[發(fā)明專利]一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的液態(tài)金屬電池組的均衡管理系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010885609.7
• 申請(qǐng)日: 2020-08-28
• 公開（公告）號(hào): CN112072735A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃青丹;莫文雄;王勇;饒銳;魏曉東;徐欽;宋浩永;趙崇智;劉靜;王婷延;何彬彬;王煒;吳培偉;李助壓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;H01M10/42;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 南京常青藤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32286
• 代理人: 高遠(yuǎn)

本發(fā)明提供一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的液態(tài)金屬電池組的均衡管理系統(tǒng)，包括上位機(jī)以及下位機(jī)，上位機(jī)用于構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為計(jì)算各個(gè)電池均衡方案的分類器；下位機(jī)包括：電池信息采集模塊用于采集電池組的工作數(shù)據(jù)以及各個(gè)單體電池的信息數(shù)據(jù)；主控模塊接收電池信息采集模塊的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，并接收上位機(jī)的控制命令；PWM信號(hào)產(chǎn)生模塊用于向開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送PWM控制信號(hào)；開關(guān)驅(qū)動(dòng)模塊用于快速準(zhǔn)確地控制反激均衡模塊中MOSFET的通斷；反激均衡模塊用于實(shí)現(xiàn)電池組中能量的轉(zhuǎn)移；本申請(qǐng)構(gòu)建卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算液態(tài)金屬電池組內(nèi)各個(gè)電池的均衡方案，得到均衡方案后，基于雙向反激均衡電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的均衡控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的液態(tài)金屬電池組 的均衡管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)

液態(tài)金屬電池是一種具有應(yīng)用前景的新型化學(xué)電池，其以融化為液態(tài)的金屬作為電 池的正極和負(fù)極材料，采用中低溫熔融鹽作為電池的電解質(zhì)。液態(tài)金屬電池具有許多優(yōu)點(diǎn)，首先，液態(tài)金屬電池具有高倍率及大電流的充放電能力和超強(qiáng)的過載能力，電池能 夠承受超出電流范圍的工作電流而不受損壞；其次，用于制作液態(tài)金屬電池的材料來源 廣泛且價(jià)格低廉，液態(tài)金屬電池生產(chǎn)成本低，可以契合電網(wǎng)儲(chǔ)能的低成本需求；最后， 液態(tài)金屬電池?fù)碛袠O長理論循環(huán)壽命，電池使用壽命長，能減少更換電池的成本。總而 言之，因液態(tài)金屬電池具有大電流充放電能力、超強(qiáng)過載能力、低成本以及使用壽命長 等優(yōu)勢(shì)，適合在電網(wǎng)儲(chǔ)能中進(jìn)行應(yīng)用。

液態(tài)金屬電池工作電壓偏低，其應(yīng)用于電網(wǎng)儲(chǔ)能時(shí)需要進(jìn)行串并聯(lián)成電池組以滿足 電壓和容量需求。電池組中各個(gè)單體電池在生產(chǎn)與制造過程里因工藝和原材料的差異導(dǎo) 致電池單體之間產(chǎn)生參數(shù)初始差異。而在實(shí)際工作過程中，各個(gè)單體電池的充放電性能和各項(xiàng)參數(shù)的差異會(huì)因?yàn)楦麟姵貑误w所處的環(huán)境溫度、自放電程度不同而進(jìn)一步加劇。 若不進(jìn)行干預(yù)，各個(gè)單體電池之間的不一致性會(huì)越來越大，形成惡性循環(huán)，影響到整個(gè) 系統(tǒng)的效率和安全性。因此需要使用帶電池均衡技術(shù)的電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組進(jìn)行能量 均衡控制，從而提高電池組的充放電性能和使用壽命。

現(xiàn)有的電池組均衡策略主要有基于電池外電壓的均衡策略和基于電池SoC(Stateof Charge，荷電狀態(tài))的均衡策略。基于電池外電壓的均衡策略選用容易測(cè)量得到的 單體電池外電壓作為均衡判據(jù)來控制電池組均衡，將各單體電池的外電壓趨于一致作為 均衡結(jié)束的條件。基于電池SoC的均衡策略選用單體電池SoC作為均衡判據(jù)來控制電池 組均衡。電池SoC無法直接測(cè)量得到，現(xiàn)有的電池SoC估算算法如卡爾曼濾波算法以及 衍生算法能夠較為精準(zhǔn)地估算電池SoC值。與基于電壓的均衡策略類似，通過各個(gè)電池 的SoC值確定電池組SoC平均值SoCavg并選為均衡的目標(biāo)，確定均衡控制范圍上限和 下限。對(duì)SoC值高于均衡控制范圍上限的單體電池進(jìn)行充電，對(duì)SoC值低于均衡控制范 圍下限的單體電池進(jìn)行放電，SoC值處于均衡控制范圍內(nèi)的單體電池不進(jìn)行均衡操作。 將電池組內(nèi)各單體電池SoC值都位于均衡控制范圍內(nèi)作為均衡結(jié)束的條件。

由于液態(tài)金屬電池的電壓-SoC曲線有很長一段變化緩慢的平臺(tái)期，電池電壓并不能 反映整個(gè)電池組內(nèi)電池性能參數(shù)的真實(shí)差異，相同電壓值的電池單體的荷電狀態(tài)差異值 可以達(dá)到60％。同時(shí)電池外電壓受內(nèi)部參數(shù)和外部使用條件的影響，會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)。 因此，基于電池外電壓的均衡策略并不適用于液態(tài)金屬電池組。

目前基于電池SoC的均衡策略選用的均衡判據(jù)為單體電池SoC值，能夠較好地反應(yīng)電池組內(nèi)電池性能參數(shù)的真實(shí)差異，通過選取電池組SoC平均值SoCavg作為均衡的目 標(biāo)，確定均衡控制范圍，并對(duì)SoC值在均衡控制范圍外的單體電池進(jìn)行充電和放電的處 理，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的均衡控制。但該策略均衡效率低，決策劃分均衡控制范圍的維 度少導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度低和動(dòng)態(tài)品質(zhì)差，均衡電流在電池內(nèi)阻的能量損耗大，均衡電 路安全性低。

發(fā)明內(nèi)容