
| CN109459699A (zh) | 一种锂离子动力电池soc实时监测方法 | |
| CN101783518A (zh) | 一种电池管理器及使用方法 | |
| CN109017389A (zh) | 一种电池组均衡控制的充电桩系统 | |
| CN106340689A (zh) | 一种电池组系统容量自学习的方法 | |
| CN102412606A (zh) | 一种充电控制器及其控制方法 | |
| CN109991554A (zh) | 一种电池电量检测方法、装置及终端设备 | |
| CN202111502U (zh) | 一种具有均衡充放电功能的电池管理装置 | |
| CN107769335A (zh) | 一种多模式锂电池智能充电管理方法及装置 | |
| CN106998086A (zh) | 兆瓦级储能电站电池管理方法及其系统 | |
| CN116632983A (zh) | 一种适用于户外储能电源的充放电控制系统 | |
| CN107045104A (zh) | 一种钛酸锂电池容量的在线估计方法 | |
| CN112180281B (zh) | 一种电池组soc的估算方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181221 |
|
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |