一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统及方法，属于电池管理技术领域，本发明专利技术通过云计算提高计算能力和数据存储能力，借助物联网，所有与电池相关的数据都将被测量并无缝传输到云中，从而建立了电池系统的数字孪生系统，电池状态检测算法将在该系统时刻估算电池荷电状态和评估健康状态。随着基于云平台的荷电状态和健康状态估计方法的开发，可探索基于等效电路模型的电池系统在数字孪生系统中的应用。而且，基于电池的数字孪生系统也可通过区块链溯源电池材料、结构设计以及使用过程中的不足，为构建电池的材料基因图谱和电池控制算法的研究提供参考，实现了数据的闭环姿态，有助于实现快速的实现电池的分类重组。分类重组。分类重组。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统及方法


[0001]本专利技术属于电池管理
，具体涉及一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统及方法。

技术介绍

[0002]BMS电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)俗称电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
[0003]BMS电池管理系统单元包括BMS电池管理系统、控制模组、显示模组、无线通信模组、电气设备、用于为电气设备供电的电池组以及用于采集电池组的电池信息的采集模组，BMS电池管理系统通过通信接口分别与无线通信模组及显示模组连接，所述采集模组的输出端与BMS电池管理系统的输入端连接，所述BMS电池管理系统的输出端与控制模组的输入端连接，所述控制模组分别与电池组及电气设备连接，BMS电池管理系统通过无线通信模块与Server服务器端连接。
[0004]电池管理系统(BMS)在电动汽车上的应用可追溯到丰田HEV车型上对镍氢电池的管理。与管理锂电池不同由于镍氢电池具有一致性高、安全性好、且单体电压偏低(1.0
‑
1.7V)的特点，所以镍氢电池的BMS通常不需要均衡功能，不需要控制接触器，也不需要对每节电池进行电压采集(可6节电池串联作为一个整体进行电压监控)。虽然镍氢电池BMS硬件功能相对简单，但由于镍氢电池的记忆效应以及电压外特性与SOC对应关系复杂，所以难点在于如何估算SOC以及如何控制和调整充放电区间，避免电池迅速衰减。随着锂电池技术的应用，动力电池系统能量密度更高，容量更大，运行时间更长，对BMS的功能也提出了新的要求。从拓扑架构上看BMS根据不同项目需求分为了集中式(Centralized)和分布式(Distributed)两类。
[0005]然而，随着电池单元数量和算法复杂度的增加，车载BMS在基于模型的算法对电池状态进行精确估计和预测时，面临着计算能力和数据存储方面的问题。此外，基于电池组历史运行数据的老化预测和策略优化等新功能很难在设备上实现。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的问题，本专利技术提出一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统及方法，能够对电池状态进行精确估计和预测，提高了计算能力和数据存储能力，并且能够进行老化预测和策略优化，增强了电池系统的安全性、可靠性和性能。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术提供了一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统，其特征在于，包括云平台，所述云平台通过物联网与电池系统通信连接，且所述云平台通过区块链溯源电池系统的相关信息，所述云平台包括数字孪生模块和电池状态估算模块，所述数字孪生模块基于等效电路模型建立与电池系统特征相一致的虚拟电池模型，所述数字孪生模块用于获取电池系统的传感器的测量数据，并可视化电池系统的每个电池的
内部状态，并通过所述电池状态估算模块基于JADE算法对电池系统的状态进行预测与评估。
[0008]进一步地，所述云平台包括云端数据和本地数据，所述云端数据包括电池系统的历史数据、机器学习、混合智能、剩余寿命和健康云诊断；所述本地数据包括电池模型、电池循环和电池状态估算，并且所述云端数据和所述本地数据还包括远程运维、能量优化、智能充电、云端平衡和SOX估算。
[0009]本专利技术还提供了一种云电池管理方法，采用上述的系统，包括：
[0010]1)基于等效电路模型建立与电池系统特征相一致的虚拟电池模型构建数字孪生模块，基于JADE算法构建电池状态估算模块，数字孪生模块和电池状态估算模块构建形成数字孪生模型；
[0011]2)基于数字孪生模型进行电池状态估计和可用性预测；
[0012]3)基于数字孪生模型的电池状态评估；
[0013]4)若评估结果满足要求，则进行电池状态输出；若评估结果不满足要求，则返回步骤2)。
[0014]进一步地，所述JADE算法采用“DE/current
‑
to
‑
pbest/1”变异策略，优化轮廓，变异后的个体v
i
由个体x
i
和与其有联系的变异因子F
i
共同生成，将产生的子代个体收敛到全局最优值。
[0015]进一步地，所述JADE算法对产生的初始粒子进行如下操作：
[0016][0017]其中，是产生变异后的粒子，x
i,g
是当前产生的粒子，F
i
是变异因子，是当代个体中随机选取的前100p％的个体，p∈(0,1]，g是粒子当前代数，x
r1,g
和x
r2,g
是从当前未变异的个体中随机选择的个体，r1,r2∈rand(0,1)。
[0018]进一步地，所述JADE算法采用外部集合A存放被子代淘汰下来的父代个体，原有个体数量P仍然保持不变，按照子代优于父代就用子代取代父代，在带有外部集合A的情况下的种群更新策略为：
[0019][0020]这里，x
i,g
、x
r1,g
和都是用同样的方式从种群P中选择的个体，而则是从当前个体集合和淘汰父代集合P∪A中随机选择。
[0021]进一步地，所述JADE算法对集合A的操作包括：首先设置为空集，然后为集合A设置一个计数标志，当个体每一次进化完成后，就把那些淘汰下来的父代个体存放到集合A当中，存放进去一个个体，就增加一次计数标志，当集合A超过设定的阈值时，也就是集合A存满了个体后，就随机从集合A中删除一些粒子，以保证接下来能够继续存放个体，完成更新。
[0022]进一步地，所述JADE算法的交叉因子的自适应更新包括：
[0023]在每一代g中，每一个个体x
i
的交叉因子CR
i
都是独立生成的，根据平均值为μ
CR
，标准差为0.1的正态分布生成：
[0024]CR
i
＝randn
i
(μ
CR
,0.1)
[0025]将CR
i
限制在区间[0，1]内，其中第g代中进化成功的交叉因子的集合为S
CR
，式中的
平均值μ
CR
在初始时设置为0.5，在每一代结束时按照下面的公式更新：
[0026]μ
CR
＝(1
‑
c)
·
μ
CR
+c
·
mean
A
(S
CR
)
[0027]其中，c是0到1之间的常数，通常设置为0.5，mean
A
是算术平均值。
[0028]进一步地，所述JADE算法的变异因子的自适应更新包括：
[0029]在每一代g中，每一个个体的变异因子F
i
也是独立生成的，根据位置参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统，其特征在于，包括云平台，所述云平台通过物联网与电池系统通信连接，且所述云平台通过区块链溯源电池系统的相关信息，所述云平台包括数字孪生模块和电池状态估算模块，所述数字孪生模块基于等效电路模型建立与电池系统特征相一致的虚拟电池模型，所述数字孪生模块用于获取电池系统的传感器的测量数据，并可视化电池系统的每个电池的内部状态，并通过所述电池状态估算模块基于JADE算法对电池系统的状态进行预测与评估。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统，其特征在于，所述云平台包括云端数据和本地数据，所述云端数据包括电池系统的历史数据、机器学习、混合智能、剩余寿命和健康云诊断；所述本地数据包括电池模型、电池循环和电池状态估算，并且所述云端数据和所述本地数据还包括远程运维、能量优化、智能充电、云端平衡和SOX估算。3.一种云电池管理方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的一种基于数字孪生和区块链技术的云电池管理系统，包括：1)基于等效电路模型建立与电池系统特征相一致的虚拟电池模型构建数字孪生模块，基于JADE算法构建电池状态估算模块，数字孪生模块和电池状态估算模块构建形成数字孪生模型；2)基于数字孪生模型进行电池状态估计和可用性预测；3)基于数字孪生模型的电池状态评估；4)若评估结果满足要求，则进行电池状态输出；若评估结果不满足要求，则返回步骤2)。4.根据权利要求3所述的一种云电池管理方法，其特征在于，所述JADE算法采用“DE/current
‑
to
‑
pbest/1”变异策略，优化轮廓，变异后的个体v
i
由个体x
i
和与其有联系的变异因子F
i
共同生成，将产生的子代个体收敛到全局最优值。5.根据权利要求3所述的一种云电池管理方法，其特征在于，所述JADE算法对产生的初始粒子进行如下操作：其中，是产生变异后的粒子，x
i,g
是当前产生的粒子，F
i
是变异因子，是当代个体中随机选取的前100p％的个体，p∈(0,1]，g是粒子当前代数，x
r1,g
和x
r2,g
是从当前未变异的个体中随机选择的个体，r1,r2∈rand(0,1)。6.根据权利要求3所述的一种云电池管理方法，其特征在于，所述JADE算法采用外部集合A存放被子代淘汰下来的父代个体，原有个体数量P仍然保持不变，按照子代优于父代就用子代取代父代，在带有外部集合A的情况下的种群更新策略为：这里，x
i,g
、x
r1,g
和都是用同样的方式从种群P中选择的个体，而则是从当前个体集合和淘汰父代集合P∪A中随机选择。7.根据权利要求6所述的一种云电池管理方法，其特征在于，所述JADE算法对集合A的操作包括：首先设置为空集，然后为集合A...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯伟，张艳辉，杨之乐，周俊锋，郭媛君，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：