專利名稱：一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)，屬于電池技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
目前，伴隨電動汽車的發(fā)展，動力電池技術(shù)也取得了一定的進步，能量密度更高，體積更小，循環(huán)次數(shù)更多的鋰離子動力電池成為眾多汽車廠商優(yōu)選的電動汽車重要動力源。然而隨著應用場合的增加，在實踐過程中發(fā)現(xiàn)，動力電池輸出特性受環(huán)境溫度、充放電條件等因素影響較大，尤其動力電池串并聯(lián)成組后，單體之間的不一致性差異導致整組電池在循環(huán)次數(shù)、輸出功率等方面性能下降，無法滿足電動汽車、儲能系統(tǒng)等應用場合的要求。針對電動汽車規(guī)?；l(fā)展之后動力電池的定期檢驗和維護問題，為了對整組電池的電氣性能、輸出性能和一致性做出判斷和評價，提示電池廠家或車輛運營單位電池是否需要進行維護，判斷電池性能是否可以繼續(xù)應用于電動汽車。因此動力電池檢測及維護系統(tǒng)必不可少，其為電動車輛的規(guī)?；l(fā)展提供了技術(shù)保障，也為更加合理、經(jīng)濟的使用動力電池創(chuàng)造了條件。動力電池檢測及維護系統(tǒng)的核心技術(shù)主要包括大功率高精度AC/DC變換器技術(shù)和動力電池測試軟件系統(tǒng)及評估技術(shù)兩個方面。其中目前國內(nèi)市場上的電池測試設備多針對鉛酸電池設計，在電池容量、設備精度、測試方法等方面難以滿足電動汽車用鋰離子動力電池的需求。而且鋰離子動力電池測試設備嚴重依賴進口，迪卡龍等國外品牌占據(jù)著絕大部分市場份額，不利于我國在電動汽車鋰離子動力電池領域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，而且目前的動力電池檢測設備只是針對電池的檢測過程設計，缺乏維護功能，無法實現(xiàn)問題檢測后的維護工作，所以研究鋰離子動力電池檢測及維護系統(tǒng)的研究工作迫在眉睫。目前，針對動力電池容量大、轉(zhuǎn)換效率要求高等特點，動力電池檢測及維護系統(tǒng)著力發(fā)展低壓大電流高效雙向DC/DC變換技術(shù)。其一是結(jié)合動力電池負載特性的雙向充放電設備電氣拓撲建模技術(shù)，目前該類設備缺乏該項技術(shù)的深入研究；其二是大容量PWM+DC/DC模塊并聯(lián)技術(shù)。因此，多個模塊并聯(lián)時，需要平均分擔負載功率，采取有效的并聯(lián)控制技術(shù)抑制環(huán)流，從而可以靈活構(gòu)成各種功率等級的電源系統(tǒng)，目前該類設備大功率DC/DC并聯(lián)技術(shù)包括全數(shù)字化控制技術(shù)缺乏深入研究和應用。其三是PWM+DC/DC協(xié)調(diào)控制技術(shù)，目前國內(nèi)外使用的大功率電池測試設備采用兩級式結(jié)構(gòu)，但兩級相互獨立，基本無配合，而由于動力工況復雜程度的增加對系統(tǒng)響應提出了更高要求，因此需要根據(jù)輸出動態(tài)特性對前后進行協(xié)調(diào)整體控制；其四是動力電池高效均衡技術(shù)，目前動力電池的均衡電路拓撲結(jié)構(gòu)較多，而對采用小電流、長時間的車載均衡控制策略，然而由于車載均衡器的均衡容量小，無法滿足大容量電池短時間均衡的需求，也無法配合檢測系統(tǒng)完成單體電池一致性參數(shù)的評估和單體電池的充放電維護。其五是電池檢測及維護系統(tǒng)的軟件控制算法軟件，目前能夠完成電池檢測的軟件都不具備電池自動維護的功能。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種能夠克服上述技術(shù)問題的用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)，本實用新型包括:監(jiān)控系統(tǒng)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關和電池測試維護單元，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括:遠程網(wǎng)絡交換機和本地網(wǎng)絡交換機、遠程調(diào)度服務器、數(shù)據(jù)訪問服務器、網(wǎng)絡打印機、監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務器、防火墻；所述遠程調(diào)度服務器、數(shù)據(jù)訪問服務器、網(wǎng)絡打印機、防火墻分別與遠程網(wǎng)絡交換機連接，所述監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務器分別與本地網(wǎng)絡交換機連接。所述電池測試維護單元包括:電池充放電設備、均衡裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括同步式電池數(shù)據(jù)采集裝置、電池管理系統(tǒng)；所述電池充放電設備與CAN總線連接，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與CAN總線連接，所述均衡裝置通過CAN總線與CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關連接，所述電池測試維護單元通過CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關與本地網(wǎng)絡交換機連接。所述電池充放電設備、均衡裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是本實用新型的硬件基礎和核心部分,主要通過電池輸出電氣性能的檢測完成電池測試過程充放電功率的輸入和輸出控制，同時完成控制策略的實施和過程控制；本實用新型的通訊總線主要采用CAN總線和LAN總線。本實用新型的多單元級聯(lián)方式是:當多個電池測試維護單元同時使用時，則每個電池測試維護單元通過一個CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關與本地網(wǎng)絡交換機連接，以實現(xiàn)多個電池測試維護單元的級聯(lián)使用。本實用新型按功能劃分執(zhí)行級、用戶級和網(wǎng)絡級。其中執(zhí)行級是本實用新型的基本單元，由基本的電池測試維護單元和CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關組成，其硬件執(zhí)行機構(gòu)主要完成檢測過程的自動控制，并采用CAN2.0轉(zhuǎn)LAN完成協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)上傳；本實用新型的用戶級主要負責監(jiān)控充放電過程、故障報警和數(shù)據(jù)庫本地存儲等功能，其包括監(jiān)控計算機、本地網(wǎng)絡交換機；本實用新型的網(wǎng)絡級負責數(shù)據(jù)的遠程訪問等功能，主要由遠程網(wǎng)絡交換機、遠程調(diào)度服務器、數(shù)據(jù)訪問服務器、網(wǎng)絡打印機、數(shù)據(jù)服務器、防火墻構(gòu)成，采用TCP/IP協(xié)議標準。電池狀態(tài)檢測基本策略是:在決定電池的眾多參數(shù)中，整組容量、整組直流等效電阻、單體直流內(nèi)阻以及極化電壓平臺以及極化恢復時間是標志電池特性的幾個重要參數(shù)。而對于電池包而言，電池包系統(tǒng)的電氣功能和精度檢測也是電池包檢測的重要內(nèi)容?？紤]電池包參數(shù)和功能檢測或估算過程的準確性和時間性，因此能夠采用分步式檢測過程:1、快速檢測過程；2、維護檢測過程。而這兩個過程中能夠完成檢測的指標也不完全相同。本實用新型在快速檢測過程中由于檢測時間較短，因此，在這個過程中，更多以檢測電池包的電氣功能和電池等效直流內(nèi)阻:包括通訊功能、靜態(tài)精度校驗、動態(tài)精度校驗、整箱電池等效直流電阻、單體電池等效直流內(nèi)阻。通訊功能是控制系統(tǒng)通過與電池箱BMS系統(tǒng)的通訊，獲取其采集的電池電壓、電流等彳目息，測試BMS系統(tǒng)通訊是否正常。靜態(tài)精度校驗是在充放電初始階段沒有電流的情況下，控制系統(tǒng)通過電池數(shù)據(jù)采集設備采集電池電壓、電流信息，并與電池箱BMS系統(tǒng)采集的電池電壓、電流進行對比，測試BMS系統(tǒng)的檢測精度。[0016]動態(tài)精度校驗是在動力電池充放電測試過程中，控制系統(tǒng)通過電池數(shù)據(jù)采集設備采集電池電壓、電流信息，并與電池箱BMS系統(tǒng)采集的電池電壓、電流進行對比，測試BMS系統(tǒng)的檢測精度。整箱電池等效直流電阻是控制系統(tǒng)通過與功率輸出系統(tǒng)的通訊，控制充放電電流的同時，獲取每節(jié)單體電池電壓信息，計算整組電池的直流阻抗。單體電池等效直流內(nèi)阻是控制系統(tǒng)通過與功率輸出系統(tǒng)、電池采集系統(tǒng)的通訊，控制充放電電流的同時，獲取每節(jié)單體電池電壓信息，計算電池直流內(nèi)阻，從而判斷直流內(nèi)阻嚴重超限的個體。本實用新型的常規(guī)檢測過程是指在電池使用過程中，定期對電池包進行性能檢測和常規(guī)維護功能，這個過程中主要是對現(xiàn)場應用過程中出現(xiàn)問題的電池或每間隔半年進行全充電至放電一個流程，即能夠?qū)崿F(xiàn)電池容量、整箱電池等效直流電阻、單體電池等效直流內(nèi)阻、充放電極化平臺、電池組一致性檢測項目，因此，在這個過程中，能夠?qū)Υ龣z電池包進行更多性能相關的檢測:本實用新型的控制系統(tǒng)通過與功率輸出系統(tǒng)的通訊，控制充放電電流的同時，計量電池包容量，作為電池包的實際容量；本實用新型的控制系統(tǒng)通過與功率輸出系統(tǒng)的通訊，控制充放電過程中的電流，同時采集充電一靜置過程，采集各單體電池的電壓變化，同時獲取各節(jié)電池的電壓恢復時間及幅值，作為衡量電池極化電壓的重要指標。本實用新型的控制系統(tǒng)通過與均衡系統(tǒng)的通訊，控制充放電均衡電流，同時采集各單體電池的電量信息，計算單體電池的容量、SOC差異度，并作為衡量電池組一致性的重要指標來實現(xiàn)電池組一致性測試的。本實用新型根據(jù)該均衡器的機構(gòu)，均衡采用主動均衡方式，即充電均衡模式，其基本均衡測量流程如下:(I)常規(guī)均衡策略；電池的均衡容量是均衡電流與時間的積分效果，采用小電流均衡的目的是在相對較長的充電過程中(一般為2-3小時)，持續(xù)對單體電池進行均衡，實現(xiàn)均衡功率體積的小型化。( 2 )均衡信息記錄功能；均衡器與充電機配合，即可存儲電池上一次充電過程和充電完成后的相關信息，估算充電前和充電完成后各電池所需的充電均衡容量。(3)均衡容量估算功能；根據(jù)單體電池的末端極差來均衡，最后實現(xiàn)單體電壓接近一致。本實用新型的優(yōu)點是能夠高效地完成電池組的基本電氣功能檢測；通過合理計算電池組及單體電池的容量、內(nèi)阻、極化、一致性等參數(shù)從而給出電池組的各項客觀評價指標；能夠有效地對待測電池組進行異常單體電池故障定位、篩選剔除以及對待測電池組進行均衡維護；具有較強和廣泛的實用價值。

圖1是本實用新型所述一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；[0030]圖2是本實用新型所述一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)的工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進行詳細描述。如圖1所示，本實用新型包括:監(jiān)控系統(tǒng)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關9和電池測試維護單元，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括:遠程網(wǎng)絡交換機I和本地網(wǎng)絡交換機8、遠程調(diào)度服務器3、數(shù)據(jù)訪問服務器4、網(wǎng)絡打印機2、監(jiān)控計算機
7、數(shù)據(jù)服務器6、防火墻5 ;所述遠程調(diào)度服務器3、數(shù)據(jù)訪問服務器4、網(wǎng)絡打印機2、防火墻5分別與遠程網(wǎng)絡交換機I連接，所述監(jiān)控計算機7、數(shù)據(jù)服務器6分別與本地網(wǎng)絡交換機8連接。所述電池測試維護單元包括:電池充放電設備12、均衡裝置11、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10 ；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10包括同步式電池數(shù)據(jù)采集裝置、電池管理系統(tǒng)；所述電池充放電設備12與CAN總線連接，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10與CAN總線連接，所述均衡裝置11通過CAN總線與CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關9連接，所述電池測試維護單元通過CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關9與本地網(wǎng)絡交換機8連接。如圖2所示，是本實用新型的工作流程圖。本實用新型的工作流程分為三個步驟:1.系統(tǒng)初始化；硬件連接完成后，硬件系統(tǒng)進行通訊同步，當同步信息確認正常后，設備進入人機設置界面流程，進入初始整定模式，在設備的人機交互界面設定初始充放電的參數(shù)及關鍵閾值；2.電池系統(tǒng)檢測；根據(jù)人工選定的檢測項目，控制電池充放電設備12和均衡裝置11的輸出電流，并在充放電過程中定時發(fā)送充放電信息，同時將電池數(shù)據(jù)與充放電數(shù)據(jù)上傳給所述監(jiān)控系統(tǒng)，分析電池檢測數(shù)據(jù)，輸出電池測試結(jié)果，作為電池維護的依據(jù)。3.電池系統(tǒng)維護；依據(jù)電池檢測過程的測試結(jié)論，對電池進行一致性維護或異常電池篩選剔除，形成維護或重組后的電池包，并輸出維護結(jié)果。本實用新型的基本充放電步驟如下:(I)完成硬件連接；(2)系統(tǒng)通訊同步(電池測試維護單元與車載BMS建立通訊、電池測試維護單元與同步式數(shù)據(jù)采樣裝置建立通訊);(3)初始參數(shù)整定(人工輸入檢測項目)；(4)檢測過程開始；(5)分析數(shù)據(jù)，輸出結(jié)論；( 6 )記錄或存儲檢測結(jié)果；(7)維護過程開始；(8)判斷電池組一致性參數(shù)是否在規(guī)定范圍內(nèi)；( 9 )對電池組進行均衡維護；( 10)判斷電池組基本性能指標是否在規(guī)定范圍內(nèi)；[0051](11)篩選剔除異常電池；(12)重組電池組；(13)電池組參數(shù)重新標定；(14)分析數(shù)據(jù)，輸出結(jié)論；( 14)記錄或存儲維護結(jié)果。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本實用新型公開的范圍內(nèi)，能夠輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)，其特征在于，包括:監(jiān)控系統(tǒng)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關和電池測試維護單元，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括:遠程網(wǎng)絡交換機和本地網(wǎng)絡交換機、遠程調(diào)度服務器、數(shù)據(jù)訪問服務器、網(wǎng)絡打印機、監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務器、防火墻；所述遠程調(diào)度服務器、數(shù)據(jù)訪問服務器、網(wǎng)絡打印機、防火墻分別與遠程網(wǎng)絡交換機連接，所述監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務器分別與本地網(wǎng)絡交換機連接； 所述電池測試維護單元包括:電池充放電設備、均衡裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述電池充放電設備與CAN總線連接，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與CAN總線連接，所述均衡裝置通過CAN總線與CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關連接，所述電池測試維護單元通過CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關與本地網(wǎng)絡交換機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括同步式電池數(shù)據(jù)采集裝置、電池管理系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)，其特征在于，所述用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)采用LAN總線。
專利摘要本實用新型公開了一種用于電動汽車動力電池的檢測及維護系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關和電池測試維護單元，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括遠程網(wǎng)絡交換機和本地網(wǎng)絡交換機、遠程調(diào)度服務器、數(shù)據(jù)訪問服務器、網(wǎng)絡打印機、監(jiān)控計算機、數(shù)據(jù)服務器、防火墻；所述電池測試維護單元包括電池充放電設備、均衡裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；本實用新型的優(yōu)點是能夠高效地完成電池組的基本電氣功能檢測；通過合理計算電池組及單體電池的容量、內(nèi)阻、極化、一致性等參數(shù)從而給出電池組的各項客觀評價指標；能夠有效地對待測電池組進行異常單體電池故障定位、篩選剔除以及對待測電池組進行均衡維護；具有較強和廣泛的實用價值。
文檔編號G01R31/36GK203039043SQ20132000679
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者溫家鵬, 馮韜, 李威, 宋修明, 路其龍, 張計濤, 劉軍 申請人:北京優(yōu)科利爾能源設備有限公司