[發明專利]一種應用數字孿生技術的全周期動力電池管理系統

有效

• 申請號: 202010461907.3
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111581850B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 熊瑞;段硯州;田金鵬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/06
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

1.一種應用數字孿生技術的全周期動力電池管理系統，其特征在于：所述系統由物理模型系統、物理管理系統、云孿生系統組成；

其中，所述物理模型系統基于真實的電池單體、模組與動力電池系統的物理模型，作為所述物理管理系統的被控對象，以及作為所述物理管理系統的電池管理算法的數據來源，和構建云孿生系統的孿生模型的數據來源；

所述物理管理系統通過數據采集模塊獲取物理模型系統開發過程中產生的初始參數和使用過程中產生的運行數據，對這些數據進行處理、運行電池管理算法進行計算后，與物理模型系統傳來的數據一并上傳至所述云孿生系統；

所述云孿生系統基于物理管理系統上傳的數據信息，基于云端算法構建電池孿生模型，通過該電池孿生模型和電池歷史數據進行數據溯源、狀態估計、安全診斷、壽命預測、工況分析功能；所述云孿生系統的輸出信息流一部分流向物理管理系統，為所述物理管理系統的狀態監測、決策制定、控制執行提供參考依據，并最終通過物理管理系統實現對物理模型系統的控制；另一部分直接流向物理模型系統，為電池材料改性、結構優化提供參考和指導，以及為電池管理算法開發過程提供參考和指導，用于對不同老化狀態電池的分類重組，實現電池重組梯次利用；

所述電池管理算法與所述云端算法中，電池管理算法采用相對短時間尺度算法，云端算法則采用相對長時間尺度算法。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于：所述相對短時間尺度算法計算周期小于等于物理管理系統和云孿生系統數據傳輸周期的適合算法；所述相對長時間尺度算法則為計算周期大于物理管理系統和云孿生系統數據傳輸周期的適合算法，對某些難以在線運行的高精度算法也可以采用作為該相對長時間尺度算法。

3.如權利要求2所述的系統，其特征在于：所述初始參數基于電池離線特性測試和老化測試獲取，作為所述物理模型與孿生模型的初始參數。

4.如權利要求1所述的系統，其特征在于：所述孿生模型基于電池和算法早期開發過程中的生產測試數據、電動載運工具運行數據以及梯次利用過程產生的數據建立；所述電動載運工具類型包括道路交通、軌道交通、航空運輸、水路運輸領域中的載運工具。

5.如權利要求1所述的系統，其特征在于：所述物理管理系統在所述物理模型的基礎上，結合數據采集模塊、計算處理模塊、顯示單元模塊、數據傳輸模塊、命令執行模塊、相關線束。

6.如權利要求1所述的系統，其特征在于：所述云孿生系統包括數據傳輸模塊、云端計算模塊、數據存儲模塊；所述數據傳輸模塊用于和物理模型系統以及物理管理系統進行信息交互；云端計算模塊用于孿生模型的構建以及各類云端算法的計算；數據存儲模塊存儲從物理模型系統和物理管理系統獲取的各類信息以及孿生模型參數，為電池溯源、壽命預測、殘值估計、工況分析過程提供信息。

7.一種動力電池管理的方法，利用權利要求1-6任一項所述的電池管理系統，其特征在于：在所述系統的物理模型系統、物理管理系統、云孿生系統幾個組成部分中，分別執行以下操作：

在所述物理模型系統和物理管理系統之間：針對充放電循環過程，物理管理系統通過數據采集模塊實時采集物理模型系統即實體電池組的電壓、電流、溫度參數并進行數據預處理；基于預處理得到的數據并結合云孿生系統下傳的信息，運行電池管理算法和控制策略制定，通過命令執行模塊對物理模型系統進行管理；

在所述物理管理系統和云孿生系統之間：對上述由物理管理系統完成預處理并經電池管理算法計算得到的數據結果，優化上傳至云孿生系統，對初始孿生模型進行改進；云孿生系統根據存儲的不同載運工具的所有歷史數據，選取電池規格型號相同的載運工具類型及對應參數，構建與物理模型一致的全周期基準孿生模型，同時實時采集的數據和基準孿生模型進行修正更新，建立與物理模型一一對應的全周期修正孿生模型，使其與物理模型具有相同的響應特性；基于該修正孿生模型利用所述云端算法實現故障診斷、壽命預測、狀態估計功能；通過數據傳輸模塊將修正孿生模型參數和云端算法計算結果回傳至物理管理系統，更新物理管理系統算法參數，結合電池管理算法計算結果制定最終控制管理策略并由命令執行模塊執行，最終實現安全管理、充放電管理、能量管理、熱管理、均衡管理；

在所述物理模型系統和云孿生系統之間：物理模型系統將所述初始參數上傳至云孿生系統構建初始孿生模型；針對充放電循環過程，提供所述物理模型和孿生模型實時更新依據；接收云孿生系統傳來的歷史數據作為電池材料改性、結構優化的參考，以及作為電池管理算法開發過程的參考。