CN111923783A - 一种电动叉车低温型锂电池管理系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是为了克服在低温环境下，锂电池运行时间短，需要频繁充电和维护的问题，提供一种电动叉车低温型锂电池管理系统及其控制方法，能够准确预测电池的健康状态和寿命衰减情况，使得可以对锂电池组进行及时的维护，确保电动叉车在低温下的稳定运行，采用以下技术方案：包括控制单元、显示单元、信号采集单元、电池状态评估单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元和电动叉车锂电池组。其控制方法，包括以下步骤：信号采集单元将所有采集数据传输至电池状态评估单元和控制单元；电池状态评估单元接收根据上述数据预测得出未来温度的变化趋势，将预测结果传输至控制单元；控制单元接收采集数据，接收预测结果，并给出执行命令。

Description

一种电动叉车低温型锂电池管理系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电池领域，具体是涉及一种电动叉车低温型锂电池管理系统及其控制方法。
背景技术
随着物流业的不断发展，食品药品的物流仓储逐渐变得重要。食品药品为了延长保质期，因此通常需要储存在低温冷库中。电动叉车体积小、机动性好，是搬运这些物品最合适的工程机械。目前电动叉车主要采用锂电池作为动力源，锂电池能量密度大、工作电压高、循环寿命长，但最佳工作温度范围在15-35℃，而低温冷库的温度一般在0℃以下。当电动叉车在低温冷库中工作时，低温环境导致其动力源锂电池中的电解液流动性降低，离子迁移速率减慢，化学反应速率降低，从而使锂电池电化学性能明显下降，使电动叉车的连续运行时间缩短从而需要对锂电池进行频繁充电和维护，这样不仅使维护成本增加，同时也导致锂电池的寿命缩短。
发明内容
本发明是为了克服在低温环境下，锂电池运行时间短，需要频繁充电和维护的问题，提供一种电动叉车低温型锂电池管理系统及其控制方法，能够准确预测电池的健康状态和寿命衰减情况，使得可以对锂电池组进行及时的维护，确保电动叉车在低温下的稳定运行。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动叉车低温型锂电池管理系统，包括控制单元、显示单元、信号采集单元、电池状态评估单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元和电动叉车锂电池组，其特征是，信号采集单元的信号输入端连接电动叉车锂电池组，信号采集单元的信号输出端连接电池状态评估单元输入端和控制单元输入端，电池状态评估单元输出端连接控制单元输入端，电池状态评估单元输入端连接温度控制单元输出端，控制单元输出端同时连接显示单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元和故障断路单元的输入端，温度控制单元、充放电倍率控制单元和故障断路单元的输出端并联至电动叉车锂电池组。
本发明结构简洁，逻辑清晰，功能齐全，采集参数种类多，控制精度高，能够改善锂电池组在低温下的性能，提高其在低温下的寿命，并能够及时对锂电池组进行维护，从而提高电动叉车在低温环境中的运行性能和稳定性。
作为优选，所述电池状态评估单元包括相互独立的电池健康状态预测模块、电池剩余寿命预测模块和电池组环境温度预测模块。
采用的多个模块集成的电池状态评估单元，能够准确预测电池的健康状态和寿命衰减情况，使得可以对锂电池组进行及时的维护，确保电动叉车在低温下的稳定运行。
作为优选，所述信号采集单元包括相互独立的电动叉车运行信息采集模块，阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块和电压信号采集模块。
作为优选，所述温度控制单元包括加热单元和冷却单元。
一种电动叉车低温型锂电池管理系统控制方法，通过上述的一种电动叉车低温型锂电池管理系统来执行，其特征是，包括以下步骤：
S1：信号采集单元内的电动叉车运行信息采集模块采集电动叉车的速度、负载、环境温度数据，阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块、电压信号采集模块分别采集电动叉车锂电池组中每个单体电池的阻抗、温度、电流和电压数据，并将所有数据传输至电池状态评估单元和控制单元；
S2：电池状态评估单元接收电动叉车的速度、负载、环境温度数据，单体电池的阻抗、温度、电流和电压数据以及制冷、制热数据，电池健康状态预测模块根据上述数据预测得出电池在下一循环的容量，电池剩余寿命预测模块根据上述数据预测得出电池在达到寿命终止前的可用循环数，电池组环境温度预测模块根据上述数据预测得出未来温度的变化趋势，将三个模块的预测结果传输至控制单元；
S3：控制单元接收S1中的电动叉车的速度、负载、环境温度数据以及阻抗、温度、电流和电压数据，接收S2中的预测结果，结合预先设定的电动叉车锂电池组工作温度范围值、寿命终止的容量值、寿命临近终止报警值、提前维护剩余循环值、安全电流范围值、安全电压范围值，给出执行命令，将执行命令分别传输至温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元，并将电池状态评估单元的预测结果和执行命令传输至显示单元。
作为优选，所述S3的具体控制流程如下：
S31:若控制单元在锂电池充电循环中给出故障断路指令，则显示单元报警，并给出故障信息，同时故障断路单元切断充电电源；
S32：若控制单元在锂电池放电循环中给出故障断路指令，则显示单元报警，并给出故障信息，在1分钟后故障断路单元切断电动叉车动力源；
S33：若控制单元给出寿命终止指令，则显示单元报警，并给出维护信息，同时故障断路单元将寿命终止的电池从电动叉车锂电池组中断路；
S34：若控制单元给出维护指令，则显示单元给出维护信息；
S35：若控制单元给出急需维护指令，则显示单元报警，并给出维护信息；若控制单元给出升温指令，则温度控制单元中的加热单元对电动叉车锂电池组进行升温处理；
S36：若控制单元给出降温指令，则温度控制单元中的冷却单元对电动叉车锂电池组进行降温处理；
S37：若控制单元给出调整充放电倍率指令，则充放电倍率控制单元对电动叉车锂电池组的充放电倍率按指令进行调整。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所采用的信号采集单元集成了电动叉车运行信息采集模块、阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块和电压采集模块，各模块相互独立，容易检测电池的异常情况，综合考虑了锂电池的多种信息以及电动叉车的运行情况，为锂电池温度的精确控制提供可靠的依据；
(2)采用了集成电池健康状态预测模块、电池剩余寿命预测模块和电池组环境温度预测模块的电池状态评估单元，能够及时更换出现异常和达到寿命终止点的单体锂电池，确保电动叉车在低温下有稳定的动力源；提高了对锂电池工作环境温度控制的稳定性；
(3)采用了充放电倍率控制单元，通过调整锂电池充放电倍率调整电池的发热量，同时避免锂电池内的化学物质在不合适的充电电流下出现严重的结构缺陷，延长了锂电池在低温环境下的寿命，改善了锂电池在低温环境下的电化学性能；
(4)采用的集成加热单元和冷却单元的温度控制单元，能够使电动叉车锂电池组工作在合适的温度下，显著提高了锂电池组在低温下的电化学性能，从而改善了电动叉车的运行情况。
附图说明
图1是本发明电动叉车低温型锂电池管理系统的逻辑框图。
图2是本发明电动叉车低温型锂电池管理系统的控制方法的逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2所示的实施例中，一种电动叉车低温型锂电池管理系统及其控制方法，其中电动叉车低温型锂电池管理系统结构如下：包括控制单元、显示单元、信号采集单元、电池状态评估单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元和电动叉车锂电池组，连接关系为信号采集单元的信号输入端连接电动叉车锂电池组，信号采集单元的信号输出端连接电池状态评估单元输入端和控制单元输入端，电池状态评估单元输出端连接控制单元输入端，电池状态评估单元输入端连接温度控制单元输出端，控制单元输出端同时连接显示单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元和故障断路单元的输入端，温度控制单元、充放电倍率控制单元和故障断路单元的输出端并联至电动叉车锂电池组。其中电池状态评估单元包括相互独立的电池健康状态预测模块、电池剩余寿命预测模块和电池组环境温度预测模块。信号采集单元包括相互独立的电动叉车运行信息采集模块，阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块和电压信号采集模块。温度控制单元内部设有有加热单元和冷却单元。
使用上述电动叉车低温型锂电池管理系统执行的电动叉车低温型锂电池管理系统控制方法，具体步骤如下：
S1：信号采集单元内的电动叉车运行信息采集模块采集电动叉车的速度、负载、环境温度数据，阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块、电压信号采集模块分别采集电动叉车锂电池组中每个单体电池的阻抗、温度、电流和电压数据，并将所有数据传输至电池状态评估单元和控制单元；
S2：电池状态评估单元接收电动叉车的速度、负载、环境温度数据，单体电池的阻抗、温度、电流和电压数据以及制冷、制热数据，电池健康状态预测模块根据上述数据预测得出电池在下一循环的容量，电池剩余寿命预测模块根据上述数据预测得出电池在达到寿命终止前的可用循环数，电池组环境温度预测模块根据上述数据预测得出未来温度的变化趋势，将三个模块的预测结果传输至控制单元；
S3：控制单元接收S1中的电动叉车的速度、负载、环境温度数据以及阻抗、温度、电流和电压数据，接收S2中的预测结果，结合预先设定的电动叉车锂电池组工作温度范围值、寿命终止的容量值、寿命临近终止报警值、提前维护剩余循环值、安全电流范围值、安全电压范围值，给出对应的执行命令如表1所示，将执行命令分别传输至温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元，并将电池状态评估单元的预测结果和执行命令传输至显示单元。
Figure BDA0002548644400000071
表1
S3具体控制流程如下：
S31:若控制单元在锂电池充电循环中给出故障断路指令，则显示单元报警，并给出故障信息，同时故障断路单元切断充电电源；
S32：若控制单元在锂电池放电循环中给出故障断路指令，则显示单元报警，并给出故障信息，在1分钟后故障断路单元切断电动叉车动力源；
S33：若控制单元给出寿命终止指令，则显示单元报警，并给出维护信息，同时故障断路单元将寿命终止的电池从电动叉车锂电池组中断路；
S34：若控制单元给出维护指令，则显示单元给出维护信息；
S35：若控制单元给出急需维护指令，则显示单元报警，并给出维护信息；若控制单元给出升温指令，则温度控制单元中的加热单元对电动叉车锂电池组进行升温处理；
S36：若控制单元给出降温指令，则温度控制单元中的冷却单元对电动叉车锂电池组进行降温处理；
S37：若控制单元给出调整充放电倍率指令，则充放电倍率控制单元对电动叉车锂电池组的充放电倍率按指令进行调整。
综上所述，本发明结构简洁，逻辑清晰，功能齐全，采集参数种类多，控制精度高，能够改善锂电池组在低温下的性能，提高其在低温下的寿命，并能够及时对锂电池组进行维护，从而提高电动叉车在低温环境中的运行性能和稳定性。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种电动叉车低温型锂电池管理系统，包括控制单元、显示单元、信号采集单元、电池状态评估单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元和电动叉车锂电池组，其特征是，信号采集单元的信号输入端连接电动叉车锂电池组，信号采集单元的信号输出端连接电池状态评估单元输入端和控制单元输入端，电池状态评估单元输出端连接控制单元输入端，电池状态评估单元输入端连接温度控制单元输出端，控制单元输出端同时连接显示单元、温度控制单元、充放电倍率控制单元和故障断路单元的输入端，温度控制单元、充放电倍率控制单元和故障断路单元的输出端并联至电动叉车锂电池组。
2.根据权利要求1所述的一种电动叉车低温型锂电池管理系统，其特征是，所述电池状态评估单元包括相互独立的电池健康状态预测模块、电池剩余寿命预测模块和电池组环境温度预测模块。
3.根据权利要求1所述的一种电动叉车低温型锂电池管理系统，其特征是，所述信号采集单元包括相互独立的电动叉车运行信息采集模块，阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块和电压信号采集模块。
4.根据权利要求1所述的一种电动叉车低温型锂电池管理系统，其特征是，所述温度控制单元包括加热单元和冷却单元。
5.一种电动叉车低温型锂电池管理系统控制方法，通过权利要求1-4任一项所述的电动叉车低温型锂电池管理系统来执行，其特征是，包括以下步骤：
S1：信号采集单元内的电动叉车运行信息采集模块采集电动叉车的速度、负载、环境温度数据，阻抗信号采集模块、温度信号采集模块、电流信号采集模块、电压信号采集模块分别采集电动叉车锂电池组中每个单体电池的阻抗、温度、电流和电压数据，并将所有数据传输至电池状态评估单元和控制单元；
S2：电池状态评估单元接收电动叉车的速度、负载、环境温度数据，单体电池的阻抗、温度、电流和电压数据以及制冷、制热数据，电池健康状态预测模块根据上述数据预测得出电池在下一循环的容量，电池剩余寿命预测模块根据上述数据预测得出电池在达到寿命终止前的可用循环数，电池组环境温度预测模块根据上述数据预测得出未来温度的变化趋势，将三个模块的预测结果传输至控制单元；
S3：控制单元接收S1中的电动叉车的速度、负载、环境温度数据以及阻抗、温度、电流和电压数据，接收S2中的预测结果，结合预先设定的电动叉车锂电池组工作温度范围值、寿命终止的容量值、寿命临近终止报警值、提前维护剩余循环值、安全电流范围值、安全电压范围值，给出执行命令，将执行命令分别传输至温度控制单元、充放电倍率控制单元、故障断路单元，并将电池状态评估单元的预测结果和执行命令传输至显示单元。
6.根据权利要求5所述的一种电动叉车低温型锂电池管理系统控制方法，其特征是，所述S3的具体控制流程如下：
S31:若控制单元在锂电池充电循环中给出故障断路指令，则显示单元报警，并给出故障信息，同时故障断路单元切断充电电源；
S32：若控制单元在锂电池放电循环中给出故障断路指令，则显示单元报警，并给出故障信息，在1分钟后故障断路单元切断电动叉车动力源；
S33：若控制单元给出寿命终止指令，则显示单元报警，并给出维护信息，同时故障断路单元将寿命终止的电池从电动叉车锂电池组中断路；
S34：若控制单元给出维护指令，则显示单元给出维护信息；
S35：若控制单元给出急需维护指令，则显示单元报警，并给出维护信息；
若控制单元给出升温指令，则温度控制单元中的加热单元对电动叉车锂电池组进行升温处理；
S36：若控制单元给出降温指令，则温度控制单元中的冷却单元对电动叉车锂电池组进行降温处理；
S37：若控制单元给出调整充放电倍率指令，则充放电倍率控制单元对电动叉车锂电池组的充放电倍率按指令进行调整。
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