CN117937653A - 一种蓄电池寿命监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池寿命监控系统及方法，涉及电池监控技术领域。该蓄电池寿命监控系统包括电池、充电器、主控制器和电机驱动器，在电池充电时，充电器通过通讯模块向主控制器发送充电信息，并接收主控制器下发的适应性充电指令；在电池放电时，主控制器确定对应阈值电压，根据阈值电压制定电池放电策略并传递给用户；本发明对包括锂电池、铅酸电池在内的各种电池进行系统化的管理，对于电池的温度、容量、内阻、充电情况、放电电流及时长、深度放电次数、寿命循环次数等方面均进行监管，完善电池的健康管理体系，使得用户能够更好地进行电池维护，降低电池的管理成本。

Description

一种蓄电池寿命监控系统及方法

技术领域

本发明涉及电池监控技术领域，特别是涉及一种蓄电池寿命监控系统及方法。

背景技术

蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。随着时代快速地发展，高空作业平台的应用日益扩大化，电动化、无污染日益成为时代发展的趋势。蓄电池作为一种动力源，已经应用在包括汽车、高空作业平台等各方面领域中。

对于车辆操作者来说，他们关心车辆续航情况，电量显示要准确，并能满足对应工作时长的工作需求。如果电量不足要提醒他们及时充电，防止电量不足导致后续影响他们的工作进度。对于车辆租赁商来说，他们关心运营成本，需要对车辆的电池进行有效管理及维护，避免电池亏电、过放电等，确保电池的健康长寿、减少管理及更换成本。

但蓄电池如果使用不当，容易导致电池寿命大幅度缩减，从而使得更换成本大大提升。

除锂电池外，当前业内使用的电池如铅酸蓄电池往往无电池管理系统或管理粗放。产品常出现蓄电池放电深度大或未经良好保养导致的循环寿命降低、电池自放电导致的亏电、未对电池进行充放电管理及寿命评估带来的电池健康状态不明确等问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种蓄电池寿命监控系统，包括：

电池，电池外电连接有充电器，充电器上携带通讯模块；

主控制器，用于监控记录电池的全生命周期；

电机驱动器，分别与电池和主控制器电连接，在主控制器的驱动下实现电池的放电；

电池充电时，充电器通过通讯模块向主控制器发送充电信息，并接收主控制器下发的适应性充电指令；

电池放电时，主控制器确定对应阈值电压，根据阈值电压制定电池放电策略并传递给用户；

主控制器监控并记录电池的全生命周期，计算电池充电循环后的实时对应电量、电池内阻信息，并结合电池特性曲线评估电池的健康状况。

技术效果：对包括锂电池、铅酸电池在内的各种电池进行系统化的管理，对于电池的温度、容量、内阻、充电情况、放电电流及时长、深度放电次数、寿命循环次数等方面均进行监管，完善电池的健康管理体系，使得用户能够更好地进行电池维护，降低电池的管理成本，该发明可应用在电动高空作业平台或电动车辆等各种需要蓄电池作为主动力源的行业内，应用方向广泛。

本发明还提供了一种蓄电池寿命监控方法，应用有上述一种蓄电池寿命监控系统，还包括充电监控策略、放电监控策略和寿命评估策略，其中，

充电监控策略为通过电池状态数据判断电池的充电模式，并确定电池充电中断状态或充电完成状态，以保证电池充电健康；

放电监控策略为通过电机驱动器动作相应及系统上电情况判断电池放电状态，确定电池处于负载状态、空载状态或待机状态，评估电池的放电健康信息，并为用户反馈电池放电信息和健康状态；

寿命评估策略执行时，在电池充满状态下结合历史充电记录评估电池健康状况；电池负载状态时计算电池内阻和剩余容量，结合历史记录评估电池循环次数；最后根据电池健康状况和电池循环次数为电池分级，传递至用户。

如前所述的一种蓄电池寿命监控方法，充电监控策略包括如下步骤：

S1，充电器上电，电池处于充电状态；

S2，主控制器收集电池状态数据，包括电池容量、温度、电压、内阻、充放电循环次数及时间，根据电池状态数据计算出电池健康信息并判定电池的充电模式；

S3，主控制器将电池的充电模式反馈至用户选择，充电模式包括脱硫充电、均衡充电和正常充电；用户确认后进入对应充电模式；

S4，充电器根据对应充电模式对电池进行充电电压、电流和充电时长控制；

S5，充电器实时传送电池状态至主控制器，遇中途断电情况，主控制器通知用户充电异常，并在再次上电后提醒用户选择断电前的充电模式；

S6，充电完成后，自动断电以防止电池过充。

如前所述的一种蓄电池寿命监控方法，放电监控策略包括如下步骤：

S1，电机驱动器动作相应，结合系统上电情况判断电池为放电状态，判断放电状态分为负载状态、空载状态和待机状态中的一种；

S2-1，电池大电流放电状态时判断为负载状态，电机驱动器将相应的电池放电电流、工作电压、时间信息传递至主控制器，主控制器计算并更新电池实时内阻、电量和放电深度信息，制定并给予电机驱动器负载放电策略，并将限电、警示信息传递至用户；

S2-2，电池小电流放电状态时判断为空载状态，此时电机驱动器无动作，主控制器根据电池端电压的监控信息评估电池健康，制定并执行空载放电策略，记录计算空载状态下的电量消耗；

S2-3，电池放电量微小或零负载时判断为待机状态，主控制器记录电量消耗并实施周期性评估，制定并执行待机放电策略；

S3，电池处于负载状态、空载状态和待机状态时，主控制器均周期性将电池信息更新并发送至用户，以提示用户关注电池健康状态并进行保养充电。

如前所述的一种蓄电池寿命监控方法，寿命评估策略贯穿电池充放电过程和零负载过程，包括如下步骤：

S1，电池充电时，主控制器于充满状态下获取充电容量，并计算满电充电量，结合历史充电记录评估充电健康程度；

S2，电池处于负载状态时，主控制器于电池大电流放电状态下获取电池温度、电压、电流信息，计算出对应电压下的电池内阻和电池剩余容量，结合历史记录下的电阻、剩余容量，评估电池实际衰退程度；

S3，根据充放电次数结合充放电循环次数曲线图评估出电池剩余循环次数；

S4，根据上述信息建立电池健康寿命分级机制，电池寿命分级为：良好、一般、较差、极差，并将评估信息和电池分级结果周期性传递至用户。

如前所述的一种蓄电池寿命监控方法，大电流放电状态为电机转速不为0的情况；小电流放电状态为电机转速为0，但电流不为0的情况；放电量微小状态为电机转速及其电流均为0的情况。

本发明的有益效果是：

（1）本发明中，采用了适应性的充电模式，有效提升电池寿命。充电器对电池充电一般是根据固定的充电曲线进行充电，并不会考虑电池的健康状态，更不会针对健康状态选择相应的充电模式，随着电池健康的下降，会导致电池过充等问题从而寿命提前结束。本发明通过计算评估电池健康状态采用不同的充电模式，并采用相应的充电曲线，大大提升了电池寿命；

（2）本发明中，采用了分级的放电策略，减少电池深度放电。电池的放电深度一般是采用评估SOC的状态进行计算的，往往是剩余电量未超过20%就不限制放电。这种方式没有考虑放电电流大小、电池的健康状态，会导致电池亏电从而寿命提前结束。本发明通过计算评估不同大小放电电流下的放电特性曲线，实施不同的放电策略，降低电池深度放电的风险；

（3）本发明中，全周期监控电池健康状态，降低电池管理工作量。除了正常的充放电过程管理外，本发明综合记录管理电池的温度、充电电量、放电电量、放电深度、充放电循环次数、电池内阻等，结合电池放电特性曲线、温度容量曲线、放电电流与容量曲线、电池放电深度与循环次数曲线等，计算校准电池实际容量，建立一个电池健康状态的评估体系，实现对电池寿命的评估，通知车辆管理者的进行电池的科学维护与保养，减少管理工作量；

（4）本发明中，对包括锂电池、铅酸电池在内的各种电池进行系统化的管理，对于电池的温度、容量、内阻、充电情况、放电电流及时长、深度放电次数、寿命循环次数等方面均进行监管，完善电池的健康管理体系，使得用户能够更好地进行电池维护，降低电池的管理成本，该发明可应用在电动高空作业平台或电动车辆等各种需要蓄电池作为主动力源的行业内，应用方向广泛。

附图说明

图1为实施例1中蓄电池寿命监控系统的系统框图；

图2为实施例2中充电监控策略流程图；

图3为实施例2中放电监控策略流程图；

图4为实施例2中寿命评估策略流程图。

实施方式

在现有的电池应用行业中，除锂电池外，当前业内使用的电池如铅酸蓄电池往往无电池管理系统或管理过于简单。对于电池的温度、容量、内阻、充电情况、放电电流及时长、深度放电次数、寿命循环次数等不进行监管或部分监管，无完整的电池健康管理体系，不能较好的帮助用户进行电池维护、降低电池管理成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种蓄电池寿命监控系统和一种蓄电池寿命监控方法。

实施例1：本实施例提供的一种蓄电池寿命监控系统，结构如图1所示，主要由电池及带有通讯模块的充电器、电机驱动器、主控制器组成。主控制器通过控制充电器实现电池的充电，同时通过控制电机驱动器驱动电机运转实现电池的放电。

在电池充电时，充电器会实时监控并记录充电信息，并将充电信息通过通讯模块发送至主控制器，主控制器根据电池的健康状态进行信息诊断后确定充电模式并将对应充电指令发送给充电器，充电器根据指令进行适应性充电。

在电池放电时，电机驱动器将电池放电信息发送至主控制器，主控制器根据电池的放电特性曲线确定对应的阈值电压。通过电压对比及动态电量综合判断电池放电情况，确定电池放电策略并相应控制策略信息传递给用户，避免深度放电影响电池寿命。

主控制器根据充放电信息对电池做全生命周期的记录，并据此进行评估计算出电池充放电循环后的实时对应电量、电池内阻信息，结合电池特性曲线评估出电池的健康情况，最终实现对电池寿命的全生命周期的监控。

本发明的硬件方面，充分利用车辆已有设备，成本增加少，实用性强。对于一般产品来讲，电机驱动器和主控制器是可以相互通讯的，但一般充电器并无通讯模块，更无法接收主控的指令进行充电。本发明采用的充电器不仅能和主控制器通讯，主控的指令也能够被充电器解析执行，从而使得充电回路形成一个低成本的控制回路，主控制器还能实时获取电池充电电压、电流、时长、电量等实际信息。

实施例2：本实施例提供了一种蓄电池寿命监控方法，主要应用在上述蓄电池寿命监控系统中，还包括充电监控策略、放电监控策略和寿命评估策略，其中，

充电监控策略为通过电池状态数据判断电池的充电模式，并确定电池充电中断状态或充电完成状态，以保证电池充电健康；

放电监控策略为通过电机驱动器动作相应及系统上电情况判断电池放电状态，确定电池处于负载状态、空载状态或待机状态，评估电池的放电健康信息，并为用户反馈电池放电信息和健康状态；

寿命评估策略执行时，在电池充满状态下结合历史充电记录评估电池健康状况；电池负载状态时计算电池内阻和剩余容量，结合历史记录评估电池循环次数；最后根据电池健康状况和电池循环次数为电池分级，传递至用户。

具体的监控策略如图2至图4所示。

如图2，充电监控策略：

充电器上电后车辆处于充电状态，主控制器根据电池状态数据如电池容量、温度、电压、内阻、充放电循环次数及时间等计算出电池健康信息并判定电池的充电模式。

模式有脱硫充电、均衡充电、正常充电。经用户确认后进入对应充电模式状态，充电器根据充电模式对电池进行充电电压、电流、充电时长控制。充电完成后自动断电防止电池过充。

充电器实时传送电池状态信息至主控制器，如果中途断电主控制器也会接收断电前充电器发来的消息，通知用户充电异常，且再次上电后会提醒用户继续上次的充电模式。

如图3，放电监控策略：

当车辆处于放电状态时，根据电机驱动器的动作响应及系统上电情况判断电池放电状态，包括负载状态、空载状态、待机状态。负载状态为大电流放电状态，此时电机驱动器按主控制器指令控制电机运转，并将相应的电池放电电流、工作电压、时间等信息传送至主控制器；

主控制器计算并更新电池实时内阻、电量、放电深度等电池健康信息，并通知电机驱动器按负载状态放电策略放电，实时将限电、警示信息经主控制器传递给用户，防止电池放电深度过大、时间过长导致电池寿命衰减严重。

空载状态为小电流放电状态，整车电机驱动器无动作，电池主要负载整车其他电气元件的运行，整机功率较低。此时主要通过电池端电压的监控评估电池健康信息，制定并执行空载放电策略，对空载状态电量的消耗进行实施计算及记录。

待机状态时如车辆未租赁长期存放在库房，电池主要负载为GPS或零负载，考虑此时电池放电量微小、电池的自放电问题，同样对待机状态下电量的消耗进行周期性（根据客户操作习惯获得电池的充电周期及电池过放时长估算，一般可设定（10～15）天为一个周期）评估及记录，进入并执行待机放电策略。

同时无论何种放电状态，主控制器均会周期性的将电池信息更新并发送给客户，提醒客户关注车辆电池健康状态并及时进行充电保养。

如图4，寿命评估策略：

电池充电时，充满状态下获取充电容量并计算满电充电量，结合历史充电记录评估充电健康程度；电池处于负载状态时，电池大电流放电，获取电池温度、电压、放电电流计算出此电压下的电池内阻、电池剩余容量，并结合历史记录下的电阻、剩余容量评估内阻、实际容量衰退程度；

根据充放电次数结合充放电循环次数曲线图评估出电池剩余循环次数；综上建立一种电池健康寿命分级，电池寿命分级为：良好、一般、较差、极差，并将评估和电池分级信息及时传递给用户。

本发明中的大电流放电状态为电机转速不为0的情况；小电流放电状态为：电机转速为0，但电流不为0的情况；放电量微小状态为电机转速及其电流均为0的情况。

本发明主要采用适应性的充电模式，能够有效提升电池寿命。常规充电器对电池充电一般是根据固定的充电曲线进行充电，并不会考虑电池的健康状态，更不会针对健康状态选择相应的充电模式，随着电池健康的下降，会导致电池过充等问题从而寿命提前结束。本发明通过计算评估电池健康状态采用不同的充电模式，并采用相应的充电曲线，大大提升了电池寿命。

此外，本发明采用分级的放电策略，减少电池深度放电。电池的放电深度一般是采用评估SOC的状态进行计算的，往往是剩余电量未超过20%就不限制放电。这种方式没有考虑放电电流大小、电池的健康状态，会导致电池亏电从而寿命提前结束。本发明通过计算评估不同大小放电电流下的放电特性曲线，实施不同的放电策略，降低电池深度放电的风险。

最后，本发明还提供全周期监控电池健康状态，降低电池管理工作量。除了正常的充放电过程管理外，本发明综合记录管理电池的温度、充电电量、放电电量、放电深度、充放电循环次数、电池内阻等，结合电池放电特性曲线、温度容量曲线、放电电流与容量曲线、电池放电深度与循环次数曲线等，计算校准电池实际容量，建立一个电池健康状态的评估体系，实现对电池寿命的评估，通知车辆管理者的进行电池的科学维护与保养，减少管理工作量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种蓄电池寿命监控系统，其特征在于，包括：

电池，所述电池外电连接有充电器，所述充电器上携带通讯模块；

主控制器，用于监控记录所述电池的全生命周期；

电机驱动器，分别与所述电池和所述主控制器电连接，在所述主控制器的驱动下实现所述电池的放电；

所述电池充电时，所述充电器通过通讯模块向主控制器发送充电信息，并接收主控制器下发的适应性充电指令；

所述电池放电时，所述主控制器确定对应阈值电压，根据阈值电压制定所述电池放电策略并传递给用户；

所述主控制器监控并记录所述电池的全生命周期，计算所述电池充电循环后的实时对应电量、电池内阻信息，并结合电池特性曲线评估所述电池的健康状况。

2.一种蓄电池寿命监控方法，其特征在于：应用如权利要求1所述的一种蓄电池寿命监控系统，还包括充电监控策略、放电监控策略和寿命评估策略，其中，

充电监控策略为通过电池状态数据判断电池的充电模式，并确定电池充电中断状态或充电完成状态，以保证电池充电健康；

放电监控策略为通过电机驱动器动作相应及系统上电情况判断电池放电状态，确定电池处于负载状态、空载状态或待机状态，评估电池的放电健康信息，并为用户反馈电池放电信息和健康状态；

寿命评估策略执行时，在电池充满状态下结合历史充电记录评估电池健康状况；电池负载状态时计算电池内阻和剩余容量，结合历史记录评估电池循环次数；最后根据电池健康状况和电池循环次数为电池分级，传递至用户。

3.根据权利要求2所述的一种蓄电池寿命监控方法，其特征在于，所述充电监控策略包括如下步骤：

S1，充电器上电，电池处于充电状态；

S2，主控制器收集电池状态数据，包括电池容量、温度、电压、内阻、充放电循环次数及时间，根据电池状态数据计算出电池健康信息并判定电池的充电模式；

S3，主控制器将电池的充电模式反馈至用户选择，充电模式包括脱硫充电、均衡充电和正常充电；用户确认后进入对应充电模式；

S4，充电器根据对应充电模式对电池进行充电电压、电流和充电时长控制；

S5，充电器实时传送电池状态至主控制器，遇中途断电情况，主控制器通知用户充电异常，并在再次上电后提醒用户选择断电前的充电模式；

S6，充电完成后，自动断电以防止电池过充。

4.根据权利要求2所述的一种蓄电池寿命监控方法，其特征在于，所述放电监控策略包括如下步骤：

S1，电机驱动器动作相应，结合系统上电情况判断电池为放电状态，判断放电状态分为负载状态、空载状态和待机状态中的一种；

S2-1，电池大电流放电状态时判断为负载状态，电机驱动器将相应的电池放电电流、工作电压、时间信息传递至主控制器，主控制器计算并更新电池实时内阻、电量和放电深度信息，制定并给予电机驱动器负载放电策略，并将限电、警示信息传递至用户；

S2-2，电池小电流放电状态时判断为空载状态，此时电机驱动器无动作，主控制器根据电池端电压的监控信息评估电池健康，制定并执行空载放电策略，记录计算空载状态下的电量消耗；

S2-3，电池放电量微小或零负载时判断为待机状态，主控制器记录电量消耗并实施周期性评估，制定并执行待机放电策略；

S3，电池处于负载状态、空载状态和待机状态时，主控制器均周期性将电池信息更新并发送至用户，以提示用户关注电池健康状态并进行保养充电。

5.根据权利要求2所述的一种蓄电池寿命监控方法，其特征在于，所述寿命评估策略贯穿电池充放电过程和零负载过程，包括如下步骤：

S1，电池充电时，主控制器于充满状态下获取充电容量，并计算满电充电量，结合历史充电记录评估充电健康程度；

S2，电池处于负载状态时，主控制器于电池大电流放电状态下获取电池温度、电压、电流信息，计算出对应电压下的电池内阻和电池剩余容量，结合历史记录下的电阻、剩余容量，评估电池实际衰退程度；

S3，根据充放电次数结合充放电循环次数曲线图评估出电池剩余循环次数；

S4，根据上述信息建立电池健康寿命分级机制，并将评估信息和电池分级结果周期性传递至用户。

6.根据权利要求4所述的一种蓄电池寿命监控方法，其特征在于：所述大电流放电状态为电机转速不为0的情况；小电流放电状态为电机转速为0，但电流不为0的情况；放电量微小状态为电机转速及其电流均为0的情况。