CN114290956A - 一种替换铅酸电池的锂电池集成系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种替换铅酸电池的锂电池集成系统，其包括：锂电池模块，锂电池模块包括锂电池组和电池管理系统；电池管理系统连接锂电池组；专用充电器；整车控制器；电量矫正模块，电量矫正模块连接整车控制器和车辆仪表；以及连接锂电池模块的智能检测仪；其中电池管理系统具有充电器识别模块，充电器识别模块在充电时可识别出专用充电器和非匹配充电器。本发明通过充放电回路通讯方法实现了锂电池组与专用充电器的匹配，保证了电池组充电过程的安全使用，同时为电动车匹配增加了电量修正模块，可以在不破坏车辆仪表及电路的前提下实现原仪表的精准电量显示，消除了不安全的线束改动，提升了铅酸电池替换为锂电池后的运行安全。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体地说，涉及一种替换铅酸电池的锂电池集成系统及其控制方法。
背景技术
铅酸电池由于发展技术成熟，性能稳定，安全性高，广泛作为电能需求端(比如电动自行车、电轻摩、电摩、电动叉车、AGV等)的动力能源。然而，由于铅酸电池生产过程中或废弃后处理不当容易造成环境的污染，电能需求端现有铅酸电池达到寿命后，用能量密度更高、无污染的锂电池替换成为了主流。
而传统的替换方式大多需要多电动车辆进行大幅度改装，如因为锂电池产品接口与铅酸电池不一致需要对整车电路线束接头进行更换，因原有电池仪表无法正确显示电量而需要外接显示仪表或对车辆仪表进行更换，改装过程施工复杂，降低了整车安全性能，且存在误用铅酸电池充电器对锂电池充电进而造成严重的安全隐患。这些都是在使用锂电池替换铅酸电池时亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供了一种替换铅酸电池的锂电池集成系统及其控制方法，用于避免以往铅酸电池性能较差的，存在安全隐患的麻烦。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种替换铅酸电池的锂电池集成系统，其包括：
锂电池模块，锂电池模块包括锂电池组和电池管理系统，锂电池组内部具有串联或并联的锂电池串；电池管理系统连接锂电池组；
专用充电器，专用充电器对于锂电池模块供电；
整车控制器，整车控制器连接锂电池模块；
电量矫正模块，电量矫正模块连接整车控制器和车辆仪表；以及
连接锂电池模块的智能检测仪；
其中电池管理系统具有充电器识别模块，充电器识别模块在充电时可识别出专用充电器和非匹配充电器。
根据本发明一实施方式，其中上述专用充电器具有充放电线路通讯模块，充放电线路通讯模块用于和电池管理系统的充电器识别模块匹配。
根据本发明一实施方式，其中上述电池管理系统可增加存储单元或独立通讯接口，将日常使用数据记录于存储单元中，必要时通过独立通讯接口对外传输或更新系统软件。
一种替换铅酸电池的锂电池集成系统的控制方法，包括：
步骤1：根据容量及电压范围进行锂电池组和电池管理系统的集成；
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，则停止输出并依据既定控制策略进入低功耗仓储模式，结束控制流程，如果系统正常运行则执行步骤4；
步骤4：判断系统是否可以完成通讯握手，如果完成握手则按步骤4-1执行，否则按步骤5执行；
步骤4-1：向智能检测仪发送电池SOC状况、历史运行数据等关键信息，并接收检查仪下发的检测策略，按需配合完成电池检测或维护动作；
步骤4-2：由智能检测仪依据检测数据判定电池组健康状态，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤5：判断系统是否连接了充电设备，如果是则按步骤5-1执行，否则按步骤6执行；
步骤5-1：读取充电器发送的识别信息并与预置信息进行对照，判断是否为专用充电器，如果是择按步骤5-2执行，否则按步骤5-3执行；步骤5-2：电池管理系统打开充电MOSFET,执行充电功能，并由电池管理系统负责执行相关充电保护策略，充电完成后由电池管理系统判定电池组健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤5-3：电池管理系统持续关闭MOSFET,执行充电功能，并由电池管理系统负责执行相关保护策略，同时持续监控电池组及电池管理系统健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤6：由电池管理系统正常执行保护策略并运行，同时监控待机时间是否超时，如果是则按步骤7执行，否则按步骤6-1执行；
步骤6-1：由电量校准模块读取电池状态，计算与之相匹配的铅酸电池电压后，模拟铅酸电池电压向车辆仪表进行输出，并由电池管理系统负责执行相关保护策略，同时持续监控电池组及电池管理系统健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤7：由电池管理系统执行仓储模式控制策略。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
本发明通过充放电回路通讯方法实现了锂电池组与专用充电器的匹配，保证了电池组充电过程的安全使用，同时为电动车匹配增加了电量修正模块，可以在不破坏车辆仪表及电路的前提下实现原仪表的精准电量显示，消除了不安全的线束改动，提升了铅酸电池替换为锂电池后的运行安全。
当然，实施本发明的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例所提供的替换铅酸电池的锂电池集成系统框架图；
图2示出了本发明实施例所提供的替换铅酸电池控制方法流程图控制流程图。
附图标记
车辆仪表1，电量矫正模块2，整车控制器3，锂电池组4，电池管理系统5，专用充电器6，智能检测仪7。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
请参考图1，图1示出了本发明实施例所提供的替换铅酸电池的锂电池集成系统框架图。
如图所示，一种替换铅酸电池的锂电池集成系统，其包括：锂电池模块，锂电池模块包括锂电池组4和电池管理系统5，锂电池组4内部具有串联或并联的锂电池串；电池管理系统5连接锂电池组4；专用充电器6，专用充电器6对于锂电池模块供电；整车控制器3，整车控制器3连接锂电池模块；电量矫正模块2，电量矫正模块2连接整车控制器3和车辆仪表1；以及连接锂电池模块的智能检测仪7；其中电池管理系统5具有充电器识别模块，充电器识别模块在充电时可识别出专用充电器6和非匹配充电器。
在本发明一实施方式中，锂电池组4通过内部锂电池串并联获得与待替换铅酸电池组相同的电压及所需的电池容量，为电动车辆提供电力。
电池管理系统5负责实时采集锂电池组4电压、电流等信息，对锂电池组4充放电全过程实施必要的保护，并具备专用充电器识别模块保护电池组不被非匹配充电器充电。
专用充电器6负责对锂电池组4进行充电，并具备充放电线路通讯功能用于和电池管理系统5匹配。
电量矫正模块2负责将锂电池组4放电特性模拟成铅酸电池相似特性以保证铅酸电池电量计算仪表可以准确反映锂电池组电量状态，用于连接在整车控制器3与车辆仪表1电路中。
智能检测仪7负责对电池系统进行定期或不定期的检测维护使用，具备电池系统状态检测及分析能力。
专用充电器6具有充放电线路通讯模块，充放电线路通讯模块用于和电池管理系统5的充电器识别模块匹配，接收到专用充电器6匹配信号后方可打开充电MOS，并通过采集装置实时获取锂电池组参数信息提供给中心处理单元按照相应的管理策略对锂电池组4充放电过程进行管理。
电池管理系统5可增加存储单元或独立通讯接口，将日常使用数据记录于存储单元中，必要时通过独立通讯接口对外传输或更新系统软件。
接下来，请继续参考图2，本发明还提供了一种替换铅酸电池的锂电池集成系统的控制方法，包括：
步骤1：根据容量及电压范围进行锂电池组和电池管理系统的集成；
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，则停止输出并依据既定控制策略进入低功耗仓储模式，结束控制流程，如果系统正常运行则执行步骤4；
步骤4：判断系统是否可以完成通讯握手，如果完成握手则按步骤4-1执行，否则按步骤5执行；
步骤4-1：向智能检测仪发送电池SOC状况、历史运行数据等关键信息，并接收检查仪下发的检测策略，按需配合完成电池检测或维护动作；
步骤4-2：由智能检测仪依据检测数据判定电池组健康状态，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤5：判断系统是否连接了充电设备，如果是则按步骤5-1执行，否则按步骤6执行；
步骤5-1：读取充电器发送的识别信息并与预置信息进行对照，判断是否为专用充电器，如果是择按步骤5-2执行，否则按步骤5-3执行；步骤5-2：电池管理系统打开充电MOSFET,执行充电功能，并由电池管理系统负责执行相关充电保护策略，充电完成后由电池管理系统判定电池组健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤5-3：电池管理系统持续关闭MOSFET,执行充电功能，并由电池管理系统负责执行相关保护策略，同时持续监控电池组及电池管理系统健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤6：由电池管理系统正常执行保护策略并运行，同时监控待机时间是否超时，如果是则按步骤7执行，否则按步骤6-1执行；
步骤6-1：由电量校准模块读取电池状态，计算与之相匹配的铅酸电池电压后，模拟铅酸电池电压向车辆仪表进行输出，并由电池管理系统负责执行相关保护策略，同时持续监控电池组及电池管理系统健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤7：由电池管理系统执行仓储模式控制策略。
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。
综上所述，本发明通过充放电回路通讯方法实现了锂电池组与专用充电器的匹配，保证了电池组充电过程的安全使用，同时为电动车匹配增加了电量修正模块，可以在不破坏车辆仪表及电路的前提下实现原仪表的精准电量显示，消除了不安全的线束改动，提升了铅酸电池替换为锂电池后的运行安全。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种替换铅酸电池的锂电池集成系统，其特征在于，包括：
锂电池模块，所述锂电池模块包括锂电池组和电池管理系统，所述锂电池组内部具有串联或并联的锂电池串；所述电池管理系统连接所述锂电池组；
专用充电器，所述专用充电器对于所述锂电池模块供电；
整车控制器，所述整车控制器连接所述锂电池模块；
电量矫正模块，所述电量矫正模块连接所述整车控制器和车辆仪表；以及
连接所述锂电池模块的智能检测仪；
其中所述电池管理系统具有充电器识别模块，所述充电器识别模块在充电时可识别出所述专用充电器和非匹配充电器。
2.根据权利要求1所述的替换铅酸电池的锂电池集成系统，其特征在于，其中所述专用充电器具有充放电线路通讯模块，所述充放电线路通讯模块用于和所述电池管理系统的充电器识别模块匹配。
3.根据权利要求1所述的替换铅酸电池的锂电池集成系统，其特征在于，其中所述电池管理系统可增加存储单元或独立通讯接口，将日常使用数据记录于存储单元中，必要时通过独立通讯接口对外传输或更新系统软件。
4.一种基于权利要求1所述的替换铅酸电池的锂电池集成系统的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：根据容量及电压范围进行锂电池组和电池管理系统的集成；
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，则停止输出并依据既定控制策略进入低功耗仓储模式，结束控制流程，如果系统正常运行则执行步骤4；
步骤4：判断系统是否可以完成通讯握手，如果完成握手则按步骤4-1执行，否则按步骤5执行；
步骤4-1：向智能检测仪发送电池SOC状况、历史运行数据等关键信息，并接收检查仪下发的检测策略，按需配合完成电池检测或维护动作；
步骤4-2：由智能检测仪依据检测数据判定电池组健康状态，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤5：判断系统是否连接了充电设备，如果是则按步骤5-1执行，否则按步骤6执行；
步骤5-1：读取充电器发送的识别信息并与预置信息进行对照，判断是否为专用充电器，如果是择按步骤5-2执行，否则按步骤5-3执行；步骤5-2：电池管理系统打开充电MOSFET,执行充电功能，并由电池管理系统负责执行相关充电保护策略，充电完成后由电池管理系统判定电池组健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤5-3：电池管理系统持续关闭MOSFET,执行充电功能，并由电池管理系统负责执行相关保护策略，同时持续监控电池组及电池管理系统健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
步骤6：由电池管理系统正常执行保护策略并运行，同时监控待机时间是否超时，如果是则按步骤7执行，否则按步骤6-1执行；
步骤6-1：由电量校准模块读取电池状态，计算与之相匹配的铅酸电池电压后，模拟铅酸电池电压向车辆仪表进行输出，并由电池管理系统负责执行相关保护策略，同时持续监控电池组及电池管理系统健康状况，如果判定为健康则继续转入步骤1，如果判定为异常则锁定电池组充放电功能并结束控制；
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