CN109738802A - 一种车载储能系统的联合监管系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种车载储能系统的联合监管系统及方法。其中，系统包括：列车电池监控平台，根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将状态报文数据发送至电池分析云计算中心；电池分析云计算中心，根据接收到的状态报文数据，对车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定车载储能系统的维护管理策略。通过将列车电池监控平台和电池分析云计算中心组成大数据平台，实现对车载储能系统全方位的监控、动态评估和安全预警，为车载储能系统提供定期维护提供数据依据，增强车载储能系统全寿命周期内的可追溯性，保证车载储能系统安全高效的运行。

Description

一种车载储能系统的联合监管系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种车载储能系统的联合监管系统及方法。

背景技术

由于人们所需的能源都具有很强的时间性和空间性，为了合理利用能源并提高能量的利用率，需要使用储能元件，把一段时期内暂时不用的多于能量通过某种方式收集并存储起来，在使用高峰时再提取使用，或者运往能量紧缺的地方再使用，这种方法就是能量存储。通常，将由多个储能元件组成的系统，称为储能系统。

从新兴储能元件在轨道交通领域的应用趋势来看，发展大容量、高功率、高电压和高可靠性的储能系统是未来的方向。相比于已经进入商业化阶段的电动汽车领域的储能系统的应用模式，应用于轨道交通领域的储能系统对储能元件在严苛环境下的高效性和安全性提出了更高的要求，这就要求在储能系统的监管方面需要更高冗余度和可靠性。

对储能系统进行监管即对储能系统中的各储能元件的状态进行监控、评估及预警。为了对储能系统进行监管，现有技术中的一种做法是使用电池监管系统(BatteryManagement System，简称BMS)对储能系统进行监管。为了准确对储能系统进行监管，需要采集并存储大量的储能元件的相关数据并进行大量计算，然而，BMS受限于成本、体积和可靠性等方面的要求，难以满足对储能系统进行监管的高冗余度和可靠性需求。

现有技术中的另一种做法是将BMS与位于机房的服务器中的后台离线平台配合使用，通过后台离线平台的实时数据存储和大量离线计算功能来弥补BMS的不足。即，在储能系统上加装GPRS数据通讯终端，将BMS采集到的储能系统的所有相关数据进行缓存，然后上传至后台离线平台，以通过后台离线平台存储这些相关数据并进行计算，从而实现对储能系统的监管。然而，随着储能系统在轨道交通领域的推广和应用规模的扩大，对GPRS数据通讯终端的缓存大小提出了较高的要求，也对后台离线平台的存储和数据运算造成了较大压力。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供一种车载储能系统的联合监管系统及方法。

第一方面，本发明实施例提供一种车载储能系统的联合监管系统，包括：

列车电池监控平台和电池分析云计算中心；其中，

所述列车电池监控平台，用于根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至所述电池分析云计算中心；

所述电池分析云计算中心，用于根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略。

第二方面，本发明实施例提供一种基于第一方面所述的车载储能系统的联合监管系统的联合监管方法，包括：

通过列车电池监控平台，根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至电池分析云计算中心；

通过所述电池分析云计算中心，根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略。

本发明实施例提供的一种车载储能系统的联合监管系统及方法，通过将列车电池监控平台和电池分析云计算中心组成大数据平台，能够基于数据平台互联互通技术，实现对车载储能系统全方位、长时间尺度以及全生命周期的在线离线监控、动态评估和安全预警等功能，为车载储能系统提供定期维护提供数据依据，增强车载储能系统全寿命周期内的可追溯性，保证车载储能系统安全高效的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种车载储能系统的联合监管系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的一种车载储能系统的联合监管系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种车载储能系统的联合监管方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的一种车载储能系统的联合监管系统的结构示意图，如图1所示，该联合监管系统包括：

列车电池监控平台101和电池分析云计算中心102；其中，

所述列车电池监控平台101，用于根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至所述电池分析云计算中心102。

具体地，车载储能系统即位于列车上的储能系统，联合监管系统为对车载储能系统进行监控和管理的系统。

联合监管系统包括列车电池监控平台101和电池分析云计算中心102，其中，列车电池监控平台101，可以通过无线传输的方式，获取车载储能系统的状态报文数据，需要说明的是，状态报文数据指的是车载储能系统中储能元件的关键数据，为了描述方便，此处及下文都将车载储能系统选定为电池储能系统，储能元件即为电池。对于电池来说，其关键数据包括：电压、电流、温度和SOC等等。

进一步地，列车电池监控平台101可以根据上述状态报文数据，对车载储能系统的实时运行状态进行监控，即，判定车载储能系统运行是否异常，并将监控结果进行展示和通知，需要说明的是，监控结果为正常运行或运行异常，并且，当运行异常时，运行异常结果中还可携带有异常指标。列车电池监控平台101可以将监控结果进行展示和通知，以供监管人员及时发现和处理故障，需要说明的是，通知指的是利用邮箱、短信、公众号和APP等移动互联网技术为监控人员下发通知消息。

所述电池分析云计算中心102，用于根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略。

具体地，电池分析云计算中心102为能够提供云计算服务的平台，电池分析云计算中心102能够从列车电池监控平台101处获取车载储能系统的状态报文数据，并根据的状态报文数据对车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定车载储能系统的维护管理策略。

需要说明的是，列车电池监控平台101，是对车载储能系统的实时运行状态进行监控，而电池分析云计算中心102，是对车载储能系统的健康状态进行评估，可以理解的是，实时运行状态指的是某一时刻系统的运行状态，根据该时刻系统的实时运行状态即可获知，而健康状态指的是系统是否正常或异常，通常是根据一段时间内的系统的历史运行数据所获知。

进一步地，若电池分析云计算中心102对车载储能系统的健康状态进行评估得到的评估结果是系统异常，则根据评估结果，制定车载储能系统的维护管理策略，以通过维护管理策略，对车载储能系统进行维护管理。

本发明实施例提供的联合监管系统，通过将列车电池监控平台和电池分析云计算中心组成大数据平台，能够基于数据平台互联互通技术，实现对车载储能系统全方位、长时间尺度以及全生命周期的在线离线监控、动态评估和安全预警等功能，为车载储能系统提供定期维护提供数据依据，增强车载储能系统全寿命周期内的可追溯性，保证车载储能系统安全高效的运行。

在上述各实施例的基础上，所述电池分析云计算中心，还用于将评估结果发送至所述列车电池监控平台；相应地，

所述列车电池监控平台，还用于将评估结果进行展示和通知。

可以理解的是，电池分析云计算中心，根据接收到的所述状态报文数据，对车载储能系统的健康状态进行评估后，还可将评估结果发送至列车电池监控平台，以供列车电池监控平台将评估结果进行展示和通知。需要说明的是，关于评估结果、展示和通知已在上述实施例中进行说明，此处不再赘述。

在上述各实施例的基础上，联合监管系统还包括：

维护管理设备，用于对所述车载储能系统进行维护管理；相应地，

所述电池分析云计算中心，还用于将所述管理策略通过所述列车电池监控平台发送至所述维护管理设备，以使得所述维护管理设备通过执行所述管理策略，对所述车载储能系统进行维护管理。

在上述各实施例的基础上，联合监管系统还包括：

电池信息化服务平台，分别与所述列车电池监控平台和电池分析云计算中心电连接，用于提供外部数据接口。

具体地，电池信息化服务平台主要实现对其他平台或企业用户提供信息化的接口服务，用于http、web service、SOA等接口规范。电池信息化服务平台提供安全的用户认证和数据授权管理，对每包数据都进行数据标签和数据加密功能，并且数据密钥动态刷新，数据传输采用安全的https传输方式。电池信息化服务平台为用户提供数据审计功能，统计用户的日数据访问量，月数据访问量和基于车辆的数据访问统计。对数据进行级别划分，针对不同级别进行数据流量月套餐限制和并发访问限制。

在上述各实施例的基础上，所述列车电池监控平台，包括：

数据存储模块和监控运营模块；其中，

所述数据存储模块，用于存储所述车载储能系统的实时状态数据和历史运行数据。

具体地，数据存储模块包括：

实时状态单元，用于存储车载储能系统的实时状态数据，包括：电池的总电压、总电流、SOC、最高单体电压、最低单体电压、最高温度、最低温度、最高单体电压位置、最低单体电压位置、最高温度位置、最低温度位置、电池单体电压、监测点温度和绝缘检测电阻等。实时状态数据刷新频率为1秒一次。

历史运行数据单元，用于将车载储能系统在预设时间段内的实时状态数据作为历史运行数据进行存储。历史运行数据主要是对车载储能系统实时数据进行存储和分析。历史运行数据的存储周期为连续数据(热数据)存储1天，1天以上数据以文件形式存储原始数据，三个月以上数据根据特征存储部分数据。

所述监控运营模块，用于获取所述数据存储模块中存储的实时状态数据，并根据所述实时状态数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述实时状态数据和所述历史运行数据发送至所述电池分析云计算中心。

监控运营模块，包括：

实时监控单元，用于获取数据存储模块中存储的实时状态数据，并根据实时状态数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并生成监控结果。

展示单元，用于将接收到的监控结果进行展示；

所述通知单元，用于根据接收到的监控结果，生成通知消息并下发；

协议网关单元，用于传送数据。

在上述各实施例的基础上，所述电池分析云计算中心，包括：

短期尺度评估模块、中长期尺度评估模块和维护管理策略制定模块；其中，

所述短期尺度评估模块，用于获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的实时状态数据，并根据所述实时状态数据和列车运行工况数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估。

具体地，短期尺度评估模块主要以车载储能系统的实时状态数据为基础，一方面作为列车电池监控平台的远程备份，实时给出车载储能系统的故障信号，并根据车载储能系统运行的工况，分析出异常的特征点，用于温度及SOP的控制；另一方面在10min的时间尺度内提取出能够简化表征车载储能系统运行的特征参数，以此特征参数为基础，采用离群点检测方法来快速检测车载储能系统中的异常电池、为车载储能系统提供预警信息。

离群点检测方法可对数据进行实时或在线的分析，快速检测车载储能系统的异常；基于特征量数据统计方法，通过对车载储能系统的直观参数(如最高、最低电压以及对应电池单体编号，电池组最大压差等参数)进行统计计量，得出车载储能系统的异常状态。

所述中长期尺度评估预警模块，用于获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的历史运行数据，并根据所述历史运行数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估预警。

中长期尺度评估预警模块则基于车载储能系统长期运行的历史运行数据，主要关注电池的健康状态和电池组参数的一致性问题，根据前期研究所得的电池组一致性演变模型等，完成远程SOC修正工作，建立相应的预警机制，不仅可以根据定义不同预警级别来对车载储能系统预警。

SOC修正模块：基于车载储能系统的初始状态数据及历史运行数据，估算电池容量及SOC不一致性，校正列车电池监控平台中的SOC值，并每天将数据返回给列车电池监控平台进行SOC修正。

SOH评估模块：基于历史运行数据采用支持向量回归的方法建立电池的衰退模型和电池组一致性演变模型，用于跟踪和预测车载储能系统的参数和安全运行状态。

所述维护管理策略制定模块，用于根据所述短期尺度评估模块的评估预警结果和/或所述中长期尺度评估预警模块的评估预警结果，制定维护管理策略。

收集并分析上述模块反馈的系统异常状态和安全预警信息，对各信息进行分类分级，并给出相应的决策(保护决策、控制决策等)以保障车载储能系统安全高效运行和提供电池组维护的基本信息。

图2为本发明另一实施例提供的一种车载储能系统的联合监管系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：

列车电池监控平台、电池分析云计算中心、电池信息化服务平台、维护管理设备和新能源列车等，其中，列车电池监控平台负责接收新能源列车车载储能系统的状态报文数据并做基本的远程监控和保护动作，并将状态报文数据发送至电池分析云计算中心，以使得电池分析云计算中心根据接收到的状态报文数据，对车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定车载储能系统的维护管理策略。同时，车载储能系统还能够对电池分析计算中心给出的维护管理策略发送给维护管理设备，以使得维护管理设备对新能源列车的车载储能系统进行维护管理。电池信息化服务平台完成对外的接口数据管理。

图3为本发明实施例提供的一种车载储能系统的联合监管方法流程图，如图3所示，该方法包括：

步骤301，通过列车电池监控平台，根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至电池分析云计算中心；

步骤302，通过所述电池分析云计算中心，根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略。

本发明实施例提供的方法，具体通过执行上述各系统实施例所提供的模块进行执行，具体请详见上述各系统实施例的内容，此处不再赘述。本发明实施例提供的方法，通过将列车电池监控平台和电池分析云计算中心组成大数据平台，能够基于数据平台互联互通技术，实现对车载储能系统全方位、长时间尺度以及全生命周期的在线离线监控、动态评估和安全预警等功能，为车载储能系统提供定期维护提供数据依据，增强车载储能系统全寿命周期内的可追溯性，保证车载储能系统安全高效的运行。

在上述各实施例的基础上，所述通过列车电池监控平台，根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至电池分析云计算中心，包括：

通过数据存储模块，存储所述车载储能系统的实时状态数据和历史运行数据；

通过监控运营模块，获取所述数据存储模块中存储的实时状态数据，并根据所述实时状态数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述实时状态数据和所述历史运行数据发送至所述电池分析云计算中心。

在上述各实施例的基础上，所述通过所述电池分析云计算中心，根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略，包括：

通过短期尺度评估模块，获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的实时状态数据，并根据所述实时状态数据和列车运行工况，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

通过中长期尺度评估模块，用于获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的历史运行数据，并根据所述历史运行数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

通过维护管理策略制定模块，根据所述短期尺度评估模块的评估结果和/或所述中长期尺度评估模块的评估结果，制定维护管理策略。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车载储能系统的联合监管系统，其特征在于，包括：

列车电池监控平台和电池分析云计算中心；其中，

所述列车电池监控平台，用于根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至所述电池分析云计算中心；

所述电池分析云计算中心，用于根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略。

2.据权利要求1所述的联合监管系统，其特征在于，所述电池分析云计算中心，还用于将评估结果发送至所述列车电池监控平台；相应地，

所述列车电池监控平台，还用于将评估结果进行展示和通知。

3.根据权利要求1所述的联合监管系统，其特征在于，还包括：

维护管理设备，用于对所述车载储能系统进行维护管理；相应地，

所述电池分析云计算中心，还用于将所述管理策略通过所述列车电池监控平台发送至所述维护管理设备，以使得所述维护管理设备通过执行所述管理策略，对所述车载储能系统进行维护管理。

4.根据权利要求1所述的联合监管系统，其特征在于，还包括：

电池信息化服务平台，分别与所述列车电池监控平台和电池分析云计算中心电连接，用于提供外部数据接口。

5.根据权利要求1所述的联合监管系统，其特征在于，所述列车电池监控平台，包括：

数据存储模块和监控运营模块；其中，

所述数据存储模块，用于存储所述车载储能系统的实时状态数据和历史运行数据；

所述监控运营模块，用于获取所述数据存储模块中存储的实时状态数据，并根据所述实时状态数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述实时状态数据和所述历史运行数据发送至所述电池分析云计算中心。

6.根据权利要求5所述的联合监管系统，其特征在于，所述电池分析云计算中心，包括：

短期尺度评估模块、中长期尺度评估模块和维护管理策略制定模块；其中，

所述短期尺度评估模块，用于获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的实时状态数据，并根据所述实时状态数据和列车运行工况数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

所述中长期尺度评估模块，用于获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的历史运行数据，并根据所述历史运行数据和所述车载储能系统的初始状态数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

所述维护管理策略制定模块，用于根据所述短期尺度评估模块的评估结果和/或所述中长期尺度评估模块的评估结果，制定维护管理策略。

7.根据权利要求6所述的联合监管系统，其特征在于，所述短期尺度评估模块，包括：

离群点检测单元，用于基于离群点检测算法，根据所述实时状态数据和列车运行工况数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

特征量数据统计单元，用于基于特征量数据统计算法，根据所述实时状态数据和列车运行工况数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的车载储能系统的联合监管系统的联合监管方法，其特征在于，包括：

通过列车电池监控平台，根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至电池分析云计算中心；

通过所述电池分析云计算中心，根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过列车电池监控平台，根据获取到的车载储能系统的状态报文数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述状态报文数据发送至电池分析云计算中心，包括：

通过数据存储模块，存储所述车载储能系统的实时状态数据和历史运行数据；

通过监控运营模块，获取所述数据存储模块中存储的实时状态数据，并根据所述实时状态数据，对所述车载储能系统的实时运行状态进行监控，并将监控结果进行展示和通知，并将所述实时状态数据和所述历史运行数据发送至所述电池分析云计算中心。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述通过所述电池分析云计算中心，根据接收到的所述状态报文数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估，并根据评估结果制定所述车载储能系统的维护管理策略，包括：

通过短期尺度评估模块，获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的实时状态数据，并根据所述实时状态数据和列车运行工况，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

通过中长期尺度评估模块，用于获取所述数据存储模块中存储的所述车载储能系统的历史运行数据，并根据所述历史运行数据，对所述车载储能系统的健康状态进行评估；

通过维护管理策略制定模块，根据所述短期尺度评估模块的评估结果和/或所述中长期尺度评估模块的评估结果，制定维护管理策略。