CN111413628A - 一种具有电池评估功能的充换电站及评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有电池评估功能的充换电站及评估方法，所述充换电站包括电池充储平台、换电平台和充换电站控制中心，方法包括充换电站数据分析、测试设备连接及评估检测等步骤；本发明的优点在于：通过对站内各电池包定期进行相应的测试项目，结合历史充电数据，利用专业数据分析工具和电池性能评估算法，实现电池包性能快速、准确、多维、分阶评估，进而完成电池控制策略优化和异常电池识别的工作。

Description

一种具有电池评估功能的充换电站及评估方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车充换电站，具体地说是一种具有电池评估功能的充换电站及评估方法，属于电动汽车充换电站领域。
背景技术
我国新能源汽车产业发展初期，国家电网等企业就已经开始探索发展换电模式，主要是在公共交通领域。随着行业的发展、换电技术的进步以及国家支持政策的出台，越来越多的企业开始加大换电模式的研究和推广。截至2019年7月底，我国共拥有换电车辆近6万辆，其中用于分时租赁、出租车等公共领域的换电车辆约4万辆，用于私人领域的换电车辆约2万辆，换电车辆的推广提升了车辆的运行效率，受到了部分消费者认可。
新能源汽车换电模式相较于充电模式，主要有以下优势：
对于消费者而言，换电模式可以实现“车电分离”，降低消费者的购置成本。同时可以实现快速补充能源，解决“里程焦虑”、“充电等待”、“性能衰减焦虑”等问题，提升电动汽车驾乘体验满意度。
对于车辆厂商及运营商而言，换电模式可以实现电池集中管理维护，在可控的条件下进行充电，有利于保障电池充电安全，延长电池使用寿命。
对于能源利用及回收而言，换电模式能够调节电网峰谷负荷，促进可再生能源消纳，减少对电网的冲击。同时集中管控，有效的防止废旧动力电池流入不正规渠道，对生态环境造成污染。
随着行业内对换电模式认可度和关注度逐渐增加，在电池管理及维护方面也暴露出一些亟待解决的问题。主要表现在以下内容：
电池包经过一段时间使用后，各方面性能会有一定程度的衰减，包括：可用能量降低、内阻增大、一致性变差、温升增大、安全性降低等问题。现阶段换电站只具备电池包充电、故障监控、消防安全报警等功能，更多的是针对电池发生安全问题后的补救措施。并不能实现对换电站内电池包进行定期性能评估、故障排查、电池安全预警等功能。
电池包BMS中最初的控制策略是根据新鲜电池状态进行设定的，随着电池可用能量衰减、电池一致性变差、SOC误差增大，前期固化的控制策略对于现阶段的电池包来说可能并不再是最优策略。虽然BMS厂商会根据实验室中电芯循环数据，在设计初期植入一套SOC及控制策略的修正方法。但电池包实际应用工况与电芯循环测试，在衰减效果上仍存在一定差异，并不能相互替代，所以现阶段的BMS控制策略修正并不准确。
发明内容
为了解决上述问题，本发明设计了一种具有电池评估功能的充换电站及评估方法，通过对站内各电池包定期进行相应的测试项目，结合历史充电数据，利用专业数据分析工具和电池性能评估算法，实现电池包性能快速、准确、多维、分阶评估，进而完成电池控制策略优化和异常电池识别的工作。
本发明的技术方案为：
一种具有电池评估功能的充换电站，所述充换电站包括电池充储平台、换电平台和充换电站控制中心；
所述电池充储平台主要完成电池包充电及检测工作，包括电池充电仓和电池评估仓；
所述换电平台主要完成车辆停放、运输电池及更换电池工作，包括停车平台、举升平移单元、电池运输单元等；
所述充换电站控制中心主要完成车辆换电、电池充电及电池检测的数据采集、数据分析及控制工作，包括数据监控平台和数据分析平台。
除去正常车辆换电过程以外，在电池评估方面各功能模块之间有以下关系：充换电站日常工作中，将所有电池相关数据上传至控制中心，控制中心利用充换电站内各电池包换电、充电及运行的历史数据，根据一定的算法逻辑确定需要进行检测的电池包编号，控制电池运输单元将待检测电池包由电池充电仓移至电池评估仓，经过一系列专业设备检测后，检测数据上传至控制中心，通过专业算法生成电池评估报告，并根据报告内容向电池评估仓和电池运输单元发送相应的控制指令。
若电池包无异常，则电池运输单元将电池包运送回电池充电仓，作为合格电池包参与车辆换电作业，优化控制策略，评估报告保留以待查看；
若池包发现异常，则电池运输单元将电池包运送回电池充电仓，作为异常电池包不可参与车辆换电作业。同时将评估报告发送至售后维修部门，通知售后维修，尽快对电池包进行维修。维修后的电池包重新进行检测，合格后可参与车辆换电作业。
所述充换电站中设置有一个或多个具备电池评估功能的充电仓位，所述充电仓位内环境温度可控，并安装有大功率、高精度充放电设备和专用检测仪器；除正常作为普通充电仓使用外，还承担定期对充换电站内各电池包进行实时检测的工作，进而实现准确了解电池包性能、校正电池包SOC状态、优化充电控制策略、延长电池包可用寿命等预期目标。
所述充电仓位具有以下电池测试功能：多制式充电、多制式放电、电池容量测试、电池一致性检测、电池寿命预测、电池故障预警、绝缘内阻检测、直流内阻检测、交流内阻检测、气密性检测、电器件功能检测、BMS保护功能检测、电池包综合评价功能及数据采集传输功能等等。
各检测功能可集成至大功率充放电设备中，通过并行或串行的方式完成各检测项目。
所述控制中心根据各个电池包评估测试数据，通过评估算法制定出相应的处理方案，如：通知售后人员对异常电池包进行维修更换、自动或线下对BMS内部SOC算法及充电策略进行调整等。
电池性能评估算法主要是电池容量、一致性、寿命等评估算法，以及各检测结果的分析算法。
一种用于上述具有电池评估功能的充换电站的电池评估方法，包括以下步骤：
（1）根据充换电站内各电池包使用时间、充入电量或其它条件包括电池包的使用年限、累计充入电量、累计行驶里程、电池包关键参数如压差、温差等，作为电池需要进行性能评估的判断标准；
（2）将充换电站内需要进行性能评估的待评估电池包运送至具备电池评估功能的充电仓位，通过充放电接插件将充放电设备与电池包连接，完成一系列电性能检测，个别检测项目亦可通过手动连接；根据电池评估方案及要求，逐步或单独进行各项测试工作；
（3）电池测试过程中产生的所有数据及评估结果，上传至充换电站控制中心；
所述充换电站控制中心主要包括数据监控平台和数据分析平台；其中，所述数据监控平台主要完成车辆换电、电池充电及电池运行等数据的收集工作，并判断电池包是否需要进行检测；数据分析平台利用数据监控平台收集的电池数据和电池检测数据，通过算法分析对电池包性能进行评估，生成综合评价报告，并根据结果进行下一步控制。
数据监控平台和数据分析平台均建设在监控中心，对各充换电站进行统一管控。充换电站端包括电脑、数据采集模块、数据传输模块，供查阅、评价、统计、调用等后续工作使用；
（4）充换电站内各电池包根据其性能评估结果，制定后续处理方案，如维修、更换、报废及制定个性化充电控制策略。
本发明的有益效果为：
（1）充换电站设置具备电池评估功能的充电仓位，可以随时对站内各电池包进行检测，及时准确的了解电池包的性能状态。根据各电池包的评估结果制定个性化充电策略，保证不同状态的电池包均执行最佳充电方案，延长电池包使用寿命；
（2）根据各电池包的评估结果，准确修正SOC误差，优化BMS控制策略；
（3）根据各电池包的评估结果，准确识别异常电池包，及时发现故障并进行售后维修。避免电池包故障进一步严重，从一定程度上降低了电池包的安全隐患；
（4）通过对多次评估结果进行汇总，通过专业算法，可以实现电池包寿命趋势预测和故障安全预警。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种具有电池评估功能的充换电站，所述充换电站包括电池充储平台、换电平台和充换电站控制中心。
所述电池充储平台主要完成电池包充电及检测工作，包括电池充电仓和电池评估仓。
所述换电平台主要完成车辆停放、运输电池及更换电池工作，包括停车平台、举升平移单元、电池运输单元等。
所述充换电站控制中心主要完成车辆换电、电池充电及电池检测的数据采集、数据分析及控制工作。包括数据监控平台和数据分析平台。
除去正常车辆换电过程以外，在电池评估方面各功能模块之间有以下关系：充换电站日常工作中，将所有电池相关数据上传（传输）至控制中心，控制中心利用充换电站内各电池包换电、充电及运行的历史数据，根据一定的算法逻辑确定需要进行检测的电池包编号，控制电池运输单元将待检测电池包由电池充电仓移至电池评估仓，经过一系列专业设备检测后，检测数据上传至控制中心，通过专业算法生成电池评估报告，并根据报告内容向电池评估仓和电池运输单元发送（传输）相应的控制指令。
1.电池包无异常，则电池运输单元将电池包运送回电池充电仓，作为合格电池包参与车辆换电作业，优化控制策略，评估报告保留以待查看。
2.电池包发现异常，则电池运输单元将电池包运送回电池充电仓，作为异常电池包不可参与车辆换电作业。同时将评估报告发送至售后维修部门，通知售后维修，尽快对电池包进行维修。维修后的电池包重新进行检测，合格后可参与车辆换电作业。
所述充换电站中设置有一个或多个具备电池评估功能的充电仓位，所述充电仓位内环境温度可控，并安装有大功率、高精度充放电设备和专用检测仪器；除正常作为普通充电仓使用外，还承担定期对充换电站内各电池包进行实时检测的工作，进而实现准确了解电池包性能、校正电池包SOC状态、优化充电控制策略、延长电池包可用寿命等预期目标。
所述充电仓位具有但不限于以下电池测试功能：多制式充电、多制式放电、电池容量测试、电池一致性检测、电池寿命预测、电池故障预警、绝缘内阻检测、直流内阻检测、交流内阻检测、气密性检测、电器件功能检测、BMS保护功能检测、电池包综合评价功能及数据采集传输功能等等。
各检测功能可集成至大功率充放电设备中，通过并行或串行的方式完成各检测项目。
所述控制中心根据各个电池包评估测试数据，通过评估算法制定出相应的处理方案，如：通知售后人员对异常电池包进行维修更换、自动或线下对BMS内部SOC算法及充电策略进行调整等。
电池性能评估算法主要是电池容量、一致性、寿命等评估算法，以及各检测结果的分析算法。
一种用于上述具有电池评估功能的充换电站的电池评估方法，包括以下步骤：
（1）根据充换电站内各电池包使用时间、充入电量或其它条件（电池包的使用年限、累计充入电量、累计行驶里程、电池包关键参数如压差、温差等），作为电池需要进行性能评估的判断标准；
（2）将充换电站内需要进行性能评估的待评估电池包运送至评估仓位（具备电池评估功能的充电仓位），自动与评估测试设备连接（通过充放电接插件将充放电设备与电池包连接，完成一系列电性能检测，个别检测项目亦可通过手动连接）；根据电池评估方案及要求，逐步或单独进行各项测试工作；
（3）电池测试过程中产生的所有数据及评估结果，上传至充换电站控制中心；
所述充换电站控制中心主要包括数据监控平台和数据分析平台；其中，所述数据监控平台主要完成车辆换电、电池充电及电池运行等数据的收集工作，并判断电池包是否需要进行检测；数据分析平台利用数据监控平台收集的电池数据和电池检测数据，通过算法分析对电池包性能进行评估，生成综合评价报告，并根据结果进行下一步控制。
数据监控平台和数据分析平台均建设在监控中心，对各充换电站进行统一管控。充换电站端仅包括电脑、数据采集模块、数据传输模块，供查阅、评价、统计、调用等后续工作使用；
（4）充换电站内各电池包根据其性能评估结果，制定后续处理方案，如维修、更换、报废及制定个性化充电控制策略。
试验例
如图1所示，一种用于上述具有电池评估功能的充换电站的电池评估方法，包括以下步骤：
（1）电池仓内记录所有电池包充电过程数据，并传输至数据监控平台；
（2）数据监控平台分析电池包充电数据，根据算法逻辑判断电池包是否需要进行电池评估，如判断某电池包需要进行评估，则监控平台向电池仓发送调取指令，码垛机自动将待评估电池包送至评估仓位，准备实施各项评估检测；
（3）电池包在评估舱内连接测试设备（各检测功能集成的大功率充放电设备），按照要求进行各项评估工作，并将检测结果及数据发送至数据分析平台；
（4）数据分析平台通过算法分析，生成综合评价报告；并根据评估结果通知售后维护人员进行维修、调整控制策略或升级电池管理系统等工作。
1.电池参数汇总：确定充换电站内电池包参数及控制策略，制定电池检评估检测触发条件。
Figure 549298DEST_PATH_IMAGE002
2.电池评估检测：根据上述控制条件，此充换电站内电池包将于2个月一次或2万公里一次的频率进行电池评估检测。充换电站中以电池包编号为单位，记录所有电池包的日常运营情况，并将数据实时传输至数据监控平台进行分析统计工作。当系统检测到某电池包达到2个月或2万公里时，向充换电站控制系统发送命令，将指定电池包送至具有电池评估功能的充电仓内，按要求进行电池评估检测。
3.数据分析及处理方案：电池包检测数据传输至评估数据分析平台，通过专用算法分析，形成电池包综合评价报告，包括但不限于：电池包性能、安全、寿命等内容。根据评估报告内容将会对电池包实施一系列处理措施。
Figure 184547DEST_PATH_IMAGE004

Claims (6)

1.一种具有电池评估功能的充换电站，其特征在于：所述充换电站包括电池充储平台、换电平台和充换电站控制中心；
所述电池充储平台主要完成电池包充电及检测工作，包括电池充电仓和电池评估仓；
所述换电平台主要完成车辆停放、运输电池及更换电池工作，包括停车平台、举升平移单元、电池运输单元；
所述充换电站控制中心主要完成车辆换电、电池充电及电池检测的数据采集、数据分析及控制工作，包括数据监控平台和数据分析平台。
2.根据权利要求1所述的一种具有电池评估功能的充换电站，其特征在于：所述充换电站中设置有一个或多个具备电池评估功能的充电仓位，所述充电仓位内环境温度可控，并安装有大功率、高精度充放电设备和专用检测仪器；除正常作为普通充电仓使用外，还承担定期对充换电站内各电池包进行实时检测的工作，进而实现准确了解电池包性能、校正电池包SOC状态、优化充电控制策略、延长电池包可用寿命预期目标。
3.根据权利要求1所述的一种具有电池评估功能的充换电站，其特征在于：所述充换电站设有控制中心，控制中心根据各个电池包评估测试数据，通过评估算法制定出相应的处理方案。
4.一种用于如权利要求1-3所述的具有电池评估功能的充换电站的电池评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据充换电站内各电池包使用时间、充入电量或其它条件包括电池包的使用年限、累计充入电量、累计行驶里程、电池包关键参数，作为电池需要进行性能评估的判断标准；
（2）将充换电站内需要进行性能评估的待评估电池包运送至具备电池评估功能的充电仓位，通过充放电接插件将充放电设备与电池包连接，完成一系列电性能检测，个别检测项目亦可通过手动连接；根据电池评估方案及要求，逐步或单独进行各项测试工作；
（3）电池测试过程中产生的所有数据及评估结果，上传至充换电站控制中心；
（4）充换电站内各电池包根据其性能评估结果，制定后续处理方案，如维修、更换、报废及制定个性化充电控制策略。
5.根据权利要求4所述的评估方法，其特征在于：所述充换电站控制中心主要包括数据监控平台和数据分析平台；其中，所述数据监控平台主要完成车辆换电、电池充电及电池运行数据的收集工作，并判断电池包是否需要进行检测；数据分析平台利用数据监控平台收集的电池数据和电池检测数据，通过算法分析对电池包性能进行评估，生成综合评价报告，并根据结果进行下一步控制。
6.根据权利要求5所述的评估方法，其特征在于：所述的数据监控平台和数据分析平台均建设在监控中心，对各充换电站进行统一管控，所述充换电站包括电脑、数据采集模块、数据传输模块，供查阅、评价、统计、调用后续工作使用。
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