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CN112757921B - 一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统 - Google Patents

一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，氢氧燃料电池，用于产生电能，空气压缩机与氢氧燃料电池连接，用于为空气压缩机提供高压空气；空气存储罐与空气压缩机出口端连接，空气存储罐用于在空气压缩机出口的压力大于氢氧燃料电池所需要的空气压力，空气存储罐还用于在其压力低于第一压力值时，连通空气压缩机的出气口；真空助力装置与空气存储罐连通；能量回收装置用于回收能量，并将回收的能量转换为电能；锂电池与能量回收装置、氢氧燃料电池电连接；锂电池用于存储能量回收装置回收的能量。本发明能够对能量进行回收利用，以提高能量使用率。

Description

一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统
技术领域
本发明涉及基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，特别是一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统。
背景技术
氢氧燃料电池汽车，作为最清洁车辆，正逐渐受到重视并开始应用于实际。
由于氢氧燃料电池是一个发电的装置，而非一个反复充放电的装置。在使用时，只有氢氧燃料电池在工作时才能产生电能。正常使用时，通过控制氢气和氧气的进入量，才能控制电能输出的多少。由于氢气是通过罐装存储，而氧气是通过空气压缩机压缩新鲜空气供给氢氧燃料电池。
在氢氧燃料电池启动时，必须先让空气压缩机转动，才能够实现对于空气的压缩，而后才能产生电能。现有技术中，通过蓄电池来实现这一功能，而对于在氢氧燃料电池在工作时，空气压缩机所产生的过量空气，消耗能量过多，且无法被回收。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，以解决现有技术中的不足，它能够充分回收氢氧燃料电池汽车在使用过程中的能量，并充分利用。
本发明提供了一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，用于氢氧燃料电池汽车，其中，包括，
氢氧燃料电池，用于产生电能，以作为最终能量来源提供给汽车；
空气压缩机，与所述氢氧燃料电池连接，用于为所述空气压缩机提供高压空气；
空气存储罐，所述空气存储罐与所述空气压缩机出口端连接，所述空气存储罐用于在所述空气压缩机出口的压力大于所述氢氧燃料电池所需要的空气压力，且所述空气压缩机出口的流量大于所述氢氧燃料电池所需要的流量时，存储高压空气；所述空气存储罐还用于在其压力低于第一压力值时，连通所述空气压缩机的出气口；
真空助力装置，所述真空助力装置与所述空气存储罐连通，所述真空助力装置用于在需要制动时，与所述空气存储罐连通，产生制动力；
能量回收装置，所述能量回收装置用于回收能量，并将回收的能量转换为电能；
锂电池，所述锂电池与所述能量回收装置、所述氢氧燃料电池电连接；所述锂电池用于存储所述能量回收装置回收的能量，在所述氢氧燃料电池产生的电量大于汽车所需要的电能时，充电；并作为辅助能量来源向汽车供电。
如上所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其中，可选的是，当所述锂电池的电量不大于设定容量的设定百分比时，优先使用燃料电池产生的电能供给汽车使用；
当所述锂电池的容量大于设定容量的设定百分比时，使用所述锂电池和所述氢氧燃料电池共同向汽车供电。
如上所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其中，可选的是，还包括电池容量传感器、控制器和远程服务器；
所述电池容量传感器与所述控制器电连接，所述控制器和所述远程服务器网络连接；所述控制器用于获取所述电池容量传感器的检测结果，并将检测结果上传给所述远程服务器；
所述远程服务器上设置有锂电池寿命预测模型，所述锂电池寿命预测模型用于根据对应的所述电池容量传感器的现在及历史的检测结果，对所述锂电池寿命进行预测，并将预测结果输出给所述控制器；
所述控制器根据所述预测结果判断当前所述锂电池的寿命阶段，并据此调整所述设定百分比的大小。
如上所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其中，可选的是，所述设定百分比的大小为40％到80％。
如上所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其中，可选的是，所述寿命阶段分为初期阶段、中期阶段和末期阶段；
所述寿命阶段由如下公式计算；
Figure BDA0002858104180000031
其中，S剩余为所述锂电池寿命预测模型的预测结果；S设计为所述锂电池的设计寿命；SM为所述锂电池的寿命阶段；
当SM不小于0.1时，所述寿命阶段为初期阶段，此时，所述设定百分比的大小为40％到45％；
当SM大于0.1且不小于0.6时，所述寿命阶段为中期阶段，此时，所述设定百分比的大小为45％到55％；
当SM大于0.6且不大于0.95时，所述寿命阶段为末期阶段，此时，所述设定百分比的大小为55％到80％；
当SM大于0.95时，所述控制器控制报警部件发出警报，以提醒驾驶人员，所述锂电池达到最高使用寿命。
如上所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其中，可选的是，还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述锂电池的内部温度和环境温度；
所述控制器与所述温度传感器连接；
当所述环境温度大于设定的最高温度或所述环境温度低于设定的最低温度时，控制所述燃料电池、所述能量回收装置停止向所述锂电池充电并控制所述锂电池减少供电；
所述控制器将所述内部温度上传给所述远程服务器；
所述远程服务器对所述内部温度进行仿真，以判断所述内部温度是否发生突变，以及突变的频率；并根据所述突变的频率计算衰减比例；
将所述锂电池寿命预测模型的预测结果与所述衰减比例的乘积作为预测结果。
与现有技术相比，本发明至少存在以下效果：
1，通过设置空气存储罐，在所述空气压缩机出口的压力大于所述氢氧燃料电池所需要的空气压力，且所述空气压缩机出口的流量大于所述氢氧燃料电池所需要的流量时，存储高压空气；所述空气存储罐还用于在其压力低于第一压力值时，连通所述空气压缩机的出气口；并设置一个真空助力装置，利用空气存储罐内的高压空气作为动力，提高转向助力和制动助力，从而实现对于高压空气的回收和利用。
2，所述能量回收装置用于将回收的能量转换为电能，并存储在锂电池内，并作为辅助能量来源向汽车供电；如此，能够实现能量的回收及利用。
3，根据锂电池的电量与容量之间关系，选择优先使用燃料你把产生的电能，或者优先使用锂电池和所述氧燃料电池共同向汽车供电，如此，能够防止锂电池内的电量过低。
4，通过电池容量传感器以及远程服务器中的锂电池寿命预测模型，对电池寿命进行预测，并根据预测结果，对寿命阶段进行判断，对于不同寿命阶段的电池，以不同的设定百分比进行控制。从而能够使锂电池的充放电更加合理。
5，通过设置温度传感器，对锂电池的内部温度和环境温度分别进行检测，从而尽可能地使锂电池工作在合适的温度下，当处于恶劣温度环境下，尽量以较为高效的燃料电池供电。
附图说明
图1是本发明整体结构框图；
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本发明的实施例：如图1所示，本发明提出了一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，用于氢氧燃料电池汽车，其中，包括，
氢氧燃料电池，用于产生电能，以作为最终能量来源提供给汽车；空气压缩机，与所述氢氧燃料电池连接，用于为所述空气压缩机提供高压空气；空气存储罐，所述空气存储罐与所述空气压缩机出口端连接，所述空气存储罐用于在所述空气压缩机出口的压力大于所述氢氧燃料电池所需要的空气压力，且所述空气压缩机出口的流量大于所述氢氧燃料电池所需要的流量时，存储高压空气；所述空气存储罐还用于在其压力低于第一压力值时，连通所述空气压缩机的出气口；真空助力装置，所述真空助力装置与所述空气存储罐连通，所述真空助力装置用于在需要制动时，与所述空气存储罐连通，产生制动力；能量回收装置，所述能量回收装置用于回收能量，并将回收的能量转换为电能；锂电池，所述锂电池与所述能量回收装置、所述氢氧燃料电池电连接；所述锂电池用于存储所述能量回收装置回收的能量，在所述氢氧燃料电池产生的电量大于汽车所需要的电能时，充电；并作为辅助能量来源向汽车供电。
由于真空助力系统在现有大型车辆上已有了广泛应用，其结构与原理，不再赘述，本领域技术人员能够实现。而对于能量回收装置，也是一个较为成熟的技术，在制动能量回收等方向有较多的应用，本领域技术人员也能够实现，对此，不再赘述。
考虑到锂电池的不同寿命阶段，其充放电的效率会发生改变，为了保证整个系统的效率较高，本发明作了进一步的改进：
当所述锂电池的电量不大于设定容量的设定百分比时，优先使用燃料电池产生的电能供给汽车使用；当所述锂电池的容量大于设定容量的设定百分比时，使用所述锂电池和所述氢氧燃料电池共同向汽车供电。如此，能够防止锂电池中的电被过度使用，而导致下次无法正常启动燃料电池的问题。
作为一种较佳的实现方式，还包括电池容量传感器、控制器和远程服务器；在本发明中，所述电池容量传感器并不是特指一种传感器，而是能够对电池容量进行计算的一个系统，如SOC估值系统，当然，也可以是一次从锂电池电量为零充到锂电池电量充满时的充电量的测量。具体地，所述电池容量传感器与所述控制器电连接，所述控制器和所述远程服务器网络连接；所述控制器用于获取所述电池容量传感器的检测结果，并将检测结果上传给所述远程服务器；所述远程服务器上设置有锂电池寿命预测模型，所述锂电池寿命预测模型用于根据对应的所述电池容量传感器的现在及历史的检测结果，对所述锂电池寿命进行预测，并将预测结果输出给所述控制器；所述控制器根据所述预测结果判断当前所述锂电池的寿命阶段，并据此调整所述设定百分比的大小。如此，通过对锂电池寿命的估算，能够便于了解决电池的状态，并以此为基础，对锂电池的充放电状态具有较为准确的管理。
更具体地，所述设定百分比的大小为40％到80％。进一步地，所述寿命阶段分为初期阶段、中期阶段和末期阶段；所述寿命阶段由如下公式计算；
Figure BDA0002858104180000061
其中，S剩余为所述锂电池寿命预测模型的预测结果；S设计为所述锂电池的设计寿命；SM为所述锂电池的寿命阶段；当SM不小于0.1时，所述寿命阶段为初期阶段，此时，所述设定百分比的大小为40％到45％；当SM大于0.1且不小于0.6时，所述寿命阶段为中期阶段，此时，所述设定百分比的大小为45％到55％；当SM大于0.6且不大于0.95时，所述寿命阶段为末期阶段，此时，所述设定百分比的大小为55％到80％；当SM大于0.95时，所述控制器控制报警部件发出警报，以提醒驾驶人员，所述锂电池达到最高使用寿命。如此，能够保证锂电池在使用时精确控制。
更进一步地，考虑到锂电池使用内部温度的突变，可能会导致因偶然因素对锂电池的寿命造成极大的影响，本发明作为进一步改进：
还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述锂电池的内部温度和环境温度；所述控制器与所述温度传感器连接；当所述环境温度大于设定的最高温度或所述环境温度低于设定的最低温度时，控制所述燃料电池、所述能量回收装置停止向所述锂电池充电并控制所述锂电池减少供电；所述控制器将所述内部温度上传给所述远程服务器；所述远程服务器对所述内部温度进行仿真，以判断所述内部温度是否发生突变，以及突变的频率；并根据所述突变的频率计算衰减比例；将所述锂电池寿命预测模型的预测结果与所述衰减比例的乘积作为预测结果。一方面，可以保证锂电池在较为适宜的环境温度下工作，在恶劣环境下无法工作或尽量少的进行充放电；保证电池的使用效率和寿命。在另一方面，可以优先使用环境温度影响较小的部件，如可以使用空气存储罐进行能量的回收和利用。
在具体实施时，还可以包括超级电容，所述超级电容与所述能量回收装置、所述锂电池和所述控制器连接；所述超级电池用于在所述锂电池不适宜的工作条件下充电及放电，以保证能量依然能够进行回收。
更具体地，所述衰减比例介于0-1之间。所述衰减比例与内部温度突变频率有关，内部温度突变频率越大，衰减比例的值越小。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，用于氢氧燃料电池汽车，其特征在于：包括，
氢氧燃料电池，用于产生电能，以作为最终能量来源提供给汽车；
空气压缩机，与所述氢氧燃料电池连接，用于为所述空气压缩机提供高压空气；
空气存储罐，所述空气存储罐与所述空气压缩机出口端连接，所述空气存储罐用于在所述空气压缩机出口的压力大于所述氢氧燃料电池所需要的空气压力，且所述空气压缩机出口的流量大于所述氢氧燃料电池所需要的流量时，存储高压空气；所述空气存储罐还用于在其压力低于第一压力值时，连通所述空气压缩机的出气口；
真空助力装置，所述真空助力装置与所述空气存储罐连通，所述真空助力装置用于在需要制动时，与所述空气存储罐连通，产生制动力，在转向时与所述空气存储罐连通，产生转向助力；
能量回收装置，所述能量回收装置用于回收能量，并将回收的能量转换为电能；
锂电池，所述锂电池与所述能量回收装置、所述氢氧燃料电池电连接；所述锂电池用于存储所述能量回收装置回收的能量，在所述氢氧燃料电池产生的电量大于汽车所需要的电能时，充电；并作为辅助能量来源向汽车供电；
当所述锂电池的电量不大于设定容量的设定百分比时，优先使用燃料电池产生的电能供给汽车使用；
当所述锂电池的容量大于设定容量的设定百分比时，使用所述锂电池和所述氢氧燃料电池共同向汽车供电；
还包括电池容量传感器、控制器和远程服务器；
所述电池容量传感器与所述控制器电连接，所述控制器和所述远程服务器网络连接；所述控制器用于获取所述电池容量传感器的检测结果，并将检测结果上传给所述远程服务器；
所述远程服务器上设置有锂电池寿命预测模型，所述锂电池寿命预测模型用于根据对应的所述电池容量传感器的现在及历史的检测结果，对所述锂电池寿命进行预测，并将预测结果输出给所述控制器；
所述控制器根据所述预测结果判断当前所述锂电池的寿命阶段，并据此调整所述设定百分比的大小；
所述寿命阶段分为初期阶段、中期阶段和末期阶段；
所述寿命阶段由如下公式计算；
Figure FDA0003528913700000021
其中，S剩余为所述锂电池寿命预测模型的预测结果；S设计为所述锂电池的设计寿命；SM为所述锂电池的寿命阶段；
当SM不小于0.1时，所述寿命阶段为初期阶段，此时，所述设定百分比的大小为40％到45％；
当SM大于0.1且不大于0.6时，所述寿命阶段为中期阶段，此时，所述设定百分比的大小为45％到55％；
当SM大于0.6且不大于0.95时，所述寿命阶段为末期阶段，此时，所述设定百分比的大小为55％到80％；
当SM大于0.95时，所述控制器控制报警部件发出警报，以提醒驾驶人员，所述锂电池达到最高使用寿命。
2.根据权利要求1所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其特征在于：所述设定百分比的大小为40％到80％。
3.根据权利要求1所述的基于锂电池寿命预测的车用混合储能系统，其特征在于：还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述锂电池的内部温度和环境温度；
所述控制器与所述温度传感器连接；
当所述环境温度大于设定的最高温度或所述环境温度低于设定的最低温度时，控制所述燃料电池、所述能量回收装置停止向所述锂电池充电并控制所述锂电池减少供电；
所述内部温度用于上传给所述远程服务器。
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