[發明專利]一種應用數字孿生技術的電池熱管理方法

有效

• 申請號: 202111175222.3
• 申請日: 2021-10-09
• 公開（公告）號: CN113895309B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 熊瑞;李幸港;李正陽;楊瑞鑫;孫逢春
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B60L58/24
• 分類號: B60L58/24;B60L58/10;G06F30/27
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 楊帥峰;岳東升

本發明提供了一種應用數字孿生技術的電池熱管理方法，其首先對于相同的電池組系統車輛產品選取小部分作為特征車輛，并在其電池組內部布置多點溫度傳感器進行信息采集；特征車輛輸將電池組電壓、電流以及各類溫度信息數據上傳至云端大數據平臺；云端平臺構建該電池組產品的數字孿生模型；并將構建完畢的模型通過車?云通信技術下達到車端，客戶車輛基于該模型，結合電池管理從控系統采集的特征信號進行本車輛的電池組溫度場還原，在對熱場監控的同時進而優化當前熱場控制策略，實現了電池組的高精度實時熱管理。

技術領域

本發明屬于動力電池熱管理技術領域，尤其涉及一種針對各載運裝備與儲能系統應用數字孿生技術實現電池熱管理的方法。

背景技術

傳統動力電池組熱管理系統多針對動力電池組進行統一散熱管理，雖然一些現有技術在前期結構優化設計中考慮了熱場不均勻性，但在電池熱管理系統管控策略的制定中，針對實車工況中出現的熱場不均勻性及對應的動態優化管理方法仍缺乏考慮，使得熱管理系統無法實時有效的對電池組進行高精度的溫度場控制，從而可能加劇電池組不一致性的老化，減緩電池組的壽命。另外，局部異常產熱也會給車輛帶來熱失控的風險。然而，實時獲取整個電池組的溫度場分布是對其進行動態優化監控與管理的前提，但在實際應用中難以對電池組中的每支電池單體進行單獨的溫度測量，對整個電池組的熱管理也造成了一定阻礙。

發明內容

針對上述本領域中所存在的技術問題，本發明提供了一種應用數字孿生技術的電池熱管理方法，具體包括以下步驟：

步驟S1、選取采用了相同電池組系統的車輛作為特征車輛，在所述特征車輛中均布置多個溫度傳感器；

步驟S2、采集特征車輛電池組的電壓、電流、溫度等特征數據上傳至云端平臺；

步驟S3、云端平臺利用上傳的特征車輛電池組的特征數據，構建用于電池組熱管理的數字孿生模型，并將數字孿生模型下發至采用相同電池組的客戶車輛車載端；

步驟S4、客戶車輛在車載端主控制系統運行所述數字孿生模型，結合由電池管理從控制系統采集的電池組特征數據，還原出本車的電池組溫度場；

步驟S5、電池管理從控制系統針對還原出的電池組溫度場提供優化控制策略，并與具有可變流道的熱管理系統相配合，對電池組實現實時熱管理。

進一步地，所述步驟S1具體包括在所述特征車輛的電池組內部各電池單體之間及其他關鍵位置設置溫度傳感器，確保每個電池單體的溫度、所處環境溫度、電壓以及電流信息均能夠得到采集；

進一步地，所述步驟S3具體包括：

步驟S301、云端平臺接收特征車輛上傳的實車運行數據，先進行數據清洗處理，剔除無效數據與故障數據；

步驟S302、從數據清洗后的數據中提取出電池組特征數據，拋棄其中的冗余數據后將剩余的作為模型輸入，將各電池單體溫度作為模型輸出，搭建基于神經網絡的數字孿生模型；

步驟S303、將剩余數據中的70％的作為數字孿生模型的訓練數據，另外30％的數據作為驗證數據，對神經網絡進行訓練；將訓練好的數字孿生模型下發至采用相同電池組的客戶車輛車載端。

進一步地，所述數字孿生模型具體建立過程包括依次執行：

步驟a、基于離線試驗獲取特征車輛開啟冷卻系統且電池組無電流負載、不同環境溫度下的穩態溫度；

步驟b、利用上傳至云端平臺的特征車輛電池組在不同環境溫度與工況下的溫度、電流、電壓數據，結合該類型電池單體的OCV-SOC曲線以及熵熱系數，建立生熱模型計算各電池單體的生熱量；

步驟c、以電池組生熱量、穩態溫度、SOC值以及某個電池組某外部測量點溫度值作為模型輸入，電池組包括內部多個點在內的其余位置溫度為模型輸出，建立電池組內部溫度估計BP神經網絡模型；