CN111830411B - 车用蓄电池老化控制***及交通工具 - Google Patents

车用蓄电池老化控制***及交通工具 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种车用蓄电池老化控制***以及一种包括所述***的交通工具，所述车用蓄电池老化控制***利用一电池老化模型计算相关的车用蓄电池在不同荷电状态下的老化值，并根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，其中，当所述老化值大于第一老化保护阈值时，输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令，有助于在电池长时间非饱和状态工作而导致永久性电池性能下降之前，根据需要及时进行全负荷充电，可以降低车用蓄电池的老化速度，延长使用寿命。

Description

车用蓄电池老化控制***及交通工具
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种车用蓄电池老化控制***及一种交通工具。
背景技术
铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等蓄电池已被广泛地应用于各种车辆。以电动汽车为例，除了为高压驱动部件提供动力的动力电池之外，通常还包括为整车电压电器及控制***提供电源的辅助电池。由于铅酸电池具有价格便宜、材料来源丰富、比功率较高、技术和制造工艺较成熟、资源回收率高等优点，所述辅助电池通常采用12V铅酸电池，可以为各种用电负载如发动机、仪表、照明、空调及其它辅助电器供电。并且，为了尽可能的节油，通常会根据车辆用电负载的用电需求以及铅酸电池的实际电量来决策发电组件的功率。
随着技术的发展，车用蓄电池的综合性能有了很大提高，但其老化问题仍然较为突出。仍以车用的12V铅酸电池为例，由于在不同荷电状态(State of Charge，SOC)下的电池内阻不同，为了有效减小电池内阻负载消耗，在实际操作中往往不会将12V铅酸电池按照SOC为100％的状态(即满充状态)运行。但因为这类蓄电池的物理特性，如果长期处于非饱和的额定容量状态，会导致其额定功率上限和最大可充电量下降，加快了电池老化速度。
发明内容
为了能够及时获得车用蓄电池的老化状态，降低老化速度，本发明提供了一种车用蓄电池老化控制***。本发明另外提供一种包括所述车用蓄电池老化控制***的交通工具。
一方面，本发明提供一种车用蓄电池老化控制***，所述车用蓄电池老化控制***利用一电池老化模型计算相关的车用蓄电池在不同荷电状态下的老化值，并根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，其中，当所述老化值大于第一老化保护阈值时，输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令。
可选的，所述车用蓄电池老化控制***包括：
数据提取模块，用于获取所述车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出信息；
老化分析模块，用于在所述车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出信息满足设定条件时，利用所述电池老化模型获得所述车用蓄电池当前的老化值；以及
充电控制模块，用于在所述老化值大于所述第一老化保护阈值时，向充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令。
可选的，所述老化分析模块包括：
判断单元，用于判断车辆发动机是否处于工作状态，并判断所述车用蓄电池当前的荷电百分数是否小于荷电老化阈值，当结果均为是时，输出计算所述老化值的指令；
计算单元，用于接收所述计算所述老化值的指令，将所述车用蓄电池当前的荷电百分数输入所述电池老化模型，并输出计算得到的老化值；以及
存储单元，用于存储所述老化值。
可选的，所述老化分析模块还包括复位单元，用于在对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电后，将存储于所述存储模块的最近一次老化值归零。
可选的，所述电池老化模型通过在最近一次老化值的基础上累加一积分函数的值，得到与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值，所述积分函数的值随所述车用蓄电池当前的荷电百分数和输出电流而变化，所述老化值的初始值为零。
可选的，所述电池老化模型通过如下关系计算与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值：
其中，Aging Value_new为与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值，Aging Value_old为最近一次的老化值，△SOC为电池饱和状态的荷电百分数与当前荷电百分数的差值，Kp为代表老化影响程度的比例系数，KI为与所述车用蓄电池当前的输出电流有关的积分系数，t为从自老化值为零的时刻至本次老化值计算经过的时间。
可选的，所述充电控制模块还用于在所述老化值小于第二老化保护阈值时，向所述充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次部分负荷充电的指令，其中，所述第二老化保护阈值小于所述第一老化保护阈值。
可选的，所述充电组件为所述车用蓄电池所属车辆中的智能发电机或直流转换器。
可选的，所述车用蓄电池为12V铅酸电池。
一方面，本发明提供一种交通工具，所述交通工具包括蓄电池以及上述车用蓄电池老化控制***。
本发明提供的车用蓄电池老化控制***利用一电池老化模型计算相关的车用蓄电池的老化值，有助于及时了解到车用蓄电池的老化状态，并且，还根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，其中，当所述老化值大于第一老化保护阈值时，输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令，有助于在电池长时间非饱和状态工作而导致永久性电池性能下降之前，根据需要及时进行全负荷充电，可以降低车用蓄电池的老化速度，延长使用寿命。
本发明提供的交通工具包括蓄电池以及上述车用蓄电池老化控制***，通过利用所述车用蓄电池老化控制***计算蓄电池的老化值并基于所述老化值的情况对所述蓄电池进行充电，可以延长所述蓄电池的使用寿命，有助于提高所述交通工具的品质。
附图说明
图1是本发明一实施例的车用蓄电池老化控制***的模块示意图。
图2是本发明一实施例的车用蓄电池老化控制***的流程示意图。
附图标记说明：
100-车用蓄电池老化控制***；110-数据提取模块；120-老化分析模块；130-充电控制模块；121-判断单元；122-计算单元；123-存储单元；124-复位单元。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的车用蓄电池老化控制***及交通工具作进一步详细说明。根据下面的说明，本发明的优点和特征将更加清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如背景技术所述，由于车用蓄电池在使用过程中长期处于非饱和欠充状态，会加快电池老化速度。由于更换电池的费用较高，这会给消费者带来经济上以及时间上的成本增加。本申请实施例的车用蓄电池老化控制***，即是为了在车用蓄电池的使用过程中，能够及时获得车用蓄电池的老化状态，降低老化速度而提出的。
具体来说，本申请实施例的车用蓄电池老化控制***，是利用一电池老化模型计算相关的车用蓄电池在不同荷电状态下的老化值，并根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，其中，当所述老化值大于第一老化保护阈值时，输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令。从而，通过该车用蓄电池老化控制***，可以获得相关的车用蓄电池在不同荷电状态下的老化值，便于分析荷电状态对电池活性的影响，另外，根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，并及时地进行全负荷充电，避免长期欠充状态的不良影响，可以降低车用蓄电池的老化速度，延长使用寿命，实现防电池老化的目的。以下对本发明实施例的车用蓄电池老化控制***作进一步描述。
图1是本发明一实施例的车用蓄电池老化控制***的模块示意图。参见图1，一实施例中，上述车用蓄电池老化控制***100包括数据提取模块110、老化分析模块120以及充电控制模块130，其中，所述数据提取模块110用于获取相关的车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出信息；所述老化分析模块120用于在所述车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出信息满足设定条件时，利用上述电池老化模型获得所述车用蓄电池当前的老化值；而所述充电控制模块130用于在所述老化值大于第一老化保护阈值时，向充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令。
以应用于汽车中作为辅助电池的12V电池为例，数据提取模块110可以从该12V电池所属的汽车的发动机管理***(EMS)采集汽车是否处于工作状态的信息，可以从电池传感器***(EBS)采集12V电池的实际荷电百分数和输出电流等输出信息。由于12V电池仅在汽车发动机为工作状态时工作，为了提高控制效率，可以设置仅在发动机为工作状态时才利用老化分析模块120进行老化值的计算，而当发动机停止工作时，可退出计算状态。
一实施例中，利用数据提取模块110得到的车用蓄电池的荷电状态(或实际电量，记为SOC)可以用一百分数表示，SOC可以取0～100％范围的值，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝100％表示电池为满额容量。数据提取模块110可以根据用户直接输入指令、老化分析模块120发送的指令或者按照设定时间间隔对所述车用蓄电池实时的荷电百分数以及输出信息进行采集。
老化分析模块120与数据提取模块110连接，可以从数据提取模块110获得12V电池的实际SOC和输出电流，经过判断后，可以将该实际SOC和输出电流输入到上述电池老化模型，并获得计算得到的老化值。
作为示例，所述老化分析模块120可以包括以下功能单元：判断单元121、计算单元122以及存储单元123，其中，所述判断单元121用于判断所述车用蓄电池是否处于工作状态，并判断所述车用蓄电池当前的荷电百分数是否小于荷电老化阈值，当结果均为是时，所述判断单元121输出计算所述老化值的指令；所述计算单元122用于接收所述判断单元121输出的计算所述老化值的指令，将所述车用蓄电池当前的荷电百分数输入上述电池老化模型，并输出经所述电池老化模型计算得到的老化值；所述存储单元123用于存储计算单元122计算得到的老化值。通过将计算出的老化值存储起来，便于后续的计算及分析。所述荷电老化阈值可以根据相应的车用蓄电池的结构以及输出性能具体确定。
一实施例中，判断单元121可以从1)发动机状态为“running”2)EBS电池状态为“可信”以及3)12V电池的实际SOC小于荷电老化阈值这三个需要满足的条件进行判断，获得是否启动计算单元122进行老化值的计算的信息。可以仅在同时满足这三个条件时，向计算单元122输出计算老化值的指令。若不满足其中任意一个条件，则不启动老化值的计算动作，在接收到更新后的输入条件时，再进行判断是否启动老化值的计算动作。对于相应的设备来说，“running”指的是车用蓄电池为工作状态，“可信”指的是从EBS获得的电池状态是准确的。
计算单元122在接收到计算老化值的指令后，将接收到的当前的荷电百分数(SOC)输入电池老化模型，并输出计算得到的老化值，所输出的老化值可被存储于存储单元123。所述存储单元123可以将计算单元122处理的当前时间、次数等信息也存储下来。一实施例中，存储单元123所存储的老化值仅包括最近一次计算的老化值，在利用当前的荷电百分数得到一新的老化值时，利用该新的老化值替换最近一次计算的老化值存储。一实施例中，存储单元123可以将每次计算所得到的老化值以及对应的荷电百分数均存储起来，以便于根据这些数据分析电池荷电状态与电池活性之间的关联。
一实施例中，计算单元122采用的电池老化模型通过在最近一次老化值的基础上累加一积分函数的值，得到与所述车用蓄电池当前的荷电状态对应的老化值，所述积分函数的值与所述车用蓄电池当前的荷电百分数和输出电流有关，所述老化值的初始值为零(即第一次计算时所参照的上一次老化值为零)。
作为示例，所述电池老化模型可以通过如下关系计算与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值：
其中，Aging Value_new为与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值，Aging Value_old为存储单元123中存储的最近一次(或上一次)的老化值，△SOC为电池饱和状态的荷电百分数(例如为100％)与当前荷电百分数的差值，Kp为代表老化影响程度的比例系数，KI为与所述车用蓄电池当前的输出电流有关的积分系数(integral factor)，t为从自老化值为零的时刻至本次老化值计算经过的时间。
上述比例系数Kp和积分系数KI可以根据所针对的车用蓄电池的输出特性通过实验得到，比例系数Kp和积分系数KI均可以包括对应于电池不同荷电状态的多个，并且也可以存储在存储单元123。例如，比例系数Kp可以通过电池SOC随时间变化的曲线计算得到，在获得当前荷电百分数的情况下，可以根据电池SOC随时间变化的曲线得到与之对应的Kp，SOC越大，Kp越大。积分系数KI可以由PID模块计算得到，也可以直接利用荷电百分数SOC和输出电流(I)的MAP集合即MAP(SOC，I)拟合得到。
可见，利用上述电池老化模型，通过逐次累加计算车用蓄电池在工作状态下的老化值，在不进行充电的情况下，计算得到的老化值一次比一次增大。由于随着使用时间的延长，车用蓄电池形成永久老化的风险会增加，为了在不影响正常使用的情况下及时调整电池的活性，降低永久老化的风险，本发明实施例的车用蓄电池老化控制***100还包括充电控制模块130，所述充电控制模块130可获得老化分析模块120的输出信息，在基于当前荷电百分数计算的老化值大于第一老化保护阈值时，向充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令。一实施例中，在当次计算得到的老化值大于第一老化保护阈值时，充电控制模块130将一较高的目标电压信号通过控制线(如CAN或LIN)发送给充电组件。通过全负荷充电，电池的活性可以被充分地进行激活，相较于长时间欠电状态的情形，可以大大降低所述车用蓄电池的老化速度，从而延长其寿命。
所述充电组件可以是所述车用蓄电池所属车辆中的智能发电机或直流转换器。所述智能发电机可以根据接收到的目标发电电压为所述车用蓄电池充电。所述直流转换器可以根据接收到的目标低压电压，将高压的电转为低压电为所述车用蓄电池充电。例如，充电控制模块130可将目标电压12V发送至直流转换器，直流转换器在得到该信号后，将高压电转换为12V的低压电并为12V电池充电。所述智能发电机和所述直流转换器可以采用公开的结构。
进一步的，所述充电控制模块130还可用于在老化分析模块120输出的老化值大于第二老化保护阈值时，向所述充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次部分负荷充电的指令，其中，所述第二老化保护阈值小于所述第一老化保护阈值。所述第一老化保护阈值和所述第二老化保护阈值均可以根据相应的车用蓄电池的结构及老化特性具体设定。在执行部分负荷充电时，充电控制模块130将较全负荷充电低的平衡目标电压信号通过控制线发送给充电组件，使所述充电组件对所述车用蓄电池进行部分负荷充电，其目的是避免车用蓄电池的负荷百分数降低过快而使得老化值大于第一老化保护阈值，减少充电组件进行全负荷充电的频次，对充电组件其它工作的影响较小，有利于降低车用蓄电池永久老化的风险。
在完成一次全负荷充电后，可以设定此时的SOC为100％(也可以自定义一个与满额容量对应的SOC值)，则计算老化值以判断全负荷充电的一个逻辑周期完成，为了在后续电池工作中继续监控其老化状态，并继续根据老化值来判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，参见图1，一实施例的老化分析模块120还包括复位单元124，所述复位单元124用于在对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电后，将存储于所述存储单元123的最近一次老化值归零。在复位之后，在同一车用蓄电池的后续工作中，可以再次利用上述数据提取模块110、老化分析模块120以及充电控制模块130来获取同一车用蓄电池在不同荷电状态下的老化值，并根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电(可进行上述全负荷充电以及部分负荷充电)。一实施例中，所述复位单元124也可以在完成一次全负荷充电后，等待车用蓄电池工作一段时间后再进行复位，该段时间内，老化值较小，可以不进入计算状态。例如，可以在车用蓄电池的当前荷电百分数不小于一设定数值时，将存储单元中的最近一次老化值重置为零，然后再逐次利用上述电池老化模型进行老化值的积分累加计算，并根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电。此外，一实施例中，由于车用蓄电池的荷电状态由电池传感器***(EBS)提供，而在电池传感器***状态为“不可信”(在EBS未进入稳定工作状态时，会存在输出数据不准确的一段时间)时，将存储单元123中的最近一次老化值重置为零，以便于在电池传感器***状态转变为“可信”时，再进行老化值的判断。
图2是本发明一实施例的车用蓄电池老化控制***的流程示意图。参见图2，以12V电池为例，利用本发明一实施例的车用蓄电池老化控制***计算老化值并根据所述老化值判断并执行对所述车用蓄电池充电的过程如下：
首先，获取发动机管理***和电池传感器***提供的有关12V电池的实际状况信息(发动机状态、12V电池、SOC、12V电池的输出电流等)，可以由上述数据提取模块110执行；
接着，判断是否满足电池老化积分模型的条件，可以由上述老化分析模块120中的判断单元121执行；
然后，在满足计算条件后，进行电池老化值的计算，可以在最近一次的老化值基础上进行累加，得到历史不同SOC对12V电池的老化值，具体可以由上述老化分析模块120中的计算单元122执行，并将老化值存储于存储单元123，所述存储单元123存储的数据可以一直保留，即使在熄火断电后也不会被擦除；
接着，当判断12V电池的老化值大于第一老化保护阈值之后，进入全负荷充电模式(full charge)，可以由上述充电控制模块130执行；
然后，当通过全负荷发电，使12V电池的SOC充满后，12V电池的实际SOC大于与老化值复位要求有关的阀值后，将老化值重置为0，以便下次进行计算，可以由上述复位单元124执行；
接着，当判断12V电池的老化值小于第二老化保护阈值后，进入部分负荷充电模式(part charge)，可以由上述充电控制模块130执行。
可见，经过上述过程，可以建立不同荷电状态下对12V电池老化影响的老化值计算过程，该计算过程充分地考虑到不同荷电状态对车用蓄电池活性的影响，并最终反映为老化数值。根据老化值决策电池的充电模式，激活电池活性，降低老化速度，实现对车用蓄电池的老化保护，可以延长其使用寿命。
可以理解的是，本发明实施例的车用蓄电池老化控制***可以包括通过诸如网络的通信单元互连的多个计算机、硬件、装置等，或者包括具有实现本发明的过程的单个计算机、硬件、装置等。所述计算机可包括中央处理单元(CPU)、存储器以及输入及输出组件等等，所述输入及输出组件例如为键盘、鼠标、触摸屏、显示器等。所述车用蓄电池老化控制***中的各个模块及单元(数据提取模块、老化分析模块、充电控制模块、判断单元、计算单元、存储单元、复位单元)可以合并在一个模块中实现，或者其中的任意一个单元可以被拆分成多个子单元，或者，这些单元中的一个或多个的至少部分功能可以与其它单元的至少部分功能相结合，并在一个模块中实现。根据本发明的实施例，所述车用蓄电池老化控制***中的各个单元中的至少一个可以至少被部分地实现为硬件电路，或可按照对电路进行集成或封装的任何其它的合理方式等硬件或固件来实现，或者，所述车用蓄电池老化控制***中的各个单元中的至少一个可以至少被部分地实现为程序代码模块，当该程序代码模块被控制车用蓄电池老化控制***的计算机运行时，可以执行相应模块的功能。
本发明实施例还涉及一种交通工具，所述交通工具包括蓄电池以及上述车用蓄电池老化控制***。具体的，所述交通工具可以是电动自行车、电动汽车、混动汽车、燃油汽车等等。所述交通工具还包括发动机管理***以及电池传感器***，所述车用蓄电池老化控制***由所述发动机管理***获得所述交通工具是否处于工作状态的信息，并由所述电池传感器***获得所述车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出电流的信息。
所述交通工具可以采用蓄电池作为动力电源或者辅助电源，并且，为了及时获得蓄电池的老化状态，降低老化速度，利用所述车用蓄电池老化控制***计算该蓄电池的老化值并基于所述老化值的情况对该蓄电池进行充电，可以延长蓄电池的使用寿命，有助于提高所述交通工具的品质。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述车用蓄电池老化控制***利用一电池老化模型计算相关的车用蓄电池在不同荷电状态下的老化值，并根据所述老化值判断是否需要对所述车用蓄电池进行充电，其中，当所述老化值大于第一老化保护阈值时，输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令；
所述车用蓄电池老化控制***包括：
数据提取模块，用于获取所述车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出信息；
老化分析模块，用于在所述车用蓄电池当前的荷电百分数以及输出信息满足设定条件时，利用所述电池老化模型获得所述车用蓄电池当前的老化值；以及
充电控制模块，用于在所述老化值大于所述第一老化保护阈值时，向充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电的指令。
2.如权利要求1所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述老化分析模块包括：
判断单元，用于判断车辆发动机是否处于工作状态，并判断所述车用蓄电池当前的荷电百分数是否小于荷电老化阈值，当结果均为是时，输出计算所述老化值的指令；
计算单元，用于接收所述计算所述老化值的指令，将所述车用蓄电池当前的荷电百分数输入所述电池老化模型，并输出计算得到的老化值；以及
存储单元，用于存储所述老化值。
3.如权利要求2所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述老化分析模块还包括：
复位单元，用于在对所述车用蓄电池执行一次全负荷充电后，将存储于所述存储模块的最近一次老化值归零。
4.如权利要求1所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述电池老化模型通过在最近一次老化值的基础上累加一积分函数的值，得到与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值，所述积分函数的值随所述车用蓄电池当前的荷电百分数和输出电流而变化，所述老化值的初始值为零。
5.如权利要求4所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述电池老化模型通过如下关系计算与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值：
其中，Aging Value_new为与所述车用蓄电池当前的荷电百分数对应的老化值，AgingValue_old为最近一次的老化值，△SOC为电池饱和状态的荷电百分数与当前荷电百分数的差值，Kp为代表老化影响程度的比例系数，KI为与所述车用蓄电池当前的输出电流有关的积分系数，t为从自老化值为零的时刻至本次老化值计算经过的时间。
6.如权利要求1所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述充电控制模块还用于在所述老化值小于第二老化保护阈值时，向所述充电组件输出对所述车用蓄电池执行一次部分负荷充电的指令，其中，所述第二老化保护阈值小于所述第一老化保护阈值。
7.如权利要求1所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述充电组件为所述车用蓄电池所属车辆中的智能发电机或直流转换器。
8.如权利要求1至7任一项所述的车用蓄电池老化控制***，其特征在于，所述车用蓄电池为12V铅酸电池。
9.一种交通工具，其特征在于，包括蓄电池以及如权利要求1至8任一项所述的车用蓄电池老化控制***。
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