[发明专利]一种带健康监测功能的电池车载充放电机

说明书

技术领域

本发明属于一种电池车载充放电机，特别是一种带健康监测功能的电池车载充放电机。

背景技术

能源短缺、环境污染、气候变暖是全球能源领域面临的共同挑战。进入21世纪以来，随着石油、煤炭等不可再生能源的日趋枯竭，环境污染日益严重，节能与环保已成为世界各国亟待解决的二大问题。

根据美国能源部下属能源情报署的数据，2012年全球石油需求量为8905万桶/日；瑞士银行2012年年底的报告称目前世界已证实石油储量有1.8万亿桶，这意味着按现有石油消费水平和当前证实的石油储量，世界石油还可开采46年。国际能源署预测[1]，至2035年，全球年能源需求将从2009年的120亿吨石油当量增加到170-180亿吨石油当量；二氧化碳排放方面，如果保持当前的排放政策，排放量将从2009年的290亿吨上升到430亿吨，即使采用新规，排放量也会上升到360亿吨。汽车排放约占总排放的四分之一。

目前我国已成为世界第二能源消耗大国。2012年消耗石油4.93亿吨，原油对外依存度为56.42％，达历史最高值，预计到2030年，我国80％的石油将依赖进口，能源安全问题日益严峻。在2009年12月7日召开的哥本哈根联合国气候变化大会上,我国政府再次重申了到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15％左右的目标，并首次提出到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％-45％的减排计划。而我国正处于工业化背景下较高碳当量的经济运行状态，实现减碳目标任重而道远。2013年10月，工信部节能与综合利用司官员表示，我国已经是二氧化碳排放第一大国，增量也占全球的70％以上，在国际上面临的节能减碳压力越来越大。因此，发展电动汽车是下一代汽车技术的必由之路，电池又是电动汽车的关键部件之一。

在电池应用过程中，保障其充电、放电过程中的安全性是需要解决的首要问题。车载充放电机是必不可少的，还必须对电池进行健康监测。内阻是衡量电池健康状态的关键参数之一。因此，为了确保安全、稳定、高效运行，必须对各单片电池内阻进行实时监控。但是，由于电池内阻可以呈容性、感性和纯阻性，单片内阻大小为mΩ级，而且具有时变性，监测难度很大。

目前，电池充放电机与健康监测仪一般是2个独立设备，分别实现充放电及健康监测功能。内阻测试仪一般不能在线工作，需要配备宽频率范围的交流电流激励源，为电池提供交流扰动信号，还需要电池测试台、电子负载、频率分析仪等复杂仪器，这使得该类测试平台非常复杂，体积大、重量大、成本高，不便于车载运行成本很高，只能在实验室环境下进行测试。加拿大安大略省洁能氏公司专利WO02/27342和WO2003/083498,拿大不列颠哥伦比亚省绿光电力技术公司专利WO2003/098769,通过对电子负载的控制来测试电池内阻，由于实际电池所带负载不能按测试要求控制，所以他们的方法不能进行在线测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单、可靠、可车载使用的带健康监测功能的电池车载充放电机，以克服现有设备的不足。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种带健康监测功能的电池车载充放电机，包括至少一个监测与控制单元、双向功率变换单元、整流电路，所述双向功率变换单元用于分别连接被测电池组和直流母线，整流电路用于连接电网和直流母线，其特点是：所述监测与控制单元包括信号采集与处理单元、FPGA、DSP、PWM驱动单元以及CAN通信接口，所述信号采集与处理单元输入端采集所述电池组电池电流、各单片电池电压以及双向功率变换单元两端电压和电流信号，所述信号采集与处理单元的输出端通过FPGA与DSP连接，所述DSP通过PWM驱动单元控制所述双向功率变换单元，所述DSP通过CAN通信接口与外部实现通讯。

基于上述带健康监测功能的电池车载充放电机，本发明还提供一种带健康监测功能的电池车载充放电机的控制方法，其控制方法是：

所述监测与控制单元在电池充电或放电目标值上叠加一个方波信号，基于该信号与实际电流之差计算双向功率变换单元中IGBT的占空比，经PWM驱动单元控制IGBT的通断，使得电池充电或放电电流与叠加信号一致；FPGA对收到的电池电流及各电池电压进行快速傅里叶变换，将电流及电压信号转换为直流分量与不同频率交流分量之和；FPGA将各片电池各频率的电压分量除以同频率的电流分量，得到各频率下个电池阻抗，并与出厂时的阻抗值进行比较，依此判断各电池的健康状态。