CN111137168B - 一种换电站电池充电方法及系统 - Google Patents

Abstract

为了解决电动汽车用电成本高的技术问题，本发明提出了一种换电站电池充电方法及系统。本发明换电站电池充电方法包括：确定当前所处供电时期，供电时期包括非谷电期和谷电期；当所处供电时期为非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；比较换电需求量和已满电电池数量；如果换电需求量大于已满电电池数量，根据换电需求量和已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为目标数量的未满电电池充电；如果换电需求量不大于已满电电池数量，暂停为所有未满电电池充电。本发明利用谷电期进行充电，降低用电成本；通过夜间空档足够长的时间和机会给电池小电流保养，延长电池使用寿命最大化的利用动力电池的价值。

Description

一种换电站电池充电方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车充电领域，尤其涉及一种换电站电池充电方法及系统。

背景技术

当前市场电动汽车大多数随车进行充电，其充电方式大多为直流快充或交流慢充，其充电时间相对随机，使用成本不可控；而占据小部分市场的换电电动汽车其电池可更换拆卸，充电形式为在一固定区域进行集中充电，其充电策略相对单一，按单一规律进行周期充电，无法对谷电期进行有效利用，导致用电成本高。

因此，有必要提供一种方案，解决电动汽车用电成本高的技术问题。

发明内容

为了解决电动汽车用电成本高的技术问题，本发明提出了一种换电站电池充电方法及系统，本发明具体是以如下技术方案实现的。

本发明换电站电池充电方法，包括：

确定当前所处供电时期，所述供电时期包括非谷电期和谷电期；

当所处供电时期为所述非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；

比较所述换电需求量和所述已满电电池数量；

如果所述换电需求量大于所述已满电电池数量，根据所述换电需求量和所述已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为所述目标数量的未满电电池充电；

如果所述换电需求量不大于所述已满电电池数量，暂停为所有所述未满电电池充电。

本发明换电站电池充电方法的进一步改进在于，所述方法还包括：当所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电。

本发明换电站电池充电方法的更进一步改进在于，所述当所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电包括：

比较所述未满电电池的荷电状态和预设的参考阈值；

如果所述荷电状态不大于所述参考阈值，对所述未满电电池进行快速充电；

如果所述荷电状态大于所述参考阈值，且如果所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压，对所述未满电电池进行涓流充电；

如果所述单体最高电压不小于所述参考电压并且不等于充电保护电压，对所述未满电电池进行均衡充电；

如果所述单体最高电压等于所述充电保护电压，停止充电。

本发明换电站电池充电方法的更进一步改进在于，所述如果所述荷电状态大于所述参考阈值，且如果所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压，对所述未满电电池进行涓流充电包括：

获取当前时间；

根据所述当前时间判断是否处于预设的涓流时间段；

如果当前时间处于所述涓流时间段，对所述未满电电池进行涓流充电。

本发明换电站电池充电方法的进一步改进在于，所述当所处供电时期为所述非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量包括：

获取历史换电量；

根据所述历史换电量计算所述换电需求量。

此外，本发明还提供一种换电站电池充电系统，包括供电时期确定模块和第一处理模块：

所述供电时期确定模块，用于确定当前所处供电时期，所述供电时期包括非谷电期和谷电期；

所述第一处理模块包括：

获取单元，用于在所处供电时期为非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；

第一比较单元，用于比较所述换电需求量和所述已满电电池数量；

第一处理单元，用于在所述换电需求量大于所述已满电电池数量时，根据所述换电需求量和所述已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为所述目标数量的未满电电池充电；

第二处理单元，用于在所述换电需求量不大于所述已满电电池数量时，暂停为所有未满电电池充电。

本发明换电站电池充电系统的进一步改进在于，所述系统还包括：第二处理模块，用于在所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电。

本发明换电站电池充电系统的更进一步改进在于，所述第二处理模块还包括：

第二比较单元，用于比较所述未满电电池的荷电状态和预设的参考阈值；

快速充电单元，用于在所述荷电状态不大于所述参考阈值时，对所述未满电电池进行快速充电；

涓流充电单元，用于在荷电状态大于所述参考阈值且所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压时，对所述未满电电池进行涓流充电；

均衡充电单元，用于在所述单体最高电压不小于所述参考电压并且不等于充电保护电压时，对所述未满电电池进行均衡充电；

第三处理单元，用于在所述单体最高电压等于所述充电保护电压时，停止充电。

本发明换电站电池充电系统的更进一步改进在于，所述涓流充电单元包括：

获取子单元，用于获取当前时间；

涓流判断子单元，用于根据所述当前时间判断是否处于预设的涓流时间段；

涓流充电子单元，用于在所述当前时间处于所述涓流时间段时，对所述未满电电池进行涓流充电。

本发明换电站电池充电系统的进一步改进在于，所述获取单元包括：

获取子单元，用于获取历史换电量；

计算子单元，用于根据所述历史换电量计算所述换电需求量。

采用上述技术方案，本发明，具有如下有益效果：

(1)利用消峰填谷的原理，有效利用谷电期进行充电，降低整个市场上换电站的用电成本，降低了电动汽车充电对电网负荷的要求，减轻了电网的压力。

(2)通过智能调节方式，可周期性的更新在谷电前第一时间段内的换电需求量，从而调整换电站内停止充电的电池数和充电电池数，保证在任意时间都能满足车辆换电需求。

(3)通过夜间空档足够长的时间和机会给电池小电流保养，对电池进行涓流充电和均衡充电，延长电池使用寿命，提高动力电池生命周期内的行驶里程，最大化的利用动力电池的价值，减小木桶效应带来的电池价值的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的换电站电池充电方法的流程图；

图2为本发明实施例4提供的换电站电池充电系统的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决电动汽车用电成本高的技术问题，本发明提出了一种换电站电池充电方法及系统。

实施例1：

结合图1所示，本发明提出的换电站电池充电方法，包括：

步骤S101：确定当前所处供电时期，供电时期包括非谷电期和谷电期；

步骤S102：当所处供电时期为非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；

步骤S103：比较换电需求量和已满电电池数量；

步骤S104：如果换电需求量大于已满电电池数量，根据换电需求量和已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为目标数量的未满电电池充电；

步骤S105：如果换电需求量不大于已满电电池数量，暂停为所有未满电电池充电。

本实施例1中，根据换电需求量和已满电电池数量之间的比较结果进行充电选择，保证在非谷电期内有足够数量的已满电电池可供应，满足换电需求。在满足需求的同时，减少不必要的充电进程，节省在非谷电期的用电成本，从而解决用电成本高的问题。

本实施例1中，步骤S101中：根据系统时间参数和预设的非谷电期时间参数，确定当前所处供电时期是否为非谷电期。非谷电期时间参数可由用户自行设置，并且可以调节。步骤S102中，换电需求量可以由用户设置，也可以由系统自动生成；已满电电池数量可以由系统根据换电站的实际情况自动获取。步骤S104中，目标数量可以等于换电需求量和已满电电池数量的差值。步骤S105中，每一未满电电池的充电进程都暂停。

进一步地，方法还包括：当所处供电时期为谷电期时，为所有未满电电池充电。本实施例1中，谷电期内时，则对所有未满电电池电池充电，利用谷电期充电，实现削峰填谷，可以节约换电站的用电成本，从而降低电动汽车的使用成本。谷电期内，对每一未满电电池都进行充电，电池之间的充电进程互不影响。

更进一步地，当所处供电时期为谷电期时，为所有未满电电池充电包括：比较未满电电池的荷电状态和预设的参考阈值；如果荷电状态不大于参考阈值，对未满电电池进行快速充电；如果荷电状态大于参考阈值，且如果未满电电池的单体最高电压小于参考电压，对未满电电池进行涓流充电；如果单体最高电压不小于参考电压并且不等于充电保护电压，对未满电电池进行均衡充电；如果单体最高电压等于充电保护电压，停止充电。

具体地，谷电期的充电进程包括快速充电、涓流充电和均衡充电。如果荷电状态大于参考阈值，先比较未满电电池的单体最高电压、预设的参考电压和预设的充电保护电压，再根据比较结果进行涓流充电或均衡充电。

更进一步地，如果所述荷电状态大于所述参考阈值，且如果所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压，对所述未满电电池进行涓流充电包括：获取当前时间；根据所述当前时间判断是否处于预设的涓流时间段；如果当前时间处于所述涓流时间段，对所述未满电电池进行涓流充电。

具体地，当比较结果为荷电状态大于所述参考阈值并且单体最高电压小于参考电压后，再判断当前时间是否为涓流时间段，如果是涓流时间段则进行涓流充电。参考阈值、参考电压、充电保护电压、涓流时间段参数都是可以由用户自行设置并调节的，较佳的，参考阈值为90％。

本实施例1中，供电时期进入谷电期后，根据未满电电池的电池状态选择充电方式。荷电状态不大于参考阈值的电池，先进行快速充电，针对事先存放在换电站的未满电电池，可以在谷电期起始时进行快速充电；针对在谷电期存入换电站的电池，可以在存入换电站的时候开始快速充电。涓流时间段是谷电期中的一个时间段，参考阈值、涓流时间段的起始和终止可以由用户自行设置，涓流充电只能在涓流时间段中进行。针对在谷电期存入换电站的电池，可以先进行快速充电，若荷电状态大于参考阈值时的时间点在涓流时间段之内，则进行涓流充电；若荷电状态大于参考阈值时的时间点在涓流时间段之前，则等待一段时间，时间进入涓流时间段后立即进行涓流充电；若荷电状态大于参考阈值时的时间点在涓流时间段之后，则本次谷电期内不再进行涓流充电。本实施例1对设置涓流时间段，统一进行涓流充电，更加有效地利用谷电，提高充电效率，便于管理充电进程。

本实施例1中，在谷电期，当单体最高电压等于参考电压时就进行均衡充电，均衡充电可以发生在涓流时间段之前，也可以发生在涓流时间段内，还可以发生在涓流时间段之后。当单体最高电压等于充电保护电压，就表示电池电流已充满，则停止对该电池充电。

具体地，本实施例1中，获取谷电期起始时间点参数、涓流时间段参数条件、参考电压参数和充电保护电压参数；判断系统时间参数是否等于谷电期起始时间点参数条件；若是则判断未满电电池的荷电状态是否大于参考阈值参数，若不大于则进行快速充电，若大于则判断系统时间参数是否满足涓流时间段参数条件，若满足涓流时间段参数条件则对未满电电池进行涓流充电；判断未满电电池的单体最高电压是否等于参考电压参数，若是则对未满电电池进行均衡充电；判断体最高电压是否等于充电保护电压参数，若是则停止充电。其中，谷电期起始时间点参数、涓流时间段参数条件、参考电压参数和充电保护电压参数均可以由用户进行设置。若荷电状态大于参考阈值，但系统时间参数未满足涓流时间段参数条件，则暂停充电，等待系统时间参数满足涓流时间段参数条件时，进行涓流充电。其中，参考电压小于充电保护电压；涓流充电一段时间后，才会使单体最高电压达到参考电压，均衡充电一段时间后，才会使单体最高电压达到充电保护电压。

进一步地，步骤S102包括获取历史换电量；根据历史换电量计算换电需求量。历史换电量是指，在已经过去的时间中实际发生了的电池更换数量。本实施例1中，根据历史换电量分析确定换电需求量，可以得到更加准确实时的换电需求量，进而使换电站能够准备足够数量的已满电电池。本实施例1中，记录已发生的每小时内的实际换电量，将其作为历史换电量进行分析，得到一天之间每小时的换电需求量。

实施例2：

实施例2中，当所处供电时期为非谷电期时，实时获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；实时比较换电需求量和已满电电池数量。在非谷电期的任意时间，实时观察并分析需求和供给(换电站内已满电电池数量)之间的关系，进而对供给进行调整，保证及时地满足换电需求。

实施例3：

实施例3中，在第一时间点，获取第一时间段内的换电需求量和第一时间点时的已满电电池数量，其中，第一时间点为谷电期之前的一个时间点，第一时间段为第一时间点至谷电期起始时间点之间的时间段。保证在第一时间段内满足换电需求。第一时间点和第一时间段可以由用户自行设置，并且可以调整，例如，可以将第一时间段设置为两小时，第一时间点比谷电起始时间点早两小时。

本实施例3中，可以只获取第一时间段内的历史换电量，根据多天的数据求平均值。具体地，以一个月为例，30天的实际换电池数量分别为X1、X2、X3……X30，求得换电需求量等于

实施例4：

结合图2所示，本发明实施例4提供了一种换电站电池充电系统，包括包括供电时期确定模块10和第一处理模块11：所述供电时期确定模块10，用于确定当前所处供电时期，所述供电时期包括非谷电期和谷电期；所述第一处理模块11包括：获取单元110，用于在所处供电时期为非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；第一比较单元111，用于比较所述换电需求量和所述已满电电池数量；第一处理单元112，用于在所述换电需求量大于所述已满电电池数量时，根据所述换电需求量和所述已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为所述目标数量的未满电电池充电；第二处理单元113，用于在所述换电需求量不大于所述已满电电池数量时，暂停为所有未满电电池充电。

进一步地，所述系统还包括：第二处理模块，用于在所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电。

更进一步地，所述第二处理模块还包括：第二比较单元，用于比较所述未满电电池的荷电状态和预设的参考阈值；快速充电单元，用于在所述荷电状态不大于所述参考阈值时，对所述未满电电池进行快速充电；涓流充电单元，用于在荷电状态大于所述参考阈值且所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压时，对所述未满电电池进行涓流充电；均衡充电单元，用于在所述单体最高电压不小于所述参考电压并且不等于充电保护电压时，对所述未满电电池进行均衡充电；第三处理单元，用于在所述单体最高电压等于所述充电保护电压时，停止充电。

更进一步地，所述涓流充电单元包括：获取子单元，用于获取当前时间；涓流判断子单元，用于根据所述当前时间判断是否处于预设的涓流时间段；涓流充电子单元，用于在所述当前时间处于所述涓流时间段时，对所述未满电电池进行涓流充电。

进一步地，所述获取单元110包括：获取子单元，用于获取历史换电量；计算子单元，用于根据所述历史换电量计算所述换电需求量。

本实施例4中，第一处理模块11在非谷电期保证满足换电需求，第二处理模块通过夜间定期小电流涓流充电配合均衡充电策略，提高电池各串电压一致性，提高电池系统的全寿命周期内行驶里程。

本发明通过集中化的动力电池充电管理，可以降低换电站电池充电使用成本，通过智能化的充电管理方法和系统尽可能多的利用谷电进行充电，节约换电站的用电成本，从而降低电动汽车的使用成本。

利用换电站集中充电的条件每块电池都会周期性的在夜间进入换电站充电系统，为避免白天对换电站运营的影响和快充车辆实际市场电池充放电没有机会对电池进行均衡保养的问题，通过夜间定期小电流涓流充电配合均衡充电策略，提高电池各串电压一致性，提高电池系统的全寿命周期内行驶里程。

通过统计单个独立换电站在上个统计周期(如一个月)内每天每个小时需求换电车次数，形成每个小时换电车次的数量的规律性统计数据，重点统计谷电开始前2小时内换电车次需求数X，形成一个规律性周期变化的数值X，在谷电开始前2小时判断站内已满电的电池数量是否满足接下来2小时内需要换电的车次数，若满足则停止换电站内所有电池充电，若不满足则补充对应数量充电电池数同时停止其他电池充电，直至谷电时间到再开始充电。本发明适用于每一个独立的换电站，可以复制利用。

本发明基于换电站集中充电的情况，利用夜间换电需求低的空档，对站内所有电池进行小电流涓流充电，在接近满电的末端进行均衡充电，例如当最高单体电压大于4.1V时，开启均衡策略，对此串电池进行被动电阻微放电，直至冲到满电4.15，从而使整个电池包内电池电压一致性更强，整个生命周期内电池的寿命更长。目前市场上快充充电的电动汽车可涓流和均衡的机会很小，时间很短，而市面上的换电车辆在站内充电时没有保养电池步骤。通过本发明，可以给每一块电池足够时间去涓流充电，给了足够的机会和时间均衡保养，延长电池的使用寿命，降低经济成本。

本发明通过智能调节方式，可周期性的更新在谷电前第一时间段(如两小时)内需换电的车次数(需更换的电池数)，从而调整换电站内停止充电的电池数和满电电池数，保证在任意时间都能满足车辆换电需求。同时，利用消峰填谷的方式，降低整个市场上换电站的用电成本，降低了电动汽车充电对电网负荷的要求，减轻了电网的压力。此外，通过夜间空档足够长的时间和机会给电池小电流保养，提高动力电池生命周期内的行驶里程，最大化的利用动力电池的价值，减小木桶效应带来的电池价值的浪费。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种换电站电池充电方法，其特征在于，包括：

确定当前所处供电时期，所述供电时期包括非谷电期和谷电期；

当所处供电时期为所述非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；

比较所述换电需求量和所述已满电电池数量；

如果所述换电需求量大于所述已满电电池数量，根据所述换电需求量和所述已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为所述目标数量的未满电电池充电；

如果所述换电需求量不大于所述已满电电池数量，暂停为所有所述未满电电池充电；

当所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电，包括：比较所述未满电电池的荷电状态和预设的参考阈值；如果所述未满电电池的荷电状态大于预设的参考阈值，且如果所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压，则获取当前时间，根据所述当前时间判断是否处于预设的涓流时间段，如果当前时间处于所述涓流时间段，对所述未满电电池进行涓流充电，所述涓流时间段为谷电期中的一个时间段。

2.如权利要求1所述的换电站电池充电方法，其特征在于，所述当所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电还包括：如果所述荷电状态不大于所述参考阈值，对所述未满电电池进行快速充电；

如果所述单体最高电压不小于所述参考电压并且不等于充电保护电压，对所述未满电电池进行均衡充电；

如果所述单体最高电压等于所述充电保护电压，停止充电。

3.如权利要求1所述的换电站电池充电方法，其特征在于，所述当所处供电时期为所述非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量包括：

获取历史换电量；

根据所述历史换电量计算所述换电需求量。

4.一种换电站电池充电系统，其特征在于，包括供电时期确定模块和第一处理模块：

所述供电时期确定模块，用于确定当前所处供电时期，所述供电时期包括非谷电期和谷电期；

所述第一处理模块包括：

获取单元，用于在所处供电时期为非谷电期时，获取换电需求量和换电站当前已满电电池数量；

第一比较单元，用于比较所述换电需求量和所述已满电电池数量；

第一处理单元，用于在所述换电需求量大于所述已满电电池数量时，根据所述换电需求量和所述已满电电池数量计算待充电电池的目标数量，为所述目标数量的未满电电池充电；

第二处理单元，用于在所述换电需求量不大于所述已满电电池数量时，暂停为所有未满电电池充电；

第二处理模块，用于在所处供电时期为所述谷电期时，为所有所述未满电电池充电，所述第二处理模块包括：第二比较单元，用于比较所述未满电电池的荷电状态和预设的参考阈值；涓流充电单元，用于在荷电状态大于所述参考阈值且所述未满电电池的单体最高电压小于参考电压时，获取当前时间，根据所述当前时间判断是否处于预设的涓流时间段，如果当前时间处于所述涓流时间段，对所述未满电电池进行涓流充电，所述所述涓流时间段为谷电期中的一个时间段。

5.如权利要求4所述的换电站电池充电系统，其特征在于，所述第二处理模块还包括：

快速充电单元，用于在所述荷电状态不大于所述参考阈值时，对所述未满电电池进行快速充电；

均衡充电单元，用于在所述单体最高电压不小于所述参考电压并且不等于充电保护电压时，对所述未满电电池进行均衡充电；

第三处理单元，用于在所述单体最高电压等于所述充电保护电压时，停止充电。

6.如权利要求4所述的换电站电池充电系统，其特征在于，所述获取单元包括：

获取子单元，用于获取历史换电量；

计算子单元，用于根据所述历史换电量计算所述换电需求量。

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