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CN114940102B - 一种电动汽车动力电池充放电均衡系统 - Google Patents

一种电动汽车动力电池充放电均衡系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池充放电均衡系统，属于电动汽车动力电池领域，涉及电池充放电均衡技术，通过电压监控节点监控电池单元节点的单体电压；并反馈至数据分析模块；数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；形成电池单元节点的放电电压变化曲线；通过与标准曲线进行对比，进而精确定位问题电池节点，同时通过能量均衡模块将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压，让整个储能电池包使用寿命大大延长，另外应用于续航里程衰减的电动车上，显著的提升了续航里程。

Description

一种电动汽车动力电池充放电均衡系统
技术领域
本发明属于电动汽车动力电池领域，涉及电池充放电均衡技术，具体是一种电动汽车动力电池充放电均衡系统。
背景技术
近年来，新能源汽车呈现快速增长，进而导致动力锂电池的需求量和报废量不断增长。电动汽车的动力电池性能会随着充电次数的增加而衰减，当电池一致性不好的情况下，电动汽车续航里程就会大幅度衰减。
现有的电池在一致性的监控以及测量上，还是缺乏一种很好的检测手段，不能及时的检测出电池组中某个电芯的电压情况，导致在电池组的放电过程中会造成电池组的寿命降低情况，进而影响新能源汽车的续航能力。
为此，本发明提出一种电动汽车动力电池充放电均衡系统。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电动汽车动力电池充放电均衡系统，该系统用于发现电池组中某个电池单元节点的放电曲线，并与标准曲线进行对比，进而精确定位问题电池节点，同时通过能量均衡模块将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压，一定程度的解决了电池一致性的问题，进而增加电池组的使用寿命，让整个储能电池包使用寿命大大延长，另外应用于续航里程衰减的电动车上，显著的提升了续航里程。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种电动汽车动力电池充放电均衡系统，包括由多个电池单元节点组成的放电电池组、多个电压监控节点组成的电压监控模块、电池管理模块、数据分析模块以及能量均衡模块；
所述电池管理模块包括单片机以及CAN总线，所述单片机与CAN总线通过数据接口实现双向数据连接；多个所述电压监控节点连接在CAN总线上；
多个所述电池单元节点相互串联，相邻电池单元节点串联后形成一个固定电压值的电压；多个相邻电池单元节点串联后形成放电电池组；
所述能量均衡模块包括双向DC/DC与开关阵列，多个所述双向DC/DC与开关阵列电性连接，且多个所述开关阵列与放电电池组电性连接，同时多个所述开关阵列连接在CAN总线上，进而实现与单片机的电性连接；
所述电压监控节点用于监控电池单元节点的单体电压；所述电压监控节点将所监测到的电池单元节点的单体电压发送至电压监控模块；所述电压监控模块与电池管理模块连接；
所述电池管理模块与数据分析模块连接；所述数据分析模块用于对接收到的单体电压进行数据分析；
数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比得出问题电池节点，并将问题电池节点反馈至电池管理模块；所述电池管理模块接收到问题电池节点后，电池管理模块连接能量均衡模块，能量均衡模块获取对应的问题电池节点，并通过双向DC/DC与开关阵列将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压。
优选的，所述电压监控模块还包括数据存储单元，所述数据存储单元用于对接收到的单体电压进行存储，并在接收到单片机发送的数据提取信号后将存储的单体电压发送至数据分析模块。
优选的，数据分析模块发送分析信号至电池管理模块，电池管理模块生成数据提取信号，并通过单片机将数据提取信号发送至数据存储单元，数据存储单元将存储的单体电压反馈至数据分析模块。
优选的，数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；将对应的放电时长与电压值组成均衡考察坐标点；
数据分析模块将不同电池单元节点的均衡考察坐标点代入均衡测算坐标系中，并按照放电时长依次连接均衡考察坐标点，形成电池单元节点的放电电压变化曲线。
优选的，所述均衡测算坐标系由电池管理模块进行设定，且均衡测算坐标系为二维坐标系，且均衡测算坐标系的横坐标为放电时长，纵坐标为电压值；所述均衡测算坐标系存储在数据存储单元。
优选的，数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比的过程包括：
将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线放置在同一均衡测算坐标系中，并将同一放电时长对应的电压值进行相减，取绝对值作为对比参考元素；
数据分析模块将对比参考元素进行按照数值大小排列，将对比参考元素数值最大的作为对比参考值。
根据本发明的第二方面的实施例提出一种电动汽车动力电池充放电均衡方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：在放电电池组进行放电时，电压监控模块内的多个电压监控节点分别获取放电电池组内多个电池单元节点的电压值；
步骤102：电压监控节点将获取的放电电池组内多个电池单元节点的电压值发送至电池管理模块内的数据存储单元进行存储；
步骤103：数据分析模块发送分析信号至电池管理模块，电池管理模块生成数据提取信号，并通过单片机将数据提取信号发送至数据存储单元，数据存储单元将存储的单体电压反馈至数据分析模块；
步骤104：数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；将对应的放电时长与电压值组成均衡考察坐标点；并代入均衡测算坐标系中，并按照放电时长依次连接均衡考察坐标点，形成电池单元节点的放电电压变化曲线；
步骤105：数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比；并获取对比参考值；数据分析模块将对比参考值大于参考阈值的电池单元节点标记为问题电池节点，并将问题电池节点反馈至电池管理模块；
步骤106：电池管理模块接收到问题电池节点后，电池管理模块连接能量均衡模块，能量均衡模块获取对应的问题电池节点，并通过双向DC/DC与开关阵列将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过电压监控节点监控电池单元节点的单体电压；电压监控节点将所监测到的电池单元节点的单体电压发送至电压监控模块；电压监控模块与电池管理模块连接；电池管理模块生成数据提取信号，并通过单片机将数据提取信号发送至数据存储单元，数据存储单元将存储的单体电压反馈至数据分析模块；数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；将对应的放电时长与电压值组成均衡考察坐标点；并代入均衡测算坐标系中，并按照放电时长依次连接均衡考察坐标点，形成电池单元节点的放电电压变化曲线；
通过与标准曲线进行对比，进而精确定位问题电池节点，同时通过能量均衡模块将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压，一定程度的解决了电池一致性的问题，进而增加电池组的使用寿命，让整个储能电池包使用寿命大大延长，另外应用于续航里程衰减的电动车上，显著的提升了续航里程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的原理图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种电动汽车动力电池充放电均衡系统，包括由多个电池单元节点组成的放电电池组、多个电压监控节点组成的电压监控模块、电池管理模块、数据分析模块以及能量均衡模块；
在本申请中，所述电池管理模块包括单片机以及CAN总线，所述单片机与CAN总线通过数据接口实现双向数据连接；
多个所述电压监控节点连接在CAN总线上；
其中，多个所述电池单元节点组成放电电池组；且多个所述电池单元节点相互串联，相邻电池单元节点串联后形成一个固定电压值的电压，用于提供电能；多个相邻电池单元节点串联后形成放电电池组，用于为动力电池系统提供电能；
其中，所述能量均衡模块包括双向DC/DC与开关阵列，多个所述双向DC/DC与开关阵列电性连接，且多个所述开关阵列与放电电池组电性连接，同时多个所述开关阵列连接在CAN总线上，进而实现与单片机的电性连接；
在本申请中，所述电压监控节点用于监控电池单元节点的单体电压；同时，所述电压监控节点将所监测到的电池单元节点的单体电压发送至电压监控模块；
所述电压监控模块与电池管理模块连接；所述电池管理模块与数据分析模块连接，其中，所述电压监控模块还包括数据存储单元，所述数据存储单元用于对接收到的单体电压进行存储，并在接收到单片机发送的数据提取信号后将存储的单体电压发送至数据分析模块；
其中，所述数据分析模块用于对接收到的单体电压进行数据分析，具体的，所述数据分析模块对单体电压进行数据分析的过程包括以下步骤：
步骤一：数据分析模块发送分析信号至电池管理模块，电池管理模块生成数据提取信号，并通过单片机将数据提取信号发送至数据存储单元，数据存储单元将存储的单体电压反馈至数据分析模块；
步骤二：数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；将对应的放电时长与电压值组成均衡考察坐标点；
需要说明的是，其中的放电时长为放电电池组充电一次后未进行二次充电的放电时长；且因为放电电池组不是一直工作，故本申请的放电时长为放电电池组的实际放电时长；
步骤三：数据分析模块将不同电池单元节点的均衡考察坐标点代入均衡测算坐标系中，并按照放电时长依次连接均衡考察坐标点，形成电池单元节点的放电电压变化曲线；
在本申请中，所述均衡测算坐标系由电池管理模块进行设定，且均衡测算坐标系为二维坐标系，且均衡测算坐标系的横坐标为放电时长，纵坐标为电压值；所述均衡测算坐标系存储在数据存储单元；
步骤四：所述数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比；并获取对比参考值；在所述数据存储单元中还存储有参考阈值；
步骤五：数据分析模块将对比参考值大于参考阈值的电池单元节点标记为问题电池节点，并将问题电池节点反馈至电池管理模块；
需要进行说明的是，数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比的过程包括：
将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线放置在同一均衡测算坐标系中，并将同一放电时长对应的电压值进行相减，取绝对值作为对比参考元素；
数据分析模块将对比参考元素进行按照数值大小排列，将对比参考元素数值最大的作为对比参考值；
在本申请中，当所述电池管理模块接收到问题电池节点后，电池管理模块连接能量均衡模块，能量均衡模块获取对应的问题电池节点，并通过双向DC/DC与开关阵列将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压。
如图2所示，一种电动汽车动力电池充放电均衡方法，该方法包括以下步骤：
步骤101：在放电电池组进行放电时，电压监控模块内的多个电压监控节点分别获取放电电池组内多个电池单元节点的电压值；
步骤102：电压监控节点将获取的放电电池组内多个电池单元节点的电压值发送至电池管理模块内的数据存储单元进行存储；
步骤103：数据分析模块发送分析信号至电池管理模块，电池管理模块生成数据提取信号，并通过单片机将数据提取信号发送至数据存储单元，数据存储单元将存储的单体电压反馈至数据分析模块；
步骤104：数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；将对应的放电时长与电压值组成均衡考察坐标点；并代入均衡测算坐标系中，并按照放电时长依次连接均衡考察坐标点，形成电池单元节点的放电电压变化曲线；
步骤105：数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比；并获取对比参考值；数据分析模块将对比参考值大于参考阈值的电池单元节点标记为问题电池节点，并将问题电池节点反馈至电池管理模块；
步骤106：电池管理模块接收到问题电池节点后，电池管理模块连接能量均衡模块，能量均衡模块获取对应的问题电池节点，并通过双向DC/DC与开关阵列将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时再下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (1)

1.一种电动汽车动力电池充放电均衡系统，其特征在于，包括由多个电池单元节点组成的放电电池组、多个电压监控节点组成的电压监控模块、电池管理模块、数据分析模块以及能量均衡模块；
所述电池管理模块包括单片机以及CAN总线，所述单片机与CAN总线通过数据接口实现双向数据连接；多个所述电压监控节点连接在CAN总线上；
多个所述电池单元节点相互串联，相邻电池单元节点串联后形成一个固定电压值的电压；多个相邻电池单元节点串联后形成放电电池组；
所述能量均衡模块包括双向DC/DC与开关阵列，多个所述双向DC/DC与开关阵列电性连接，且多个所述开关阵列与放电电池组电性连接，同时多个所述开关阵列连接在CAN总线上，进而实现与单片机的电性连接；
所述电压监控节点用于监控电池单元节点的单体电压；所述电压监控节点将所监测到的电池单元节点的单体电压发送至电压监控模块；所述电压监控模块与电池管理模块连接；
所述电池管理模块与数据分析模块连接；所述数据分析模块用于对接收到的单体电压进行数据分析；
数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比得出问题电池节点，并将问题电池节点反馈至电池管理模块；所述电池管理模块接收到问题电池节点后，电池管理模块连接能量均衡模块，能量均衡模块获取对应的问题电池节点，并通过双向DC/DC与开关阵列将其余的电池单元节点的电能输送至问题电池节点；同时在下次充电时，能量均衡模块加大问题电池节点的充电电压；
所述电压监控模块还包括数据存储单元，所述数据存储单元用于对接收到的单体电压进行存储，并在接收到单片机发送的数据提取信号后将存储的单体电压发送至数据分析模块；
数据分析模块发送分析信号至电池管理模块，电池管理模块生成数据提取信号，并通过单片机将数据提取信号发送至数据存储单元，数据存储单元将存储的单体电压反馈至数据分析模块；
数据分析模块接收到不同电池单元节点的电压值与对应放电时长；将对应的放电时长与电压值组成均衡考察坐标点；
数据分析模块将不同电池单元节点的均衡考察坐标点代入均衡测算坐标系中，并按照放电时长依次连接均衡考察坐标点，形成电池单元节点的放电电压变化曲线；
所述均衡测算坐标系由电池管理模块进行设定，且均衡测算坐标系为二维坐标系，其中均衡测算坐标系的横坐标为放电时长，纵坐标为电压值；所述均衡测算坐标系存储在数据存储单元；
数据分析模块将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线进行对比的过程包括：
将电池单元节点的放电电压变化曲线与标准放电电压变化曲线放置在同一均衡测算坐标系中，并将同一放电时长对应的电压值进行相减，取绝对值作为对比参考元素；
数据分析模块将对比参考元素进行按照数值大小排列，将对比参考元素数值最大的作为对比参考值；
数据分析模块将对比参考值大于参考阈值的电池单元节点标记为问题电池节点，并将问题电池节点反馈至电池管理模块。
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