本發(fā)明涉及儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可檢測(cè)荷電狀態(tài)的充放電裝置及荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展在小到電動(dòng)汽車、無(wú)人飛機(jī)、智能手機(jī)、智能手表等終端消費(fèi)產(chǎn)品大到通訊基站、分布式微網(wǎng)、可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中發(fā)揮著重大的作用。儲(chǔ)能技術(shù)最小儲(chǔ)能單位是電池，當(dāng)前常見(jiàn)的儲(chǔ)能電池中鋰電池具有能量密度大、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，因此成為了現(xiàn)在儲(chǔ)能電池的主流選擇。

對(duì)于一個(gè)智能的用電設(shè)備，應(yīng)具備完善的對(duì)電池狀態(tài)的控制和監(jiān)控能力，即配備必要的電池管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)電池優(yōu)化運(yùn)行與安全管理。而荷電狀態(tài)作為表征電池剩余容量的一個(gè)狀態(tài)量，其精確估算是電池管理系統(tǒng)中最核心的技術(shù)之一，也是控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量平衡的基礎(chǔ)，其準(zhǔn)確估算不僅可以有效預(yù)防過(guò)充和過(guò)放，同時(shí)也是電池合理使用和有效維護(hù)的主要依據(jù)。

然而電池的荷電狀態(tài)并不是一個(gè)可以通過(guò)儀器直接測(cè)量得到的物理量，只能通過(guò)測(cè)量其他物理量來(lái)間接估計(jì)。當(dāng)前對(duì)與鋰離子電池荷電狀態(tài)的測(cè)量主要分為離線和在線兩種模式。

離線模式下，通常將電池同工作電路斷開(kāi)，用恒定的電流對(duì)電池進(jìn)行放電至放電結(jié)束，通過(guò)統(tǒng)計(jì)放電量來(lái)獲知電池的荷電狀態(tài)。雖然這種方法能夠非常精確的獲知電池的荷電狀態(tài)，但是這種方法存在著實(shí)施過(guò)程中，電池?zé)o法對(duì)外工作；測(cè)試結(jié)束即意味著電池電量耗盡；測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)；需要專業(yè)的昂貴的設(shè)備來(lái)進(jìn)行精確的恒流充放電等缺點(diǎn)，因此只適用于實(shí)驗(yàn)室條件下或工廠中電池出廠時(shí)的容量標(biāo)定過(guò)程。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在線模式下電池的荷電狀態(tài)測(cè)量才有意義，當(dāng)前在線模式下電池荷電狀態(tài)的測(cè)量方法主要有電壓法、內(nèi)阻法、電流積分法、卡爾曼濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等方法。

電壓法利用不同電量下，電池電壓隨荷電狀態(tài)單調(diào)變化的規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)比已知的充放電電壓荷電狀態(tài)曲線，將電壓值轉(zhuǎn)換為電池的荷電狀態(tài)。但是與鉛酸電池、鎳氫蓄電池等傳統(tǒng)的電池不同，鋰離子電池充放電過(guò)程中存在一個(gè)電壓穩(wěn)定的充放電平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)范圍內(nèi)，電池電壓隨電池荷電狀態(tài)變化的幅度很小，同時(shí)鋰離子電池電壓受電流、溫度、壽命的影響非常大。這導(dǎo)致了通過(guò)電壓的變化測(cè)量鋰離子電池荷電狀態(tài)得出的結(jié)果誤差非常大。雖然電壓法可以通過(guò)引入電流、溫度修正系數(shù)等方法提高精確度，但精確度依然不高。

電流積分法又稱為安時(shí)積分法，其原理是測(cè)量電池工作中每時(shí)每刻的電流，通過(guò)將電流對(duì)時(shí)間積分來(lái)計(jì)算電池的電荷量的變化量，結(jié)合初始標(biāo)定的荷電狀態(tài)的獲得當(dāng)前荷電狀態(tài)。相比于電壓法，這種方法獲得的電池荷電狀態(tài)不受電流與溫度的影響。然而這種方法也存在許多缺點(diǎn)，首先這種方法對(duì)初始誤差不具備修正功能，對(duì)初始標(biāo)定值的準(zhǔn)確度要求很高；其次，這種方法需要高精度電流傳感器，極大的增加了測(cè)量成本；而且，這種方法缺乏參照點(diǎn)，無(wú)法測(cè)得電池因?yàn)樽苑烹姸a(chǎn)生的容量衰減；不僅如此，由于電池充電效率并非100％，導(dǎo)致積分得到的電荷量的變化量同電池實(shí)際電荷量的變化量間存在差異；同時(shí)，這種方法的誤差具有累積性，會(huì)隨著時(shí)間的增加而逐漸增大。因此電流積分法一般要同其他方法混合使用，且需要定期做標(biāo)定。

電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻和直流內(nèi)阻之分，它們都與電池荷電狀態(tài)有密切關(guān)系。內(nèi)阻法利用電池內(nèi)阻同電池荷電狀態(tài)的變化規(guī)律對(duì)電池荷電狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如對(duì)于鉛蓄電池在放電后期，直流內(nèi)阻明顯增大，可用來(lái)估計(jì)電池荷電狀態(tài)；但是鋰離子電池直流內(nèi)阻變化規(guī)律與鉛蓄電池不同，變化不明顯，應(yīng)用較少。

卡爾曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與其說(shuō)是一種測(cè)量方法，不如說(shuō)是一種數(shù)據(jù)處理的手段，其本質(zhì)也是對(duì)電池電壓、電流、內(nèi)阻等電學(xué)信息進(jìn)行測(cè)量，然后通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理手段對(duì)電池荷電狀態(tài)做更為精確的估計(jì)。這些方法一方面需要復(fù)雜的電路來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)，另一方面受電壓、電流、內(nèi)阻等信息測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前對(duì)電池荷電狀態(tài)的測(cè)量方法主要基于電池的電學(xué)參數(shù)變化，通過(guò)測(cè)量電池的電壓、電流、內(nèi)阻或?qū)﹄姵氐碾娏鬟M(jìn)行積分等方式間接獲取電池的荷電狀態(tài)。然而，一方面，電池的電學(xué)參數(shù)影響因素復(fù)雜，電池的荷電狀態(tài)同多個(gè)影響因素密切相關(guān)，且具有很強(qiáng)的非線性關(guān)系；另一方面，鋰離子電池具有穩(wěn)定的充放電平臺(tái)這一特點(diǎn)導(dǎo)致鋰離子電池電壓同電池荷電狀態(tài)的變化關(guān)系并不明顯。因此，傳統(tǒng)的荷電狀態(tài)測(cè)量方法均無(wú)法得到足夠可信的結(jié)果，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行鋰離子電池荷電狀態(tài)的測(cè)量一直是一個(gè)國(guó)際性的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可檢測(cè)荷電狀態(tài)的充放電裝置及荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法。本技術(shù)方案通過(guò)電學(xué)參數(shù)以外的其他電池特性參數(shù)對(duì)荷電狀態(tài)與健康狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，則對(duì)提高荷電狀態(tài)測(cè)量精度、及時(shí)提示健康狀態(tài)具有重要意義，本技術(shù)方案通過(guò)利用超聲波檢測(cè)，其中超聲波信號(hào)在不同物質(zhì)的不同狀況下，如密度，溫度，壓力，晶體結(jié)構(gòu)具有唯一的聲學(xué)參數(shù)，如聲速、聲衰減系數(shù)。鋰電池充放電過(guò)程中，隨著荷電狀態(tài)的變化，電池正負(fù)極活性材料的成分、密度、晶體結(jié)構(gòu)域等物理參數(shù)發(fā)生變化，其聲學(xué)參數(shù)也隨之發(fā)生改變；

因此，本技術(shù)方案通過(guò)利用檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)制定標(biāo)定曲線，和具有不同的溫度標(biāo)記的標(biāo)定曲線所制成的曲線集合，通過(guò)利用溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)鋰電池的溫度，并從曲線集合中選擇與該鋰電池的溫度匹配的標(biāo)定曲線，通過(guò)利用超聲波檢測(cè)裝置獲得信息超聲波的能量數(shù)據(jù)，并帶入至該標(biāo)定曲線內(nèi)確定鋰電池的荷電狀態(tài)，具有敏感度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，并且能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出鋰電池的荷電狀態(tài)，進(jìn)而更加精準(zhǔn)的控制電池管理系統(tǒng)啟動(dòng)或停止對(duì)所述鋰電池充電或放電，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率或檢測(cè)效率。

本發(fā)明中的一種可檢測(cè)荷電狀態(tài)的充放電裝置，用于檢測(cè)鋰電池的荷電狀態(tài)，并對(duì)所述鋰電池充放電，包括：

檢測(cè)系統(tǒng)，與鋰電池連接用于檢測(cè)所述鋰電池的荷電狀態(tài)，并形成狀態(tài)信號(hào)；

電池管理系統(tǒng)，與鋰電池連接用于對(duì)鋰電池進(jìn)行充點(diǎn)或放電，所述電池管理系統(tǒng)還與所述檢測(cè)系統(tǒng)連接，并根據(jù)所述狀態(tài)信號(hào)啟動(dòng)或停止對(duì)所述鋰電池充電或放電。

上述方案中，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括超聲波檢測(cè)裝置、溫度檢測(cè)裝置和計(jì)算機(jī)；

所述超聲波檢測(cè)裝置與所述鋰電池連接并利用超聲波對(duì)所述鋰電池進(jìn)行檢測(cè)，形成超聲波數(shù)字信號(hào)；所述溫度檢測(cè)裝置與所述鋰電池連接并檢測(cè)所述鋰電池的溫度，并形成溫度數(shù)字信號(hào)；

所述計(jì)算機(jī)分別與所述超聲波檢測(cè)裝置和溫度檢測(cè)裝置連接，所述計(jì)算機(jī)內(nèi)具有由若干個(gè)標(biāo)定曲線構(gòu)成的曲線集合，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述溫度數(shù)字信號(hào)從所述曲線集合中選取匹配的標(biāo)定曲線，所述計(jì)算機(jī)將所述超聲波數(shù)字信號(hào)與所述標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，確定所述鋰電池的荷電狀態(tài)的測(cè)量值。

上述方案中，所述電池管理系統(tǒng)與所述計(jì)算機(jī)連接，所述計(jì)算機(jī)將所述鋰電池的荷電狀態(tài)的測(cè)量值傳送至所述電池管理系統(tǒng)，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)所述荷電狀態(tài)的測(cè)量值，對(duì)所述鋰電池充電或放電。

上述方案中，所述溫度檢測(cè)裝置包括溫度傳感器和溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述溫度傳感器與所述鋰電池連接，所述溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述溫度傳感器連接，所述溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器與所述計(jì)算機(jī)連接；

所述溫度傳感器感測(cè)所述鋰電池的溫度，并向所述溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器傳送溫度信號(hào)，所述溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)傳送至所述計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述溫度數(shù)字信號(hào)從所述曲線集合中選取匹配的標(biāo)定曲線。

上述方案中，所述超聲波檢測(cè)裝置包括超聲波發(fā)射探頭、超聲波接收探頭、超聲波發(fā)射接收器和能量積分器；

所述超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭對(duì)稱布置與所述鋰電池的兩側(cè)，并分別與所述鋰電池連接；

所述超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別與所述超聲波發(fā)射接收器連接；

所述超聲波發(fā)射接收器與所述能量積分器連接，所述超聲波發(fā)射接收器通過(guò)所述超聲波發(fā)射探頭向所述鋰電池輸出檢測(cè)超聲波，所述檢測(cè)超聲波穿過(guò)所述鋰電池形成信息超聲波，所述信息超聲波經(jīng)所述超聲波接收探頭傳回至所述超聲波發(fā)射接收器，所述超聲波發(fā)射接收器將所述信息超聲波傳送至所述能量積分器。

上述方案中，所述能量積分器與所述計(jì)算機(jī)連接，所述能量積分器對(duì)所述信息超聲波進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)化為超聲波數(shù)字信號(hào)傳送至所述計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)將所述超聲波數(shù)字信號(hào)與所述標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，確定所述鋰電池的荷電狀態(tài)的測(cè)量值。

一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法，用于檢測(cè)鋰電池的荷電狀態(tài)，包括以下步驟：

S1.檢測(cè)裝置初始化：制作標(biāo)定曲線和曲線集合，所述標(biāo)定曲線包括充電標(biāo)定曲線和放電標(biāo)定曲線；

S11.制作充電標(biāo)定曲線：將鋰電池置于實(shí)驗(yàn)線，操作電池管理系統(tǒng)將所述鋰電池由空電狀態(tài)充至飽和狀態(tài)，操作計(jì)算機(jī)通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置在同一溫度下向所述鋰電池輸出檢測(cè)超聲波，所述檢測(cè)超聲波經(jīng)鋰電池形成信息超聲波；所述計(jì)算機(jī)將鋰電池的充電電流數(shù)據(jù)和信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化擬合處理，并制成充電標(biāo)定曲線；

S12.制作放電標(biāo)定曲線：將鋰電池置于實(shí)驗(yàn)線，操作電池管理系統(tǒng)將所述鋰電池由飽和狀態(tài)放至空電狀態(tài)，操作計(jì)算機(jī)通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置在同一溫度下向所述鋰電池輸出檢測(cè)超聲波，所述檢測(cè)超聲波經(jīng)鋰電池形成信息超聲波；所述計(jì)算機(jī)將鋰電池的放電電流數(shù)據(jù)和信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化擬合處理，并制成放電標(biāo)定曲線；

S13.制作曲線集合：操作計(jì)算機(jī)通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置在不同的溫度下重復(fù)所述S11和S12步驟，形成若干個(gè)具有溫度標(biāo)記的充電標(biāo)定曲線和放電標(biāo)定曲線；將若干個(gè)所述標(biāo)定曲線制成曲線集合并嵌入進(jìn)所述計(jì)算機(jī)內(nèi)；

S2.鋰電池檢測(cè)：

S21.檢測(cè)準(zhǔn)備：將所述計(jì)算機(jī)與電池管理系統(tǒng)連接，檢測(cè)線上具有與所述電池管理系統(tǒng)連接的鋰電池，所述電池管理系統(tǒng)對(duì)所述鋰電池進(jìn)行充電或放電工作；

S22.溫度檢測(cè)：所述計(jì)算機(jī)通過(guò)溫度檢測(cè)裝置感測(cè)檢測(cè)線上的鋰電池進(jìn)行溫度檢測(cè)，所述溫度檢測(cè)裝置將鋰電池的溫度轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)字信號(hào)傳送至所述計(jì)算機(jī)；

S23.超聲波檢測(cè)：所述計(jì)算機(jī)通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置向所述檢測(cè)線上的鋰電池輸出檢測(cè)超聲波，所述檢測(cè)超聲波穿過(guò)所述鋰電池形成信息超聲波回傳至所述超聲波檢測(cè)裝置，所述超聲波檢測(cè)裝置將所述信息超聲波進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)化為超聲波數(shù)字信號(hào)傳送至所述計(jì)算機(jī)，所述超聲波數(shù)字信號(hào)內(nèi)包含所述信息超聲波的能量數(shù)據(jù)；

S24.荷電狀態(tài)分析：所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述溫度數(shù)字信號(hào)從所述集合曲線中選擇與所述鋰電池的溫度匹配的標(biāo)定曲線，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述超聲波數(shù)字信號(hào)獲得所述信息超聲波的能量數(shù)據(jù)，所述計(jì)算機(jī)還將所述信息超聲波的能量數(shù)據(jù)帶入至所述標(biāo)定曲線內(nèi)，獲得所述鋰電池的荷電狀態(tài)。

上述方案中，在所述S11和S12中，所述計(jì)算機(jī)將所述鋰電池從空電狀態(tài)至飽和狀態(tài)，或從飽和狀態(tài)放至空電狀態(tài)過(guò)程中各個(gè)時(shí)點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)，以及各個(gè)時(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并對(duì)歸一化處理后的信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)擬合形成充電標(biāo)定曲線或放電標(biāo)定曲線；

在所述S13中，所述計(jì)算機(jī)通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置在不同的溫度下，重復(fù)所述S11和S12步驟制成曲線集合并嵌入進(jìn)所述計(jì)算機(jī)內(nèi)。

上述方案中，還包括以下步驟：S3.充放電控制：所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述鋰電池的荷電狀態(tài)判斷所述鋰電池處于飽和狀態(tài)、非飽和狀態(tài)還是過(guò)充狀態(tài)，并向所述電池管理系統(tǒng)輸出狀態(tài)信號(hào)，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)所述狀態(tài)信號(hào)啟動(dòng)或停止對(duì)所述鋰電池充電或放電。

上述方案中，在所述S3中，所述狀態(tài)信號(hào)包括飽和信號(hào)、剩余電量的預(yù)測(cè)值和過(guò)充信號(hào)；

若所述鋰電池處于飽和狀態(tài)，所述計(jì)算機(jī)向所述電池管理系統(tǒng)輸出飽和信號(hào)，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)所述飽和信號(hào)停止向所述鋰電池充電或放電；

若所述鋰電池處于非飽和狀態(tài)，所述計(jì)算機(jī)根據(jù)所述鋰電池的荷電狀態(tài)向所述電池管理系統(tǒng)輸出剩余電量的預(yù)測(cè)值，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)所述剩余電量的預(yù)測(cè)值向所述鋰電池充電，并確定充電電流或充電時(shí)間；

若所述鋰電池處于過(guò)充狀態(tài)，所述計(jì)算機(jī)向所述電池管理系統(tǒng)輸出過(guò)沖信號(hào)，所述電池管理系統(tǒng)根據(jù)所述過(guò)充信號(hào)向所述鋰電池放電。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于：本發(fā)明提供一種可檢測(cè)荷電狀態(tài)的充放電裝置及荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法，利用超聲波檢測(cè)，其中超聲波信號(hào)在不同物質(zhì)的不同狀況下，如密度，溫度，壓力，晶體結(jié)構(gòu)具有唯一的聲學(xué)參數(shù)，如聲速、聲衰減系數(shù)。鋰電池充放電過(guò)程中，隨著荷電狀態(tài)的變化，電池正負(fù)極活性材料的成分、密度、晶體結(jié)構(gòu)域等物理參數(shù)發(fā)生變化，其聲學(xué)參數(shù)也隨之發(fā)生改變；通過(guò)制定標(biāo)定曲線，和具有不同的溫度標(biāo)記的標(biāo)定曲線所制成的曲線集合，通過(guò)利用溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)鋰電池的溫度，并從曲線集合中選擇與該鋰電池的溫度匹配的標(biāo)定曲線，通過(guò)利用超聲波檢測(cè)裝置獲得信息超聲波的能量數(shù)據(jù)，并帶入至該標(biāo)定曲線內(nèi)確定鋰電池的荷電狀態(tài)，具有敏感度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)，并且能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出鋰電池的荷電狀態(tài)，進(jìn)而更加精準(zhǔn)的控制電池管理系統(tǒng)啟動(dòng)或停止對(duì)所述鋰電池充電或放電，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率或檢測(cè)效率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種可檢測(cè)荷電狀態(tài)的充放電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法的流程圖；

圖3為本發(fā)明一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法中信息超聲波的波形圖；

圖4為本發(fā)明一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法中鋰電池從空電狀態(tài)至飽和狀態(tài)，和從飽和狀態(tài)放至空電狀態(tài)過(guò)程中各個(gè)時(shí)點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)，以及各個(gè)時(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖；

圖5為對(duì)圖4中的信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)歸一化處理后散點(diǎn)圖；

圖6為本發(fā)明一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法中充電標(biāo)定曲線的曲線圖；

圖7為本發(fā)明一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法中放電標(biāo)定曲線的曲線圖；

圖8為本發(fā)明一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法中充電標(biāo)定曲線、放電標(biāo)定曲線、電池管理系統(tǒng)對(duì)鋰電池的充電電壓和放電電壓的曲線對(duì)比圖。

圖中：1、鋰電池 2、檢測(cè)系統(tǒng) 3、電池管理系統(tǒng)

21、超聲波檢測(cè)裝置 22、溫度檢測(cè)裝置 23、計(jì)算機(jī)

211、超聲波發(fā)射探頭 212、超聲波接收探頭

213、超聲波發(fā)射接收器 214、能量積分器

221、溫度傳感器 222、溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明是一種可檢測(cè)荷電狀態(tài)的充放電裝置，用于檢測(cè)鋰電池1的荷電狀態(tài)，并對(duì)鋰電池1充放電，包括：

檢測(cè)系統(tǒng)2，與鋰電池1連接用于檢測(cè)鋰電池1的荷電狀態(tài)，并形成狀態(tài)信號(hào)；

電池管理系統(tǒng)3，與鋰電池1連接用于對(duì)鋰電池1進(jìn)行充點(diǎn)或放電，電池管理系統(tǒng)3還與檢測(cè)系統(tǒng)2連接，并根據(jù)狀態(tài)信號(hào)啟動(dòng)或停止對(duì)鋰電池1充電或放電。

具體的，檢測(cè)系統(tǒng)2包括超聲波檢測(cè)裝置21、溫度檢測(cè)裝置22和計(jì)算機(jī)23；

超聲波檢測(cè)裝置21與鋰電池1連接并利用超聲波對(duì)鋰電池1進(jìn)行檢測(cè)，形成超聲波數(shù)字信號(hào)；溫度檢測(cè)裝置22與鋰電池1連接并檢測(cè)鋰電池1的溫度，并形成溫度數(shù)字信號(hào)；

計(jì)算機(jī)23分別與超聲波檢測(cè)裝置21和溫度檢測(cè)裝置22連接，計(jì)算機(jī)23內(nèi)具有由若干個(gè)標(biāo)定曲線構(gòu)成的曲線集合，計(jì)算機(jī)23根據(jù)溫度數(shù)字信號(hào)從曲線集合中選取匹配的標(biāo)定曲線，計(jì)算機(jī)23將超聲波數(shù)字信號(hào)與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，確定鋰電池1的荷電狀態(tài)的測(cè)量值。

優(yōu)選的，電池管理系統(tǒng)3與計(jì)算機(jī)23連接，計(jì)算機(jī)23將鋰電池1的荷電狀態(tài)的測(cè)量值傳送至電池管理系統(tǒng)3，電池管理系統(tǒng)3根據(jù)荷電狀態(tài)的測(cè)量值，對(duì)鋰電池1充電或放電。

進(jìn)一步的，溫度檢測(cè)裝置22包括溫度傳感器221和溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器222，溫度傳感器221與鋰電池1連接，溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器222與溫度傳感器221連接，溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器222與計(jì)算機(jī)23連接；其中，溫度傳感器221的測(cè)量范圍為-20℃—80℃；

溫度傳感器221感測(cè)鋰電池1的溫度，并向溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器222傳送溫度信號(hào)，溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器222將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)字信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)23，計(jì)算機(jī)23根據(jù)溫度數(shù)字信號(hào)從曲線集合中選取匹配的標(biāo)定曲線。

優(yōu)選的，溫度傳感器221貼合連接在鋰電池1的導(dǎo)熱包裝層外側(cè)，以及時(shí)感應(yīng)鋰電池1的內(nèi)部溫度變化。

進(jìn)一步的，超聲波檢測(cè)裝置21包括超聲波發(fā)射探頭211、超聲波接收探頭212、超聲波發(fā)射接收器213和能量積分器214；

超聲波發(fā)射探頭211和超聲波接收探頭212對(duì)稱布置與鋰電池1的兩側(cè)，并分別與鋰電池1連接；

超聲波發(fā)射探頭211和超聲波接收探頭212分別與超聲波發(fā)射接收器213連接；

超聲波發(fā)射接收器213與能量積分器214連接，超聲波發(fā)射接收器213通過(guò)超聲波發(fā)射探頭211向鋰電池1輸出檢測(cè)超聲波，檢測(cè)超聲波穿過(guò)鋰電池1形成信息超聲波，信息超聲波經(jīng)超聲波接收探頭212傳回至超聲波發(fā)射接收器213，超聲波發(fā)射接收器213將信息超聲波傳送至能量積分器214。

優(yōu)選的，超聲波發(fā)射探頭211和超聲波接收探頭212貼合連接在鋰電池1的兩側(cè)；

優(yōu)選的，超聲波發(fā)射接收器213為脈沖式超聲波發(fā)射接收器213，超聲波發(fā)射接收器213可發(fā)射與超聲波發(fā)射探頭211的中心頻率匹配的電壓脈沖，以激發(fā)超聲波發(fā)射探頭211輸出檢測(cè)超聲波；超聲波發(fā)射接收器213還具有濾波電路，用于對(duì)信息超聲波進(jìn)行濾波和放大，再將經(jīng)濾波電路濾波和放大后的信息超聲波傳送至能量積分器214。

進(jìn)一步的，能量積分器214與計(jì)算機(jī)23連接，能量積分器214對(duì)信息超聲波進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)化為超聲波數(shù)字信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)23，計(jì)算機(jī)23將超聲波數(shù)字信號(hào)與標(biāo)定曲線進(jìn)行比對(duì)，確定鋰電池1的荷電狀態(tài)的測(cè)量值。

優(yōu)選的，檢測(cè)系統(tǒng)2可對(duì)多組鋰電池1的荷電狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并針對(duì)各個(gè)鋰電池1分別形成狀態(tài)信號(hào)；電池管理系統(tǒng)3可根據(jù)各狀態(tài)信號(hào)對(duì)多組鋰電池1分別進(jìn)行充點(diǎn)或放電。

優(yōu)選的，計(jì)算機(jī)23與電池管理系統(tǒng)3通過(guò)有線或無(wú)線連接。

如圖2-圖8所示，一種荷電狀態(tài)的檢測(cè)方法，用于檢測(cè)鋰電池1的荷電狀態(tài)，包括以下步驟：

S1.檢測(cè)裝置初始化：制作標(biāo)定曲線和曲線集合，標(biāo)定曲線包括充電標(biāo)定曲線和放電標(biāo)定曲線；

S11.制作充電標(biāo)定曲線：將鋰電池1置于實(shí)驗(yàn)線，操作電池管理系統(tǒng)3將鋰電池1由空電狀態(tài)充至飽和狀態(tài)，操作計(jì)算機(jī)23通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置21在同一溫度下向鋰電池1輸出檢測(cè)超聲波，檢測(cè)超聲波經(jīng)鋰電池1形成信息超聲波；計(jì)算機(jī)23將鋰電池1的充電電流數(shù)據(jù)和信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并制成充電標(biāo)定曲線；

S12.制作放電標(biāo)定曲線：將鋰電池1置于實(shí)驗(yàn)線，操作電池管理系統(tǒng)3將鋰電池1由飽和狀態(tài)放至空電狀態(tài)，操作計(jì)算機(jī)23通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置21在同一溫度下向鋰電池1輸出檢測(cè)超聲波，檢測(cè)超聲波經(jīng)鋰電池1形成信息超聲波；計(jì)算機(jī)23將鋰電池1的放電電流數(shù)據(jù)和信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并制成放電標(biāo)定曲線；

S13.制作曲線集合：操作計(jì)算機(jī)23通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置21在不同的溫度下重復(fù)S11和S12步驟，形成若干個(gè)具有溫度標(biāo)記的充電標(biāo)定曲線和放電標(biāo)定曲線；將若干個(gè)標(biāo)定曲線制成曲線集合并嵌入進(jìn)計(jì)算機(jī)23內(nèi)；

S2.鋰電池檢測(cè)：

S21.檢測(cè)準(zhǔn)備：將計(jì)算機(jī)23與電池管理系統(tǒng)3連接，檢測(cè)線上具有與電池管理系統(tǒng)3連接的鋰電池1，電池管理系統(tǒng)3對(duì)鋰電池1進(jìn)行充電或放電工作；

S22.溫度檢測(cè)：計(jì)算機(jī)23通過(guò)溫度檢測(cè)裝置22感測(cè)檢測(cè)線上的鋰電池1進(jìn)行溫度檢測(cè)，溫度檢測(cè)裝置22將鋰電池1的溫度轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)字信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)23；其中，

S23.超聲波檢測(cè)：計(jì)算機(jī)23通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置21向檢測(cè)線上的鋰電池1輸出檢測(cè)超聲波，檢測(cè)超聲波穿過(guò)鋰電池1形成信息超聲波回傳至超聲波檢測(cè)裝置21，超聲波檢測(cè)裝置21將信息超聲波進(jìn)行積分轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)化為超聲波數(shù)字信號(hào)傳送至計(jì)算機(jī)23，超聲波數(shù)字信號(hào)內(nèi)包含信息超聲波的能量數(shù)據(jù)；其中，檢測(cè)超聲波的范圍為100K-10MHz；

S24.荷電狀態(tài)分析：計(jì)算機(jī)23根據(jù)溫度數(shù)字信號(hào)從集合曲線中選擇與鋰電池1的溫度匹配的標(biāo)定曲線，計(jì)算機(jī)23根據(jù)超聲波數(shù)字信號(hào)獲得信息超聲波的能量數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)23還將信息超聲波的能量數(shù)據(jù)帶入至標(biāo)定曲線內(nèi)，獲得鋰電池1的荷電狀態(tài)。

進(jìn)一步的，計(jì)算機(jī)23可根據(jù)電池管理系統(tǒng)3處于充電狀態(tài)或放電狀態(tài)，將信息超聲波的能量數(shù)據(jù)帶入至充電標(biāo)定曲線或放電標(biāo)定曲線內(nèi)，以準(zhǔn)確獲得鋰電池1的荷電狀態(tài)。

具體的，計(jì)算機(jī)23將鋰電池1從空電狀態(tài)至飽和狀態(tài)，或從飽和狀態(tài)放至空電狀態(tài)過(guò)程中各個(gè)時(shí)點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)，以及各個(gè)時(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并對(duì)歸一化處理后的信息超聲波的信號(hào)能量數(shù)據(jù)擬合形成充電標(biāo)定曲線或放電標(biāo)定曲線；

在S13中，計(jì)算機(jī)23通過(guò)超聲波檢測(cè)裝置21在不同的溫度下，重復(fù)S11和S12步驟制成曲線集合并嵌入進(jìn)所述計(jì)算機(jī)23內(nèi)。

進(jìn)一步的，還包括以下步驟：S3.充放電控制：計(jì)算機(jī)23根據(jù)鋰電池1的荷電狀態(tài)判斷鋰電池1處于飽和狀態(tài)、非飽和狀態(tài)還是過(guò)充狀態(tài)，并向電池管理系統(tǒng)3輸出狀態(tài)信號(hào)，電池管理系統(tǒng)3根據(jù)狀態(tài)信號(hào)啟動(dòng)或停止對(duì)鋰電池1充電或放電。

進(jìn)一步的，在S3中，狀態(tài)信號(hào)包括飽和信號(hào)、剩余電量的預(yù)測(cè)值和過(guò)充信號(hào)；

若鋰電池1處于飽和狀態(tài)，計(jì)算機(jī)23向電池管理系統(tǒng)3輸出飽和信號(hào)，電池管理系統(tǒng)3根據(jù)飽和信號(hào)停止向鋰電池1充電或放電；

若鋰電池1處于非飽和狀態(tài)，計(jì)算機(jī)23根據(jù)鋰電池1的荷電狀態(tài)向電池管理系統(tǒng)3輸出剩余電量的預(yù)測(cè)值，所述電池管理系統(tǒng)3根據(jù)所述剩余電量的預(yù)測(cè)值向所述鋰電池1充電，并確定充電電流或充電時(shí)間；

若鋰電池1處于過(guò)充狀態(tài)，計(jì)算機(jī)23向電池管理系統(tǒng)3輸出過(guò)沖信號(hào)，電池管理系統(tǒng)3根據(jù)過(guò)充信號(hào)向鋰電池1放電。

進(jìn)一步的，計(jì)算機(jī)23還將若干個(gè)鋰電池1的剩余電量的預(yù)測(cè)值輸出至電池管理系統(tǒng)3，電池管理系統(tǒng)3根據(jù)各個(gè)鋰電池1的剩余電量的預(yù)測(cè)值確定各個(gè)鋰電池1的荷電狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)3再根據(jù)各個(gè)鋰電池1的荷電狀態(tài)確定對(duì)各個(gè)鋰電池1的充電電流大小或充電時(shí)間長(zhǎng)短，并預(yù)測(cè)由若干個(gè)鋰電池1組成的電池組的總體剩余使用時(shí)間，以延長(zhǎng)各鋰電池1的使用壽命，并提高電池管理系統(tǒng)3的能量利用率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。