CN109342961A - 工业电池监控系统 - Google Patents

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CN109342961A CN201811180676.8A CN201811180676A CN109342961A CN 109342961 A CN109342961 A CN 109342961A CN 201811180676 A CN201811180676 A CN 201811180676A CN 109342961 A CN109342961 A CN 109342961A
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battery
soc
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monitoring system
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梁杰烽
陈建会
曾伟华
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Qianhai Shenzhen Yun Fu Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及工业电池监控系统，包括有充电电池组、充电设备、负载设备及电池管理系统，电池管理系统连接数据传输接口，充电电池组的充电和放电计算由电池管理系统执行；本发明使用OCV(电池开路电压和SOC关系)特性和安时积分法联合评估电池状态，自我充放数据累积统计，数据公式算法得出更精准的SOC和SOH，通过电池管理系统连接数据传输接口，控制充电设备充电或放电状态。

Description

工业电池监控系统
技术领域
本发明属于电池技术领域，特别是涉及工业电池监控系统。
背景技术
现有的工业机器电动汽车、高尔夫球车、电动观光车、清洁设备和高空作业平台等行业和领域的蓄电池监控，特别电池使用不正当导致电池过早退化，寿命减少；本发明通过检测电池数据计算电池有用的数据用于提醒用户按照正常的使用方法使用电池，用于延长电池寿命达到节能环保；目前国内外有类型的电池监控系统但未有成熟方案。
随时绿色环保、使用电池驱动的工业产品越来越多，传统的蓄电池状态是靠使用者主观判断，无法确认电池是否适用工作。本发明提出一种高精度估算电池SOC(荷电状态)和SOH(电池健康状况)的系统。
电池SOC和SOH的评估对电池的寿命影响非常大，其估算难度也非常高，如图3的电池开路电压和SOC关系可以通过测量电池电压来估算电池的SOC，但其受限条件是电池在常温下静止一段时间，导致不能实时向用户反映电池的SOC，神经网络SOC估算法；这种方法若能应用能更高精度的估算SOC，但是并不适用，考虑的成本和经济效益并不能应用于工业设备上，很多的方法但不能在实际中应用，成本开销过大，而带来的效益并不高。
因此，有必要发明工业电池监控系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供工业电池监控系统，使用OCV(电池开路电压和SOC关系)特性和安时积分法联合评估电池状态。
本发明采用的技术方案是：包括有充电电池组、充电设备、负载设备及电池管理系统，所述电池管理系统连接数据传输接口，所述充电电池组充电和放电计算由所述电池管理系统执行；
所述充电电池组充电和放电电量的大小由此计算电池荷电比SOC和电池寿命SOH的具体算法方法如下：
a.第一次安装好充电设备，上电后进行硬件检测和数据初始化，读取存储器中备份数据及参数，作为第一次上电的初始数据，若此前未计算出SOC、SOH，则SOC、SOH默认为100％；
b.给电池组充电至满，记录当前电池荷电比SOC为100％；
c.以后的放电充电都以第一次满足步骤b方法的条件进行SOC的增加减少计算；
d.电量公式：根据安时积分法，
Ah＝I×T；
所述I为当前电流，电流是有方向的，为正值时充电，为负值放电，
T为时间的增量；
e.电池荷电比的当前值SOC当前的计算公式如下：
SOC当前＝SOC上一时刻+SOH×(Ah变化值÷Ah标称)×100；
所述Ah变化值在充电时为正数，放电是为负数，Ah标称为电池出厂时的标称总量，SOC当前为计算出来的电池荷电比，是电池管理系统中使用者能观察到的值；
f.SOH估算在满足步骤b方法条件下，所述充电设备关闭充电功能，静止超过10分钟后，开始给充电电池组放电，放电期间SOC由电池荷电比公式计算得到，计算周期50毫秒再计算电池荷电比；
g.当电池进行放电超过10％后，静止6小时，此时记录按照步骤e中的算法计算出来的SOC当前；
h.按照以下公式计算电池寿命SOH：
SOC当前＝SOC上一时刻+SOH×(Ah变化值÷Ah标称)×100；
SOH＝SOCOCV÷SOC当前×100；
其中SOCOCV由电池开路电压和SOC关系的OCV关系得到；
i.所述SOCOCV由测量此时所述电池组的电压通过OCV关系计算得到；
j.所述电池管理系统的SOC和SOH计算完毕，将数据上传至所述充电设备，用于提醒所述充电设备按照正常的方式充电或放电。
进一步方案为，所述电池管理系统包括有数据计算单元，人机交互接口和物联网设备终端。
进一步方案为，所述电池管理系统设置有显示装置显示SOC和SOH的计算结果。
进一步方案为，所述充电电池组包括铅酸电池、免维护电池、锂电池或胶体电池。
进一步方案为，所述充电设备为智能充电机。
进一步方案为，所述数据传输接口连接蓝牙、CANBUS和/或2/3/4G网络。
进一步方案为，所述负载设备高空作业平台、高尔夫球车、洗涤车或AGV货物搬运车耗电设备。
进一步方案为，所述电流传感器为分流器电阻或直流霍尔传感器，用于测量所述电流值。
进一步方案为，所述电压传感器为电池正负极电压，用于测量所述电压值。
本发明的实质性特点和显著效果：本发明使用OCV(电池开路电压和SOC关系)特性和安时积分法联合评估电池状态，自我充放数据累积统计，数据公式算法得出更精准的SOC和SOH，通过电池管理系统连接数据传输接口，控制充电设备充电或放电状态。
附图说明：
图1为本发明的工作结构示意图；
图2为本发明的工作原理示意图；
图3为本发明的电池开路电压和SOC关系图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
参见图1至图3所示，包括有充电电池组、充电设备、负载设备及电池管理系统，所述电池管理系统连接数据传输接口，所述充电电池组充电和放电计算由所述电池管理系统执行；
所述充电电池组充电和放电电量的大小由此计算电池荷电比SOC和电池寿命SOH的具体算法方法如下：
a.第一次安装好充电设备，上电后进行硬件检测和数据初始化，读取存储器中备份数据及参数，作为第一次上电的初始数据，若此前未计算出SOC、SOH，则SOC、SOH默认为100％；
b.给电池组充电至满，记录当前电池荷电比SOC为100％；
c.以后的放电充电都以第一次满足步骤b方法的条件进行SOC的增加减少计算；
d.电量公式：根据安时积分法，
Ah＝I×T；
其中I为当前电流，电流是有方向的，为正值时充电，为负值放电，
T为时间的增量；
e.电池荷电比的当前值SOC当前的计算公式如下：
SOC当前＝SOC上一时刻+SOH×(Ah变化值÷Ah标称)×100；
Ah变化值在充电时为正数，放电是为负数，Ah标称为电池出厂时的标称总量，SOC当前为计算出来的电池荷电比，是电池管理系统中使用者能观察到的值；
f.SOH估算在满足步骤b方法条件下，充电设备关闭充电功能，静止超过10分钟后，开始给充电电池组放电，放电期间SOC由电池荷电比公式计算得到，计算周期50毫秒再计算电池荷电比；
g.当电池进行放电超过10％后，静止6小时，此时记录按照步骤e中的算法计算出来的SOC当前；
h.按照以下公式计算电池寿命SOH：
SOC当前＝SOC上一时刻+SOH×(Ah变化值÷Ah标称)×100；
SOH＝SOCOCV÷SOC当前×100；
其中SOCOCV由电池开路电压和SOC关系的OCV关系得到；
i.SOCOCV由测量此时所述电池组的电压通过OCV关系计算得到；
j.电池管理系统的SOC和SOH计算完毕，将数据上传至所述充电设备，用于提醒所述充电设备按照正常的方式充电或放电。
进一步地，电池管理系统包括有数据计算单元，人机交互接口和物联网设备终端。
进一步地，电池管理系统设置有显示装置显示SOC和SOH的计算结果。
进一步地，充电电池组包括铅酸电池、免维护电池、锂电池或胶体电池，可用于充电的电池。
进一步地，充电设备为智能充电机，智能充电机可实现智能化控制充电或放电功能。
进一步地，数据传输接口连接蓝牙、CANBUS和/或2/3/4G网络。
进一步地，负载设备高空作业平台、高尔夫球车、洗涤车或AGV货物搬运车耗电设备。
进一步地，电流传感器为分流器电阻或直流霍尔传感器，用于测量电流值I，并做进一步计算公式。
进一步地，电压传感器为电池正负极电压，用于测量电压值，并做进一步的计算公式。
工业电池监控系统的SOC、SOH计算完毕，设备会将这些数据上传至后台用于提醒充电设备按照正常的方式充放电。并通过显示图将经过计算的数据到达电池管理系统显示的效果。
如图3的关系图可以通过测量电池电压来估算电池的SOC，但其受限条件是电池在常温下静止一段时间，导致不能实时向用户反映电池的SOC。
本发明的实质性特点和显著效果：本发明使用OCV(电池开路电压和SOC关系)特性和安时积分法联合评估电池状态，自我充放数据累积统计，数据公式算法得出更精准的SOC和SOH，通过电池管理系统连接数据传输接口，控制充电设备充电或放电状态。
以上所述仅为本专利优选实施方式，并非限制本专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均属于本专利保护范围。

Claims (9)

1.工业电池监控系统，其特征在于：包括有充电电池组、充电设备、负载设备及电池管理系统，所述电池管理系统连接数据传输接口，所述充电电池组充电和放电计算由所述电池管理系统执行；
所述充电电池组充电和放电电量的大小由此计算电池荷电比SOC和电池寿命SOH的具体算法方法如下：
a.第一次安装好充电设备，上电后进行硬件检测和数据初始化，读取存储器中备份数据及参数，作为第一次上电的初始数据，若此前未计算出SOC、SOH，则SOC、SOH默认为100％；
b.给电池组充电至满，记录当前电池荷电比SOC为100％；
c.以后的放电充电都以第一次满足步骤b方法的条件进行SOC的增加减少计算；
d.电量公式：根据安时积分法，
Ah＝I×T；
所述I为当前电流，电流是有方向的，为正值时充电，为负值放电，T为时间的增量；
e.电池荷电比的当前值SOC当前的计算公式如下：
SOC当前＝SOC上一时刻+SOH×(Ah变化值÷Ah标称)×100；
所述Ah变化值在充电时为正数，放电是为负数，Ah标称为电池出厂时的标称总量，SOC当前为计算出来的电池荷电比，是电池管理系统中使用者能观察到的值；
f.SOH估算在满足步骤b方法条件下，所述充电设备关闭充电功能，静止超过10分钟后，开始给充电电池组放电，放电期间SOC由电池荷电比公式计算得到，计算周期50毫秒再计算电池荷电比；
g.当电池进行放电超过10％后，静止6小时，此时记录按照步骤e中的算法计算出来的SOC当前；
h.按照以下公式计算电池寿命SOH：
SOC当前＝SOC上一时刻+SOH×(Ah变化值÷Ah标称)×100；
SOH＝SOCOCV÷SOC当前×100；
其中SOCOCV由电池开路电压和SOC关系的OCV关系得到；
i.所述SOCOCV由测量此时所述电池组的电压通过OCV关系计算得到；
j.所述电池管理系统的SOC和SOH计算完毕，将数据上传至所述充电设备，用于提醒所述充电设备按照正常的方式充电或放电。
2.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述电池管理系统包括有数据计算单元，人机交互接口和物联网设备终端。
3.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述电池管理系统设置有显示装置显示SOC和SOH的计算结果。
4.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述充电电池组包括铅酸电池、免维护电池、锂电池或胶体电池。
5.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述充电设备为智能充电机。
6.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述数据传输接口连接蓝牙、CANBUS和/或2/3/4G网络。
7.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述负载设备高空作业平台、高尔夫球车、洗涤车或AGV货物搬运车耗电设备。
8.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述电流传感器为分流器电阻或直流霍尔传感器，用于测量所述电流值I。
9.根据权利要求1所述的工业电池监控系统，其特征在于：所述电压传感器为电池正负极电压，用于测量所述电压值。
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