一种动力电池全生命周期远程监控系统的制作方法

本发明属于电池检测，特别是涉及一种动力电池全生命周期远程监控系统。

背景技术：

1、近年来，为应对传统化石燃料枯竭和环境恶化等问题，动力电池被广泛应用于新能源汽车、航空航天、电网以及储能等领域。动力电池的老化程度极大地影响其供电设施的工作性能，若不能及时了解电池老化程度，电动汽车和储能设施将无法正常运行。受限于现有技术，难以直接测量在役的动力电池老化程度，因此建立准确的电池健康、rul预测机制对于电池管理和梯次利用尤为重要。现阶段较为常用的方法是建立模型来描述电池的老化行为。

2、物理模型和经验模型是现阶段两种主要的描述电池老化行为的方法，其均是通过数学语言描述电池的物理、化学或者数理关系建立电池容量、内阻或其他能表达电池特性的参数表达式；现有对电池rul的预测方法多集中于对在役电池的预测，鲜有预测退役动力电池的rul相关的文献，为实现电池剩余价值的最大化利用，本文提出了针对动力电池全生命周期远程监控系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种动力电池全生命周期远程监控系统，通过训练生命周期监控模型训练，表征电池容量与充放循环关系的多系数模型，利用多组电池容量衰减数据验证该模型的表征能力，实现对车用动力电池全生命周期的寿命预测，解决了现有的在役动力电池老化程度难以直接测量的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明为一种动力电池全生命周期远程监控系统，包括电动汽车和物联网平台；所述电动汽车通过无线网络或4g/5g通信接口与物联网平台通讯连接；所述电动汽车内置有动力电池和t-box模块；所述动力电池包括pack主控模块、电池数据采集模块、rfid标签、gps模块和报警模块；所述pack主控模块分别与电池数据采集模块、rfid标签、rfid阅读器、gps模块和报警模块电性连接；所述电池采集模块通过can总线通信模块与t-box模块电性连接；所述物联网平台包括监控主机、服务器和报警模块；所述服务器内置有生命周期监控模型。

4、作为一种优选的技术方案，所述rfid标签及rfid阅读器安装在电池模组及pack主控制模块的指定位置，所述电芯数据采集模块包括多个电压传感器、电流传感器、温度传感器和计数器，电压传感器、电流传感器和温度传感器用于实时采集电池模组的电压、电流和温度数据，计数器用于记录电池模组的使用时间，所述电芯数据采集模块和rfid标签上标注的id数据信息通过can总线通信模块统一汇总给pack主控制模块；所述t-box模块是基于android操作系统的带通讯功能的盒子，内置sim卡，并有gps天线和4g天线配套硬件，有pin脚接口与bms内部can建立数据通讯；t-box再将车辆位置信息、运动轨迹和电池电压、电流、故障、温度和soc数据通过网络传回物联网监控平台，经过物联网平台处理再显示在手机app或者wap客户终端。

5、作为一种优选的技术方案，所述pack主控制模块包含soc估算单元、电流电压检测单元、温度控制单元、充放电控制单元、绝缘检测单元、故障分析与在线报警单元和均衡单元；所述gps模块用于记录pack实时位置信息，所述电芯数据采集模块、can总线通信模块、t-box模块、gps模块与pack主控制模块连接，所述pack主控制模块通过gprs模块与监控主机及服务器无线通信连接，所述rfid阅读器与监控主机及服务器通信连接，所述pack主控制模块信息通过t-box模块及gprs模块与物联网监控平台及移动终端app连接实时查看动力电池运行数据。

6、作为一种优选的技术方案，所述服务器包括电池信息数据库、生命周期监控模型和网络服务模块，所述服务器与互联网连接，在互联网上经过授权可以通过特定服务入口查询该动力电池信息数据库；所述报警模块与pack主控制模块连接，根据pack主控制模块预设报警阈值信息发送报警信息给车主，同时通过t-box模块无线传输给移动终端app、监控主机及服务器，报警范围包括：电池性能指标不能维持规定范围阈值或超出电池有效使用寿命，报警并提示更换或回收退役电池或故障电池；所述监控主机及服务器定期给用户提供程序优化更新建议，用户通过移动终端app向监控主机及服务器反馈及请求，技术人员通过物联网监控后台与t-box的无线通讯给pack主控制模块进行远程软件程序更新。

7、作为一种优选的技术方案，所述生命周期监控模型训练流程如下：

8、步骤s1：将电池作为在役电池数据集对粒子滤波容量预测算法以及容量衰减模型进行验证，选取电池充放循环试验的前300次；

9、步骤s2：将电池的寿命衰减到为其正常寿命的1/3作为训练阶段；

10、步骤s3：后续阶段作为电池预测阶段并对比模型的滤波预测结果；

11、步骤s4：计算预测精度的检验标准定为预测误差和标准差；

12、步骤s5：向训练好的模型输入现有在役动力电池运行数据，输出电池量分布计算以及rul；

13、步骤s6：将结果向监控主机及服务器反馈，根据预设报警阈值信息发送报警信息给车主。

14、作为一种优选的技术方案，所述步骤s3中，利用相关系数r2与均方跟误差表征模型与容量衰减曲线之间的匹配度；量纲一的比值r2的计算方法如下：

15、

16、式中，ssr表示回归平方和，为预测数据与原始实验数据均值差值的平方和，sst表示总偏差平方和，为原始实验数据与数据均值差值的平方和；

17、其中，ssr和sst具体公式如下：

18、

19、式中，wi为每个预测点对应实际实验值的权重，为利用电池容量衰减模型中相应循环次数对应的预测值，为实测电池衰减量的平均值；yi为表征电池相应循环中的实测容量值。

20、作为一种优选的技术方案，所述相关系数r2的取值范围为[0，1]，当相关系数r2趋近于1时，表示模型变量越能合理解释原始数据，该模型的数据拟合结果置信程度越高，其表达式为：

21、

22、式中，为实测电池衰减量的平均值；yi为表征电池相应循环中的实测容量值。

23、作为一种优选的技术方案，所述步骤s5中，将测量的状态向量以及其当前的后验分布p(vn|q1:k)投射到所有可能的未来路径当中，每个容量的轨迹分布由相应的模型表达式计算，当前循环次数的容量分布计算以及rul期望值为：

24、

25、式中，vn为系统的真实状态；qk+1表示在k+1时刻的电池容量。

26、本发明具有以下有益效果：

27、本发明通过训练生命周期监控模型训练，表征电池容量与充放循环关系的多系数模型，利用多组电池容量衰减数据验证该模型的表征能力，实现对车用动力电池全生命周期的寿命预测，保证了供电设施的正常运作。

28、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种动力电池全生命周期远程监控系统，包括电动汽车和物联网平台，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述rfid标签及rfid阅读器安装在电池模组及pack主控制模块的指定位置，所述电芯数据采集模块包括多个电压传感器、电流传感器、温度传感器和计数器，电压传感器、电流传感器和温度传感器用于实时采集电池模组的电压、电流和温度数据，计数器用于记录电池模组的使用时间，所述电芯数据采集模块和rfid标签上标注的id数据信息通过can总线通信模块统一汇总给pack主控制模块；所述t-box模块是基于android操作系统的带通讯功能的盒子，内置sim卡，并有gps天线和4g天线配套硬件，有pin脚接口与bms内部can建立数据通讯；t-box再将车辆位置信息、运动轨迹和电池电压、电流、故障、温度和soc数据通过网络传回物联网监控平台，经过物联网平台处理再显示在手机app或者wap客户终端。

3.根据权利要求1所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述pack主控制模块包含soc估算单元、电流电压检测单元、温度控制单元、充放电控制单元、绝缘检测单元、故障分析与在线报警单元和均衡单元；所述gps模块用于记录pack实时位置信息，所述电芯数据采集模块、can总线通信模块、t-box模块、gps模块与pack主控制模块连接，所述pack主控制模块通过gprs模块与监控主机及服务器无线通信连接，所述rfid阅读器与监控主机及服务器通信连接，所述pack主控制模块信息通过t-box模块及gprs模块与物联网监控平台及移动终端app连接实时查看动力电池运行数据。

4.根据权利要求1所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述服务器包括电池信息数据库、生命周期监控模型和网络服务模块，所述服务器与互联网连接，在互联网上经过授权可以通过特定服务入口查询该动力电池信息数据库；所述报警模块与pack主控制模块连接，根据pack主控制模块预设报警阈值信息发送报警信息给车主，同时通过t-box模块无线传输给移动终端app、监控主机及服务器，报警范围包括：电池性能指标不能维持规定范围阈值或超出电池有效使用寿命，报警并提示更换或回收退役电池或故障电池；所述监控主机及服务器定期给用户提供程序优化更新建议，用户通过移动终端app向监控主机及服务器反馈及请求，技术人员通过物联网监控后台与t-box的无线通讯给pack主控制模块进行远程软件程序更新。

5.根据权利要求1所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述生命周期监控模型训练流程如下：

6.根据权利要求5所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述步骤s3中，利用相关系数r2与均方跟误差表征模型与容量衰减曲线之间的匹配度；量纲一的比值r2的计算方法如下：

7.根据权利要求6所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述相关系数r2的取值范围为[0，1]，当相关系数r2趋近于1时，表示模型变量越能合理解释原始数据，该模型的数据拟合结果置信程度越高，其表达式为：

8.根据权利要求5所述的一种动力电池全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述步骤s5中，将测量的状态向量以及其当前的后验分布p(vn|q1:k)投射到所有可能的未来路径当中，每个容量的轨迹分布由相应的模型表达式计算，当前循环次数的容量分布计算以及rul期望值为：

技术总结
本发明公开了一种动力电池全生命周期远程监控系统，涉及电池检测技术领域。本发明包括电动汽车和物联网平台；电动汽车通过无线网络或4G/5G通信接口与物联网平台通讯连接；电动汽车内置有动力电池和T‑BOX模块；动力电池包括Pack主控模块、电池数据采集模块、RFID标签、GPS模块和报警模块；物联网平台包括监控主机、服务器和报警模块；服务器内置有生命周期监控模型。本发明通过训练生命周期监控模型训练，表征电池容量与充放循环关系的多系数模型，利用多组电池容量衰减数据验证该模型的表征能力，实现对车用动力电池全生命周期的寿命预测，保证了供电设施的正常运作。

技术研发人员：朱斌麟,吴建立,潘俊,徐杰,陈贤丰
受保护的技术使用者：浙江天能动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16