WO2014043888A1 - 电动车辆动力电池充放电工况模拟系统和方法 - Google Patents

电动车辆动力电池充放电工况模拟系统和方法 Download PDF

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WO2014043888A1
WO2014043888A1 PCT/CN2012/081737 CN2012081737W WO2014043888A1 WO 2014043888 A1 WO2014043888 A1 WO 2014043888A1 CN 2012081737 W CN2012081737 W CN 2012081737W WO 2014043888 A1 WO2014043888 A1 WO 2014043888A1
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charging
power
discharging
current
voltage
Prior art date
Application number
PCT/CN2012/081737
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English (en)
French (fr)
Inventor
郭春林
肖湘宁
齐文波
侯鹏鑫
范钰波
Original Assignee
华北电力大学
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Publication date
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    • 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
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]

Definitions

  • This invention relates to the field of electrical power applications and, more particularly, to an electric vehicle power battery charging and discharging condition simulation system and method. Background technique
  • An electric vehicle is a vehicle that is driven by a motor in whole or in part.
  • a power battery capable of powering the electric vehicle In order to supply electric power to an electric vehicle, a power battery capable of powering the electric vehicle must be provided. In actual use, it is usually necessary to simulate the performance of the power battery to obtain the relevant parameters of the power battery, so it is necessary to simulate or simulate the charging and discharging conditions of the power battery.
  • the power battery pack is cyclically charged and discharged under various working conditions of the automobile, so the charging and discharging performance, the cycle life, the battery pack temperature change, and the battery pack capacity change of the power battery pack may also affect the operating characteristics of the battery pack.
  • the battery management system can monitor the total current and total voltage of the battery pack in real time, a single set of electrical i ⁇ M block voltage, battery pack temperature, and can estimate the battery pack capacity and transmit data to the vehicle control system in real time.
  • the battery management system plays an important role in the safety of the hybrid battery pack. In the prior art, the sampling accuracy of the battery voltage and current is not high, which results in the battery capacity of the battery pack. The estimation is inaccurate; the battery pack temperature characteristics are not detected; the communication with the powertrain control system mostly uses serial communication technology, resulting in unreliable data transmission and poor anti-interference ability.
  • the simulation adopts popular, easy-to-use picture output and operation mode, structured design, universal database access mode, multi-process, multi-thread mode, which makes the system highly reliable, convenient human-computer interaction operation, high-quality picture display. And flexible scalability. Summary of the invention
  • an electric vehicle charging and discharging system includes: a power battery for storing electric power required for the electric vehicle, wherein the power battery is a power battery pack or a partial power battery pack; a charge and discharge unit for charging and/or discharging the power battery; a monitoring device for monitoring a charging or discharging state of the power battery, and a charging or discharging process for the power battery Controlling, the monitoring device further includes: a detecting unit, a control unit, and a working condition simulation command generating unit, wherein the working condition simulation command generating unit generates a voltage and a current for charging and/or discharging at the current time according to the working condition setting parameter.
  • the control unit controls the charging and/or discharging process of the power battery by the charging and discharging unit according to the command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time; and the detecting unit detects the power battery Actual operating parameters during charging and / or discharging.
  • the display device is utilized to display actual operating parameters during power battery charging and/or discharging.
  • the parameter storage device is utilized to store actual operating parameters during power battery charging and/or discharging.
  • the control unit can control the charging and/or discharging process of the power battery in both open loop and closed loop manners.
  • a method for simulating a working condition using an electric vehicle charging and discharging condition simulation system includes: a power battery for storing electric power required for the electric vehicle, the power The battery is a power battery pack or a partial power battery pack; An electric unit for charging and/or discharging a power battery; a monitoring device for monitoring a charging or discharging state of the power battery, and for controlling a charging or discharging process of the power battery, the monitoring device further comprising:
  • the control unit and the condition simulation command generating unit are characterized in that: the method includes: Step 1: reading the charging and/or discharging working condition setting parameter; Step 2: the working condition simulation instruction generating unit is set according to the working condition The parameter generates a command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time; Step 3: The control unit controls the charging and discharging unit to the power according to the command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging
  • Step 4 Determine whether the end condition of the working condition is reached. If yes, go to step 5, otherwise return to step 3; Step 5: Determine whether all working conditions are completed, if not, obtain the next Set the parameters for one condition, go back to step 2; if it is completed, end.
  • a method for simulating a working condition using an electric vehicle charging and discharging condition simulation system wherein the simulation system includes: a power battery for storing electric power required for the electric vehicle, the power battery It is a power battery pack or a partial power battery pack; a charge and discharge unit for charging and/or discharging the power battery; a monitoring device for monitoring the charging or discharging state of the power battery, and for charging or discharging the power battery The process is controlled, and the monitoring device further includes: a detecting unit, a control unit, and a working condition simulation instruction generating unit, wherein the method comprises: Step 1: reading a working condition related to the charging and/or discharging phase Step 2: The working condition simulation command generating unit generates an initial command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging according to the working condition setting parameter; Step 3, the control unit controls the charging and discharging unit according to the initial command value Perform a charging and/or discharging test run on the power battery for
  • the charging and discharging unit comprises: at least one AC/DC bidirectional converter module, and at least one DC/DC bidirectional chopper module.
  • the at least one DC/DC bidirectional chopper module is connected in series with a manual switch and/or a remote control switch controlled by the monitoring device.
  • the common connection point of the at least one AC/DC bidirectional converter module and the at least one DC/DC bidirectional chopper module is connected to at least one capacitor.
  • At least one DC/DC bidirectional chopper module includes at least two DC/DC bidirectional chopper modules, and the monitoring device is capable of controlling the operation system to operate in the following state: the at least one AC/DC bidirectional variable block In a state in which the power grid is not connected, at least one of the at least two DC/DC bidirectional chopper modules respectively operates in a charging or discharging state; or, the at least one AC/DC bidirectional converter module is in a maintenance state, and At least one of the at least two DC/DC bidirectional chopper modules operates in a charged or discharged state, respectively.
  • the AC/DC bidirectional converter module and the at least one DC/DC bidirectional chopper module are provided with an output DC voltage sensor and an output DC current sensor, wherein the detecting unit detects the charging and/or discharging of the power battery
  • the actual operating parameters are specifically: using the output DC voltage sensor and/or the output DC current sensor to detect actual operation during charging and/or discharging of the power battery.
  • the operating condition includes a basic working condition, wherein the basic working condition is at least one of the following: constant voltage charging, the operating condition parameter includes a charging voltage and an off condition; constant current charging, and the working condition parameter includes charging Current and cut-off conditions; constant power charging, its operating parameters include charging power and cut-off conditions; constant voltage, constant current, constant power segmented charging, its operating parameters include segmented voltage, current, power parameters, conversion conditions and Cut-off condition; charging according to voltage, current and / or power curve, its operating parameters include charging voltage, current and / or power curve and cut-off condition; constant voltage discharge, its operating parameters include discharge voltage and cut-off condition; constant current discharge
  • the working condition parameters include discharge current and cut-off condition; constant power discharge, the working condition parameters include discharge power and cut-off condition; constant voltage, constant current, constant power segmented discharge, and the working condition parameters include segmented voltage and current , power parameters, switching conditions and cut-off conditions; according to voltage, current and / or work The rate curve is discharged, and the operating conditions
  • a device cabinet is further disposed, and the power battery DC is installed in the device cabinet
  • a monitoring instrument for voltage, power battery DC current and/or AC voltage of a charging and discharging unit wherein the power battery DC current monitoring instrument has a positive and negative range, and is capable of monitoring positive and negative currents generated during charging and/or discharging.
  • the operating condition further comprises: a combined working condition formed by a basic operating condition in a combined order and/or a number of repetitions.
  • the operating condition simulation command generating unit calculates the correction amount according to the actual operating parameter and the command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time to obtain the charging and/or discharging at the current time.
  • the monitoring device further includes a working condition data storage unit that stores at least one basic working condition data identified by a basic working condition serial number, wherein the basic working condition data includes a basic working condition setting parameter; and/or The data storage unit stores at least one combined working condition data identified by a combined working condition serial number, the combined working condition data comprising at least one of the following: a basic working condition serial number, a basic working condition setting parameter, a combined order or a basic work The number of repetitions.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a prior art electric vehicle charging and discharging system
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an electric vehicle power battery charging and discharging condition simulation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic view showing a device cabinet of a simulation system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for simulating a charge and discharge condition of an electric vehicle power battery according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 5 is a flow chart showing a method of simulating a charge and discharge condition of an electric vehicle power battery according to another embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used herein to describe various elements, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another. For example, a first element could also be termed a second element, and a second element could be termed a first element, without departing from the scope of the exemplary embodiments.
  • the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the associated listed items. It can be understood that when an element is “connected,” or “coupled” to another element, it can be directly connected or coupled to the other element or can be intervening. Conversely, when an element is referred to as being “directly connected” or “directly coupled” to another element, there is no element in between. Other words used to describe the relationship between elements should be interpreted in the same way (for example, “between” and “directly between”, “adjacent” and “directly adjacent”, etc.).
  • illustrative embodiments will be described in terms of the acts and operations (e.g., in the form of flowcharts), where operations may be implemented as program modules or include routines, programs, objects, components, data structures, and the like.
  • Such existing hardware may include one or more central processing units (CPUs), digital signal processors (DSPs), application specific integrated circuits, field programmable gate array (FPGA) computers, and the like.
  • the software implementation aspects of the exemplary embodiments are typically encoded on some form of program storage medium or on some type of transport interface.
  • the computer readable medium can be magnetic (e.g., a floppy disk or a hard drive) or optical (e.g., a compact disk read only memory, or "CD ROM") and can be read-only or random access.
  • the transmission medium can be a twisted pair, coaxial cable, fiber optic or other suitable transmission shield as is known in the art.
  • the exemplary embodiments are not limited to these aspects of any specified implementation.
  • Fig. 1 is a schematic view showing a prior art electric vehicle charging and discharging system.
  • an electric vehicle charging and discharging system includes a power battery and a charging and discharging unit.
  • the power battery is used to store the power required by the electric vehicle.
  • the power battery is a power battery pack or a partial power battery pack.
  • the charge and discharge unit is for charging and/or discharging the power battery.
  • electric vehicle charging and discharging systems generally do not have monitoring equipment that monitors and controls the charging and/or discharging process.
  • the electric vehicle power battery charging and discharging working condition simulation system includes: a power battery, a charging and discharging unit, and a monitoring device.
  • the monitoring device further comprises: a detecting unit, a control unit and a working condition simulation instruction generating unit.
  • the simulation system is capable of simulating the charging and discharging process of the power battery under basic conditions or combined operating conditions, thereby monitoring and simulating the charging and discharging process of the power battery.
  • the data obtained during the charging and discharging process and related data can be advantageously used as a basis for improving the performance of the power battery.
  • the power battery is used to store electric power required by the electric vehicle, and the power battery may be a power battery pack or a partial power battery pack.
  • the power battery supplies electric energy to the driving motor of the electric vehicle, and the electric motor converts the electric energy of the power battery into a power, through the transmission device or directly drives the wheel and the working device.
  • the system The power battery of the system has a fuse connected in series, so that the power battery can be protected when the voltage is too large or the current is too large.
  • the relevant parameters of the power battery include at least one of the following: a) Battery capacity: The battery capacity is determined by the battery discharge voltage*discharge current*discharge time, and is generally indicated by the hour (Ah) in the battery industry. b) Charge (discharge) rate: Charge (discharge) The charge rate is the time required to charge (charge) all the charge. As the standard speed when charging (discharging), it is generally used to explain the charge (charge). What is the speed of electricity? For example, the two-hour discharge means that the current of the battery is discharged in two hours with a current of 0.5C; the 20-minute rate means that the rated current of the battery is completely discharged within 20 minutes using the current of 3C.
  • the hourly rate is also often used to indicate the standard discharge time.
  • the standard discharge current can be determined by scaling the rated capacity. Generally, the rated capacity of the specifications provided by the manufacturer is measured under the conditions of a temperature of 20V and 0.2C.
  • Nominal voltage When the battery is just shipped from the factory, the potential difference between the positive and negative poles is called the nominal voltage of the battery.
  • Internal resistance refers to the resistance that current flows through the inside of the battery. The internal resistance of the rechargeable battery is very small, and it is generally tested with a special instrument. There is a difference between the internal resistance of the charge state and the internal resistance of the discharge state, and the internal resistance of the discharge state is slightly larger and less stable.
  • e) Charge termination voltage When the battery is fully charged, the active material on the plate has reached saturation state, and then the battery continues to charge, and the voltage of the battery does not rise. The voltage at this time is called the charge termination voltage.
  • Discharge termination voltage refers to the lowest voltage allowed when the battery is discharged.
  • Cycle life The number of times the battery can be repeatedly charged and discharged. The life is inversely proportional to the capacity, and is closely related to the charge and discharge conditions. Generally, the larger the charging current, the shorter the life.
  • Charge retention capacity Usually refers to the self-discharge rate. It is related to the battery material, production process and storage conditions. Generally, the higher the temperature, the higher the self-discharge rate.
  • the charge and discharge unit is for charging and/or discharging a power battery.
  • the power battery can be charged and/or discharged for a plurality of time periods using a charge and discharge unit.
  • charging is performed in the first period of time
  • discharging is performed after charging in the second period of time
  • discharging is performed in the third period of time
  • charging is performed after the first period of E in the fourth period of time.
  • the discharge unit comprises an AC/DC bidirectional converter module and at least one DC/DC bidirectional chopper module. Wherein the at least one DC/DC bidirectional chopper module is connected in series with a manual A switch and/or a remote control switch controlled by the monitoring device.
  • the common connection point of the AC/DC bidirectional converter module and the at least one DC/DC bidirectional chopper module is connected to at least one capacitor.
  • the AC/DC bidirectional converter module and the at least one DC/DC bidirectional chopper module are provided with an output DC voltage sensor and an output DC current sensor, wherein the output DC voltage sensor and the output DC current sensor are used for detecting and detecting Actual operating parameters when the power battery is charged and/or discharged.
  • the at least one DC/DC bidirectional chopping module is defined to include at least two DC/DC bidirectional chopping modules.
  • the monitoring device can control the operating condition simulation system to operate in the following state:
  • the AC/DC bidirectional converter module is in a state in which it is not connected to the grid, and at the same time, at least one of the at least two DC/DC bidirectional chopper modules respectively operates in a charging or discharging state.
  • the AC/DC bidirectional converter module is in a maintenance state, and at the same time, at least one of the at least two DC/DC bidirectional chopper modules respectively operates in a charging or discharging state.
  • the AC/DC bidirectional converter module mainly maintains the voltage stability of the capacitor, that is, the output power is zero or approximately zero.
  • At least one of the at least two DC/DC bidirectional chopper modules operates in a charging state
  • the at least two DC/DC bidirectional chopping modules have at least another A DC/DC bidirectional chopper module operates in a discharged state.
  • 5 DC/DC bidirectional chopper modules more than 2
  • one DC/DC bidirectional chopper module is in the charging state
  • 4 DC/DC bidirectional chopper modules are in the charging state.
  • the manner in which the charging and discharging unit charges the power battery includes at least one of the following: constant voltage charging; constant current charging; constant power charging; constant voltage, constant current, constant power segment charging; according to voltage, current or Power curve charging; constant voltage discharge; constant current discharge; constant power discharge; constant voltage, constant current, constant power segmentation discharge; discharge according to voltage, current or power curve.
  • the power battery is also allowed to stand.
  • the monitoring device is used to monitor the charging of the power battery Or a discharge state, and for controlling the charging or discharging process of the power battery.
  • the monitoring device generates command values for the required voltage, current or power for charging and/or discharging to simulate according to the instructions.
  • the compliance requirements are, for example, requirements that meet user requirements, meet test requirements, meet performance requirements of the power battery itself, and the like.
  • the monitoring device implements the above functions by its internal components.
  • the monitoring device further includes: a detecting unit, a control unit, and a working condition simulation instruction generating unit.
  • the condition simulation command generating unit generates a command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time according to the operating condition setting.
  • the condition setting parameter may be preset by a system administrator or a user.
  • the condition setting ⁇ can be input by the user before running the simulation system.
  • the condition simulation command generating unit may generate an initial command value of the voltage, current or power that meets the required charging and/or discharging according to the current operating condition setting parameter.
  • the working condition simulation command generating unit generates the working condition simulation correction value based on the initial command value and the actual operating parameter.
  • condition simulation command generating unit calculates the correction amount according to the actual operating parameter and the command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time to obtain the current time charging and/or Correction command value for voltage, current or power of discharge.
  • the analog system controls the charging and discharging process of the power battery by the charging and discharging unit according to the command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time.
  • the control unit may control the charging and discharging unit to perform a charging and/or discharging trial operation on the power battery for a period of time according to the initial command value.
  • the control unit may control the charging and discharging unit to perform a charging and/or discharging trial operation on the power battery for a period of time according to the initial command value.
  • the control unit may control the charging and discharging unit to perform a charging and/or discharging trial operation on the power battery for a period of time according to the initial command value.
  • the control unit may control the charging and discharging unit to perform a charging and/or discharging trial operation on the power battery for a period of time according to the initial command value.
  • the control unit may control the charging and discharging unit to perform a charging and/or discharging trial operation on the
  • control unit controls the charging and discharging process of the power battery by the charging and discharging unit according to the correction command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time.
  • the operating condition is an actual working condition when the charging and discharging unit charges and/or discharges the power battery.
  • the operating conditions include basic operating conditions and combined operating conditions.
  • the combined operating conditions may consist of one or more basic operating conditions.
  • the basic working condition corresponds to charging The discharge cell performs a charging and/or discharging mode, at least one of the following: constant voltage charging, the operating parameter includes a charging voltage and an off condition; constant current charging, and the operating parameter includes a charging current and a cutoff condition; Charging, its operating parameters include charging power and cut-off conditions; constant voltage, constant current, constant power segmentation charging, its operating parameters include segmented voltage, current, power parameters, switching conditions and cut-off conditions; according to voltage and current And / or power curve charging, its operating parameters include charging voltage, current and / or power curve and cut-off conditions; constant voltage discharge, its operating parameters include discharge voltage and cut-off conditions; constant current discharge, its operating parameters include discharge Current and cut-off conditions; constant power discharge, its operating parameters include discharge, its operating parameters include
  • the combined operating condition may be, for example, constant voltage charging during a first time period; constant voltage, constant current, constant power segmentation charging during a second time period; discharge of a third time period according to a voltage curve;
  • the fifth stage repeats discharge according to the voltage curve and the like.
  • the working condition simulation command generating unit generates the working condition simulation correction value according to the operating condition simulation initial value and the actual parameter when the power battery is charged or discharged.
  • the simulated value of the actual parameter generation condition according to the initial condition of the working condition and the actual parameter generation when the power battery is charged or discharged includes: the actual parameter of the voltage and/or current and/or power of the power battery charging or discharging obtained by the sensor detection. And generating a working condition simulation correction value according to the preset control strategy based on the actual parameter and the working condition simulation initial value.
  • the control unit may start charging or discharging the power battery according to the operating condition simulation correction value.
  • the control unit can control the charging and discharging process of the charging and discharging unit in an open loop and a closed loop manner.
  • the control unit controls the charging and/or discharging of the power battery by the charging and discharging unit in accordance with a command value of the voltage, current or power that satisfies the required charging and/or discharging.
  • the detection unit detects actual operating parameters during charging and/or discharging of the power battery.
  • the detecting unit detects an actual operating parameter of the power battery during the trial run, and sends the actual operating parameter to the working condition simulation command generating unit.
  • the actual operating parameters may include: (1) AC voltage of the charger, AC current of the charger, and power The DC voltage of the pool, the DC current of the power battery, the SOC of the power battery and/or the temperature of the power battery; (2) the charging time, charging curve and/or charging capacity for charging from an external power source; (3) when connecting the load Discharge time, discharge curve and/or discharge capacity; (4) charge and discharge speed, charge and discharge time, charge and discharge curve and/or charge and discharge power when connecting the charge and discharge machine.
  • SOC State of Charge
  • the SOC State of Charge
  • the value is defined as the ratio of the remaining capacity of the battery to the battery capacity.
  • a state in which the battery is charged at a certain temperature until the energy can no longer be absorbed is defined as a state of charge of 100%, and a state in which the battery can no longer emit energy is defined as a state of charge of 0%.
  • the charge and discharge monitoring device stores the above state data and controls at least one power battery charging and discharging unit.
  • the above state data can be stored in various non-volatile memories.
  • the cabinet is for accommodating a power battery, a charge and discharge unit, and a monitoring device. Furthermore, the cabinet may further include: a sensor, a communication unit, an input device, a display device, a power battery DC voltage monitoring instrument, a power battery DC current monitoring instrument, a charging and discharging unit AC voltage monitoring instrument, and/or a battery management system.
  • the power battery is usually equipped with a power battery management system, and can be charged and discharged in the process of charging and discharging, and the charging and discharging machine is used to control the electrical process.
  • the communication unit enables the user to remotely control the analog system.
  • the user can send a control command to the communication unit via a network such as a wireless network, and the communication unit forwards the control command to the monitoring device.
  • the user may pre-enter through the input device or enter a simulated setpoint before running the simulation system.
  • the display device is capable of displaying repair related information of the simulation system, such as setting parameters, running results, and operating status.
  • the touch screen can be utilized to integrate the functions of the input device and the display device.
  • the monitoring instrument of the power battery DC voltage, the power battery DC current and/or the charging and discharging unit AC voltage is installed in the cabinet, wherein the power battery DC current monitoring instrument has positive and negative ranges, and can monitor charging and/or Positive and negative currents generated during discharge.
  • the sensor may be an acoustic sensor, a smoke sensor, a humidity sensor, a temperature sensor or the like.
  • the electric vehicle charging and discharging simulation system further comprises a monitoring panel, and the monitoring panel is usually located at a front panel of the cabinet.
  • the monitoring panel is not limited to the front panel of the cabinet, which can typically be configured to facilitate control of the analog system.
  • the monitoring panel is used to set a control switch, a status indicator, and/or a monitoring meter.
  • the system is equipped with a main power switch, and after the main power switch is turned off, the power of all the primary devices in the cabinet can be disconnected.
  • the system is equipped with a smoke alarm device and/or a high temperature alarm device to achieve an alarm when smoke or high temperature occurs in the cabinet.
  • the external power supply access position of the system is connected with a lightning arrester in parallel, thereby achieving the effect of overvoltage protection.
  • a storage unit is further provided which stores at least one basic condition data identified by a basic condition number, the basic condition data including a basic condition setting parameter.
  • the working condition data storage unit stores at least one combined working condition data identified by the combined working condition serial number, wherein the combined working condition data includes at least one of the following: a basic working condition serial number, a basic working condition setting parameter, and a combination The order or number of repetitions of the basic conditions.
  • Memory units such as volatile and non-volatile memory. Volatile memory, such as random access memory
  • RAM random access memory
  • ROM read only memory
  • the method 400 begins at step 401 and then proceeds to step 402.
  • the charging and/or discharging condition setting parameters are read.
  • the working condition setting parameter at this time is the initial working condition setting parameter or the initial setting parameter.
  • the operating condition setting parameters related to the next charging and / or discharging phase are obtained and repeated carried out.
  • the condition simulation command generation unit generates a command value of the voltage, current, or power of the current time of charging and/or discharging according to the operating condition setting parameter.
  • the operating condition setting parameter at this time may be the initial operating condition setting parameter or the initial setting parameter as described above, or may be the next charging and/or discharging phase acquired at step 407 described later.
  • Related operating conditions setting parameters may be the initial operating condition setting parameter or the initial setting parameter as described above, or may be the next charging and/or discharging phase acquired at step 407 described later.
  • the method 400 proceeds to step 404, and the control unit controls the charging and discharging unit to charge the power battery according to the command value of the voltage, current or power of the charging and/or discharging at the current time. Or discharge process.
  • the method 400 proceeds to step 405 to determine if the end condition of the operating condition is reached.
  • step 406 determines whether all the operating conditions are completed. If not, the next operating condition setting parameter is acquired. If not, i.e., this simulation has a next charge and/or discharge phase, then method 400 proceeds to step 407 to obtain the operating condition setting parameters associated with the next charging and/or discharging phase, and then returns to step 403.coast If the full charge and/or discharge phase has been completed, proceed to step 408 and the method 400 ends.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a method 500 for simulating a charging and discharging condition of an electric vehicle power battery according to another embodiment of the present invention.
  • the method 500 begins at step 501 and then proceeds to step 502.
  • the operating condition setting parameters associated with the charging and/or discharging phases are read.
  • the working condition setting parameter at this time is the initial working condition setting parameter or the initial setting parameter.
  • the simulation settings corresponding to the next charging and / or discharging phase are obtained, and Repeat execution.
  • the condition simulation command generation unit generates an initial command value for generating a voltage, a current, or a power of the charge and/or discharge according to the operating condition setting.
  • the operating condition setting parameter at this time may be the initial operating condition setting parameter or the initial setting parameter as described above, or may be the next charging and/or discharging phase acquired at step 510 described later.
  • the method 500 then proceeds to step 504: the control unit controls the charging and discharging unit to perform a charging and/or discharging test operation on the power battery for a period of time according to the initial command value;
  • Step 508 Determine whether the end condition of the current charging and / or discharging phase is reached, if yes, proceed to step 509, otherwise return to step 507; Step 509, determine whether to complete the full charging and / or discharging phase, if not completed Then, proceed to step 510 to obtain the operating condition setting parameters related to the next charging and/or discharging phase, and return to step 503; if it has been completed, proceed to step 511, and the method 400 ends.
  • the invention has mainly been described by reference to a few embodiments. However, it is well known to those skilled in the art that, as defined by the appended claims, other embodiments of the invention disclosed above are equally within the scope of the invention.

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Abstract

一种电动车辆充放电工况模拟系统和方法。模拟系统包括动力电池、充放电单元和监控设备。监控设备用于监控动力电池的充电或放电状态和对动力电池的充电或放电过程进行控制。监控设备包括：检测单元、控制单元和工况模拟指令生成单元。工况模拟指令生成单元根据工况设定参数生成当前时刻的充电和/或放电的电压、电流或功率的指令值。控制单元根据当前时刻的充电和/或放电的电压、电流或功率的指令值控制充放电单元对动力电池的充电和/或放电过程。检测单元检测动力电池充电和/或放电过程中的实际运行参数。工况模拟方法利用模拟系统进行工况模拟。工况模拟方法可以模拟电动车辆对电池的充放电过程。

Description

电动车辆动力电池充放电工况模拟系统和方法
技术领域
本发明涉及电力应用领域， 并且更特别地， 涉及一种电动车辆动力电 池充放电工况模拟系统和方法。 背景技术
目前， 为应对全球气候问题和能源短缺的问题， 世界各国都在积½ 展清洁的可再生能源。 传统汽车进一步加剧了日益严重的环境污染和能源 短缺问题。 为了克服传统汽车对不可再生资源的^， 各国都在大力 以电力作为能源的电动汽车。 电动汽车效率高、 排放低， 能够从根本上减 少对石油的依赖，增加可再生能源的利用， 降低二氧化破和污染物的排放， 得到了广泛的重视。世 国纷纷 ^巨额资金，开展电动汽车技^发， 尤其是在核心的供电系统、 驱动系统方面， 进行了大量研究， 取得了长足 的 。
电动汽车是指全部或部分由电机驱动的汽车，目前主要有纯电动汽车、 混合动力汽车、 燃料电池电动汽车以及外接充电式混合动力汽车等。 为了 向电动汽车提供电力， 必须设置能够为电动汽车提供动力的动力电池。 在 实际使用中， 通常需要对动力电池的性能进行模拟从而获得动力电池的相 关参数， 因此需要对动力电池进行充放电工况模拟或仿真。 此外， 动力电 池组在汽车的各种工况下循环进行充放电，所以动力电池组的充放电性能、 循环使用寿命， 电池组温度变化、 电池组容量变化等也会影响电池组的工 作特性。 电池组管理系统能够实时监测电池组的总电流、 总电压、 单组电 i<M 块电压、 电池组温度， 并能估算电池组容量， 实时传送数据给整车控 制系统。 电池组管理系统对混合动力电池组的安全起着重要作用。 在现有 技术中， 对电池组电压、 电流采样精度不高， 这导致对电池组的电池容量 估算不精确； 没有检测电池组温度特性； 与动力总成控制系统的通讯多采 用串口通讯技术导致数据传输不可靠， 抗干扰能力差。
因此需要提供一种电动车辆动力电池充放电工况模拟系统和方法， 可 以模拟电动汽车对电池充放电过程， 为研发设计人员研究电动汽车充放电 提供相关数据和理论支持。 动力电池充放电的相关参数由电动车辆动力电 池充放电工况模拟系统来完成。 模拟采用流行、 筒单易用的画面输出和操 作方式， 结构化设计， 通用数据库访问方式、 多进程、 多线程模式， 使系 统具有高可靠性、 方便的人机交互操作、 高质量的画面显示及灵活的可扩 展性。 发明内容
为了解决上述问题， 根据本发明的一个方面， 提供一种电动车辆充放 电工 ^拟系统， 所述工况模拟系统包括： 动力电池， 用于储存电动车辆 所需要的电力， 所述动力电池为动力电池包或部分动力电池包； 充放电单 元， 用于对动力电池进行充电和 /或放电； 监控设备， 用于监控动力电池的 充电或放电状态， 以及用于对动力电池的充电或放电过程进行控制， 所述 监控设备还包括： 检测单元、 控制单元和工况模拟指令生成单元， 其中工 况模拟指令生成单元，根据工况设定参数生成当前时刻的充电和 /或放电的 电压、 电流或功率的指令值； 控制单元， 根据当前时刻的充电和 /或放电的 电压、 电流或功率的指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 /或放电 过程；以及检测单元，检测动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行参数。 优选地， 利用显示设备来显示动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行参 数。 优选地， 利用参数存储设备来存储动力电池充电和 /或放电过程中的实 际运行参数。 优选地， 控制单元可以采用开环和闭环两种方式控制对动力 电池的充电和 /或放电过程。
根据本发明的另一方面， 提供一种利用电动车辆充放电工况模拟系统 进行工况模拟的方法， 其中所述模拟系统包括： 动力电池， 用于储存电动 车辆所需要的电力， 所述动力电池为动力电池包或部分动力电池包； 充放 电单元， 用于对动力电池进行充电和 /或放电； 监控设备， 用于监控动力电 池的充电或放电状态， 以及用于对动力电池的充电或放电过程进行控制， 所述监控设备还包括： 控制单元和工况模拟指令生成单元， 其特征在于， 所述方法包括： 步骤 1: 读取充电和 /或放电的工况设定参数； 步骤 2: 工 况模拟指令生成单元根据工况设定参数生成当前时刻的充电和 /或放电的 电压、 电流或功率的指令值； 步骤 3: 控制单元根据当前时刻的充电和 /或 放电的电压、 电流或功率的指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 / 或放电过程； 步骤 4: 确定是否达到工况的结束条件， 如果达到， 进入步 骤 5， 否则返回步骤 3; 步骤 5: 确定是否完成所有工况， 如果没有完成， 则获取下一工况设定参数， 回到步骤 2; 如果已经完成， 则结束。
根据本发明的另一方面， 一种利用电动车辆充放电工况模拟系统进行 工况模拟的方法， 其中所述模拟系统包括： 动力电池， 用于储存电动车辆 所需要的电力， 所述动力电池为动力电池包或部分动力电池包； 充放电单 元， 用于对动力电池进行充电和 /或放电； 监控设备， 用于监控动力电池的 充电或放电状态， 以及用于对动力电池的充电或放电过程进行控制， 所述 监控设备还包括： 检测单元、 控制单元和工况模拟指令生成单元， 其特征 在于， 所述方法包括： 步骤 1 , 读取与充电和 /或放电阶段相关的工况设定 参数； 步骤 2， 工况模拟指令生成单元根据工况设定参数生成充电和 /或放 电的电压、 电流或功率的初始指令值； 步骤 3， 控制单元根据所述初始指 令值控制充放电单元对动力电池进行一段时间的充电和 /或放电试运行； 步 骤 4， 检测单元检测动力电池在试运行期间的实际运行参数， 并将所述实 际运行参数发送给工况模拟指令生成单元； 步骤 5， 工况模拟指令生成单 元根据所述初始指令值和实际运行参数生成工况模拟修正值， 步骤 6， 控 制单元根据所述工况模拟修正值控制充放电单元对动力电池进行充电和 / 或放电； 步骤 7: 确定是否达到当前充电和 /或放电阶段的结束条件， 如果 达到， 进入步骤 8， 否则返回步骤 6; 步骤 8， 确定是否完成全部充电和 / 或放电阶段， 如果没有完成， 则进入步骤 9， 获取与下一充电和 /或放电阶 段相关的工况设定参数， 回到步驟 2; 如果已经完成， 则结束。 优选地， 其中所述充放电单元包括： 至少一个 AC/DC双向变流模块， 以及至少一个 DC/DC双向斩波模块。 优选地， 其中所述至少一个 DC/DC 双向斩波模块串联接有手动开关和 /或由所述监控设备控制的遥控开关。优 选地，其中所述至少一个 AC/DC双向变流模块和至少一个 DC/DC双向斩 波模块的公共连接点连接至少一个电容器。 其中至少一个 DC/DC 双向斩 波模块包括至少两个 DC/DC 双向斩波模块， 所述监控设备能够控制所述 工^拟系统运行在如下状态： 所述至少一个 AC/DC 双向变 ¾ 块处于 不连接电网的状态， 同时所述至少两个 DC/DC 双向斩波模块中至少一个 分别运行在充电或放电状态； 或者， 所述至少一个 AC/DC 双向变流模块 处于维持状态， 同时所述至少两个 DC/DC 双向斩波模块中至少一个分别 运行在充电或放电状态。 优选地， 其中所述 AC/DC 双向变流模块和至少 一个 DC/DC 双向斩波模块设置有输出直流电压传感器和输出直流电流传 感器，其中所述检测单元检测动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行参 数具体为： 利用所述输出直流电压传感器和 /或输出直流电流传感器来检测 动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行 。
优选地， 所述工况包括基本工况， 所述基本工况为以下内容中的至少 一个： 恒电压充电， 其工况参数包括充电电压和截止条件； 恒电流充电， 其工况参数包括充电电流和截止条件； 恒功率充电， 其工况参数包括充电 功率和截止条件； 恒电压、 恒电流、 恒功率分段充电， 其工况参数包括分 段的电压、 电流、 功率参数， 转换条件和截止条件； 按照电压、 电流和 / 或功率曲线充电， 其工况参数包括充电电压、 电流和 /或功率曲线和截止条 件； 恒电压放电， 其工况参数包括放电电压和截止条件； 恒电流放电， 其 工况参数包括放电电流和截止条件； 恒功率放电， 其工况参数包括放电功 率和截止条件； 恒电压、 恒电流、 恒功率分段放电， 其工况参数包括分段 的电压、 电流、 功率参数， 转换条件和截止条件； 按照电压、 电流和 /或功 率曲线放电， 其工况参数包括充电电压、 电流和 /或功率曲线和截止条件； 以及动力电池静置， 其工况参数包括 置时间。
优选地， 还设置有装置柜体， 所述装置柜体中安装有动力电池直流电 压、 动力电池直流电流和 /或充放电单元交流电压的监测仪表， 其中所述动 力电池直流电流的监测仪表具有正负量程， 能够监测充电和 /或放电时产生 的正向和负向电流。 优选地， 所述工况还包括： 由基本工况按照组合次序 和 /或重复次数形成的组合工况。 优选地， 所述工况模拟指令生成单元根据 所述实际运行参数和当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令 值计算修正量， 以得到当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的修 正指令值； 并且控制单元， 根据当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或 功率的修正指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 /或放电过程。优 选地， 所述监控设备还包括工况数据存储单元， 其存储至少一个由基本工 况序号标识的基本工况数据， 所述基本工况数据包括基本工况设定参数； 和 /或， 工况数据存储单元存储至少一个由组合工况序号标识的组合工况数 据， 所述组合工况数据包含以下内容中的至少一个： 基本工况序号、 基本 工况设定参数、 组合次序或基本工况重复次数。 附图说明
通过结合附图阅读优选示例性实施方式的下列详细描述， 可以更好地 理解本发明的这些以及进一步的特点和优势， 其中：
图 1示出了现有技术中的电动车辆充放电系统的示意图；
图 2示出了根据本发明实施方式的电动车辆动力电池充放电工况模拟 系统的示意图；
图 3示出了根据本发明实施方式的模拟系统的装置柜体的示意图； 图 4示出了根据本发明实施方式的电动车辆动力电池充放电工况模拟 方法的流程图； 以及
图 5示出了本发明另一实施方式的电动车辆动力电池充放电工况模拟 方法的流程图。
需要注意的是， 这些附图意在描述方法的一般特性、 在特定示例性实 施方式中使用的结构和 /或材料，并意在对下面提供的描述进行补充。然而， 这些附图不是按比例的， 并且也不是精确地反映任意给出的实施方式的精 细结构或性能特性， 并且也不应解释为通过示例性实施方式对所包含的数 值范围或属性进行定义或限定。 在各个附图中使用同样或相同的附图标记 意在指示存在同样或相同的元素或特征。 具体实施方式
尽管示例性实施方式能够进行各种修改并采用替代形式， 但是其实施 方式作为实施例在附图中给出， 并将在这里进行详细描述。 然而， 应当理 解的是， 不应将示例性实施方式限定为所公开的特定形式， 相反， 示例性 实施方式意在涵盖落入权利要去范围内的所有修改、 等同物和替代物。 在 整个附图的描述中， 相同的附图标记表示相同的元素。
可以理解的是， 尽管这里可能使用术语第一、 第二等描述各种元素， 但是这些元素不应当被这些术语所限制。 这些术语仅用于将一个元素与另 一元素相区别。 例如， 在不偏离示例性实施方式范围的情况下， 第一元素 也可称为第二元素， 相似地， 第二元素也可称为第一元素。 如在这里所使 用的， 术语"和 /或"包括一个或多个相关的列出项目的任意和全部组合。 可 以理解的是， 当涉及一个元素与另一元素"连接，，或"耦合，，时， 其可以与其 它元素直接地连接或耦合， 或者可以存在介于其中间元素。 相反， 当涉及 一个元素与另一元素 "直接连接"或"直接耦合"时，则没介于其中间的元素。 用于描述元素之间关系的其它词应以相同的方式进行解释（例如， "在…之 间"与"直接在…之间"， "相邻 "与"直接相邻"等） 。
这里使用的术语仅用于描述特定实施方式， 并不意在对示例性实施方 式进行限制。 如在这里所使用的， 单数形式"一"、 "一个 "和"所述"还意在 包括复数形式， 除非在上下文中明确地进行指示。还可以进一步理解的是, 这里使用的术语"包含"、 "由…组成"、 "包括 "和 /或"含有"说明存在所规定 的特征、 整体、 步骤、 操作、 元素和 /或元件， 但是不排斥存在或增加一个 或多个其它特征、 整体、 步骤、 操作、 元素、 元件和 /或其组合。
还需要说明的是， 在一些可替换的实现方式中， 所涉及的功能 /动作还 可以按照图中未涉及的顺序发生。 例如， 根据所涉及的功能 /动作， 以连续 方式示出的两个图实际上可以并发地执行， 或有时以相反的顺序执行。 除非特别限定， 这里使用的所有术语（包括技术和科学术语）与示例 性实施方式的所属技术领域的普通技术人员通常理解的含义相同。 还可以 进一步理解的是， 诸如以通用字典限定的术语应当解释为与它们在相关领 域的上下文中的含义相一致， 并不解释为理想化或过度正式的含义， 除非 在这里进行特别限定。
示例性实施方式和相应的详细描述部分可根据软件或算法， 和对计算 储器中的数据比特进行操作的符号表示来呈现。 这些说明和表示是本 领域普通技术人员向本领域其它普通技术人员有^^达他们工作主旨的一 种方式。 如同这里使用的术语， 并如同其所通常使用的， 将算法设想为导 致期望结果的自相一致的步骤序列。 该步骤是那些要求对物理量进行物理 操作的步骤。 通常， 尽管不是必须的， 这些量采用能够存储、 传输、 组合、 比较和进行其他操作的光、 电、 或磁信号的形式。 已经证明有时（特别是 对于通常使用的原因）将这些信号称为比特、 数值、 元素、 符号、 字符、 项、 数字等是方便的。
在下列说明中， 将根据动作和操作（例如， 以流程图的形式）的符号 表示描述解释性的实施方式， 其中操作可实现为程序模块或包括例程、 程 序、 对象、 元件、 数据结构等的功能过程， 其中程序模块或功能过程执行 特定的工作或实现特定的摘要数据类型， 并可使用现有的硬件在现有的网 络元件上实现。这样现存的硬件可包括一个或多个中央处理单元（CPU )、 数字信号处理器（DSP ) 、 专用集成电路、 现场可编程门阵列 （FPGA ) 计算机等。
然而， 应当注意的是， 与合适的物理量相关联的所有这些术语以及相 似术语仅仅是应用于这些量的便利的标签。 除非特别声明， 或者从讨论中 明显得到， 诸如"处理"、 "计算"、 "估计"、 "确定"、 "显示 "等的术语， 涉 及计算机系统或相似的电子计算设备的动作和处理， 以将计算机系统的寄 存器和存储器中表述为物理量、 电子量的数据进行操纵并转换为计算机系 统存储器或寄存器或其他这样的信息存储器、 传输或显示设备中表示为物 理量的其他相似的数据。
还需要说明的是， 示例性实施方式的软件实现方面典型地是在一些形 式的程序存储介质上进行编码， 或在一些类型的传输介盾上实现。 计算机 可读介质可以是磁（例如， 软盘或硬盘驱动器）或光（例如， 致密盘只读 存储器， 或" CD ROM" ) , 并可以是只读或随机存取的。 相似地， 传输介 质可以是双绞线、 同轴电缆、 光纤或本领域公知的其它合适的传输介盾。 示例性实施方式不局限于任何指定实现的这些方面。
图 1示出了现有技术中的电动车辆充放电系统的示意图。如图 1所示， 在现有技术中， 电动车辆充放电系统包括动力电池和充放电单元。优选地， 动力电池用于储存电动车辆所需要的电力。 通常， 所述动力电池为动力电 池包或部分动力电池包。 优选地， 充放电单元用于对动力电池进行充电和 / 或放电。 然而， 在现有技术中， 电动车辆充放电系统通常不具备对充电和 / 或放电过程进行监测和控制的监测设备。 由此， 无法获知充电和 /或放电过 程的详细情况， 无法对充电电池以及充电和 /或放电过程进行调整和改进。 因此， 现有技术中存在对一种用于为电动车辆动力电池充放电进行模拟的 系统和方法， 尤其是对电动车辆动力电池充放电的工况进行模拟的系统和 方法。
图 2示出了根据本发明实施方式的电动车辆动力电池充放电工况模拟 系统的示意图。如图 2所示， 电动车辆动力电池充放电工况模拟系统包括： 动力电池、 充放电单元以及监控设备。优选地， 所述监控设备进一步包括： 检测单元、 控制单元和工况模拟指令生成单元。 所述模拟系统能够实现在 基本工况或组合工况的情况下对动力电池进行充电和 /放电过程的模拟，从 而监测并模拟控制动力电池的充放电过程。 其中， 在充放电过程中获得的 和相关数据能够有利地作为改进动力电池性能的基础。
根据本发明的优选实施方式， 所述动力电池用于储存电动车辆所需要 的电力， 并且所述动力电池可以是动力电池包或部分动力电池包。 其中， 动力电池为电动汽车的驱动电动机提供电能， 电动机将动力电池的电能转 化为^能， 通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。 优选地， 所述系 统中的动力电池的出线串联有熔断器， 从而能够在电压过大或电流过大时 对动力电池进行保护。 优选地， 动力电池的相关参数包括以下中的至少一 个： a )电池容量： 电池容量由电池放电电压 *放电电流 *放电时间决定， 在 电池行业中一般以安时（Ah )标示。 b )充（放） 电率： 充（放） 电率是 将全部容量的电荷放（充）完所需要的时间， 作为充（放） 电时的标准速 度， 一般用来说明放（充） 电的速度是多少。 比如说二小时率的放电， 是 指用 0.5C的电流， 在二个小时的时间将电池全部容量放完； 20分钟率表 示用 3C的电流在 20分钟内将电池额定电量全部放完。在厂商的电池规 书上面， 也常使用小时率来表示标准放电时间， 只要根据额定容量来换算 就能确定标准放电电流是多少。 通常厂商提供的规格上额定容量是以温度 20V、 0.2C 放电的条件来量测。 c )标称电压： 电池刚出厂时， 正负极之 间的电势差称为电池的标称电压。 d )内阻： 是指电流流过电池内部所受到 的阻力。 充电电池的内阻很小， 一般要用专门仪器测试。 充电态内阻和放 电态内阻有差异， 放电态内阻稍大， 而且不太稳定。 内阻越大， 消耗的能 量越大， 充电发热越大。 随着电池使用次数的增多， 内阻会增大， 质量越 差， 内阻增大越快。 e )充电终止电压： 蓄电池充足电时， 极板上的活性物 质已达到饱和状态， 再继续充电， 蓄电池的电压也不会上升， 此时的电压 称为充电终止电压。 f )放电终止电压：是指蓄电池放电时允许的最低电压。 g )循环寿命： 电池可重复充放电的次数。 寿命与容量成反比， 与充放电条 件密切相关， 一般充电电流越大， 寿命越短。 h )荷电保持能力： 通常指自 放电率。 与电池材料、 生产工艺和储存条件有关， 一般温度越高， 自放电 率越高。
根据本发明的优选实施方式， 所述充放电单元用于对动力电池进行充 电和 /或放电。 优选地， 可以利用充放电单元在多个时间段内对动力电池进 行充电和 /或放电。 例如， 在第一时间段内充电， 在第二时间段内进行先充 电后放电， 在第三时间段内进行放电以 E第四时间段内进行先放电后充 电等。优选地，放电单元包括 AC/DC双向变流模块，以及至少一个 DC/DC 双向斩波模块。 其中， 所述至少一个 DC/DC 双向斩波模块串联接有手动 开关和 /或由所述监控设备控制的遥控开关。 其中， 所述 AC/DC双向变流 模块和至少一个 DC/DC双向斩波模块的公共连接点连接至少一个电容器。 优选地，所述 AC/DC双向变流模块和至少一个 DC/DC双向斩波模块设有 输出直流电压传感器和输出直流电流传感器， 其中利用所述输出直流电压 传感器和输出直流电流传感器来检测检测动力电池充电和 /或放电时的实 际运行参数。 优选地， 将至少一个 DC/DC 双向斩波模块限定为包括至少 两个 DC/DC双向斩波模块。优选地， 在包括至少两个 DC/DC双向斩波模 块的情况下，在所述监控设备能够控制所述工况模拟系统运行在如下状态：
( 1 )所述 AC/DC双向变流模块处于不连接电网的状态， 并且同时所 述至少两个 DC/DC双向斩波模块中至少一个分别运行在充电或放电状态。
( 2 )所述 AC/DC双向变流模块处于维持状态， 并且同时所述至少两 个 DC/DC 双向斩波模块中至少一个分别运行在充电或放电状态。 其中在 维持状态中 AC/DC 双向变流模块主要维持电容器的电压稳定， 即输出功 率为零或近似为零。
也就是说， 要保证所述至少两个 DC/DC 双向斩波模块中至少有一个 DC/DC双向斩波模块运行在充电状态， 并且所述至少两个 DC/DC双向斩 波模块至少有另一个 DC/DC 双向斩波模块运行在放电状态。 举例说明， 在具有 5个 DC/DC双向斩波模块（大于 2个）的情况下， 有 1个 DC/DC 双向斩波模块处于充电状态， 有 4个 DC/DC双向斩波模块处于充电状态。 没有任何一个 DC/DC双向斩波模块处于充电状态或放电状态是不允许的， 例如， 上述 5个 DC/DC双向斩波模块的情况下， 有 5个 DC/DC双向斩波 模块处于充电状态是不被允许的。
优选地， 充放电单元对动力电池的充电的方式包括以下内容中的至少 一个： 恒电压充电； 恒电流充电； 恒功率充电； 恒电压、 恒电流、 恒功率 分段充电； 按照电压、 电流或功率曲线充电； 恒电压放电； 恒电流放电； 恒功率放电； 恒电压、 恒电流、 恒功率分段放电； 按照电压、 电流或功率 曲线放电。 优选地， 还可以包括动力电池静置。
根据本发明的优选实施方式， 所述监控设备用于监控动力电池的充电 或放电状态， 以及用于对动力电池的充电或放电过程进行控制。 此外， 监 控设备还会生成符合要求的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令值， 以根据指令进行模拟。 优选地， 所述符合要求例如是符合用户要求、 符合 测试要求、 符合动力电池本身性能的要求等。 所述监控设备通过其内部的 元件来实现上述功能。 优选地， 所述监控设备还包括： 检测单元、 控制单 元和工况模拟指令生成单元。
优选地， 工况模拟指令生成单元根据根据工况设定 生成当前时刻 的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令值。 优选地， 所述工况设定参 数可以是由系统管理员或用户预先设置的。 优选地， 所述工况设定^：可 以是在运行模拟系统之前由用户输入的。 优选地， 工况模拟指令生成单元 可以根据当前工况设定参数生成符合要求的充电和 /或放电的电压、 电流或 功率的初始指令值。 优选地， 工况模拟指令生成单元根据所述初始指令值 和实际运行参数生成工况模拟修正值。 优选地， 所述工况模拟指令生成单 元才艮据所述实际运行参数和当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率 的指令值计算修正量， 以得到当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功 率的修正指令值。
其中， 模拟系统（例如， 监控设备的控制单元）根据当前时刻的充电 和 /或放电的电压、 电流或功率的指令值来控制充放电单元对动力电池的充 电和 /或放电过程。例如， 充电时的电压、 电流或功率， 以及放电时的电压、 电流或功率。 优选地， 所述控制单元可以根据所述初始指令值控制充放电 单元对动力电池进行一段时间的充电和 /或放电试运行。 优选地， 所述控制
/或放电。 优选地， 所述控制单元， 根据当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的修正指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 /或放电 过程。
优选地，其中所述工况是充放电单元对动力电池进行充电和 /或放电时 的实际工作情况。 优选地， 所述工况包括基本工况和组合工况。 所述组合 工况可以由一个或多个基本工况组成的。 优选地， 所述基本工况对应于充 放电单元进行充电和 /或放电的模式，以下内容中的至少一个：恒电压充电， 其工况参数包括充电电压和截止条件； 恒电流充电， 其工况参数包括充电 电流和截止条件； 恒功率充电， 其工况参数包括充电功率和截止条件； 恒 电压、 恒电流、 恒功率分段充电， 其工况参数包括分段的电压、 电流、 功 率参数， 转换条件和截止条件； 按照电压、 电流和 /或功率曲线充电， 其工 况参数包括充电电压、 电流和 /或功率曲线和截止条件； 恒电压放电， 其工 况参数包括放电电压和截止条件； 恒电流放电， 其工况参数包括放电电流 和截止条件； 恒功率放电， 其工况参数包括放电功率和截止条件； 恒电压、 恒电流、 恒功率分段放电， 其工况参数包括分段的电压、 电流、 功率参数， 转换条件和截止条件； 按照电压、 电流和 /或功率曲线放电， 其工况参数包 括充电电压、 电流和 /或功率曲线和截止条件； 以及动力电池静置， 其工况 参数包括静置时间。 优选地， 所述组合工况例如可以是， 在第一时间段恒 电压充电； 在第二时间段恒电压、 恒电流、 恒功率分段充电； 第三时间段 按照电压曲线放电； 第四和第五阶段重复按照电压曲线放电等。
优选地， 工况模拟指令生成单元根据所述工况模拟初始值和动力电池 进行充电或放电时的实际参数生成工况模拟修正值。 其中根据所述工况模 拟初始值和动力电池进行充电或放电时的实际参数生成工况模拟修正值包 括:通过传感器检测得到动力电池充电或放电的电压和 /或电流和 /或功率的 实际参数， 基于所述实际参数和所述工况模拟初始值， 根据预先设定的控 制策略生成工况模拟修正值。 优选地， 控制单元可以根据所述工况模拟修 正值对动力电池开始充电或放电。 优选地， 控制单元可以采用开环和闭环 两种方式控制充放电单元的充放电过程。
根据本发明的优选实施方式，控制单元根据符合要求的充电和 /或放电 的电压、 电流或功率的指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 /或放 电。优选地，检测单元检测动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行参数。 优选地， 所述检测单元检测动力电池在试运行期间的实际运行参数， 并将 所述实际运行参数发送给工况模拟指令生成单元。 优选地， 其中所述实际 运行参数可以包括： （1 )充电机的交流电压、 充电机的交流电流、 动力电 池的直流电压、 动力电池的直流电流、 动力电池的 SOC和 /或动力电池的 温度；（2 )从外部电源进行充电的充电时间、充电曲线和 /或充电电量； ( 3 ) 连接负载时的放电时间、放电曲线和 /或放电电量； （4 )连接充放电机时的 充放电速度、 充放电时间、 充放电曲线和 /或充放电电量。 其中， 动力电池 荷电状态 SOC ( State of Charge )作为电池容量状态的描述参数， 其数值 定义为电池的剩余容量占电池容量的比值。 通常把一定温度下电池充电到 不能再吸收能量的状态定义为荷电状态 100%， 而将电池再不能放出能量 的状态定义为荷电状态 0%。 充放电监控设备存储上述状态数据并对至少 一个动力电池充放电单元进行控制。 优选地， 可以在各种非易失性存储器 中存储上述状态数据。
图 3示出了根据本发明实施方式的模拟系统的装置柜体的示意图。 如 图 3所示， 所述柜体用于容纳动力电池、 充放电单元以及监控设备。 此夕卜， 柜体中还可以包括： 传感器、 通信单元、 输入设备、 显示设备、 动力电池 直流电压监测仪表、 动力电池直流电流监测仪表、 充放电单元交流电压监 测仪表和 /或电池管理系统。 优选地， 动力电池通常还配有动力电池管理系 统，在充放电过程中可以与充放电才 L t信，配合充放电机控制^ t电过程。 与动力电池匹配的电池管理系统能够提高电池的利用率， 防止电池出现过 充电和过放电、 延长电池的使用寿命、 监控电池的状态， 对电池在成组使 用时的安全应用以及寿命的延长等方面都起着决定性的作用。 通信单元使 用户能够实现对模拟系统的远程控制。 用户能够将控制命令经由无线网络 等网络发送给通信单元， 通信单元将控制命令转发给监控设备。 优选地， 用户可以可以通过输入设备预先输入或在运行模拟系统之前输入工 拟 设定值。 优选地， 显示设备能够显示模拟系统的修相关信息， 例如设定参 数、 运行结果、 运行状态。 优选地， 可以利用触摸屏来集成输入设备和显 示设备的功能。
优选地， 柜体中安装有动力电池直流电压、 动力电池直流电流和 /或充 放电单元交流电压的监测仪表， 其中所述动力电池直流电流的监测仪表具 有正负量程， 能够监测充电和 /或放电时产生的正向和负向电流。 优选地， 所述传感器可以是声音传感器、 烟雾传感器、 湿度传感器、 温度传感器等。 优选地， 所述电动车辆充放电模拟系统还包括监控面板， 所述监控面板通常位于柜体的前面板。 但所属领域的技术人员应当了解， 监控面板并不限于在柜体的前面板， 其通常可以被设置为易于对模拟系统 进行控制。 所述监控面板用于设置控制开关、 状态指示灯和 /或监测仪表。 优选地， 所述系统安装了总电源开关， 总电源开关断开后能够断开柜体内 所有一次设备的电源。 优选地， 所述系统安装了烟雾报警装置和 /或高温报 警装置， 从而实现对柜体内出现烟雾或高温时进行报警。 优选地， 所述系 统的外电源接入位置并联有避雷器， 从而实现过电压防护的效果。
根据本发明的优选实施方式， 还可以设置存储单元， 其存储至少一个 由基本工况序号标识的基本工况数据， 所述基本工况数据包括基本工况设 定参数。 优选地， 工况数据存储单元存储至少一个由组合工况序号标识的 组合工况数据， 所述组合工况数据包含以下内容中的至少一个： 基本工况 序号、 基本工况设定参数、 组合次序或基本工况重复次数。 存储单元诸如 易失性和非易失性存储器。 其中易失性存储器例如是随机存取存储器
( RAM ) , 以及非易失性存储器例如是只读存储器（ROM ) 。
图 4示出了根据本发明实施方式的电动车辆动力电池充放电工况模拟 方法 400的流程图。 如图 4所示， 所述方法 400在步骤 401处开始， 并且 然后进行到步骤 402ο 在步骤 402， 读取充电和 /或放电的工况设定参数。 此时的工况设定参数为最初的工况设定参数或初始设定参数。 优选地， 此 处可以是工^拟的第一阶段， 当第一阶段完成后， 如果还有其它阶段， 则会获取与下一充电和 /或放电阶段相关的工况设定参数， 并重复执行。 接 着， 进行到步骤 403， 工况模拟指令生成单元根据工况设定参数生成当前 时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令值。 优选地， 此时的工况 设定参数可以是如上所述的最初的工况设定参数或初始设定参数， 也可以 是之后介绍的步骤 407处获取的与下一充电和 /或放电阶段相关的工况设定 参数。 然后， 方法 400进入步骤 404， 控制单元根据当前时刻的充电和 /或 放电的电压、 电流或功率的指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 / 或放电过程。 方法 400进入步骤 405， 确定是否达到工况的结束条件， 如 果达到， 即当前充电和 /或放电阶段完成， 则方法 400进入步骤 406， 否则 返回步骤 404。接着， 方法 400进入步骤 406， 确定是否完成所有工况， 如 果没有完成， 则获取下一工况设定参数。 如果没有完成， 即本次模拟还有 下一充电和 /或放电阶段， 则方法 400进入步骤 407, 获取与下一充电和 / 或放电阶段相关的工况设定参数， 且然后回到步骤 403„ 如果已经完成全 部充电和 /或放电阶段， 则进行到步骤 408， 方法 400结束。
图 5示出了本发明另一实施方式的电动车辆动力电池充放电工况模拟 方法 500的流程图。 如图 5所示， 所述方法 500在步骤 501处开始， 并且 然后进行到步骤 502。 在步骤 502, 读取与充电和 /或放电阶段相关的工况 设定参数。 此时的工况设定参数为最初的工况设定参数或初始设定参数。 优选地， 此处可以是工况模拟的第一阶段， 当第一阶段完成后， 如果还有 其它阶段， 则会获取与下一充电和 /或放电阶段相关的工况模拟设定值， 并 重复执行。 接着， 进行到步骤 503， 工况模拟指令生成单元根据工况设定 生成充电和 /或放电的电压、 电流或功率的初始指令值。 优选地， 此时 的工况设定参数可以是如上所述的最初的工况设定参数或初始设定参数， 也可以是之后介绍的步骤 510处获取的与下一充电和 /或放电阶段相关的工 况设定参数。 然后方法 500进行到步骤 504: 控制单元根据所述初始指令 值控制充放电单元对动力电池进行一段时间的充电和 /或放电试运行； 步骤 505:检测单元检测动力电池在试运行期间的实际运行参数，并将所述实际 运行参数发送给工况模拟指令生成单元； 步骤 506: 工况模拟指令生成单 元根据所述初始指令值和实际运行参数生成工况模拟修正值， 步骤 507,
/或放电； 步骤 508: 确定是否达到当前充电和 /或放电阶段的结束条件， 如 果达到， 进入步骤 509， 否则返回步骤 507; 步骤 509， 确定是否完成全部 充电和 /或放电阶段， 如果没有完成， 则进入步骤 510， 获取与下一充电和 / 或放电阶段相关的工况设定参数， 回到步骤 503； 如果已经完成， 则进行 到步骤 511 , 方法 400结束。 已经通过参考少量实施例主要地描述了本发明。 然而， 本领域技术人 员所公知的， 正如附带的专利权利要求所限定的， 除了本发明以上公开的 其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地， 在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常 含义被解释， 除非在其中被另外明确地定义。 所有的参考"一个 /所述 /该 [装 置、 组件等]"都被开放地解释为所述装置、 组件等中的至少一个实例， 除 非另外明确地说明。 这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的 顺序运行， 除非明确地说明。

Claims

权 利 要 求
1.一种电动车辆充放电工 拟系统， 所述工 拟系统包括： 动力电池， 用于储存电动车辆所需要的电力， 所述动力电池为动力电 池包或部分动力电池包；
充放电单元， 用于对动力电池进行充电和 /或放电；
监控设备， 用于监控动力电池的充电或放电状态， 以及用于对动力电 池的充电或放电过程进行控制， 所述监控设备还包括： 检测单元、 控制单 元和工况模拟指令生成单元， 其中
工况模拟指令生成单元， 根据工况设定参数生成当前时刻的充电和 / 或放电的电压、 电流或功率的指令值；
控制单元， 根据当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令 值来控制充放电单元对动力电池的充电和 /或放电过程； 以及
检测单元， 检测动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行参数。
2.根据权利要求 1 所述的工况模拟系统， 其中所述充放电单元包括： 至少一个 AC/DC双向变流模块， 以及至少一个 DC/DC双向斩波模块。
3.根据权利要求 2所述的工况模拟系统，其中所述至少一个 DC/DC双 向斩波模块串联接有手动开关和 /或由所述监控设备控制的遥控开关。
4.根据权利要求 2所述的工况模拟系统，其中所述至少一个 AC/DC双 向变流模块和至少一个 DC/DC 双向斩波模块的公共连接点连接至少一个 电容器。
5.根据权利要求 2所述的工况模拟系统，其中至少一个 DC/DC双向斩 波模块包括至少两个 DC/DC 双向斩波模块， 所述监控设备能够控制所述 工^ *拟系统运行在如下状态： 所述至少一个 AC/DC 双向变 块处于 不连接电网的状态， 同时所述至少两个 DC/DC 双向斩波模块中至少一个 分别运行在充电或放电状态； 或者， 所述至少一个 AC/DC 双向变流模块 处于维持状态， 同时所述至少两个 DC/DC 双向斩波模块中至少一个分别 运行在充电或放电状态。
6.根据权利要求 2所述的工况模拟系统，其中所述至少一个 AC/DC双 向变流模块和至少一个 DC/DC 双向斩波模块设置有输出直流电压传感器 和输出直流电流传感器，其中所述检测单元检测动力电池充电和 /或放电过 程中的实际运行 ^ t具体为： 利用所述输出直流电压传感器和 /或输出直流 电流传感器来检测动力电池充电和 /或放电过程中的实际运行参数。
7.根据权利要求 1 所述的工况模拟系统， 其特征在于， 所述工况包括 基本工况， 所述基本工况为以下内容中的至少一个：
恒电压充电， 其工况参数包括充电电压和截止条件；
恒电流充电， 其工况参数包括充电电流和截止条件；
恒功率充电， 其工况参数包括充电功率和截止条件；
恒电压、 恒电流、 恒功率分段充电， 其工况参数包括分段的电压、 电 流、 功率参数， 转换条件和截止条件；
按照电压、 电流和 /或功率曲线充电， 其工况参数包括充电电压、 电流 和 /或功率曲线和截止条件；
恒电压放电， 其工况参数包括放电电压和截止条件；
恒电流放电， 其工况参数包括放电电流和截止条件；
恒功率放电， 其工况参数包括放电功率和截止条件；
恒电压、 恒电流、 恒功率分段放电， 其工况参数包括分段的电压、 电 流、 功率参数， 转换条件和截止条件；
按照电压、 电流和 /或功率曲线放电， 其工况参数包括充电电压、 电流 和 /或功率曲线和截止条件； 以及
动力电池静置， 其工况参数包括静置时间。
8.根据权利要求 1 所述的工^ «拟系统， 其特征在于， 还设置有装置 柜体， 所述装置柜体中安装有动力电池直流电压、 动力电池直流电流和 / 或充放电单元交流电压的监测仪表， 其中所述动力电池直流电流的监测仪 表具有正负量程， 能够监测充电和 /或放电时产生的正向和负向电流。
9.根据权利要求 7所述的工^拟系统， 其特征在于， 所述工况还包 括： 由基本工况按照组合次序和 /或重复次数形成的组合工况。
10.根据权利要求 1所述的工^拟系统， 其特征在于， 所述工况模拟 指令生成单元根据所述实际运行参数和当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令值计算修正量， 以得到当前时刻的充电和 /或放电的电 压、 电流或功率的修正指令值； 并且控制单元， 根据当前时刻的充电和 / 或放电的电压、 电流或功率的修正指令值来控制充放电单元对动力电池的 充电和 /或放电过程。
11.根据权利要求 1所述的工^拟系统， 其特征在于所述监控设备还 包括工况数据存储单元， 其存储至少一个由基本工况序号标识的基本工况 数据， 所述基本工况数据包括基本工况设定参数；
和 /或， 工况数据存储单元存储至少一个由组合工况序号标识的组合工 况数据， 所 且合工况数据包含以下内容中的至少一个： 基本工况序号、 基本工况设定参数、 组合次序或基本工况重复次数。
12.—种利用电动车辆充放电工况模拟系统进行工况模拟的方法， 其中 所述模拟系统包括： 动力电池， 用于储存电动车辆所需要的电力， 所述动 力电池为动力电池包或部分动力电池包； 充放电单元， 用于对动力电池进 行充电和 /或放电； 监控设备， 用于监控动力电池的充电或放电状态， 以及 用于对动力电池的充电或放电过程进行控制， 所述监控设备还包括： 控制 单元和工况模拟指令生成单元， 其特征在于， 所述方法包括：
步骤 1: 读取充电和 /或放电的工况设定参数；
步骤 2: 工况模拟指令生成单元根据工况设定参数生成当前时刻的充 电和 /或放电的电压、 电流或功率的指令值；
步骤 3: 控制单元根据当前时刻的充电和 /或放电的电压、 电流或功率 的指令值来控制充放电单元对动力电池的充电和 /或放电过程；
步骤 4: 确定是否达到工况的结束条件， 如果达到， 进入步骤 5， 否则 返回步骤 3;
步骤 5: 确定是否完成所有工况， 如果没有完成， 则获取下一工况设 定参数， 回到步骤 2; 如果已经完成， 则结束。
13.根据权利要求 12所述的工况模拟方法， 其特征在于， 所述工况包 括 工况， 所述基本工况为以下内容中的至少一个：
恒电压充电， 其工况参数包括充电电压和截止条件；
恒电流充电， 其工况参数包括充电电流和截止条件；
恒功率充电， 其工况参数包括充电功率和截止条件；
恒电压、 恒电流、 恒功率分段充电， 其工况参数包括分段的电压、 电 流、 功率参数， 转换条件和截止条件；
按照电压、 电流和 /或功率曲线充电， 其工况参数包括充电电压、 电流 和 /或功率曲线和截止条件；
恒电压放电， 其工况参数包括放电电压和截止条件；
恒电流放电， 其工况参数包括放电电流和截止条件；
恒功率放电， 其工况参数包括放电功率和截止条件；
恒电压、 恒电流、 恒功率分段放电， 其工况参数包括分段的电压、 电 流、 功率参数， 转换条件和截止条件；
按照电压、 电流和 /或功率曲线放电， 其工况参数包括充电电压、 电流 和 /或功率曲线和截止条件； 以及
动力电池静置， 其工况参数包括静置时间。
14.根据权利要求 13所述的工况模拟方法， 其特征还在于， 所述工况 还包括： 由基本工况按照组合次序和 /或重复次数形成的组合工况。
15.根据权利要求 12所述的工况模拟方法， 其特征在于所述监控设备 还包括工况数据存储单元， 其存储至少一个由基本工况序号标识的基本工 况数据， 所述基本工况数据包括基本工况设定^：;
和 /或， 工况数据存储单元存储至少一个由组合工况序号标识的组合工 况数据， 所 且合工况数据包含以下内容中的至少一个： 基本工况序号、 基本工况设定参数、 组合次序或基本工况重复次数。
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