CN109116255A - 一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法，其步骤如下：检测蓄电池的总电压，先预判该蓄电池的电压等级和单体电池数量；在一个周期内连续、等间隔地检测该蓄电池的总电压，并记录；当电压最大值与最小值的差＞1.5时，则该蓄电池有较大的电压波动；重复且循环采集各个周期内的电压数据；根据所有周期中电压平均值的最大值、电压最大值的最大值、电压最小值的最小值判断该蓄电池的充放电状态。本发明只需要采集蓄电池的电压数据，即可准确地判断出蓄电池的充放电工作状态，不需要额外增加电流传感器，有利于提高蓄电池的使用寿命，并节约了运营成本。

Description

一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法

技术领域

本发明属于蓄电池技术领域，具体涉及一种蓄电池充放电状态的判断方法。

背景技术

电动叉车的铅酸蓄电池使用寿命与充放电循环次数以及是否规范充放电有密切关系，因此应当在铅酸蓄电池的电量使用到一定程度后才充电，并且在充电时尽量充满电再使用，不应该在使用过程中随用随充，以保证蓄电池的使用寿命。

另外，对蓄电池的充放电情况进行统计分析，有利于了解蓄电池的使用状况，从而规范蓄电池的使用过程，以延长蓄电池的使用寿命。目前，蓄电池充放电状态的判断方法，主要是通过在蓄电池的电源输出线端加装电流传感器来获取蓄电池的充放电电流大小和方向，根据电流传感器采集到的蓄电池的工作输出电流来判断，电流为正则判断为放电状态，为负则判断为充电状态，电流为零则判断为闲置状态。该方案虽然简单可行，但电流传感器成本较高，在电动叉车领域市场接受度不高。

发明内容

本发明正是基于上述技术问题，提出了一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法，不需要增加电流传感器，直接根据蓄电池总电压的变化情况来判断其充放电状态。

为实现上述目的，本发明采用的解决方案是：

一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法，其步骤如下：

(1)检测蓄电池的总电压，并据此预判该蓄电池的电压等级和单体电池数量N；

(2)在一个周期内连续、等间隔地检测该蓄电池的总电压，并记录为V[i][j]，其中i表示第i个周期,j表示第i周期内第j次检测，其中i＝1,2,3……,m,j＝1,2,3……,n，m表示检测总周期数，n表示一个周期内的总检测频次；然后计算出其中电压最大值Vmax_i、电压最小值Vmin_i与电压平均值Vaver_i；

(3)当Vmax_i-Vmin_i＞1.5时，则该蓄电池有较大的电压波动，记为state[i]＝1；否则记为state[i]＝0；

(4)重复步骤(2)、(3)，循环采集总计m个周期内所有的电压数据，并计算各个周期内电压的最大值、最小值、平均值及state[i]值；

(5)计算所有周期中电压平均值的最大值记为V_平、电压最大值的最大值记为Vmax，电压最小值的最小值记为Vmin；

(6)当V_平＞2.5*N时，则表明单体电池的电压超过2.5V，则判断该蓄电池为充电状态；当V_平≤2.5*N，并且∑state[i]≥1，则判定该蓄电池为工作状态；当∑state[i]＝0，且Vmax-Vmin＜0.2，则判定该蓄电池为闲置状态；当Vmax-Vmin≥0.2，且Vaver_m-Vaver_1＞0.2，则判定该蓄电池处于充电的第一阶段。

进一步方案，步骤(2)中所述的等间隔地检测是指每间隔时间为1-5秒进行检测一次。

进一步方案，所述蓄电池为铅酸蓄电池，其是由12节、24节或40节标准单体电池串联而成的规格为24V、48V或80V的蓄电池组。

更进一步方案，所述单体电池的额定电压为2V，其使用过程中电压范围为2.15V-1.7V，充电过程中电压范围为2-2.75V。

更进一步方案，所述铅酸蓄电池的充电过程分为四个阶段，分别为S1、S2、S3、S4；其中S1阶段中电压逐步升高，直至单体电池的电压达到2.5V左右；S2阶段中电压快速升高到2.65V；S3阶段为脉动充电，电压波动；S4阶段为平缓期，在S2、S3、S4阶段电池单体的电压均高于2.5V。

铅酸蓄电池的充电过程分为四个阶段，分别为S1、S2、S3、S4；其中S1阶段电压逐步升高，直至单体电池的电压达到2.5V左右，可根据电压逐步升高的特性判断出是否处于充电过程；在S2、S3、S4阶段电池的单体电池电压一直高于2.5V，并且只有在电池充电阶段才会出现单体电池电压高于2.5V的情况，因此可根据单体电池电压高于2.5V判断出电池处于充电阶段。S3阶段为脉动充电，也会出现电压波动，但此时单体电池电压高于2.5V，虽然有电压波动，应当判定为充电状态，而不是放电状态。

本发明主要是针对自身没有BMS的铅酸蓄电池应用的，通过采集铅酸蓄电池的总电压，结合蓄电池单体电压额定值为2V，因此可以根据蓄电池组的总电压值判断出蓄电池的规格和单体数量，从而可计算出当前时刻的电池单体电压，用于充放电状态算法的计算。即在使用过程中电池满电和亏电的最高最低电压分别约为2.15V和1.7V，充电过程中电压波动范围为2-2.75V之间；电动叉车用的铅酸蓄电池为12节、24节、40节标准单体电池串联而形成规格为24V、48V、80V的蓄电池组，可以判定出蓄电池的规格为24V、48V、80V的某一种，用于充放电状态的判断依据之一；然后按一定周期，采集并记录蓄电池的总电压；并对这些电压数据进行多次分析以判定蓄电池的充放电状态。

另外，铅酸蓄电池放电过程中在负载变化时会出现电压波动，且波动值较大，而电动叉车在正常使用工况下，在叉车启停、货物举升过程中均会导致电池的负载发生变化而出现电压波动；

本发明只需要采集蓄电池的电压数据，利用本发明的判断方法，即可准确地判断出蓄电池的充放电工作状态，不需要额外增加电流传感器，成本低、易于实现。结合数据存储技术自动记录蓄电池的充放电记录，可以分析蓄电池使用过程是否规范，有利于提高蓄电池的使用寿命。

本发明综合考虑了电动叉车使用的电池规格、具体工况下电池电压变化特性等因素，不需要采用常规方案的电流传感器即可准确判定出电池的充放电状态，从而可以结合电池的充放电记录对蓄电池进行规范使用管理和有效地日常维护，延长蓄电池的使用寿命，提高叉车综合运营效率。

附图说明

图1为本发明中铅酸蓄电池单体电池在充电过程中电压和电流随充电时间变化；

图2为本发明中铅酸蓄电池单体从满电状态开始的放电时，单体电池的电压随时间变化；

图3为本发明中判断流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法，其步骤如下(如图3所示)：

(1)检测铅酸蓄电池的总电压，并据此预判该蓄电池的电压等级和单体电池数量N；

若20<V<33，则N＝12，表示是24V的铅酸蓄电池组；若40<V<60，则N＝24，表示是48V的铅酸蓄电池组；若70<V<100，则N＝40，表示是80V的铅酸蓄电池组；

(2)在一个周期内连续、每间隔时间为1-5秒检测一次该蓄电池的总电压，并记录为V[i][j]，其中i表示第i个周期,j表示第i周期内第j次检测，其中i＝1,2,3……,m,j＝1,2,3……,n，m表示检测总周期数，n表示一个周期内的总检测频次；然后计算出其中电压最大值Vmax_i、电压最小值Vmin_i与电压平均值Vaver_i；

如以1分钟为一个周期计，一般选择10个周期，则m＝10；按1分钟内每隔2秒检测一次，则一个周期总检测频次n＝30。

(3)当Vmax_i-Vmin_i＞1.5时，则该蓄电池有较大的电压波动，记为state[i]＝1；否则记为state[i]＝0；

(4)重复步骤(2)、(3)，循环采集总计m个周期内所有的电压数据，并计算各个周期内电压的最大值、最小值、平均值及state[i]值；

(5)计算所有周期中电压平均值的最大值记为V_平、电压最大值的最大值记为Vmax，电压最小值的最小值记为Vmin；

(6)当V_平＞2.5*N时，则表明单体电池的电压超过2.5V，则判断该蓄电池为充电状态；当V_平≤2.5*N，并且∑state[i]≥1，则判定该蓄电池为工作状态；当∑state[i]＝0，且Vmax-Vmin＜0.2，则判定该蓄电池为闲置状态；当Vmax-Vmin≥0.2，且Vaver_m-Vaver_1＞0.2，则判定该蓄电池处于充电的第一阶段。

进一步方案，所述蓄电池为铅酸蓄电池，其是由12节、24节或40节标准单体电池串联而成的规格为24V、48V或80V的蓄电池组，其单体电池的额定电压为2V，其使用过程中电压范围为2.15V-1.7V(如图2所示)，充电过程中电压范围为2-2.75V。

更进一步方案，所述铅酸蓄电池的充电过程分为四个阶段(如图1所示)，分别为S1、S2、S3、S4；其中S1阶段中电压逐步升高，直至单体电池的电压达到2.5V左右；S2阶段中电压快速升高到2.65V；S3阶段为脉动充电，电压波动；S4阶段为平缓期，在S2、S3、S4阶段电池单体的电压均高于2.5V。

实施例2：

以48V铅酸蓄电池的充放电状态判断进行举例说明：

(1)先采集1次铅酸蓄电池的总电压V＝51.2V；因40<V<60，则铅酸蓄电池中单体电池的数量N＝24；

(2)设定一个周期时间为1分钟，每2秒采集一次铅酸蓄电池的电压数据，则1分钟内的所有电压数据为：[51.2,49.5,48.7,50.9,50.4,51.2,51.5,49.2,49.2,48.3,48.2,48.1,49.1,49.0,48.8,51.5,51.4,51.4,51.3,51.3,51.2,51.5,49.2,48.2,48.3,48.2,48.6,49.1,51.3,51.3]存入数组V[1][30]，则计算第一个周期内的电压最大值Vmax_1＝51.5、最小值Vmin_1＝48.1、平均值Vaver_1＝49.9；

(3)进行第一周期内的状态初判，Vmax_1-Vmin_1＝3.4＞1.5，说明该铅酸蓄电池在这一分钟内有较大的电压波动，记录第一个周期的state[1]＝1；那么可以初判该铅酸蓄电池处于工作状态或者是处于充电状态的S3阶段，具体为哪一状态，需要结合单体电压是否大于2.5V来判断；

(4)重复上述步骤(2)、(3)，循环采集10分钟内的电压数据，且每一分钟内的电压数值做相同的数据处理和初步判断；

(5)10分钟结束后，取10分钟内的电压平均值的最大值作为这10分钟内电压最大值，记为V_平＝50.2；取10分钟内的电压最大值的最大值作为总的最大值Vmax＝51.5，取10分钟内的电压最小值的最小值作为总的最小值Vmin＝48.0；

(6)因V_平＝50.2，N＝24，故V_平≤2.5*N，又因∑state[i]≥1，因此可以判定该铅酸蓄电池状态为工作状态。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过采集记录蓄电池总电压，结合电动叉车的工况特性和蓄电池的充放电曲线特性，通过多次分析判断可以准确判定出蓄电池在一段时间内的充放电状态。

Claims (5)

1.一种基于电压的蓄电池充放电状态判断方法，其特征在于：其步骤如下：

(1)检测蓄电池的总电压，并据此预判该蓄电池的电压等级和单体电池数量N；

(2)在一个周期内连续、等间隔地检测该蓄电池的总电压，并记录为V[i][j]，其中i表示第i个周期,j表示第i周期内第j次检测，其中i＝1,2,3……,m,j＝1,2,3……,n，m表示检测总周期数，n表示一个周期内的总检测频次；然后计算出其中电压最大值Vmax_i、电压最小值Vmin_i与电压平均值Vaver_i；

(3)当Vmax_i-Vmin_i＞1.5时，则该蓄电池有较大的电压波动，记为state[i]＝1；否则记为state[i]＝0；

(4)重复步骤(2)、(3)，循环采集总计m个周期内所有的电压数据，并计算各个周期内电压的最大值、最小值、平均值及state[i]值；

(5)计算所有周期中电压平均值的最大值记为V_平、电压最大值的最大值记为Vmax，电压最小值的最小值记为Vmin；

(6)当V_平＞2.5*N时，则表明单体电池的电压超过2.5V，则判断该蓄电池为充电状态；当V_平≤2.5*N，并且∑state[i]≥1，则判定该蓄电池为工作状态；当∑state[i]＝0，且Vmax-Vmin＜0.2，则判定该蓄电池为闲置状态；当Vmax-Vmin≥0.2，且Vaver_m-Vaver_1＞0.2，则判定该蓄电池处于充电的第一阶段。

2.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于：步骤(2)中所述的等间隔地检测是指每间隔时间为1-5秒进行检测一次。

3.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于：所述蓄电池为铅酸蓄电池，其是由12节、24节或40节标准单体电池串联而成的规格为24V、48V或80V的蓄电池组。

4.根据权利要求3所述的判断方法，其特征在于：所述单体电池的额定电压为2V，其使用过程中电压范围为2.15V-1.7V，充电过程中电压范围为2-2.75V。

5.根据权利要求3所述的判断方法，其特征在于：所述铅酸蓄电池的充电过程分为四个阶段，分别为S1、S2、S3、S4；其中S1阶段中电压逐步升高，直至单体电池的电压达到2.5V左右；S2阶段中电压快速升高到2.65V；S3阶段为脉动充电，电压波动；S4阶段为平缓期，在S2、S3、S4阶段电池单体的电压均高于2.5V。