高电压电池充电仿真系统及运作方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103376418 A (43)申请公布日 2013.10.30 CN 103376418 A *CN103376418A* (21)申请号 201210214747.8 (22)申请日 2012.06.25 101112817 2012.04.11 TW G01R 31/36(2006.01) (71)申请人 财团法人船舶暨海洋产业研发中心 地址 中国台湾新北市淡水区中正东路二段 27 号 14 楼 (72)发明人 周显光 林鸿熙 林志宏 陈圣桦 (74)专利代理机构 北京中博世达专利商标代理 有限公司 11274 代理人 王晶 (54) 发明名称 高电压电池充电仿。

2、真系统及运作方法 (57) 摘要 本发明公开了一种高电压电池充电仿真系统 及运作方法， 其包括模拟高压电池组、 仿真电池管 理系统、 多方通讯装置、 以及充电站。仿真电池管 理系统会实时计算并更新模拟高压电池组的电压 值， 其电压值并会随着充电流程而变化， 使模拟高 压电池组可模拟真实电池组充电时的特性变化， 进而可据以检测多方通讯装置及充电站在实际充 电时的效能。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103376。

3、418 A CN 103376418 A *CN103376418A* 1/2 页 2 1. 一种高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 包括 ： 一模拟高压电池组， 其包括一直流负载机以及一电源供应器 ； 一仿真电池管理系统， 与直流负载机以及电源供应器相连 ； 一多方通讯装置， 与直流负载机、 电源供应器以及仿真电池管理系统相连， 用以接收仿 真电池管理系统传送的模拟高压电池组所需的一充电电压信息及一充电电流信息 ； 以及 一充电站， 与多方通讯装置相连， 用以提供充电电压及充电电流。 2. 根据权利要求 1 所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 所述直流负载机用 以仿真模拟高压电。

4、池组的一目前电压， 电源供应器用以模拟所述模拟高压电池组的一目前 开路电压。 3. 根据权利要求 1 所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 所述充电站是符合 日本快速充电协会、 美国自动机工程协会、 国际电工委员会、 中华人民共和国国家标准等直 流快速充电系统规格的直流快速充电站。 4. 根据权利要求 1 所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 所述仿真电池管理 系统是一工业计算机、 一嵌入式计算机等具有控制及显示功能的控制装置。 5.根据权利要求1或4所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 所述仿真电池管 理系统用以设定目前电压以及目前开路电压， 并将设定的目前电压及目前。

5、侦测到的充电电 流传送至多方通讯装置。 6. 根据权利要求 5 所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 所述目前电压的计 算公式为OCV(SOC)+I(t)*R(SOC)， 其中OCV为模拟高压电池组的目前开路电压， R为模拟高 压电池组的内阻值， 皆与模拟高压电池组的剩余电量 SOC 成函数关系， I(t) 为充电电流， t 为时间变量。 7. 根据权利要求 5 所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 目前电压设定为小 于充电电压并大于或等于目前开路电压， 为充电状态。 8. 根据权利要求 5 所述的高电压电池充电仿真系统， 其特征在于， 目前电压以及目前 开路电压提高到与充电电。

6、压相同， 为饱电状态。 9. 一种高电压电池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 包括如下步骤 ： a、 一仿真电池管理系统设定一目前电压及一目前开路电压的初始值 ； b、 该仿真电池管理系统传送该目前电压及目前一充电电流至一多方通讯装置 ； c、 该多方通讯装置根据所接收的目前电压及充电电流决定所需的一充电电压及充电 电流 ； d、 该多方通讯装置将充电电压及充电电流转换成一充电站所使用的语言， 并传送至充 电站 ； e、 该充电站确认该充电电压及该充电电流正确后开始充电 ； f、 该仿真电池管理系统随着充电流程开始， 持续计算更新该目前电压及该目前开路电 压， 并将侦测到的该充电电流及该。

7、目前电压传送至该多方通讯装置 ； g、 当该目前电压以及该目前开路电压与该充电电压相同时， 结束充电流程。 10. 根据权利要求 9 所述的高电压电池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 所述 目前电压的计算公式为 OCV(SOC)+I(t)*R(SOC)， 其中 OCV 为模拟高压电池组的目前开路电 权 利 要 求 书 CN 103376418 A 2 2/2 页 3 压， R 为模拟高压电池组的内阻， 皆与模拟高压电池组的剩余电量 SOC 成函数关系， I(t) 为 充电电流， t 为时间变量。 11. 根据权利要求 9 所述的高电压电池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 所述目 前。

8、电压设定为小于充电电压并大于或等于目前开路电压， 为充电状态。 12. 根据权利要求 9 所述的高电压电池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 所述目 前电压以及目前开路电压提高到与充电电压相同， 为饱电状态。 13. 根据权利要求 9 所述的高电压电池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 步骤 a 所述的仿真电池管理系统是一工业计算机、 嵌入式计算机等具有控制及显示功能的控制装 置。 14. 根据权利要求 9 所述的高电压电池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 步骤 a 中所指的目前电压由一直流负载机仿真， 该目前开路电压由一电源供应器模拟。 15. 根据权利要求 9 所述的高电压电。

9、池充电仿真系统的运作方法， 其特征在于， 步骤 d 的充电站是符合日本快速充电协会、 美国自动机工程协会、 国际电工委员会、 中华人民共和 国国家标准等直流快速充电系统规格的直流快速充电站。 权 利 要 求 书 CN 103376418 A 3 1/3 页 4 高电压电池充电仿真系统及运作方法 技术领域 0001 本发明涉及一种电池充电仿真系统， 尤其涉及一种应用于高电压的电池充电仿真 系统及运作方法。 背景技术 0002 在习知的技术中， 充电接口设备如 ： 充电站、 多方通讯装置等装置， 其测试方法为 充电流程与通讯流程分开检测， 因此无法检测出在真实充电过程中充电站与多方通讯装置 同时运。

10、作的情况， 此举可能造成往后使用上出现无法预知的错误 ； 而在测试过程中， 需要与 电池组连接以测试接口设备的运作状态， 因为接口设备可能出现错误或不稳定的状态， 若 以真实的电池组测试， 容易造成电池组过热、 损坏、 至于爆炸的情况发生， 因此以能够模拟 电池真实运作的电池仿真装置来辅助接口设备的检测是非常重要的。 0003 在台湾地区专利第 I 262382 号中所述的先前技术， 其必须先将每笔电池特性数 据键入电池仿真装置中， 其电池仿真装置再根据电池特性数据执行所需的变化， 此方法不 仅需花费时间预先输入电池特性数据， 且电池仿真装置无法仿真在充电过程中电池组真实 的特性变化， 因此无。

11、法非常贴近真实电池组的充电情况 ； 又如美国专利第 7,764,066 号的 专利案所述， 其为利用电位的差异来模拟电池需充电或损坏开路的情况， 其模拟方法亦无 法模拟充电过程中电池组真实的特性变化， 因此也无法接近真实电池组的充电情况。 发明内容 0004 针对现有技术存在的缺陷和不足， 本发明的主要目的在于提供一种高电压电池充 电仿真系统及运作方法 ； 0005 一种高电压电池充电仿真系统， 包括模拟高压电池组、 仿真电池管理系统、 多方通 讯装置、 以及充电站。 仿真电池管理系统会实时计算并更新模拟高压电池组的电压值， 其电 压值并会随着充电流程而变化， 使模拟高压电池组可模拟真实电池组。

12、充电时的特性变化， 进而可据以检测多方通讯装置及充电站在实际充电时的通讯及充电的效能。 0006 一种高电压电池充电仿真系统的运作方法如下 ： 仿真电池管理系统先设定模拟高 压电池组的电压初始值 ； 再传送目前电压及目前充电电流的信息至多方通讯装置 ； 多方通 讯装置将根据接收的信息所运算出的充电需求转换成充电站所使用的语言， 并传送至充电 站 ； 充电站确认充电需求与实际模拟高压电池组所需的需求相同后即开始充电 ； 该仿真电 池管理系统随着充电流程开始， 会持续计算并更新模拟高压电池组的电压值， 直到模拟高 压电池组的电压值与充电电压相同时结束充电方法。 0007 本发明的优点在于提出一种方。

13、便操作， 且可有效模拟真实电池在充电过程中的特 性变化的系统及运作方法， 在检测接口设备如 ： 多方通讯装置或充电站时， 使用高电压电池 充电仿真系统即可得知并实时检修接口设备在实际充电时的效能， 避免直接以真实电池组 检测接口设备， 预防因为接口设备内部的不稳定或错误， 造成电池组在充电过程中出现过 热、 损坏、 甚至于爆炸的情形， 大幅增加检测时的安全性及有效减少成本的损失。且仿真电 说 明 书 CN 103376418 A 4 2/3 页 5 池管理系统可以是工业计算机、 嵌入式计算机等具有控制及显示功能的控制装置， 透过简 单设定即可模拟电池组于不同状态的充电情况， 因而增加系统使用的。

14、便利性。 附图说明 0008 图 1 为本发明的系统架构图 0009 图 2 为本发明的运作方法流程图 0010 【主要组件符号说明】 0011 1 ： 模拟高压电池组 11 ： 直流负载机 12 ： 电源供应器 0012 2 ： 仿真电池管理系统 3 ： 多方通讯装置 4 ： 充电站 具体实施方式 0013 图 1 为本发明的高电压电池充电仿真系统， 其包括一模拟高压电池组 1、 一仿真电 池管理系统 2、 一多方通讯装置 3、 以及一充电站 4。 0014 该模拟高压电池组 1 包括一直流负载机 11 以及一电源供应器 12， 该直流负载机 11 用以模拟该模拟高压电池组 1 的一目前电压。

15、 V1， 且该直流负载机 11 在充电流程开始时， 系用以消耗充电站 4 所输出的一充电电压 V3， 仿真该充电站 4 对真实电池组充电因此消耗 充电电量的情况。该电源供应器 12 以正极及负极个别与该直流负载机 11 的正极及负极相 连的方式跨接于该直流负载机 11 上， 用以模拟该模拟高压电池组 1 的一目前开路电压 V2， 使充电站 4 在充电过程中仍可侦测到目前开路电压 V2， 仿真充电站 4 与一真实电池组相连 的情况， 使该充电站 4 可继续充电流程。 0015 该仿真电池管理系统 2 可以是一工业计算机、 一嵌入式计算机等具有控制及显示 功能的控制装置， 其与该直流负载机11以及。

16、该电源供应器12相连， 用以根据侦测到的一充 电电流配合真实电池组的充电特性， 及时计算并更新该目前电压 V1 以及该目前开路电压 V2， 以仿真真实电池组充电时的特性变化， 其计算方法如下 ： 0016 首先计算储存电荷 Ah I(t)dt， I(t) 为充电电流， t 为时间变量 ； 0017 根据计算出的储存电荷 Ah 计算模拟高压电池组 (1) 的剩余电量 (State of charge， SOC) ： 0018 SOC ( 储存电荷 Ah/ 电池容量 Ah)*100 ； 0019 该模拟高压电池组 1 的目前开路电压 (Open circuit voltage， OCV) 与模拟高。

17、压 电池组 1 的剩余电量成函数关系， 该模拟高压电池组 1 的内阻 (Impedance) 值亦与该模拟 高压电池组 1 的剩余电量成函数关系， 因此该模拟高压电池组 1 下一状态的目前电压 V1 为 ： 0020 V1 OCV(SOC)+I(t)*R(SOC) ； 0021 该仿真电池管理系统 2 并与该多方通讯装置 3 相连， 用以实时将计算出的该目前 电压 V1 以及侦测到的该充电电流传送至该多方通讯装置 3， 测试该多方通讯装置 3 是否可 依照所接收的内容选定所需的该充电电压及该充电电流， 并将之转换为充电站 4 可使用的 语言后传送至该充电站 4 以进行充电。 0022 此系统并。

18、可用以测试该充电站 4 的效能， 该充电站 4 可以是符合日本快速充电协 会 (CHAdeMO)、 美国自动机工程协会 (Society of Automotive Engineers， SAE)、 国际电工 说 明 书 CN 103376418 A 5 3/3 页 6 委员会 (International Electrotechnical Commission， IEC)、 中华人民共和国国家标准 (GB) 等直流快速充电系统规格的直流快速充电站， 经由一充电插头与该多方通讯装置 3 相 连， 当该多方通讯装置 3 传送充电需求至该充电站时 4， 该充电站 4 会先经由该多方通讯装 置 3 。

19、确认其充电需求是否符合目前该模拟高压电池组 1 的状态， 例如 ： 目前开路电压 V2， 确 认目前该模拟高压电池组 1 的状态符合充电需求时， 该充电站 4 才继续进行充电。 0023 在充电状态的过程中， 目前电压 V1 必须设定为高于或等于该目前开路电压 V2， 并 低于充电电压 V3， 此举为了避免该直流负载机 11 消耗电源供应器 12 输出的目前开路电压 V2， 并使该直流负载机11在充电过程中只消耗该充电站4所输出的该充电电压V 3， 以达到 模拟该充电站 4 对真实电池充电时， 真实电池消耗该充电站 4 的该充电电压 V3 的情况。直 到该目前电压 V1 以及该目前开路电压 V。

20、2 提高到等于该充电电压 V3 时， 代表该模拟高压电 池组 1 已充饱电， 即可结束充电流程。 0024 图 2 为本发明的运作方法， 其步骤如下 ： 0025 a、 一仿真电池管理系统 2 设定一目前电压 V1 及一目前开路电压 V2 的初始值 ； 0026 该仿真电池管理系统 2 系根据侦测到的一充电电流配合真实电池组的充电特性， 计算更新该模拟高压电池组 1 的目前电压 V1 以及目前开路电压 V2。 0027 b、 该仿真电池管理系统 2 传送目前电压 V1 及目前一充电电流至一多方通讯装置 3 ； 0028 c、 该多方通讯装置 3 根据所接收的目前电压 V1 及充电电流决定所需的。

21、一充电电 压 V3 及充电电流 ； 0029 d、 多方通讯装置 3 将充电电压 V 3 及充电电流转换成一充电站 4 所使用的语言， 并传送至充电站 4 ； 0030 充电站 4 为符合日本快速充电协会 (CHAdeMO)、 美国自动机工程协会 (Society of Automot ive Engineers， SAE)、 国际电工委员会 (International Electrotechnical Commission， IEC)、 中华人民共和国国家标准 (GB)等规格的直流快速充电站。 0031 e、 充电站 4 确认充电电压 V3 及充电电流正确后开始充电 ； 0032 充电站 。

22、4 会先经由多方通讯装置 3 确认其充电需求符合目前模拟高压电池组 1 的 状态。 0033 f、 仿真电池管理系统2随着充电流程开始， 持续计算更新目前电压V1及目前开路 电压 V2， 并将侦测到的充电电流及目前电压 V1 传送至多方通讯装置 3 ； 0034 g、 当目前电压 V1 以及目前开路电压 V2 与充电电压 V3 相同时， 结束充电流程。 0035 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵 盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 说 明 书 CN 103376418 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103376418 A 7 2/2 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103376418 A 8 。