一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，包括用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能太陽能電池組、用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能的太陽能控制器、用于將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來的蓄電組以及電池組應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于：所述的電池組應(yīng)用系統(tǒng)包括一個(gè)電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng),一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng),一個(gè)充放電控制系統(tǒng)和充放電控制技術(shù)系統(tǒng),一個(gè)電池單元壽命預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)。本項(xiàng)目將根據(jù)客戶各種需要蓄電池組的設(shè)備的用電特性和用電要求，設(shè)計(jì)不同的儲(chǔ)能移動(dòng)系統(tǒng)和開展相關(guān)軟硬件開發(fā)，以有效地提高電池組的電能使用效率，延長(zhǎng)電池組使用時(shí)間和壽命，同時(shí)也切實(shí)保證設(shè)備和客戶的用電安全。
【專利說明】
一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在電能儲(chǔ)能領(lǐng)域一般采用鉛酸電池組作為電能的存儲(chǔ)設(shè)備，如在家庭儲(chǔ)能應(yīng)用上也主要使用鉛酸電池組，而在其它一些必須通過電池進(jìn)行電能存儲(chǔ)也會(huì)建立專門的電池存儲(chǔ)間來進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0003]鉛酸電池雖然具有充放電電流大、成本低廉、簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，但由于在生產(chǎn)和使用后處理等方面涉及到重金屬和硫酸等多種有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境損害嚴(yán)重?；谶@個(gè)原因，發(fā)達(dá)國家已在多年前減少或停止了鉛酸電池的生產(chǎn)，改由從發(fā)展中國家進(jìn)口鉛酸電池產(chǎn)品，或逐步用鋰電池替代鉛酸電池。目前我國也已經(jīng)開始逐步大規(guī)模關(guān)停鉛酸電池的生產(chǎn)線，已降低對(duì)環(huán)境的損害。另外，鉛酸電池在使用過程中也會(huì)不停散發(fā)含鉛酸霧，對(duì)能夠接觸到酸霧的人員損害很大，所以在船舶、潛艇、建筑物內(nèi)和電動(dòng)車等方面并不適用。
[0004]目前作為鉛酸電池的最好替代品是各類鋰離子電池。鋰離子電池雖然在環(huán)保和安全方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鉛酸電池，但由于其原理和構(gòu)造特性方面的原因，如單體電芯存儲(chǔ)量小、容易受到充放電損傷和串并聯(lián)使用等，必須與BMS配套使用，以避免組成電池組的單體電芯在串并聯(lián)成組后，因充、放電不均勻造成的過充或過放損壞，導(dǎo)致整組電池不能使用。
[0005]除此之外，鋰電池在對(duì)于充放電電流的承受能力和耐高壓等方面向?qū)︺U酸電池較差。而且對(duì)鋰離子電池家用儲(chǔ)能電站來說，現(xiàn)階段無論接入的對(duì)象是不同規(guī)模的電網(wǎng)還是設(shè)備，都對(duì)電站輸出的電壓、電流、頻率等參數(shù)要求較高，所以必須有一個(gè)完整的儲(chǔ)能電站綜合管理設(shè)備對(duì)電站內(nèi)部和輸出進(jìn)行監(jiān)控和管理，以保證電站本身和負(fù)載的安全。
[0006]目前國內(nèi)在各種類型的鋰電池生產(chǎn)方面已經(jīng)具備了國際先進(jìn)水平，電池產(chǎn)品在全世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較大的市場(chǎng)覆蓋和較高的市場(chǎng)占有率。但作為電池組或儲(chǔ)能電站的應(yīng)用上也一直未能大規(guī)模展開，國內(nèi)尚未形成廣泛應(yīng)用的鋰電池儲(chǔ)能家用產(chǎn)品。為打破國外壟斷，形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用型儲(chǔ)能研發(fā)勢(shì)在必行。
[0007]考慮到目前政府和企業(yè)在電動(dòng)車BMS等方面所投入的資金和人員比較多，并取得了一定的成果，而具有潛在的巨大市場(chǎng)的家用儲(chǔ)能領(lǐng)域尚屬空白，因此本項(xiàng)目將以開發(fā)專用的家用儲(chǔ)能系統(tǒng)為主，同時(shí)將科研成果進(jìn)行修改和升級(jí)，以適用于不同規(guī)模和負(fù)載對(duì)象使用的家用儲(chǔ)能電站綜合設(shè)備，提高電池的使用效率，避免過充、過放和溫度異常，延長(zhǎng)電池的使用壽命，并增加電量監(jiān)測(cè)、智能用電管理、電流電壓監(jiān)控和單體電芯電量均衡、電站安保等功能，用于家庭儲(chǔ)能電站使用。并結(jié)合太陽能發(fā)電技術(shù)，獨(dú)立使用太陽能進(jìn)行充電，達(dá)到完全的節(jié)能減排的目的。并形成一個(gè)獨(dú)立的移動(dòng)式太陽能儲(chǔ)能系統(tǒng)并擴(kuò)展其使用范圍，形成完整的系統(tǒng)。
[0008]高壓、多節(jié)電池串聯(lián)組成的電池包主要用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)工具等設(shè)備。由于它們的高能量密度，鋰離子電池得到了廣泛應(yīng)用。這些高能量電池組需要一個(gè)良好的電池管理系統(tǒng)，用于檢測(cè)多節(jié)電池的電壓以及電池溫度。如果沒有這個(gè)監(jiān)控功能，系統(tǒng)可能發(fā)生溫度失控，導(dǎo)致電池爆炸
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供解決目前電池組在環(huán)保、續(xù)航時(shí)間、壽命、重量和穩(wěn)定性等方面所存在的問題，有效降低客人使用時(shí)的負(fù)載，創(chuàng)造較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，包括用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能太陽能電池組、用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能的太陽能控制器、用于將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來的蓄電組以及電池組應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:所述的電池組應(yīng)用系統(tǒng)包括
一個(gè)電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)，電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)通過采用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)技術(shù)，依據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)系統(tǒng)工作狀態(tài)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果向相應(yīng)的控制器發(fā)送指令，完成電池組的保護(hù)；
一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng):其包括用于確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)輸入變量與輸出變量的比較模塊、用于采集比較模塊變量的信號(hào)采集模塊以及用于對(duì)信號(hào)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)辨識(shí)的PC端辨識(shí)模塊，所述的信號(hào)采集模塊采集方式通過傳感器和采樣設(shè)備完成；
一個(gè)充放電控制系統(tǒng)和充放電控制技術(shù)系統(tǒng):通過上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)，獲得電池陣列的運(yùn)行參數(shù)，然后得出充電或者放電控制參數(shù)來控制充電控制和放電控制器的運(yùn)行，使其工作在最佳狀態(tài)；
一個(gè)電池單元壽命預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng):對(duì)電池組其壽命的預(yù)測(cè)是基于兩個(gè)因素:最大使用容量和額定標(biāo)稱容量的關(guān)系以及自身漏電流和溫度的關(guān)系，來預(yù)測(cè)其使用壽命，預(yù)測(cè)壽命方式分為兩種情況:滿充滿放型和浮充型；
對(duì)于第一種滿充滿放型，其預(yù)測(cè)方式為:電池的最大使用容量會(huì)隨著其循環(huán)次數(shù)的增加而不斷降低，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)用戶對(duì)電池的使用習(xí)慣來確定未來一段時(shí)間可能發(fā)生的循環(huán)次數(shù)，根據(jù)已經(jīng)使用的循環(huán)次數(shù)、預(yù)測(cè)的循環(huán)次數(shù)、額定循環(huán)次數(shù)，根據(jù)它們的線性關(guān)系可以計(jì)算出其將來的使用壽命；
對(duì)于第二種浮充型情況，由于不能完整的充放循環(huán)，因此不能使用上述第一種方法，其采用的為內(nèi)阻法和自耗電法，內(nèi)阻法:通過動(dòng)態(tài)測(cè)量獲得電池的內(nèi)阻參數(shù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻，然后根據(jù)一系列時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻變化曲線，并和標(biāo)稱內(nèi)阻以及閥值內(nèi)阻比較，預(yù)測(cè)變化到閥值內(nèi)阻所需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是電池的工作壽命；
自耗電法:是在電池運(yùn)行過程中難以測(cè)量的一個(gè)參數(shù)，而我們采用智能均衡技術(shù)后，可以獲得電池在任何狀態(tài)下每個(gè)電池均衡的電量，再有電池的充放電電量，即可以計(jì)算出電池在單位時(shí)間內(nèi)的自耗電電量，通過使用卡爾曼濾波技術(shù)預(yù)測(cè)未來一個(gè)時(shí)間點(diǎn)電池的自耗電參數(shù)，并和閥值自耗電參數(shù)比較，循環(huán)預(yù)測(cè)直到到達(dá)閥值參數(shù)，這個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)和當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段就是預(yù)測(cè)壽命。
[0010]進(jìn)一步的，該電池組應(yīng)用系統(tǒng)還包括氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，氣密性檢測(cè)系統(tǒng)包括通過管道連接的氣源接口、減壓閥、測(cè)試壓力傳感器、加壓排氣閥、平衡閥、差壓傳感器、球閥、參照基準(zhǔn)鋰電池、被測(cè)鋰電池、球閥、容積矯正器以及平衡閥，氣源接口、減壓閥、測(cè)試壓力傳感器和加壓排氣閥依次連接在同一水平線上，加壓排氣閥的輸入端口分為兩路，其一路依次連接有平衡閥、球閥、參照基準(zhǔn)鋰電池，另一路依次連接有平衡閥、容積矯正器、球閥、被測(cè)鋰電池;所述的差壓傳感器連接在兩路之間，其一端連接在平衡閥和球閥之間的管道上，另一端連接在平衡閥和容積矯正器直接的管道上。
[0011 ] 進(jìn)一步的，檢測(cè)裝置還包括電池電壓管理顯示電路。
[0012]進(jìn)一步的，所述電池電壓管理顯示電路包含單片機(jī)和電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)分別與所述電壓轉(zhuǎn)換電路、所述鋰電池組連接。
[0013]進(jìn)一步的，電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)包括溫度、均衡檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，溫度、均衡檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)其包括用于控制電路的關(guān)斷與導(dǎo)通的繼電器、用于檢測(cè)該電池組的電壓和電流的傳感器、用于檢測(cè)該電池組的電池?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)模塊、根據(jù)檢測(cè)模塊接收到的電池?cái)?shù)據(jù)通過該從控制器對(duì)該電池組進(jìn)行均衡管理的主控制器、若干個(gè)與電池組連接的控制器，該傳感器與主控制器連接，該主控制器包括定時(shí)器、推算模塊，該定時(shí)器用于在電池組使用預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度后喚醒再由所述主控制器對(duì)該電池組進(jìn)行均衡管理，該推算模塊用于根據(jù)該控制器采集到的電壓、溫度以及該傳感器提供的電流信號(hào)和系統(tǒng)時(shí)鐘提供的電池使用時(shí)間信號(hào)，并按照預(yù)先設(shè)定的算法進(jìn)行計(jì)算，從而獲得關(guān)于電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)。
[0014]進(jìn)一步的，該主控制器還包括故障診斷模塊、控制邏輯模塊、內(nèi)部CAN通信模塊、外部CAN通信模塊和檢測(cè)模塊，該控制邏輯模塊和該接線盒連接，該故障診斷模塊具有功能監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤檢測(cè)、記錄故障信息、讀取數(shù)據(jù)、電池識(shí)別、再編程中的任一或其組合功能，該控制邏輯模塊用于根據(jù)電池的工作狀態(tài)，通過主繼電器控制外圍電路，該內(nèi)部CAN通信模塊用于實(shí)現(xiàn)該從控制器和該主控制器之間的通信，該外部CAN通信模塊用于實(shí)現(xiàn)該主控制器與外部的其它電子控制單元之間交換信息，該檢測(cè)模塊用于接收該傳感器檢測(cè)的電壓和電流信號(hào)，并提供該電池組的總電壓和電流的信號(hào)。
[0015]本發(fā)明得到的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn):由于鋰電池原理和自身結(jié)構(gòu)原因，鋰電池組在充放電和存儲(chǔ)過程中對(duì)大電流等異常狀況的承受能力較弱，且組成電池組的單體電芯間容易產(chǎn)生電量差的累積，因此本系統(tǒng)通過選擇特殊的電路設(shè)計(jì)來平衡鋰電池組中單體電芯間在充放電過程中反復(fù)累積的電量差，同時(shí)也根據(jù)電池組儲(chǔ)能負(fù)載的特性，對(duì)鋰電池組的充放電電流、電壓等進(jìn)行控制和溫度監(jiān)測(cè)等，避免因充放電電流過大或單體電芯的過充、過放等原因造成電池的損壞。
[0016]本項(xiàng)目將根據(jù)客戶各種需要蓄電池組的設(shè)備的用電特性和用電要求，設(shè)計(jì)不同的儲(chǔ)能移動(dòng)系統(tǒng)和開展相關(guān)軟硬件開發(fā)，以有效地提高電池組的電能使用效率，延長(zhǎng)電池組使用時(shí)間和壽命，同時(shí)也切實(shí)保證設(shè)備和客戶的用電安全。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0018]實(shí)施例:
本實(shí)施例提供的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，包括用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能太陽能電池組、用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能的太陽能控制器、用于將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來的蓄電組以及電池組應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:所述的電池組應(yīng)用系統(tǒng)包括
一個(gè)電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)，電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)通過采用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)技術(shù)，依據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)系統(tǒng)工作狀態(tài)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果向相應(yīng)的控制器發(fā)送指令，完成電池組的保護(hù)；
一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng):其包括用于確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)輸入變量與輸出變量的比較模塊、用于采集比較模塊變量的信號(hào)采集模塊以及用于對(duì)信號(hào)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)辨識(shí)的PC端辨識(shí)模塊，所述的信號(hào)采集模塊采集方式通過傳感器和采樣設(shè)備完成；
一個(gè)充放電控制系統(tǒng)和充放電控制技術(shù)系統(tǒng):通過上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)，獲得電池陣列的運(yùn)行參數(shù)，然后得出充電或者放電控制參數(shù)來控制充電控制和放電控制器的運(yùn)行，使其工作在最佳狀態(tài)；
一個(gè)電池單元壽命預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng):對(duì)電池組其壽命的預(yù)測(cè)是基于兩個(gè)因素:最大使用容量和額定標(biāo)稱容量的關(guān)系以及自身漏電流和溫度的關(guān)系，來預(yù)測(cè)其使用壽命，預(yù)測(cè)壽命方式分為兩種情況:滿充滿放型和浮充型；
對(duì)于第一種滿充滿放型，其預(yù)測(cè)方式為:電池的最大使用容量會(huì)隨著其循環(huán)次數(shù)的增加而不斷降低，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)用戶對(duì)電池的使用習(xí)慣來確定未來一段時(shí)間可能發(fā)生的循環(huán)次數(shù)，根據(jù)已經(jīng)使用的循環(huán)次數(shù)、預(yù)測(cè)的循環(huán)次數(shù)、額定循環(huán)次數(shù)，根據(jù)它們的線性關(guān)系可以計(jì)算出其將來的使用壽命；
對(duì)于第二種浮充型情況，由于不能完整的充放循環(huán)，因此不能使用上述第一種方法，其采用的為內(nèi)阻法和自耗電法，內(nèi)阻法:通過動(dòng)態(tài)測(cè)量獲得電池的內(nèi)阻參數(shù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻，然后根據(jù)一系列時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻變化曲線，并和標(biāo)稱內(nèi)阻以及閥值內(nèi)阻比較，預(yù)測(cè)變化到閥值內(nèi)阻所需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是電池的工作壽命；
自耗電法:是在電池運(yùn)行過程中難以測(cè)量的一個(gè)參數(shù)，而我們采用智能均衡技術(shù)后，可以獲得電池在任何狀態(tài)下每個(gè)電池均衡的電量，再有電池的充放電電量，即可以計(jì)算出電池在單位時(shí)間內(nèi)的自耗電電量，通過使用卡爾曼濾波技術(shù)預(yù)測(cè)未來一個(gè)時(shí)間點(diǎn)電池的自耗電參數(shù)，并和閥值自耗電參數(shù)比較，循環(huán)預(yù)測(cè)直到到達(dá)閥值參數(shù)，這個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)和當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段就是預(yù)測(cè)壽命。
[0019]進(jìn)一步的，該電池組應(yīng)用系統(tǒng)還包括氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，氣密性檢測(cè)系統(tǒng)包括通過管道連接的氣源接口、減壓閥、測(cè)試壓力傳感器、加壓排氣閥、平衡閥、差壓傳感器、球閥、參照基準(zhǔn)鋰電池、被測(cè)鋰電池、球閥、容積矯正器以及平衡閥，氣源接口、減壓閥、測(cè)試壓力傳感器和加壓排氣閥依次連接在同一水平線上，加壓排氣閥的輸入端口分為兩路，其一路依次連接有平衡閥、球閥、參照基準(zhǔn)鋰電池，另一路依次連接有平衡閥、容積矯正器、球閥、被測(cè)鋰電池;所述的差壓傳感器連接在兩路之間，其一端連接在平衡閥和球閥之間的管道上，另一端連接在平衡閥和容積矯正器直接的管道上。
[0020]進(jìn)一步的，檢測(cè)裝置還包括電池電壓管理顯示電路。
[0021]進(jìn)一步的，所述電池電壓管理顯示電路包含單片機(jī)和電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)分別與所述電壓轉(zhuǎn)換電路、所述鋰電池組連接。
[0022]進(jìn)一步的，電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)包括溫度、均衡檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，溫度、均衡檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)其包括用于控制電路的關(guān)斷與導(dǎo)通的繼電器、用于檢測(cè)該電池組的電壓和電流的傳感器、用于檢測(cè)該電池組的電池?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)模塊、根據(jù)檢測(cè)模塊接收到的電池?cái)?shù)據(jù)通過該從控制器對(duì)該電池組進(jìn)行均衡管理的主控制器、若干個(gè)與電池組連接的控制器，該傳感器與主控制器連接，該主控制器包括定時(shí)器、推算模塊，該定時(shí)器用于在電池組使用預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度后喚醒再由所述主控制器對(duì)該電池組進(jìn)行均衡管理，該推算模塊用于根據(jù)該控制器采集到的電壓、溫度以及該傳感器提供的電流信號(hào)和系統(tǒng)時(shí)鐘提供的電池使用時(shí)間信號(hào)，并按照預(yù)先設(shè)定的算法進(jìn)行計(jì)算，從而獲得關(guān)于電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)。
[0023]進(jìn)一步的，該主控制器還包括故障診斷模塊、控制邏輯模塊、內(nèi)部CAN通信模塊、外部CAN通信模塊和檢測(cè)模塊，該控制邏輯模塊和該接線盒連接，該故障診斷模塊具有功能監(jiān)測(cè)、錯(cuò)誤檢測(cè)、記錄故障信息、讀取數(shù)據(jù)、電池識(shí)別、再編程中的任一或其組合功能，該控制邏輯模塊用于根據(jù)電池的工作狀態(tài)，通過主繼電器控制外圍電路，該內(nèi)部CAN通信模塊用于實(shí)現(xiàn)該從控制器和該主控制器之間的通信，該外部CAN通信模塊用于實(shí)現(xiàn)該主控制器與外部的其它電子控制單元之間交換信息，該檢測(cè)模塊用于接收該傳感器檢測(cè)的電壓和電流信號(hào)，并提供該電池組的總電壓和電流的信號(hào)。
[0024]本發(fā)明得到的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn):由于鋰電池原理和自身結(jié)構(gòu)原因，鋰電池組在充放電和存儲(chǔ)過程中對(duì)大電流等異常狀況的承受能力較弱，且組成電池組的單體電芯間容易產(chǎn)生電量差的累積，因此本系統(tǒng)通過選擇特殊的電路設(shè)計(jì)來平衡鋰電池組中單體電芯間在充放電過程中反復(fù)累積的電量差，同時(shí)也根據(jù)電池組儲(chǔ)能負(fù)載的特性，對(duì)鋰電池組的充放電電流、電壓等進(jìn)行控制和溫度監(jiān)測(cè)等，避免因充放電電流過大或單體電芯的過充、過放等原因造成電池的損壞。
[0025]針對(duì)上述的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明:
1、充放電控制系統(tǒng)和充放電控制技術(shù)系統(tǒng)策略研發(fā)；
鋰離子電池在充電過程中，在不同的階段其充電電流和電壓必須滿足鋰離子電池的充電電特性，否則會(huì)影響電池的使用壽命，甚至造成電池的損壞。放電過程類似充電過程的控制。在控制上，我們通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，獲得電池陣列的運(yùn)行參數(shù)，然后得出充電或者放電控制參數(shù)來控制充電控制和放電控制器的運(yùn)行，使其工作在最佳狀態(tài)。
[0026]2、電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)；
電池包的保護(hù)主要包括以下幾項(xiàng)參數(shù):過充、過放、過流、過溫等四大項(xiàng)內(nèi)容。在充電過程中電池陣列中的每一個(gè)單體電池都不允許處于過充、過放、過流、過溫等狀態(tài)，因此必須設(shè)計(jì)保護(hù)電路保證電池工作在允許的范圍內(nèi)。通過采用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)技術(shù)，依據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)系統(tǒng)工作狀態(tài)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果向相應(yīng)的控制器發(fā)送指令，完成電池組的保護(hù)。
[0027]3、電池包電量均衡技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)；
電池包電量均衡技術(shù)是鋰電池主動(dòng)管理中最為關(guān)鍵的技術(shù)，其可靠性關(guān)系到整個(gè)電池包的整體性能的發(fā)揮。在均衡過程中，我們采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來獲得電池包的運(yùn)行參數(shù)，并結(jié)合電池包的本身特性、電池包的使用特性、電池的使用環(huán)境(野外使用)等多項(xiàng)因素，決定均衡系統(tǒng)的充電時(shí)機(jī)，最大延長(zhǎng)電池包使用壽命和滿足用戶使用要求。
[0028]4、電池單元壽命預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)研究
鋰離子電池的使用壽命是受電池的制造工藝和使用方法所決定的。對(duì)其壽命的預(yù)測(cè)是基于兩個(gè)因素:最大使用容量和額定標(biāo)稱容量的關(guān)系以及自身漏電流和溫度的關(guān)系，來預(yù)測(cè)其使用壽命。預(yù)測(cè)壽命分為兩種情況:滿充滿放型、浮充型。
[0029]對(duì)于第一種情況，電池的最大使用容量會(huì)隨著其循環(huán)次數(shù)的增加而不斷降低，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)用戶對(duì)電池的使用習(xí)慣來確定未來一段時(shí)間可能發(fā)生的循環(huán)次數(shù)，根據(jù)已經(jīng)使用的循環(huán)次數(shù)、預(yù)測(cè)的循環(huán)次數(shù)、額定循環(huán)次數(shù)，根據(jù)它們的線性關(guān)系可以計(jì)算出其將來的使用壽命。
[0030]對(duì)于二種情況，由于不能完整的充放循環(huán)，因此不能使用上述方法。可以采用內(nèi)阻法和自耗電法。通過動(dòng)態(tài)測(cè)量獲得電池的內(nèi)阻參數(shù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻，然后根據(jù)一系列時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻變化曲線，并和標(biāo)稱內(nèi)阻以及閥值內(nèi)阻(壽命結(jié)束)比較，預(yù)測(cè)變化到閥值內(nèi)阻所需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是電池的工作壽命。電池的自耗電是在電池運(yùn)行過程中難以測(cè)量的一個(gè)參數(shù)，而我們采用智能均衡技術(shù)后，可以獲得電池在任何狀態(tài)下每個(gè)電池均衡的電量，再有電池的充放電電量，即可以計(jì)算出電池在單位時(shí)間內(nèi)的自耗電電量，通過使用卡爾曼濾波技術(shù)預(yù)測(cè)未來一個(gè)時(shí)間點(diǎn)電池的自耗電參數(shù)，并和閥值自耗電參數(shù)(壽命結(jié)束參數(shù))比較，循環(huán)預(yù)測(cè)直到到達(dá)閥值參數(shù)，這個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)和當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段就是預(yù)測(cè)壽命。
[0031]5、BMS運(yùn)行策略研發(fā)；
BMS包括人工干預(yù)運(yùn)行策略和自動(dòng)運(yùn)行策略兩個(gè)方面的內(nèi)容。工干預(yù)運(yùn)行策略就是按照認(rèn)為設(shè)定的參數(shù)運(yùn)行，該方式是為了滿足用戶特殊需求而設(shè)定的功能。自動(dòng)運(yùn)行策略不需要人工干預(yù)，完全依據(jù)電池陣列的內(nèi)部參數(shù)以及其外部各項(xiàng)因素，由智能控制算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。
[0032]此項(xiàng)研發(fā)仍在繼續(xù)進(jìn)行中。
[0033]6、綜合管理設(shè)備主控單元技術(shù)研究；
這是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中最為核心大腦的部分，其負(fù)責(zé)收集由神經(jīng)元送來的一次數(shù)據(jù)或者二次數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合處理，在將處理結(jié)果發(fā)往相應(yīng)的神經(jīng)元或者其它控制單元，完成整體管理和控制。
[0034]此項(xiàng)研發(fā)仍在繼續(xù)進(jìn)行中。
[0035]7、設(shè)備運(yùn)行邏輯設(shè)計(jì)和異常狀態(tài)處理技術(shù)研究；
這是BMS系統(tǒng)中意外的處理程序。這部分是保證電池陣列安全運(yùn)行的最基本的控制部分。例如電池陣列的意外溫升、撞擊、短路等這些意外緊急情況，該控制部分不需要通知中心處理單元，自己直接處理或者直接發(fā)送信息到相應(yīng)的控制單元，緊急關(guān)停設(shè)備。
[0036]8、綜合管理設(shè)備接口技術(shù)研究。
[0037]因?yàn)榇罅可窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)單元的存在，使得BMS中有大量的通信節(jié)點(diǎn)，必須研發(fā)新的通信協(xié)議技術(shù)，使得通信節(jié)點(diǎn)在某種程度上實(shí)現(xiàn)無限擴(kuò)充。CAN協(xié)議是工控中比較成熟的協(xié)議，但其通信節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)受到一定的制約。通過采用設(shè)計(jì)CAN網(wǎng)關(guān)以及網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議、增加地址控制位，來獲得幾乎無限制的通信節(jié)點(diǎn)，使得裝備的電池容量可以達(dá)到任意擴(kuò)充的能力和遠(yuǎn)程控制能力。
[0038]上述方案總結(jié)具有以下特點(diǎn):
(1)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來獲得電池陣列的各種運(yùn)行參數(shù)；
(2)通過電池包的運(yùn)行參數(shù)只需要測(cè)量電池單元的表面溫度就可以計(jì)算出電池的內(nèi)部溫度；
(3)電池包的均衡技術(shù)是采用電池的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)共同處理得出均衡時(shí)機(jī)；
(4)均流輸出算法實(shí)現(xiàn)陣列中每個(gè)電池單元實(shí)現(xiàn)最大效能使用；
(5)充放電控制算法綜合了電池本身的電特性以及電池包的運(yùn)行特性而得出，實(shí)現(xiàn)電池的最佳充放電特性。
[0039]對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其架構(gòu)形式能夠靈活多變，只是做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于由本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，包括用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能太陽能電池組、用于將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能的太陽能控制器、用于將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲(chǔ)存起來的蓄電組以及電池組應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:所述的電池組應(yīng)用系統(tǒng)包括 一個(gè)電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)，電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)研發(fā)通過采用卡爾曼濾波預(yù)測(cè)技術(shù)，依據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，計(jì)算下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)系統(tǒng)工作狀態(tài)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果向相應(yīng)的控制器發(fā)送指令，完成電池組的保護(hù)； 一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng):其包括用于確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)輸入變量與輸出變量的比較模塊、用于采集比較模塊變量的信號(hào)采集模塊以及用于對(duì)信號(hào)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)辨識(shí)的PC端辨識(shí)模塊，所述的信號(hào)采集模塊采集方式通過傳感器和采樣設(shè)備完成； 一個(gè)充放電控制系統(tǒng)和充放電控制技術(shù)系統(tǒng):通過上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)，獲得電池陣列的運(yùn)行參數(shù)，然后得出充電或者放電控制參數(shù)來控制充電控制和放電控制器的運(yùn)行，使其工作在最佳狀態(tài)； 一個(gè)電池單元壽命預(yù)測(cè)技術(shù)系統(tǒng):對(duì)電池組其壽命的預(yù)測(cè)是基于兩個(gè)因素:最大使用容量和額定標(biāo)稱容量的關(guān)系以及自身漏電流和溫度的關(guān)系，來預(yù)測(cè)其使用壽命，預(yù)測(cè)壽命方式分為兩種情況:滿充滿放型和浮充型； 對(duì)于第一種滿充滿放型，其預(yù)測(cè)方式為:電池的最大使用容量會(huì)隨著其循環(huán)次數(shù)的增加而不斷降低，通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)用戶對(duì)電池的使用習(xí)慣來確定未來一段時(shí)間可能發(fā)生的循環(huán)次數(shù)，根據(jù)已經(jīng)使用的循環(huán)次數(shù)、預(yù)測(cè)的循環(huán)次數(shù)、額定循環(huán)次數(shù)，根據(jù)它們的線性關(guān)系可以計(jì)算出其將來的使用壽命； 對(duì)于第二種浮充型情況，由于不能完整的充放循環(huán)，因此不能使用上述第一種方法，其采用的為內(nèi)阻法和自耗電法，內(nèi)阻法:通過動(dòng)態(tài)測(cè)量獲得電池的內(nèi)阻參數(shù)，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻，然后根據(jù)一系列時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)阻變化曲線，并和標(biāo)稱內(nèi)阻以及閥值內(nèi)阻比較，預(yù)測(cè)變化到閥值內(nèi)阻所需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間就是電池的工作壽命； 自耗電法:是在電池運(yùn)行過程中難以測(cè)量的一個(gè)參數(shù)，而我們采用智能均衡技術(shù)后，可以獲得電池在任何狀態(tài)下每個(gè)電池均衡的電量，再有電池的充放電電量，即可以計(jì)算出電池在單位時(shí)間內(nèi)的自耗電電量，通過使用卡爾曼濾波技術(shù)預(yù)測(cè)未來一個(gè)時(shí)間點(diǎn)電池的自耗電參數(shù)，并和閥值自耗電參數(shù)比較，循環(huán)預(yù)測(cè)直到到達(dá)閥值參數(shù)，這個(gè)預(yù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)和當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的時(shí)間段就是預(yù)測(cè)壽命。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:該電池組應(yīng)用系統(tǒng)還包括氣密性檢測(cè)系統(tǒng)，氣密性檢測(cè)系統(tǒng)包括通過管道連接的氣源接口、減壓閥、測(cè)試壓力傳感器、加壓排氣閥、平衡閥、差壓傳感器、球閥、參照基準(zhǔn)鋰電池、被測(cè)鋰電池、球閥、容積矯正器以及平衡閥，氣源接口、減壓閥、測(cè)試壓力傳感器和加壓排氣閥依次連接在同一水平線上，加壓排氣閥的輸入端口分為兩路，其一路依次連接有平衡閥、球閥、參照基準(zhǔn)鋰電池，另一路依次連接有平衡閥、容積矯正器、球閥、被測(cè)鋰電池;所述的差壓傳感器連接在兩路之間，其一端連接在平衡閥和球閥之間的管道上，另一端連接在平衡閥和容積矯正器直接的管道上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:檢測(cè)裝置還包括電池電壓管理顯示電路。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:所述電池電壓管理顯示電路包含單片機(jī)和電壓轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)分別與所述電壓轉(zhuǎn)換電路、所述鋰電池組連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:電池包保護(hù)功能技術(shù)系統(tǒng)包括溫度、均衡檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，溫度、均衡檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)其包括用于控制電路的關(guān)斷與導(dǎo)通的繼電器、用于檢測(cè)該電池組的電壓和電流的傳感器、用于檢測(cè)該電池組的電池?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)模塊、根據(jù)檢測(cè)模塊接收到的電池?cái)?shù)據(jù)通過該從控制器對(duì)該電池組進(jìn)行均衡管理的主控制器、若干個(gè)與電池組連接的控制器，該傳感器與主控制器連接，該主控制器包括定時(shí)器、推算模塊，該定時(shí)器用于在電池組使用預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度后喚醒再由所述主控制器對(duì)該電池組進(jìn)行均衡管理，該推算模塊用于根據(jù)該控制器采集到的電壓、溫度以及該傳感器提供的電流信號(hào)和系統(tǒng)時(shí)鐘提供的電池使用時(shí)間信號(hào)，并按照預(yù)先設(shè)定的算法進(jìn)行計(jì)算，從而獲得關(guān)于電池荷電狀態(tài)和健康狀態(tài)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于太陽能發(fā)電的電池組的應(yīng)用系統(tǒng)，其特征在于:該主控制器還包括故障診斷模塊、控制邏輯模塊、內(nèi)部CAN通信模塊、外部CAN通信模塊和檢測(cè)模塊，該控制邏輯模塊和該接線盒連接，該控制邏輯模塊用于根據(jù)電池的工作狀態(tài)，通過主繼電器控制外圍電路，該內(nèi)部CAN通信模塊用于實(shí)現(xiàn)該從控制器和該主控制器之間的通信，該外部CAN通信模塊用于實(shí)現(xiàn)該主控制器與外部的其它電子控制單元之間交換信息，該檢測(cè)模塊用于接收該傳感器檢測(cè)的電壓和電流信號(hào)，并提供該電池組的總電壓和電流的信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK105932762SQ201610367091
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】皮靂, 溫小平
【申請(qǐng)人】深圳市天澤慧通新能源科技有限公司