CN112162204B - 一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法。所述模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统包括DCDC变换器，所述DCDC变换器用于负责根据目标要求输出目标电压及其它基本保护功能；电池组管理器，所述电池组组管理器用于负责锂电池电压、电流、温度等信息采集并计算SOC；特性模拟控制器，所述特性模拟控制器用于负责存储铅酸电池伏安特性及铅酸电池等效电路模型参数，所述特性模拟控制器与所述电池组管理器交互收集锂电池当前SOC、电流及运行环境温度，生成目标输出电压。本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法具有不仅可以模拟输出开路状态电压特性，也可以模拟充放电状态下输出特性的优点。

Description

一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法。
背景技术
我国是全球最大的铅酸蓄电池生产国、消费国和出口大国。我国铅酸蓄电池行业主要实行以销定产。巨大的销量都得益于铅酸电池优势：价格较低、具有技术成熟、稳定可靠、安全性高等。然而也有其严重的问题：环境污染、能量密度低、循环寿命低、全生命期成本高等问题。随着新能源汽车大力推广，锂离子电池得到大力大展，锂离子电池对铅酸电池具有很强的竞争性，它的优势在于电池能量密度高，自放电率低，体积小，重量轻，瞬间放电大、环境污染小等优点。随着锂离子电池的规模化应用，成本逐渐降低，市场逐渐再考虑使用锂离子电池替换铅酸电池，但是当前替换过程中，由于锂电池电压与电量呈非线性关系，锂电池管理系统较复杂，其电量算法较复杂，难以在铅酸电池使用场景中直接替换或者与铅酸电池组并联应用。
现有技术中有申请号为201920902993X，发明名称为一种锂电池模拟干电池输出结构的专利申请。一种锂电池模拟干电池输出结构，该专利方法在实际应用时，如果为较大容量电池组，需要大电流充放电时，DCDC转换器将配置较大容量，存在其一次投入建设成本高，系统整体效率低的问题。
申请号为202010567531.4，发明名称为用锂电池组模拟铅酸电池组充放电特性的装置的专利申请，该专利方法复杂，在实际应用中其锂电池的SOC计算等已包含在锂电池管理系统（BMS）功能中。同时其方法采用的DCDC转换器同样存在上面问题，成本高、系统转换效率低的问题。
因此，有必要提供一种新的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种不仅可以模拟输出开路状态电压特性，也可以模拟充放电状态下输出特性的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统包括：
DCDC变换器，所述DCDC变换器用于负责根据目标要求输出目标电压及其它基本保护功能；
电池组管理器，所述电池组组管理器用于负责锂电池电压、电流、温度等信息采集并计算SOC；
特性模拟控制器，所述特性模拟控制器用于负责存储铅酸电池伏安特性及铅酸电池等效电路模型参数，所述特性模拟控制器与所述电池组管理器交互收集锂电池当前SOC、电流及运行环境温度，生成目标电压。
优选的，所述DCDC变换器采用隔离型拓扑结构，所述DCDC变换器的输入侧与锂电池组正、负极并联，所述DCDC变换器的输出侧与锂电池组正、负极连接线并联。
一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据容量及电压范围选择DCDC变换器及电池组进行集成；
步骤2：获取铅酸电池类型开路电压与剩余电量SOC的非线性电气特性，以及等效电路参数模型，存储至系统；
步骤3：判断系统状态，系统如果停机，则停止输出，结束控制，如果运行则执行步骤4；
步骤4：判断系统是否空载，如果空载则按步骤4-1执行，否则按步骤4-2执行；
步骤4-1：特性模拟器向电池组管理器获取电池组SOC，根据SOC查询步骤2存储的铅酸电池开路状态伏安特性曲线，得到目标电压，转递至DCDC控制器，至步骤5；
步骤4-2：特性模拟器向电池组管理器获取电池组SOC、电流、温度信息，根据步骤2存储的铅酸电池等效电路模型参数，得到目标电压，转递至DCDC控制器，至步骤5；
步骤5：DCDC控制器获取目标输出电压，减去当前电池组电压，生成DCDC执行电压，并进行控制使其DCDC变换器输出电压目标，即DCDC变换器执行电压加上电池组电压为模拟目标电压，然后跳至步骤3。
优选的，所述步骤4中判断系统是否空载的依据为输出电流是否为0。
优选的，所述步骤5中当前电池组电压指的是DCDC变换器输入电压。
与相关技术相比较，本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法具有如下有益效果：
本发明提供一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法，本方法中，DCDC变换器连接方式并非简单与电池组并联然后接入负载，其输出侧与电池组串联，对外输出电压实际是电池电压与DCDC变换器输出侧的电压叠加，DCDC变换器不需要调整全电压范围，只需要承担部分电压，则DCDC变换器的功率容量配置相较现有技术大大减小；从主回路连接方式看，本发明方法中仅有部分能量通过DCDC变换器在其中间传输，其明显系统能效明显优于现有技术；本发明提出了根据铅酸电池等效电路来计算模拟铅酸电池输出特性的思路，不仅可以模拟输出开路状态电压特性，也可以模拟充放电状态下输出特性。
附图说明
图1为本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统的一种较佳实施例的结构框图；
图2为本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请结合参阅图1和图2，其中，图1为本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统的一种较佳实施例的结构框图；图2为本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池控制方法的流程图。模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统包括：
DCDC变换器，所述DCDC变换器用于负责根据目标要求输出目标电压及其它基本保护功能；
电池组管理器，所述电池组组管理器用于负责锂电池电压、电流、温度等信息采集并计算SOC；
特性模拟控制器，所述特性模拟控制器用于负责存储铅酸电池伏安特性及铅酸电池等效电路模型参数，所述特性模拟控制器与所述电池组管理器交互收集锂电池当前SOC、电流及运行环境温度，生成目标电压。
所述DCDC变换器采用隔离型拓扑结构，所述DCDC变换器的输入侧与锂电池组正、负极并联，所述DCDC变换器的输出侧与锂电池组正、负极连接线并联。
一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据容量及电压范围选择DCDC变换器及电池组进行集成；
步骤2：获取铅酸电池类型开路电压与剩余电量SOC的非线性电气特性，以及等效电路参数模型，存储至系统；
步骤3：判断系统状态，系统如果停机，则停止输出，结束控制，如果运行则执行步骤4；
步骤4：判断系统是否空载，如果空载则按步骤4-1执行，否则按步骤4-2执行；
步骤4-1：特性模拟器向电池组管理器获取电池组SOC，根据SOC查询步骤2存储的铅酸电池开路状态伏安特性曲线，得到目标电压，转递至DCDC控制器，至步骤5；
步骤4-2：特性模拟器向电池组管理器获取电池组SOC、电流、温度信息，根据步骤2存储的铅酸电池等效电路模型参数，得到目标电压，转递至DCDC控制器，至步骤5；
步骤5：DCDC控制器获取目标输出电压，减去当前电池组电压，生成DCDC执行，并进行控制使其DCDC变换器输出电压目标，即DCDC变换器执行电压加上电池组电压为目标电压，然后跳至步骤3。
所述步骤4中判断系统是否空载的依据为输出电流是否为0。
所述步骤5中当前电池组电压指的是DCDC变换器输入电压。
与相关技术相比较，本发明提供的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法具有如下有益效果：
本发明提供一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统与控制方法，本方法中，DCDC变换器连接方式并非简单与电池组并联然后接入负载，其输出侧与电池组串联，对外输出电压实际是电池电压与DCDC变换器输出侧的电压叠加，DCDC变换器不需要调整全电压范围，只需要承担部分电压，则DCDC变换器的功率容量配置相较现有技术大大减小；从主回路连接方式看，本发明方法中仅有部分能量通过DCDC变换器在其中间传输，其明显系统能效明显优于现有技术；本发明提出了根据铅酸电池等效电路来计算模拟铅酸电池输出特性的思路，不仅可以模拟输出开路状态电压特性，也可以模拟充放电状态下输出特性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统，其特征在于，包括：
DCDC变换器，所述DCDC变换器用于负责根据目标要求输出目标电压及其它基本保护功能；
电池组管理器，所述电池组组管理器用于负责锂电池电压、电流、温度等信息采集并计算SOC；
特性模拟控制器，所述特性模拟控制器用于负责存储铅酸电池伏安特性及铅酸电池等效电路模型参数，所述特性模拟控制器与所述电池组管理器交互收集锂电池当前SOC、电流及运行环境温度，生成目标电压；
所述的模拟铅酸电池电气特性的锂电池的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：根据容量及电压范围选择DCDC变换器及电池组进行集成；
步骤2：获取铅酸电池类型开路电压与剩余电量SOC的非线性电气特性，以及等效电路参数模型，存储至系统；
步骤3：判断系统状态，系统如果停机，则停止输出，结束控制，如果运行则执行步骤4；
步骤4：判断系统是否空载，如果空载则按步骤4-1执行，否则按步骤4-2执行；
步骤4-1：特性模拟器向电池组管理器获取电池组SOC，根据SOC查询步骤2存储的铅酸电池开路状态伏安特性曲线，得到目标电压，转递至DCDC控制器，至步骤5；
步骤4-2：特性模拟器向电池组管理器获取电池组SOC、电流、温度信息，根据步骤2存储的铅酸电池等效电路模型参数，得到目标电压，转递至DCDC控制器，至步骤5；
步骤5：DCDC控制器获取目标电压，减去当前电池组电压，生成DCDC执行电压，并进行控制使其DCDC变换器输出电压，即DCDC变换器执行电压加上电池组电压为目标电压，然后跳至步骤3。
2.根据权利要求1所述的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统，其特征在于，所述DCDC变换器采用隔离型拓扑结构，所述DCDC变换器的输入侧与锂电池组正、负极并联，所述DCDC变换器的输出侧与锂电池组正、负极连接线并联。
3.根据权利要求1所述的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统，其特征在于，所述步骤4中判断系统是否空载的依据为输出电流是否为0。
4.根据权利要求1所述的模拟铅酸电池电气特性的锂电池集成系统，其特征在于，所述步骤5中当前电池组电压指的是DCDC变换器输入电压。
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