一种磷酸铁锂电池组智能管理系统

技术领域

本发明涉及电池组充放电技术领域，尤其涉及一种磷酸铁锂电池组智能管理系统。

背景技术

磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点，磷酸铁锂电池由于其在安全性好、成本低等优点广泛应用于乘用车、客车、物流车、低速电动车等。

中国专利公开号：CN104242358A，公开了一种电动汽车磷酸铁锂电池组三级管理系统，该方案公开了一与汽车行车电脑连接的用于对电池组的状态和故障进行实时显示的人机界面，一用于完成上下级模拟数据和数字数据的转换、运算处理的数字信号处理模块，以及一用于对电池组状态和故障进行实时检测、控制的三段式电池控制模块，但是该方案中未针对电池的充放电状态进行精确数据分析，无法准确获取运行状态下电池的安全性，仍存在电池运行安全性低的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种磷酸铁锂电池组智能管理系统，用以克服现有技术中由于未针对电池充放电状态进行精确数据分析导致的电池运行安全性低的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种磷酸铁锂电池组智能管理系统，包括：

数据采集模块，用以实时采集电池的运行参数；

数据分析模块，用以根据采集的运行参数对电池的运行状态进行分析；数据分析模块设有获取单元，其用以获取电池的充放电状态，数据分析模块还设有状态分析单元，其用以在电池处于充电状态时，根据电池的电量实时计算电池的容量，并根据电池的容量对电池的充电状态进行数据分析，数据分析模块还设有调节单元，其用以根据电池温度对充电状态的数据分析结果进行调节，数据分析模块还设有修正单元，其用以根据环境温度对充电状态的数据分析结果进行修正；当电池处于放电状态时，状态分析单元还用以根据电池的电量实时计算电池的容量，并根据电池的容量对电池的放电状态进行数据分析，调节单元还用以根据电池温度对放电状态的数据分析结果进行调节，修正单元还用以根据环境温度对放电状态的数据分析结果进行修正；

故障判断模块，用以根据电池运行状态的分析结果对电池的运行安全性进行判断；故障判断模块设有判断单元，其用以根据电池运行状态的判定结果对电池的运行安全性进行判断，故障判断模块还设有校正单元，其用以根据电池的总运行时间对电池的运行安全性判断结果进行校正；

安全控制模块，用以根据电池的运行安全性判断结果控制电池的运行状态；安全控制模块设有控制单元，其用以控制电池的运行状态，安全控制模块还设有提示单元，其用以根据电池的运行安全性判断结果进行安全提示。

进一步地，当电池处于充电状态时，所述状态分析单元获取此时电池的电量A和电池的电压Va，并计算获取电池的容量Ha，设定Ha=A/Va，所述状态分析单元将计算得到的容量Ha与各预设容量进行比对，并根据比对结果对电池的运行状态进行分析，其中，

当Ha＞H1时，所述状态分析单元判定电池运行正常；

当H2＜Ha≤H1时，所述状态分析单元判定电池运行存在低风险；

当Ha≤H2时，所述状态分析单元判定电池运行异常;

其中，H1为第一预设电容，H2为第二预设电容，H1＞H2。

进一步地，所述调节单元在对充电时电池的运行状态进行调节时，获取实时采集的电池温度Ta，并将其与各预设电池温度进行比对，并根据比对结果进行调节，其中，

当Ta＜Ta1时，所述调节单元判定电池温度低，并选取第一容量调节系数a1对计算的电池容量Ha进行调节，以增加电池容量，调节后的电池容量为Ha’，设定Ha’=Ha×a1,1＜a1＜1.2；

当Ta1≤Ta≤Ta2时，所述调节单元判定电池温度正常，不进行调节；

当Ta2＜Ta时，所述调节单元判定电池温度高，并将电池的运行状态调节为电池运行异常；

其中，Ta1为第一预设电池温度，Ta2为第二预设电池温度，Ta1＜Ta2。

进一步地，所述修正单元在对充电时电池的运行状态进行修正时，获取实时采集的环境温度Tb，并将其与各预设环境温度进行比对，并根据比对结果进行修正，其中，

当Tb＜Tb1时，所述修正单元判定环境温度低，并选取第一温度调节系数t1对各预设电池温度进行修正，以降低各预设电池温度，设定t1=1-（Tb1-Tb）/Tb1；

当Tb1≤Tb≤Tb2时，所述修正单元判定环境温度正常，不进行修正；

当Tb2＜Tb时，所述修正单元判定环境温度高，并选取第二温度调节系数t2对各预设电池温度进行修正，以增加各预设电池温度，设定t2=1+（Tb-Tb2）/Tb；

所述修正单元在对第i预设电池温度Tai进行修正时，设定i=1,2，修正后的预设电池温度为Tai’，设定Tai’=Tai×tj，设定j=1,2，其中，Tb1为第一预设环境温度，Tb2为第二预设环境温度，Tb1＜Tb2。

进一步地，当电池处于放电状态时，所述状态分析单元获取此时电池的电量B和电池的电压Vb，并计算获取电池的容量Hb，设定Hb=B/Vb，所述状态分析单元将计算得到的容量Hb与各预设容量进行比对，并根据比对结果对电池的运行状态进行分析，其中，

当Hb＞H1时，所述状态分析单元判定电池运行正常；

当H2＜Hb≤H1时，所述状态分析单元判定电池运行存在低风险；

当Hb≤H2时，所述状态分析单元判定电池运行异常。

进一步地，所述调节单元在对放电时电池的运行状态进行调节时，获取实时采集的电池温度Tc，并将其与各预设电池温度进行比对，并根据比对结果进行调节，其中，

当Tc＜Ta1时，所述调节单元判定电池温度低，并选取第二容量调节系数a2对计算的电池容量Hb进行调节，以增加电池容量，调节后的电池容量为Hb’，设定Hb’=Hb×a2,1＜a2＜1.2；

当Ta1≤Tc≤Ta2时，所述调节单元判定电池温度正常，不进行调节；

当Ta2＜Tc时，所述调节单元判定电池温度高，并将电池的运行状态调节为电池运行异常。

进一步地，所述修正单元在对充电时电池的运行状态进行修正时，获取实时采集的环境温度Td，并将其与各预设环境温度进行比对，并根据比对结果进行修正，其中，

当Td＜Tb1时，所述修正单元判定环境温度低，并选取第三温度调节系数t3对各预设电池温度进行修正，以降低各预设电池温度，设定t3=1-（Tb1-Td）/Tb1；

当Tb1≤Td≤Tb2时，所述修正单元判定环境温度正常，不进行修正；

当Tb2＜Td时，所述修正单元判定环境温度高，并选取第四温度调节系数t4对各预设电池温度进行修正，以增加各预设电池温度，设定t4=1+（Td-Tb2）/Td；

所述修正单元在对第i预设电池温度Tai进行修正时，设定i=1,2，修正后的预设电池温度为Tai”，设定Tai”=Tai×tk，设定k=3,4。

进一步地，所述判断单元获取电池运行状态的判定结果，并根据电池运行状态的判定结果对电池的运行安全性进行判断，其中，

当电池运行正常时，所述判断单元判定电池运行无风险；

当电池运行存在低风险时，若电池处于充电状态，所述判断单元判定缩减充电时间，若电池处于放电状态，所述判断单元判定缩减放电时间；

当电池运行异常时，所述判断单元判定电池运行存在高风险。

进一步地，所述校正单元获取电池的总运行时间m，并将其与预设标准运行时间m0进行比对，并根据比对结果对电池的运行安全性判断结果进行校正，其中，

当m≤m0时，所述校正单元不进行校正；

当m＞m0时，所述校正单元将电池运行存在低风险校正为电池运行存在高风险。

进一步地，所述控制单元获取电池的运行安全性判断结果，并以此控制电池的运行状态，其中，

当电池运行无风险时，所述控制单元保持电池当前的运行状态；

当电池运行存在低风险时，若判定缩减充电时间，所述控制单元将充电时间缩减至Fa，设定Fa=Fa0-Fa0×（H1-Ha）/H1，Fa0为预设标准充电时间，若判定缩减放电时间，所述控制单元将放电时间缩减至Fb，设定Fb=Fb0-Fb0×（H1-Hb）/H1，Fb0为剩余放电时间，同时，所述提示单元对缩减后的充电时间和放电时间进行提示；

当电池运行存在高风险时，所述控制单元控制电池停止运行，所述提示单元进行高风险提示。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过实时监测分析运行中电池的运行参数，以判断电池的运行状态和运行安全性，并及时进行相应控制和提醒，以提高车辆电池运行过程中的安全性，本发明在对电池的运行参数进行分析时，通过对电池的充放电状态进行区分，采取不同方式进行数据分析，可有效保证数据分析结果的可靠性，从而进一步提高电池运行的安全性，在对充电状态下电池的运行状态进行分析时，通过获取电池的电量和电压实时计算电池的容量，并通过将计算的电池容量与标准阈值进行比对，以准确判断当前电池运行状态，当其大于最大阈值时，则判断当前运行状态正常，若在阈值区间内，正电池容量已趋于正常运行的边界状态，此时存在运行风险，若小于最低阈值，则电池容量已无法满足正常运行需求，通过对电池充电状态的准确分析判断，从而进一步提高电池运行的安全性。

尤其，通过所述调节单元对充电时电池的运行状态进行调节，以进一步提高电池的运行状态分析的准确度，所述调节单元通过将电池温度与各标准阈值进行比对，从而对电池的运行状态进行调节，若采集的电池温度低于阈值区间，则电池处于低温状态，通过调节以增加电池容量，从而影响电池容量的判断过程，从而提高电池的运行状态分析的准确度，若采集的电池温度高于阈值区间，则电池处于高温状态，此时电池运行存在高故障风险，通过将运行状态调节为异常，以进一步提高电池的运行状态分析的准确度，从而提高电池运行的安全性。

尤其，通过所述修正单元对电池温度的判断过程进行修正，以进一步提高对电池运行状态分析的准确度，所述修正单元通过将采集的环境温度与各阈值进行比对，从而修正电池温度以提高电池运行状态分析的准确度，当环境温度低于最低阈值时，通过修正以降低各电池温度阈值，当环境温度高于最高阈值时，通过修正以增加各电池温度阈值，从而影响电池温度的判断过程，以降低环境温度对电池运行状态分析的影响，且在对电池温度进行修正时，根据环境温度与阈值的差值设置公式计算修正后的电池温度阈值，可有效保证修正的精确度，从而进一步提高对电池运行状态分析的准确度，以提高电池运行的安全性。

尤其，通过判断单元对电池运行安全性进行精确判断，以及时对电池运行状态进行控制调整，当电池运行存在低风险时，根据电池的充放电状态缩减对应的充放电时间，从而降低电池运行风险，并通过获取电池运行状态进行风险判断以提高运行安全性，且在进行安全性判断时，所述校正单元通过获取电池的运行时长对判断结果进行校正，当电池的运行时长超过阈值时，电池存在高安全隐患，通过校正将低风险校正为高风险，从而进一步保证电池运行的安全性。

附图说明

图1为本实施例磷酸铁锂电池组智能管理系统的结构示意图；

图2为本实施例数据分析模块的结构示意图；

图3为本实施例故障判断模块的结构示意图；

图4为本实施例安全控制模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本实施例磷酸铁锂电池组智能管理系统，所述系统包括：

数据采集模块，用以实时采集电池的运行参数，所述运行参数包括充电电压、放电电压、电量、电池温度和环境温度等；

数据分析模块，用以根据采集的运行参数对电池的运行状态进行分析，其与所述数据采集模块连接；

故障判断模块，用以根据电池运行状态的分析结果对电池的运行安全性进行判断，其与所述数据分析模块连接；

安全控制模块，用以根据电池的运行安全性判断结果控制电池的运行状态，其与所述故障判断模块连接。

具体而言，本实施例所述系统应用于车载电脑中，通过实时监测分析运行中电池的运行参数，以判断电池的运行状态和运行安全性，并及时进行相应控制和提醒，以提高车辆电池运行过程中的安全性，本实施例中在对电池的运行参数进行分析时，通过对电池的充放电状态进行区分，采取不同方式进行数据分析，可有效保证数据分析结果的可靠性，从而进一步提高电池运行的安全性。

请参阅图2所示，本实施例所述数据分析模块包括：

获取单元，用以获取电池的充放电状态，充放电状态包括充电状态和放电状态；

状态分析单元，用以根据电池的电量对电池的充放电状态进行数据分析，其与所述获取单元连接；

调节单元，用以根据电池温度对充放电状态的数据分析结果进行调节，其与所述状态分析单元连接；

修正单元，用以根据环境温度对充放电状态的数据分析结果进行修正，其与所述调节单元连接。

具体而言，本实施例中当电池处于充电状态时，所述状态分析单元获取此时电池的电量A和电池的电压Va，并计算获取电池的容量Ha，设定Ha=A/Va，所述状态分析单元将计算得到的容量Ha与各预设容量进行比对，并根据比对结果对电池的运行状态进行分析，其中，

当Ha＞H1时，所述状态分析单元判定电池运行正常；

当H2＜Ha≤H1时，所述状态分析单元判定电池运行存在低风险；

当Ha≤H2时，所述状态分析单元判定电池运行异常;

其中，H1为第一预设电容，H2为第二预设电容，H1＞H2。

具体而言，本实施例中在对充电状态下电池的运行状态进行分析时，通过获取电池的电量和电压实时计算电池的容量，并通过将计算的电池容量与标准阈值进行比对，以准确判断当前电池运行状态，当其大于最大阈值时，则判断当前运行状态正常，若在阈值区间内，正电池容量已趋于正常运行的边界状态，此时存在运行风险，若小于最低阈值，则电池容量已无法满足正常运行需求，通过对电池充电状态的准确分析判断，从而进一步提高电池运行的安全性。可以理解的是，本实施例中未对各容量阈值做具体限定，本领域技术人员可自由设置，如将第一阈值设为标准容量的75%，将第二阈值设为标准容量的50%等，只需满足对电池容量的有效划分即可，值得注意的是，磷酸铁锂电池容量衰减50%时不能继续使用，因此第二阈值的取值应大于等于标准容量的50%。

具体而言，本实施例中所述调节单元在对充电时电池的运行状态进行调节时，获取实时采集的电池温度Ta，并将其与各预设电池温度进行比对，并根据比对结果进行调节，其中，

当Ta＜Ta1时，所述调节单元判定电池温度低，并选取第一容量调节系数a1对计算的电池容量Ha进行调节，以增加电池容量，调节后的电池容量为Ha’，设定Ha’=Ha×a1,1＜a1＜1.2；

当Ta1≤Ta≤Ta2时，所述调节单元判定电池温度正常，不进行调节；

当Ta2＜Ta时，所述调节单元判定电池温度高，并将电池的运行状态调节为电池运行异常；

其中，Ta1为第一预设电池温度，Ta2为第二预设电池温度，Ta1＜Ta2。

具体而言，本实施例中通过所述调节单元对充电时电池的运行状态进行调节，以进一步提高电池的运行状态分析的准确度，所述调节单元通过将电池温度与各标准阈值进行比对，从而对电池的运行状态进行调节，若采集的电池温度低于阈值区间，则电池处于低温状态，通过调节以增加电池容量，从而影响电池容量的判断过程，从而提高电池的运行状态分析的准确度，若采集的电池温度高于阈值区间，则电池处于高温状态，此时电池运行存在高故障风险，通过将运行状态调节为异常，以进一步提高电池的运行状态分析的准确度，从而提高电池运行的安全性。

具体而言，本实施例中所述修正单元在对充电时电池的运行状态进行修正时，获取实时采集的环境温度Tb，并将其与各预设环境温度进行比对，并根据比对结果进行修正，其中，

当Tb＜Tb1时，所述修正单元判定环境温度低，并选取第一温度调节系数t1对各预设电池温度进行修正，以降低各预设电池温度，设定t1=1-（Tb1-Tb）/Tb1；

当Tb1≤Tb≤Tb2时，所述修正单元判定环境温度正常，不进行修正；

当Tb2＜Tb时，所述修正单元判定环境温度高，并选取第二温度调节系数t2对各预设电池温度进行修正，以增加各预设电池温度，设定t2=1+（Tb-Tb2）/Tb；

所述修正单元在对第i预设电池温度Tai进行修正时，设定i=1,2，修正后的预设电池温度为Tai’，设定Tai’=Tai×tj，设定j=1,2，其中，Tb1为第一预设环境温度，Tb2为第二预设环境温度，Tb1＜Tb2。

具体而言，本实施例中通过所述修正单元对电池温度的判断过程进行修正，以进一步提高对电池运行状态分析的准确度，所述修正单元通过将采集的环境温度与各阈值进行比对，从而修正电池温度以提高电池运行状态分析的准确度，当环境温度低于最低阈值时，通过修正以降低各电池温度阈值，当环境温度高于最高阈值时，通过修正以增加各电池温度阈值，从而影响电池温度的判断过程，以降低环境温度对电池运行状态分析的影响，且在对电池温度进行修正时，根据环境温度与阈值的差值设置公式计算修正后的电池温度阈值，可有效保证修正的精确度，从而进一步提高对电池运行状态分析的准确度，以提高电池运行的安全性。

具体而言，本实施例中当电池处于放电状态时，所述状态分析单元获取此时电池的电量B和电池的电压Vb，并计算获取电池的容量Hb，设定Hb=B/Vb，所述状态分析单元将计算得到的容量Hb与各预设容量进行比对，并根据比对结果对电池的运行状态进行分析，其中，

当Hb＞H1时，所述状态分析单元判定电池运行正常；

当H2＜Hb≤H1时，所述状态分析单元判定电池运行存在低风险；

当Hb≤H2时，所述状态分析单元判定电池运行异常。

具体而言，本实施例中所述调节单元在对放电时电池的运行状态进行调节时，获取实时采集的电池温度Tc，并将其与各预设电池温度进行比对，并根据比对结果进行调节，其中，

当Tc＜Ta1时，所述调节单元判定电池温度低，并选取第二容量调节系数a2对计算的电池容量Hb进行调节，以增加电池容量，调节后的电池容量为Hb’，设定Hb’=Hb×a2,1＜a2＜1.2；

当Ta1≤Tc≤Ta2时，所述调节单元判定电池温度正常，不进行调节；

当Ta2＜Tc时，所述调节单元判定电池温度高，并将电池的运行状态调节为电池运行异常。

具体而言，本实施例中所述修正单元在对充电时电池的运行状态进行修正时，获取实时采集的环境温度Td，并将其与各预设环境温度进行比对，并根据比对结果进行修正，其中，

当Td＜Tb1时，所述修正单元判定环境温度低，并选取第三温度调节系数t3对各预设电池温度进行修正，以降低各预设电池温度，设定t3=1-（Tb1-Td）/Tb1；

当Tb1≤Td≤Tb2时，所述修正单元判定环境温度正常，不进行修正；

当Tb2＜Td时，所述修正单元判定环境温度高，并选取第四温度调节系数t4对各预设电池温度进行修正，以增加各预设电池温度，设定t4=1+（Td-Tb2）/Td；

所述修正单元在对第i预设电池温度Tai进行修正时，设定i=1,2，修正后的预设电池温度为Tai”，设定Tai”=Tai×tk，设定k=3,4。

具体而言，本实施例中在对放电状态下电池的运行状态进行分析时，通过计算电池容量并将其与标准阈值进行比对，以准确判断当前电池运行状态，通过对电池放电状态的准确分析判断，从而进一步提高电池运行的安全性，同时，通过所述调节单元对放电时电池的运行状态进行调节，以进一步提高电池的运行状态分析的准确度，所述调节单元通过将电池温度与各标准阈值进行比对，从而对电池的运行状态进行调节，若采集的电池温度低于阈值区间，则电池处于低温状态，通过调节以增加电池容量，从而影响电池容量的判断过程，从而提高电池的运行状态分析的准确度，且通过所述修正单元对电池温度的判断过程进行修正，以进一步提高对电池运行状态分析的准确度，所述修正单元通过将采集的环境温度与各阈值进行比对，从而修正电池温度以提高电池运行状态分析的准确度，从而提高电池运行的安全性。

请参阅图3所示，本实施例所述故障判断模块包括：

判断单元，用以对电池的运行安全性进行判断；

校正单元，用以根据电池的总运行时间对电池的运行安全性判断结果进行校正，其与所述判断单元连接。

具体而言，本实施例中所述判断单元获取电池运行状态的判定结果，并根据电池运行状态的判定结果对电池的运行安全性进行判断，其中，

当电池运行正常时，所述判断单元判定电池运行无风险；

当电池运行存在低风险时，若电池处于充电状态，所述判断单元判定缩减充电时间，若电池处于放电状态，所述判断单元判定缩减放电时间；

当电池运行异常时，所述判断单元判定电池运行存在高风险。

具体而言，本实施例中所述校正单元获取电池的总运行时间m，并将其与预设标准运行时间m0进行比对，并根据比对结果对电池的运行安全性判断结果进行校正，其中，

当m≤m0时，所述校正单元不进行校正；

当m＞m0时，所述校正单元将电池运行存在低风险校正为电池运行存在高风险。

具体而言，本实施例中通过判断单元对电池运行安全性进行精确判断，以及时对电池运行状态进行控制调整，当电池运行存在低风险时，根据电池的充放电状态缩减对应的充放电时间，从而降低电池运行风险，并通过获取电池运行状态进行风险判断以提高运行安全性，且在进行安全性判断时，所述校正单元通过获取电池的运行时长对判断结果进行校正，当电池的运行时长超过阈值时，电池存在高安全隐患，通过校正将低风险校正为高风险，从而进一步保证电池运行的安全性。

请参阅图4所示，本实施例所述安全控制模块包括：

控制单元，用以控制电池的运行状态；

提示单元，用以根据电池的运行安全性判断结果进行安全提示，其与所述控制单元连接。

具体而言，本实施例中所述控制单元获取电池的运行安全性判断结果，并以此控制电池的运行状态，其中，

当电池运行无风险时，所述控制单元保持电池当前的运行状态；

当电池运行存在低风险时，若判定缩减充电时间，所述控制单元将充电时间缩减至Fa，设定Fa=Fa0-Fa0×（H1-Ha）/H1，Fa0为预设标准充电时间，若判定缩减放电时间，所述控制单元将放电时间缩减至Fb，设定Fb=Fb0-Fb0×（H1-Hb）/H1，Fb0为剩余放电时间，同时，所述提示单元对缩减后的充电时间和放电时间进行提示；

当电池运行存在高风险时，所述控制单元控制电池停止运行，所述提示单元进行高风险提示。

具体而言，本实施例中所述控制单元通过在低风险时缩短电池的充放电运行时间，并在高风险时停止电池运行，可有效提高电池运行的安全性，并通过提示单元及时进行提示，以进一步提高电池运行的安全性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。