CN112018906B - 一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统 - Google Patents
一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112018906B CN112018906B CN202010877101.2A CN202010877101A CN112018906B CN 112018906 B CN112018906 B CN 112018906B CN 202010877101 A CN202010877101 A CN 202010877101A CN 112018906 B CN112018906 B CN 112018906B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- current
- charging
- control circuit
- lithium battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000007600 charging Methods 0.000 title claims abstract description 111
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 85
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- 230000036541 health Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 17
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 5
- 238000010278 pulse charging Methods 0.000 claims description 5
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 2
- 238000007726 management method Methods 0.000 abstract description 31
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010280 constant potential charging Methods 0.000 description 1
- 238000010277 constant-current charging Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/0036—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using connection detecting circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
- H02J7/005—Detection of state of health [SOH]
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0069—Charging or discharging for charge maintenance, battery initiation or rejuvenation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，包括电池系统、无线充电系统、参数采集系统和电池管理系统，无线充电系统包括电源、发射端主电路、发射端控制电路、源端激励线圈、发射线圈、接收线圈、接收匹配线圈、接收端主电路及接收端控制电路，参数采集系统采集锂电池的电压、电流和温度参数信息并传递至电池管理系统，电池管理系统通过各项参数评估当前电池健康状态，无线充电系统根据电池管理系统评估的电池健康状态规划充电模式。本发明基于锂电池的电池健康状态对无线充电方式进行全寿命周期规划，在不同生命周期阶段采用三种不同的充电模式，大幅度降低锂电池充电过程中可能发生故障的概率，尤其是降低电池寿命晚期过充和短期衰竭风险。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，特别涉及一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统。
背景技术
目前，无线充电技术因为便捷等显著优点日益受到厂商和用户的青睐，尤其是在锂电池充电系统中被广泛使用。锂电池的充电方式一般是涓流充电、恒流充电、脉冲充电和恒压充电几种充电机制的混合，适当的充电方法规划对于电池的寿命和安全特性有较大帮助。然而目前针对锂电池的无线充电技术大多不考虑锂电池的特性，尤其是没有根据电池的当前健康状态提供不同的充电模式，这样在电池寿命中后期充电过程可能会导致电池出现过充、短期衰竭等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，借助电路理论分析谐振式无线电能传输系统的原理，采用四线圈结构降低电源和负载对发射、接收谐振回路的影响并能够方便快速的实现最大传输效率和固定传输功率的优化计算；同时基于锂电池的健康状态对无线充电方式进行全寿命周期的规划，在不同生命周期阶段采用三种不同的充电模式，大幅度降低电池充电过程中可能发生故障的概率，尤其是降低电池寿命晚期过充和短期衰竭风险，进一步提升无线充电系统和锂电池系统的安全特性。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，包括电池系统、无线充电系统和电池管理系统，电池系统包括锂电池，无线充电系统包括电源、发射模块和接收模块，发射模块包括与电源输出端连接的发射端主电路、与发射端主电路输出端连接的源端励磁线圈及与源端励磁线圈耦合的发射线圈，接收模块包括与电池系统输入端连接的接收端主电路、与接收端主电路的输入端连接的接收匹配线圈及与接收匹配线圈耦合的接收线圈，该接收线圈与发射线圈在充电时耦合以实现能量传递；发射端参数采集系统的信号输入端与电源连接、信号输出端与发射端控制电路连接，发射端控制电路输出控制发射端主电路；所述电池管理系统通过接收端参数采集系统与电池系统相连以获取电池系统中锂电池的电压、电流和温度信息，电池管理系统通过接收端控制电路与接收端主电路连接，电池管理系统根据获取的电池系统充电时的电压、电流和温度信息估算当前电池健康状态并将电池健康状态信息传递至接收端控制电路，接收端控制电路根据当前电池健康状态控制接收端主电路以不同充电模式对电池系统进行充电。
本发明的目的还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的自适应无线充电系统，其中电池健康状态依据锂电池的容量内阻联合特性，该容量内阻联合特性是根据锂电池容量的归一化数值和内阻的归一化数值经过加权求和得到，即：
Cn＝w1Cc+w2Cr (1)
式(1)中，Cc是锂电池容量的归一化数值，Cr是内阻的归一化数值，w1是电池容量对电池健康状态的权重，w2是内阻对电池健康状态的权重。
前述的自适应无线充电系统，其中所述的Cc和Cr分别通过下面的公式得到：
式(2)中：Cave为当前锂电池容量，Crate为标称电池容量；式(3)中：Rave为锂电池的当前电池内阻，Rrate为标称电池内阻。
进一步的，当前锂电池容量按照安时积分法得到：即将锂电池充分放电后记录锂电池到完全充满的整个过程T的充电电流I，则当前锂电池容量由以下公式得到：
锂电池的当前电池内阻Rave按照脉冲测试的方法得到，其公式为：
进一步的，电池管理系统依据锂电池的电池健康状态状态预先设定的阈值TH1和TH2将电池全生命周期划分为三个区间，当Cn>TH1时，电池系统处于全生命初期；TH2<Cn<TH1时，电池系统处于全生命中期；Cn<TH2时，电池系统处于全生命晚期。
进一步的，依据电池系统当前所处的生命区间，接收端控制电路控制接收端主电路以三种不同的充电模式对电池系统进行充电，即：全生命初期阶段采用分段恒流-脉冲充电的方式对电池系统进行充电；全生命中期阶段采用恒流-恒压的方式进行充电；全生命晚期阶段采用分段恒流-曲线补偿模式进行充电。
进一步的，发射端参数采集系统采集电源充电时的电压、电流和温度信息并送至发射端控制电路，发射端控制电路将所获取电源充电过程中的电压、电流和温度信息与预设的对应阈值进行比较，当电源充电时的电压、电流和温度任一项参数信息超出发射端控制电路内预设的对应阈值时，发射端控制电路切断发射端主电路，发射模块终止工作。
进一步的，电池管理系统还将获取的锂电池充电过程中的电压、电流和温度信息与预设的对应阈值进行比较，当锂电池的电压、电流和温度任一项参数信息超出电池管理系统内预设的对应阈值时，电池管理系统发出故障信号至接收端控制电路，接收端控制电路切断接收端主电路，接收模块终止工作。
进一步的，发射端控制电路包括发射端无线通信模块，接收端控制电路包括接收端无线通信模块，发射端无线通信模块与接收端无线通信模块之间进行双向无线通信交互。
本发明提供一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统与现有技术相比至少具备以下有益效果：
1、本发明中电池管理系统可获取电池系统中锂电池的电压、电流和温度信息，并将该信息分别与预设的对应阈值进行比较，如果超出相应的阈值则通知接收端控制电路结束充电，避免可能出现的充电安全事故发生；而发射端控制电路也能对电源的充电电流、电压及温度与预设阈值进行对比，如果超出相应阈值则结束电能输出，避免充电安全事故。
2、本发明中的发射端控制电路和接收端控制电路之间能进行无线通信，实现双向信息交互，当发射模块或接收模块任意一端因电流、电压或温度超出安全阈值范围时会及时通知另一端，发射模块和接收模块同时动作确保锂电池及整个无线充电系统的安全，实现双端电路检测保护功能。
3、在采集参数正常的情况下，按照电池管理系统反馈的电池健康状态和当前所处生命区间，采用不同的充电方式对电池系统进行充电，一方面有效延长电池使用寿命，另一方面进一步确保了电池系统的充电安全特性；此外本发明的无线充电系统采用四线圈制，简化了源端和负载匹配的难度，同时可以大大提高锂电池系统寿命和充电安全特性，尤其是在电池全生命晚期，极化现象严重，采用曲线补偿模式进行充电，并根据电池当前电压平台进行充电补偿，可以降低锂电池后期因为容量衰减导致的过充和短期衰竭问题风险，减少安全隐患。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明具体实施例中无线充电系统的四线圈结构示意图。
图2是本发明具体实施例中无线充电系统的四线圈结构的等效电路图。
图3是本发明一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统的系统电路组成框图。
图4是本发明具体实施例中锂电池当前电池内阻计算方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
请参阅图1至图4，一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，包括电池系统、参数采集系统、无线充电系统和电池管理系统；电池系统为锂电池的单体或通过串并联扩展成的电池模组；参数采集系统包括发射端参数采集系统和接收端参数采集系统；无线充电系统包括电源、发射模块和接收模块，电源为直流电源，为整个无线充电系统提供充电能量来源，发射模块将电源提供的电能通过无线传输的方式传递至接收模块，接收模块将接收到的电能传递至电池系统实现无线充电。接收端参数采集系统通过检测锂电池充电过程中的电压、电流及温度参数，电池管理系统通过该各项参数评估当前电池健康状态，无线充电系统根据电池管理系统评估的电池健康状态规划充电方式，具体下文将对此进行详细说明。
具体而言，发射模块包括发射端主电路2、发射端控制电路3、源端激励线圈4、发射线圈5；接收模块包括接收线圈6、接收匹配线圈7、接收端主回路8、接收端控制电路9。电源1通过发射端主电路2与源端激励线圈4连接，源端激励线圈4与发射线圈5耦合，发射线圈5与接收线圈6耦合，接收线圈6与接收匹配线圈7耦合，接收匹配线圈即为负载线圈，接收匹配线圈7通过接收端主电路8与电池系统10连接实现充电，发射端主电路2通过逆变、调谐、补偿等处理后将高频交流电送至源端激励线圈4，高频交流电能依次通过源端激励线圈与发射线圈之间的磁耦合谐振、发射线圈与接收线圈间的磁耦合谐振、接收线圈与接收匹配线圈间的磁耦合谐振无线传输给接收匹配线圈。其中采用四线圈结构使得本发明在无线传输能量时受干扰程度小且更利于实现更远距离的传输，从而适用于多种无线充电场景；采用接收匹配线圈优化传输效率，源端激励线圈确保传输功率，调整图2中所示的线圈间耦合系数k23，级间耦合系数k12、k34可优化无线充电系统的传输效率和功率。接收匹配线圈将电能送至接收端主电路输入端，接收端主电路8的输出端与电池系统10连接，接收端主电路接收的电能经过整流、整形、变换后送至电池系统10充电以实现充电功能，接收端整个过程受接收端控制电路9控制。较佳的，沿充电方向，接收端主电路包括依次连接的整流电路、滤波电路和稳压电路，发射端主电路包括相连的逆变电路和补偿电路。
进一步的，发射端采集参数系统12与电源连接，采集电源在充电时的电压、电流及温度信息并将该信息送至发射端控制电路3。发射端控制电路3与发射端主电路2连接，一方面产生供发射端主电路使用的逆变触发信号从而控制发射端主电路通断，另一方面根据发射端参数采集系统采集到的各参数信息判断发射模块是否存在过流、过温等故障，当发生采集信号超出对应阈值时，发射端控制电路控制切断发射端主电路从而终止发射模块工作以起保护功能，并将该故障信号无线传递至接收端控制电路9。具体的，发射端参数采集系统12包括电压采集模块、电流采集模块和温度采集模块，从而实时采集电源充电过程中的电压、电流和温度信息并及时发送至发射端控制电路进行处理，以便于其判断发射模块工作时是否存在过流、过温等故障。
接收端参数采集系统11与电池系统连接，用于采集电池系统中锂电池充电时的电流、电压和温度信息，并将该信息送至电池管理系统13，电池管理系统13通过接收端控制电路9与接收端主电路8连接；电池管理系统将获取的锂电池电压、电流和温度信息分别与其预设的对应阈值进行比较，如果任一项或一项以上参数信息超出相应的阈值，则发出锂电池过(欠)压、过(欠)流和/或过温(低温)异常指令并通知接收端控制电路9切断接收端主电路结束充电以起到保护功能，防止充电事故发生。此外，接收端控制电路9还会把锂电池过(欠)压、过(欠)流和/或过温(低温)的故障信号无线传递至发射端控制电路3。与发射端参数采集系统相似，接收端参数采集系统11包括用于实时采集电池系统10内锂电池充电时的电压、电流和温度相对应的电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块。
电池管理系统13获取锂电池的电压、电流和温度信息后，可根据采集到的电压电流信息计算出锂电池当前的容量、内阻以及容量内阻联合特性，该容量内阻联合特性是根据锂电池容量的归一化数值和内阻的归一化数值经过计算得到的，称为电池健康状态，电池管理系统依据电池健康状态预先设定阈值以将电池全生命周期划分为三个区间，即全生命初期、全生命中期和全生命晚期，电池管理系统将电池健康状态和当前所处生命区间反馈给接收端控制电路9和发射端控制电路3。
进一步的，当接收端控制电路9在锂电池电压、电流、温度参数均正常的情况下，按照电池管理系统反馈的电池健康状态和当前所处生命区间，采用不同的充电模式对电池系统进行充电。充电模式与电池健康状态的关系为：在锂电池的全生命初期阶段可以以正常的充电方式对电池系统进行充电，即采用分段恒流-脉冲充电的方式进行充电；锂电池全生命中期容量下降但极化现象不明显，则采用恒流-恒压的方式进行充电；全生命晚期极化现象严重，采用分段恒流-曲线补偿模式进行充电。
具体而言，电池管理系统13将接收端参数采集系统中得到的锂电池电流、电压和温度参数整合，估算电池当前健康状态；本发明中电池健康状态依据锂电池的容量内阻联合特性，即锂电池容量和内阻的归一化数值经过加权求和得到，因此容量内阻联合特性公式如下：
Cn＝w1Cc+w2Cr (1)
其中Cc和Cr分别是当前锂电池容量和内阻特性的归一化数值，w1和w2分别为锂电池容量和内阻对电池健康状态的权重。
进一步的，Cc和Cr可以分别通过下列式(2)、(3)得到：
其中Cave和Crate分别是当前锂电池容量和标称电池容量；Rave和Rrate为锂电池的当前电池内阻和标称电池内阻。
更进一步的，锂电池的容量按照安时积分法得到：即将锂电池充分放电，记录锂电池到完全充满的整个过程T的充电电流I，电池容量以下面的公式得到：
锂电池的当前内阻Rave按照脉冲测试的方法得到，即在图4所示的脉冲电流激励和电压响应图中，根据t1和t2时刻的电压差和电流差计算获得当前内阻，计算公式为：
电池管理系统依据锂电池的电池健康状态状态预先设定的阈值TH1和TH2将电池全生命周期划分为三个区间，当Cn>TH1时认为电池系统处于全生命初期、TH2<Cn<TH1时电池处于全生命中期，Cn<TH2处于全生命晚期。依据电池系统当前所处的生命区间，接收端控制电路9控制接收端主电路8以不同的充电模式对电池系统进行充电，具体的对应如下：
锂电池的全生命初期阶段采用分段恒流-自适应脉冲充电的方式对电池系统进行充电；全生命中期阶段采用恒流-恒压的方式进行充电；全生命晚期阶段采用分段恒流-曲线补偿模式进行充电。具体而言，曲线补偿模式充电技术是指：电池管理系统会依据当前电池容量(可通过式(4)求得)和充电电流模拟出锂电池的电压曲线，并将模拟值与实际测量值实时进行比较。但由于全生命晚期电池存在故障问题导致模拟值与实际测量值差异较大，此时需要根据模拟出的电压曲线实时调整充电电流。
作为优选，本实施例中的发射端控制电路和接收端控制电路均采用STM32F103RCT6作为核心控制器，实现发射端电路/接收端电路的采集数据处理、逆变、保护控制功能，但本发明对各控制电路所采用的控制器型号不作限制。
进一步而言，发射端控制电路还包括发射端无线通信模块，接收端控制电路包括接收端无线通信模块，发射端无线通信模块与接收端无线通信模块之间进行双向无线信息交互，信息交互内容包括上述各控制电路的故障信号。具体的讲，上文提到，发射端控制电路3在电源对放电时的电压、电流及温度至少一项超出预设阈值时会发出故障信号，接收端控制电路9在锂电池充电过程中电压、电流及温度至少一项超出预设阈值时也会获得电池管理系统发出的故障信号，因此发射端控制电路3和接收端控制电路9之间借助各自配备的无线通信模块可以进行故障信号的及时相互传递，任一端控制电路发出故障信号时会及时通知另一端，两端控制电路同时动作，将发射端主电路2和接收端主电路8均切断，从而起到保护功能，提升了锂电池和整个无线充电系统的安全性。
上文提到，电池管理系统不仅将电池健康状态和当前所处生命区间反馈给接收端控制电路，还会反馈给发射端控制电路3，其具体可以通过在电池管理系统上设置无线通信模块实现与发射端控制电路的信息传递，发射端控制电路也需要掌握锂电池的电池健康状态从而控制发射端的能量输出，例如锂电池处于全生命晚期时，因为电池老化充电电流可能需要减少，如从4A降低至2A，那么发射模块就无需发送太高的功率，因此可实现双端协同工作，避免能量浪费或带来过冲事故等情况发生。
本发明在具体实际应用时，接收模块、电池系统、电池管理系统及接收端参数采集系统处于接收端，接收端的载体可以为各类电子设备，包括但不限于手机、手环、电脑甚至新能源汽车，而发射模块、电源及发射端参数采集系统处于发射端，其可以是与接收端相适配的各种充电平台，用于为接收端无线发射能量以及与接收端进行无线信息交互。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，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，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内；并且以上实施例中未详细描述的特征或术语均理解为现有技术，不再赘述。
Claims (6)
1.一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，其特征在于：包括电池系统、无线充电系统和电池管理系统，电池系统包括锂电池，无线充电系统包括电源、发射模块和接收模块，发射模块包括与电源输出端连接的发射端主电路、与发射端主电路输出端连接的源端励磁线圈及与源端励磁线圈耦合的发射线圈，接收模块包括与电池系统输入端连接的接收端主电路、与接收端主电路的输入端连接的接收匹配线圈及与接收匹配线圈耦合的接收线圈，该接收线圈与发射线圈在充电时耦合以实现能量传递；发射端参数采集系统的信号输入端与电源连接、信号输出端与发射端控制电路连接，发射端控制电路输出控制发射端主电路；
所述电池管理系统通过接收端参数采集系统与电池系统相连以获取电池系统中锂电池的电压、电流和温度信息，电池管理系统通过接收端控制电路与接收端主电路连接，电池管理系统根据获取的电池系统充电时的电压、电流和温度信息估算当前电池健康状态并将电池健康状态信息传递至接收端控制电路，接收端控制电路根据当前电池健康状态控制接收端主电路以不同充电模式对电池系统进行充电；
所述电池健康状态依据锂电池的容量内阻联合特性，该容量内阻联合特性是根据锂电池容量的归一化数值和内阻的归一化数值经过加权求和得到，即：
Cn＝w1Cc+w2Cr (1)
式(1)中，Cc是锂电池容量的归一化数值，Cr是内阻的归一化数值，w1是电池容量对电池健康状态的权重，w2是内阻对电池健康状态的权重；
电池管理系统依据锂电池的电池健康状态状态预先设定的阈值TH1和TH2将电池全生命周期划分为三个区间，当Cn>TH1时，电池系统处于全生命初期；TH2<Cn<TH1时，电池系统处于全生命中期；Cn<TH2时，电池系统处于全生命晚期；
依据电池系统当前所处的生命区间，接收端控制电路控制接收端主电路以三种不同的充电模式对电池系统进行充电，即：
全生命初期阶段采用分段恒流-脉冲充电的方式对电池系统进行充电；
全生命中期阶段采用恒流-恒压的方式进行充电；
全生命晚期阶段采用分段恒流-曲线补偿模式进行充电。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，其特征在于，所述的Cc和Cr分别通过下面的公式得到：
式(2)中：Cave为当前锂电池容量，Crate为标称电池容量；式(3)中：Rave为锂电池的当前电池内阻，Rrate为标称电池内阻。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，其特征在于，当前锂电池容量按照安时积分法得到：即将锂电池充分放电后记录锂电池到完全充满的整个过程T的充电电流I，则当前锂电池容量由以下公式得到：
锂电池的当前电池内阻Rave按照脉冲测试的方法得到，其公式为：
式(5)中：
是t1时刻电压，
是t2时刻电压，
是t1时刻电流，
是t2时刻电流。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，其特征在于，发射端参数采集系统采集电源充电时的电压、电流和温度信息并送至发射端控制电路，发射端控制电路将所获取电源充电过程中的电压、电流和温度信息与预设的对应阈值进行比较，当电源充电时的电压、电流和温度任一项参数信息超出发射端控制电路内预设的对应阈值时，发射端控制电路切断发射端主电路，发射模块终止工作。
5.根据权利要求1或4所述的一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，其特征在于，电池管理系统还将获取的锂电池充电过程中的电压、电流和温度信息与预设的对应阈值进行比较，当锂电池的电压、电流和温度任一项参数信息超出电池管理系统内预设的对应阈值时，电池管理系统发出故障信号至接收端控制电路，接收端控制电路切断接收端主电路，接收模块终止工作。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统，其特征在于，发射端控制电路包括发射端无线通信模块，接收端控制电路包括接收端无线通信模块，发射端无线通信模块与接收端无线通信模块之间进行双向无线通信交互。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010877101.2A CN112018906B (zh) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | 一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010877101.2A CN112018906B (zh) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | 一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112018906A CN112018906A (zh) | 2020-12-01 |
| CN112018906B true CN112018906B (zh) | 2021-06-29 |
Family
ID=73503427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010877101.2A Active CN112018906B (zh) | 2020-08-27 | 2020-08-27 | 一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112018906B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114050633B (zh) * | 2021-06-11 | 2023-11-10 | 上海玫克生储能科技有限公司 | 一种锂电池储能系统的动态管控方法、装置和电子设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101453043A (zh) * | 2007-12-07 | 2009-06-10 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池充电方法和装置 |
| CN107121640A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-01 | 四川力垦锂动力科技有限公司 | 电动汽车用锂电池soh统计系统 |
| WO2018020322A1 (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-01 | Analog Devices Global | Power regulation system for energy harvesters |
| CN108988511A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-12-11 | 佛山市盈智轩科技有限公司 | 一种高效无线充电方法及无线充电装置 |
| CN109643902A (zh) * | 2016-08-23 | 2019-04-16 | 三星电子株式会社 | 供电设备、接收电力的电子装置及其控制方法 |
| CN111384757A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-07 | Oppo广东移动通信有限公司 | 充电方法、装置、设备及存储介质 |
-
2020
- 2020-08-27 CN CN202010877101.2A patent/CN112018906B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101453043A (zh) * | 2007-12-07 | 2009-06-10 | 三星Sdi株式会社 | 二次电池充电方法和装置 |
| WO2018020322A1 (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-01 | Analog Devices Global | Power regulation system for energy harvesters |
| CN109643902A (zh) * | 2016-08-23 | 2019-04-16 | 三星电子株式会社 | 供电设备、接收电力的电子装置及其控制方法 |
| CN107121640A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-01 | 四川力垦锂动力科技有限公司 | 电动汽车用锂电池soh统计系统 |
| CN108988511A (zh) * | 2018-07-06 | 2018-12-11 | 佛山市盈智轩科技有限公司 | 一种高效无线充电方法及无线充电装置 |
| CN111384757A (zh) * | 2020-04-08 | 2020-07-07 | Oppo广东移动通信有限公司 | 充电方法、装置、设备及存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112018906A (zh) | 2020-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105071451A (zh) | 一种电池管理系统 | |
| CN101931243A (zh) | 基于无线网络的电池组管理系统及其控制方法 | |
| CN110739741B (zh) | 高压动力电池在通讯基站中的低压直流耦合管理系统 | |
| CN104300651B (zh) | 一种非接触式充电装置安全防护系统及方法 | |
| CN112018906B (zh) | 一种锂电池全寿命周期的自适应无线充电系统 | |
| EP4407834A2 (en) | Battery management system | |
| CN106532149A (zh) | 一种混合电池控制系统 | |
| CN116885305A (zh) | 一种智能调压的bms管理控制系统 | |
| CN118457365A (zh) | 一种基于bms均衡电池管理控制系统的电池储能方法 | |
| CN111371141B (zh) | 一种基于自动识别技术的无线充电方法及系统 | |
| CN113525117A (zh) | 一种智能反馈电池健康状态的系统和方法 | |
| CN110829627B (zh) | 一种基于分布式的无线充电方法及系统 | |
| CN106707368B (zh) | 一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置 | |
| TWI569221B (zh) | Intelligent electric vehicle charging method and system | |
| CN204928322U (zh) | 一种电动车用无线充电电池组及电动车 | |
| CN105958606A (zh) | 一种电动汽车无线充电控制系统 | |
| CN205753573U (zh) | 一种电动汽车无线充电控制系统 | |
| CN1128584A (zh) | 保持电池电荷的装置和方法 | |
| CN103248105A (zh) | 利用高频开关电源控制磷酸铁锂电池组裸用的系统 | |
| CN105048612B (zh) | 一种电动汽车双向传输智能充电桩 | |
| CN113386625A (zh) | 一种用于电池的bms控制系统及方法 | |
| CN112834932A (zh) | 一种锂电池检验用发电电压数据采集系统 | |
| CN112217259A (zh) | 一种互联网手机无线充电的远程管理系统 | |
| CN215933677U (zh) | 一种基于stm32的锂电池组主动均衡控制系统 | |
| CN108988512A (zh) | 一种电子设备中无线充电电池及其充电控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20201201 Assignee: Henan duanku Technology Co.,Ltd. Assignor: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2021980012720 Denomination of invention: An adaptive wireless charging system for lithium battery life cycle Granted publication date: 20210629 License type: Exclusive License Record date: 20211119 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240620 Address after: 518107, 501, Saisi Industrial Park, Second Industrial Zone, Jiazitang Community, Fenghuang Street, Guangming District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: SHENZHEN SRS ELECTRICAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Country or region after: China Address before: 471003 No.8, Fenghua Road, high tech Zone, Luoyang City, Henan Province Patentee before: LUOYANG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |