CN109298349A - 一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，包括：蓄电池状态监控初始化，判断点火开关的ON档是否开启；当点火开关的ON档启动时，采样记录ON档启动前电压、ON档启动的蓄电池瞬间电压和ON档启动后的蓄电池电压；当点火开关的ON档未开启时，采样记录点火开关的OFF档稳定后的单体蓄电池的电压；判断步骤二中记录的单体蓄电池的电压是否大于约定值，若结果是否定的，转向步骤二，否则转向步骤四；对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的端电压；对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的电池容量，若电池容量大于标称值，则完成在线维护，否则，报废该单体蓄电池。

Description

一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法

技术领域

本发明属于新能源汽车技术领域，具体涉及一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法。

背景技术

随着汽车的日益普及和广泛使用，汽车的舒适、便利及安全性成为用户越来越关注的问题。车内舒适性设备的自动启动，对蓄电池电量实时监控提出了迫切的需求。同时，随着客户对车质量期望值越来越高，并且车辆保有量的增加，城市堵车等情况时常发生，用户也希望有车载设备对蓄电池的容量和寿命给予监控并在一定的情况下提出预警。

当前在市场上销售的大部分车辆，其电源系统的平衡是在设计初期根据其车上设备的用电情况、发电机的发电能力、预先设置的常用工况以及蓄电池总体容量情况事先匹配好的总体平衡，为防止特殊情况的发生，一般会留有一定余量，造成一定的浪费。同时，在某些极端情况，例如恶劣天气长时间堵车等，会破坏整体的电平衡造成车辆熄火后再次启动困难，甚至损坏蓄电池，给用户带来不必要的安全风险和经济损失。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法。

技术方案：本发明所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，包括如下步骤：

步骤一、蓄电池状态监控初始化，判断点火开关的 ON 档是否开启；

步骤二、当点火开关的 ON 档启动时，采样记录 ON 档启动前电压、ON 档启动的蓄电池瞬间电压和 ON 档启动后的蓄电池电压；当点火开关的 ON 档未开启时，采样记录点火开关的 OFF 档稳定后的单体蓄电池的电压。

步骤三、判断步骤二中记录的单体蓄电池的电压是否大于约定值，若结果是否定的，转向步骤二，否则转向步骤四；

步骤四、对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的端电压，若所述的端电压还没有达到约定值，则直接报废；

步骤五、对蓄电池的电池容量进行检测，若电池容量大于标称容量值，则完成在线维护， 否则转向步骤六；

步骤六、对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的电池容量，若电池容量大于标称值，则完成在线维护，否则，报废该单体蓄电池。

进一步的，所述步骤二当点火开关的 ON 档启动时，进行启动瞬间判断，当是启动瞬间时进行启动瞬间蓄电池电压采样，当不是启动瞬间时 ；判断发动机转速信号是否存在，当发动机转速信号存在时，进行启动后的电压采样，当发动机转速不存在时，采样熄火后的蓄电池采样电压。

进一步的，所述采样熄火后的蓄电池采样电压后的步骤为：取 N 个周期平均值，进行电压数据处理，记录熄火后的电压数据记录，判断各状态中蓄电池电压值是否低于记录中的下限或高于上限。

进一步的，所述步骤四和步骤六中对蓄电池进行修复采用向蓄电池的两极之间发送修复脉冲信号的方式进行修复；所述的修复脉冲信号的频率为 8KHz-9KHz，脉冲峰值幅度为蓄电池标 称电压的 2.5-3 倍；向蓄电池的两极之间发送修复脉冲信号采用间断方式，发送 3 分钟，停 止 1 分钟，在停止发送脉冲信号时检测蓄电池两端的电压，根据检测到的蓄电池电压情况， 调整修复脉冲信号占空比，在蓄电池两端电压由低至高时，调整修复脉冲信号的占空比从 99% 下降到 10%。

进一步的，所述修复脉冲信号的频率为 8.3KHz。

进一步的，所述步骤四和步骤六中对蓄电池进行修复采用向蓄电池的两极之间发送修复脉冲信号的时间为 2 至 7 天。

进一步的，所述步骤五和步骤六中按下列步骤检测蓄电池的电池容量：

A、对蓄电池充电，使蓄电池充满；

B、采用恒流（I）放电放空蓄电池的电量，计时（T）；

C、计算计时（T）与恒流（I）的乘积为电池容量 ；

D、对放空电量并经过检测符合运行条件的单体蓄电池进行在线单体充满电量使其重新参与运行。

进一步的，所述恒流（I）的数值为标称容量的十分之一。

有益效果：本发明通过低成本实现实时快速监控蓄电池电压和电量，方便车载舒适性设备自启动，判断蓄电池寿命，提醒用户及时更换蓄电池，避免由于蓄电池损坏给客户带来不能启动车辆，特别是在行驶中熄火后不能再次启动车辆带来的不便和危险性。既从舒适、便利及安全的角度提升了用户的驾乘体验，又成本低廉，便于在车上预装或改制。同时通过远程监控平台对被管辖的电池组的单体电池状态作出判断，并自动切换到相应的模块进行作业，使繁杂的修复过程变得简单，节约人力，提高效率。

附图说明

图1为本发明整体监控原理图；

图2为本发明的单体电池修复切换的连接图；

图3为本发明的修复模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，包括如下步骤：

步骤一、蓄电池状态监控初始化，判断点火开关的 ON 档是否开启；直接来自蓄电池的电称为 30 电，通过点火开关的电称为 ACC 和 ON 档电 ( 后面简称为 ACC 档电 /ON 档电)。当断开或者更换蓄电池时，系统自动复位，恢复为默认值 ；当系统接通30电，系统初始化，相关的参数回复默认值。本发明中当检测到 ON 档及 ACC 档未接通时，判断为 OFF档位，此时采样的电压为 OFF 档电压 ；当检测到 ON 档和 ACC 档同时接通又断开一路时，即视为启动中状态，此时采样电压为启动档电压 ；当检测到有转速信号存在的时候，即判断为启动 后状态，此时，发电机以及开始发电。

步骤二、当点火开关的 ON 档启动时，采样记录 ON 档启动前电压、ON 档启动的蓄电池瞬间电压和 ON 档启动后的蓄电池电压；具体步骤为：当点火开关的 ON 档启动时，进行启动瞬间判断，当是启动瞬间时进行启动瞬间蓄电池电压采样；当不是启动瞬间时，判断发动机转速信号是否存在，当发动机转速信号存在时，进行启动后的电压采样，当发动机转速不存在时，采样熄火后的蓄电池采样电压，采样熄火后的蓄电池采样电压后，取 N 个周期平均值，进行电压数据处理，记录熄火后的电压数据记录，判断各状态中蓄电池电压值是否低于 记录中的下限或高于上限。

当点火开关的 ON 档未开启时，采样记录点火开关的 OFF 档稳定后的单体蓄电池的电压。

步骤三、判断步骤二中记录的单体蓄电池的电压是否大于约定值，若结果是否定的，转向步骤二，否则转向步骤四；

步骤四、对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的端电压，若所述的端电压还没有达到约定值，则直接报废；

步骤五、对蓄电池的电池容量进行检测，若电池容量大于标称容量值，则完成在线维护， 否则转向步骤六；

步骤六、对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的电池容量，若电池容量大于标称值，则完成在线维护，否则，报废该单体蓄电池。

如图2和图3所示，为本发明的单体电池在线维护设备结构示意图。包括充电模块1、检测模块2、修复模块3和恒流源6，还包括切换控制模块 7 和开关矩阵 4。切换控制模块7 包括与检测模块 2 连接的检测信号输入口，分别与充电模块 1、修复模块 3 和开关矩阵 4 控制信号输入端连接的控制信号输出口；将所述的信号输入口输入的检测模块 2 的检测信息与设定的相应信息进行比较的比较电路；根据所述的比较电路的比较结果控制输出信号输出的处理器电路。开关矩阵 4 是一种双刀三掷的开关，在控制信号的控制下，这里控制信号就是由切换控制模块 7 发出的信号，可以分别将充电模块 1，检测模块 2 和修复模块 3 与被修复的蓄电池 5 相连，分别完成充电、检测或者修复工作。

本实施例中充电模块 1 的电源输入端与恒流源 6 相连，其输出端通过开关矩阵4与被修复的蓄电池 5 相连 ；充电模块 1 为蓄电池充电，在切换控制模块 7 的控制下，开关矩阵 4 将充电模块 1 与蓄电池相接，利用恒流源 6 为蓄电池 5 充电。

所述的检测模块2的检测信号输入端通过所述的开关矩阵4接所述的蓄电池5，其检测结果输出端与所述的切换控制模块7相连 ；检测模块2检测电池的容量和端电压，检测结果通过输出端口接切换控制模块7，切换控制模块7根据检测结果确定开关矩阵4接通什么模块与蓄电池 5 相连。

修复模块 3 通过开关矩阵 4 接所述的蓄电池 5，修复模块 3 在切换控制模块7 的控 制下对蓄电池 5 进行修复。

切换控制模块7与所述的开关矩阵4，根据所述的检测模块2的检测结果控制所述的开关矩阵 4。

下面以修复模块为例说明其工作流程 ：如图 3，修复模块的电路原理如图3 所示：修复模块包括脉宽信号产生电路、脉冲开关电路、恒流源 ；脉宽信号产生电路产生的脉宽:信号输入到脉冲开关电路，脉冲开关电路设置在恒流源与被修复的蓄电池两极之间。脉冲 开关电路包括电阻 R103、电阻 R104、电阻 R105、电阻 R106、电阻 R107、开关管 V101、三极管 V102、三极管 V103、三极管 V104、稳压二极管 D101、二极管 D102 和电容 C101。脉宽信号通过电阻 R106 接三极管 V104 的基极，三极管 V104 的发射极接地，三极 管V104 的集电极通过电容 C101 接开关管 V101 的栅极。

开关管 V101 的源极接所述的恒流源，开关管 V101 的漏极通过二极管 D102 接被修 复的电池的正极，被修复的电池的负极接地 ；二极管 D102 的阳极接开关管 V101的漏极 ；在 开关管 V101 的源、漏极之间设置稳压二极管 D101。

三极管 V102 的发射极和集电极分别与开关管 V101 的源、漏极相连，三极管V102 的基极通过电阻 R104 接三极管 V103 的集电极，三极管 V103 的发射极通过电阻R105 接脉 宽信号，三极管 V103 的基极接高电平。

修复模块的一般工作流程 ：当单片机接收到启动信号时开始运行，被修复电池 5的电压信号通过与精密电压基准电路送进来的基准电压作比较，准确检测到被修复电 池5 的电压变化，根据该电压的变化，从单片机生成一个周期为 120uS，幅值 5V，占空比由10%~99% 变化的振荡脉冲方波，从 PWM 驱动端口输出，当振荡脉冲为高电平时送至三极管V104 的基极，通过三极管 V104 发射极对地使三极管 V104 深度饱和，此时，三极管 V104的 集电极电位约 4.4V。恒流源把 AC-DC POWER 输出的电流恒定在 0.1C10(A)，经过 5V稳压二 极管管 D101、电阻 R109 到三极管 V104 的集电极，稳压管 D101 处于反向击穿稳压状态，给 开关管 V101 形成了 5V 正向偏置使其导通。由于作为开关管 V101 的TMOS 管 G 极和 S 极有 2000pF 左右的结电容，为了克服结电容形成的过渡过程时间上的延迟，导致开关管 V101 在 放大状态停留过长而增加开关管 V101 的管耗，与电阻R103 并联电容 C101 是加速电容，使 开关管 V101 在迅速导通。V101 导通期间，电流通过 D102 向被修复电池 5 充电。反之，单 片机输出振荡脉冲为低电平时，三极管 V104 转入截止，三极管 V103 通过电阻 R105 使三极 管 V103 的发射极处于低电平，而其基极处于 +5V，使三极管 V103 饱和导通，三极管 V103 的 集电极约 4.5V，通过电阻 R104 使三极管 V102 饱和导通，三极管 V102 的集电极和发射极使 开关管 V101 的 S-G 极短路，使 2000p 的结电容迅速放电，开关管 V101 迅速截止，电流停止 通过二极管 D102 向被修复电池 5 充电。在这种快速变换的脉冲电流作用下，可以使电池极板内形成的硫酸铅结晶体逐渐分解并重新参与电化学反应，因而可以恢复蓄电池的荷电容 量。

为了保障被修复电池 5 在修复过程中不受损伤，除了需要严格限定最大的脉冲维 修电流必须小于 0.1 C10(A) 外，还需要在电池端电压高于标称电压 2.45V 之后逐步减小脉 冲电流，减缓副反应。本发明减小脉冲电流的控制方法是 ：当电池的端电压未达到析汽电 压 2.45V 之前，采用最大（99%）占空比输出，一旦电池端电压超过 2.45V，每升高0.12V 则 通过单片机控制减小 10% 的占空比，直至把占空比减小到最小值 10% 时，判断修复过程已完 成。如果检测到被修复电池 5 的端电压上升过快，则判断该电池为内阻变大，硫酸盐化很严 重，此时不再根据电池端电压的变化控制输出脉冲占空比，而是启动定时程序减小脉冲占 空比，每减小 10% 脉冲占空比，定时工作 30 分钟后，再继续减小下一档的占空比，直至最终 把占空比减小到最值 10% 时，判断修复过程已完成。此时关闭修复脉冲输出，静止 30 分钟 复测一次蓄电池的端电压，如果电压下降至 2V 以下，则单片机通过通讯端口发送指令至监 控中心通知该节单体电池需要报废 ；如果该电压高于 2V，则从 PWM-IN 端口输出高电平信号 驱动检测模块进入工作状态，对修复完成的蓄电池进行放电检测容量。

具体工作过程为：将蓄电池5连接到本发明中，在检测模块2设置该电池的电压和标称容量两个参数信息，开关矩阵 4 中的切换控制 7 把蓄电池正负两端通过开关 K1 的A、B 触点切换到充电模块 1 的输出端，如图 2 所示，检测该电池的端电压，如果小于2V，则发送指令至控制切换 7 控制切换开关 K1 把蓄电池通过触点 E、F 连接到修复模块 3进行一个周期的脉冲修复，此时检测端电压还是低于 2V，则判断该电池属于报废电池，结束对该电池的操作。经过一个周期修复后或者电池本身电压大于 2V 则启动充电程序对该电池进行充电，充电完成后发送指令至切换控制 7，控制切换开关 K1 把蓄电池5 的正负极通过触点 C、D 切 换到检测模块 2 的输出端，按照事先设置好的参数进行 10 小时率电流放电检测电池的实际容量，（例如 ：设置的电池信息为 ：2V/200Ah，则按照检测电流20A，终止电压 1.80V 的条件进 行恒流放电检测容量）检测结束，根据记录的时间折算成电池的实际容量，（计算方法 ：实际 容量 Ah= 放电电流 I* 放电时间 T）并与设置的电池信息进行比较，（比较方法 ：K 容量百分 比 =C1 实际容量 /C0 标称容量 *100%）当 K 值大于 80% 时，判断提示该电池为合格电池，结 束对该电池的操作。如果 K 值小于 80%，则发送指令至切换控制 7 把蓄电池正负两端通过 开关 K1 的 A、B 触点切换到充电模块 1的输出端对电池进行充电，充电完成后发送指令控制 切换 7 控制切换开关 K1 把蓄电池通过触点 E、F 连接到修复模块 3 进行一个周期的脉冲修 CN 103618118 A 说 明 书 86/6 页 9 复，修复完成，再发送指令至切换控制 7，控制切换开关 K1 把蓄电池 5 的正负极通过触点 C、 D 切换到检测模块 2 的输出端，按照事先设置好的参数进行 10 小时率电流放电检测电池的实际容量，（例如 ：设置的电池信息为 ：2V/200Ah，则按照检测电流20A，终止电压 1.80V 的条 件进行恒流放电检测容量）检测结束，根据记录的时间折算成电池的实际容量，（计算方法 ： 实际容量Ah= 放电电流 I* 放电时间 T）并与设置的电池信息进行比较，（比较方法 ：K 容量百分比 =C1 实际容量 /C0 标称容量 *100%）当 K 值大于 80% 时，判断提示该电池为合格电池， 结束对该电池的操作。如此循环经过 3 次维修后蓄电池的实际容量还低于标称容量的 80% 时，判断电池报废，结束对电池的操作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、蓄电池状态监控初始化，判断点火开关的 ON 档是否开启；

步骤二、当点火开关的 ON 档启动时，采样记录 ON 档启动前电压、ON 档启动的蓄电池瞬间电压和 ON 档启动后的蓄电池电压；当点火开关的 ON 档未开启时，采样记录点火开关的 OFF 档稳定后的单体蓄电池的电压；

步骤三、判断步骤二中记录的单体蓄电池的电压是否大于约定值，若结果是否定的，转向步骤二，否则转向步骤四；

步骤四、对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的端电压，若所述的端电压还没有达到约定值，则直接报废；

步骤五、对蓄电池的电池容量进行检测，若电池容量大于标称容量值，则完成在线维护， 否则转向步骤六；

步骤六、对蓄电池进行修复，修复完成后，再次检测该蓄电池的电池容量，若电池容量大于标称值，则完成在线维护，否则，报废该单体蓄电池。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述步骤二当点火开关的 ON 档启动时，进行启动瞬间判断，当是启动瞬间时进行启动瞬间蓄电池电压采样，当不是启动瞬间时 ；判断发动机转速信号是否存在，当发动机转速信号存在时，进行启动后的电压采样，当发动机转速不存在时，采样熄火后的蓄电池采样电压。

3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述采样熄火后的蓄电池采样电压后的步骤为：取 N 个周期平均值，进行电压数据处理，记录熄火后的电压数据记录，判断各状态中蓄电池电压值是否低于记录中的下限或高于上限。

4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述步骤四和步骤六中对蓄电池进行修复采用向蓄电池的两极之间发送修复脉冲信号的方式进行修复；所述的修复脉冲信号的频率为 8KHz-9KHz，脉冲峰值幅度为蓄电池标 称电压的2.5-3 倍；向蓄电池的两极之间发送修复脉冲信号采用间断方式，发送 3 分钟，停 止 1分钟，在停止发送脉冲信号时检测蓄电池两端的电压，根据检测到的蓄电池电压情况， 调整修复脉冲信号占空比，在蓄电池两端电压由低至高时，调整修复脉冲信号的占空比从99% 下降到 10%。

5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述修复脉冲信号的频率为 8.3KHz。

6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述步骤四和步骤六中对蓄电池进行修复采用向蓄电池的两极之间发送修复脉冲信号的时间为 2 至 7 天。

7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述步骤五和步骤六中按下列步骤检测蓄电池的电池容量：

A、对蓄电池充电，使蓄电池充满；

B、采用恒流（I）放电放空蓄电池的电量，计时（T）；

C、计算计时（T）与恒流（I）的乘积为电池容量 ；

D、对放空电量并经过检测符合运行条件的单体蓄电池进行在线单体充满电量使其重新参与运行。

8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车蓄电池状态远程监控方法，其特征在于：所述恒流（I）的数值为标称容量的十分之一。