CN114633663A - 基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，涉及动力电池领域，包括动力电池、电源模组、云端数据模块以及后台管理模块，动力电池和电源模组之间设有供电模块，云端数据模块、供电模块、电源模组均和后台管理模块之间相互电性连接，并且云端数据模块、供电模块、电源模组和后台管理模块之间均采用互联网进行数据收发，电源模组和供电模块均外置有辅助模块，电源模组和供电模块之间电性连接，电性连接中部增设有稳压系统和稳流系统，采用大数据和模块的集成化调整，提高了对动力电池的充电情况，可以对动力电池的SOC数据、动力电池本身的寿命等情况进行优化调整，避免在非稳定电源供电动力电池的时候导致动力电池寿命受损。

Description

基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，具体为基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统。

背景技术

根据中国专利“CN109001646A 动力电池模组检测设备”公开的一种动力电池模组检测设备，包括工控机、用于采集动力电池模组的数据信息且将采集的数据信息传输至工控机的采集模块以及与工控机为电连接的万用表、绝缘耐压仪和内阻测试仪。本发明的动力电池模组检测设备，能够快速对模组相关性能进行检测，提高模组的性能检测效率，降低检测难度，可有效地监测模组性能及安全状态，同时方便模组后续数据查询及追溯。

根据中国专利“CN103280854A 汽车动力电池充电系统及充电方法”公开的一种汽车动力电池安全充电系统及充电方法，所述汽车动力电池安全充电系统包括动力电池、充电器和电池管理器，所述动力电池包括多个电池组，每一个电池组包括至少一个电池单体；每一个电池组与所述充电器构成一充电回路，且每一个电池组与充电器之间连接一开关；所述电池管理器实时采集各电池单体的电压参数和温度参数，对这些参数进行处理，并根据处理结果控制所述开关的关闭以对选定的电池组进行充电或终止充电，也就是对电池组轮流充电，从而可以降低系统硬件环路电流，起到均衡充电、减小充电损耗的效果，增加了安全性。

根据中国专利“CN104505926A 一种动力电池组充电系统及充电方法”公开了动力电池组充电系统及充电方法，动力电池组充电系统包括电池管理系统、控制器、直流变换单元、整流滤波单元、充电开关、电量调节开关、双向直流变换器以及多个充放电开关；当控制器确定荷电状态值高于荷电状态平均值的动力电池组时，控制器控制电量调节开关导通，并同时控制荷电状态值高于荷电状态平均值的动力电池组所对应的充放电开关逐个导通向电量调节动力电池组进行放电，直至每一个荷电状态值高于荷电状态平均值的动力电池组达到荷电状态平均值；可以增加动力电池的使用寿命，充放电能耗小，显著地提高了动力电池的充电效率，缩短了动力电池的充电时间，同时具有高可靠性和安全性。

无论是上述专利还是现有的技术以及采用现有技术进行发展的动力电池供电的情况下都会出现如下问题：

1、在低温情况下，电池的活性降低，并且伴随着的是充电逻辑的变化，以及一系列理化特征的改变，而现有的供电系统无法根据这些情况进行改变适应；

2、现有的动力电池在被供电的情况下会出现持续性的大功率供电，导致在外接环境变化的过程中，对电池的监管是不到位的，诱发较为严重的风险；

动力电池目前的被供电状态下，在并网的短时间内，会对电网产生一定的冲击，而这类冲击会导致电网的稳定性受到了影响，影响并网状态下的其他设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，解决了以下问题：

1、在低温情况下，电池的活性降低，并且伴随着的是充电逻辑的变化，以及一系列理化特征的改变，而现有的供电系统无法根据这些情况进行改变适应；

2、现有的动力电池在被供电的情况下会出现持续性的大功率供电，导致在外接环境变化的过程中，对电池的监管是不到位的，诱发较为严重的风险；

3、动力电池目前的被供电状态下，在并网的短时间内，会对电网产生一定的冲击，而这类冲击会导致电网的稳定性受到了影响，影响并网状态下的其他设备。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，包括动力电池、电源模组、云端数据模块以及后台管理模块，

所述的动力电池和电源模组之间设有供电模块，所述云端数据模块、供电模块、电源模组均和后台管理模块之间相互电性连接，并且云端数据模块、供电模块、电源模组和后台管理模块之间均采用互联网进行数据收发；

所述电源模组和供电模块均外置有辅助模块；

所述电源模组和供电模块之间电性连接，电性连接中部增设有稳压系统和稳流系统。

优选的，所述供电模块集成有传感器，且传感器采用集成的电压、电流、容量、瓦时、充电功率、充电时效内的曲线一体化的传感器、集成数据芯片，且供电模块集成互联网数据传输模块，采用光纤网络传输信息，所述供电模块和电源模组的外接辅助模块均采用集成模块化安装。

优选的，所述电源模组和供电模块在低温环境下连接的辅助模组包括加热模块、储能模块，且加热模块采用动力电池配套加热装置，储能模块采用大型集成化储能装置。

优选的，所述电源模组在非稳定电源环境下连接的辅助模组包括储能模块，且储能模块采用大密度集成蓄能设备，且电源模组在该环境下内置有带电力并网装置，并网装置采用集成式变压系统接入市电电网。

优选的，所述供电模块内置有传感设备，云端数据模块传感数据分别通过互联网传输到充电设备、云端、电源模组和后台管理系统，且传感数据云端、电源模组和后台管理模块的数据同步保存数据库，数据库采用矩阵算法存储数据。

优选的，所述云端、电源模组和后台管理模块的数据采用Sigma点集读取数据，且采用Kalman增益矩阵进行数据的处理。

优选的，所述电源模组和供电模块在低温环境下的数据读取采用粒子群算法PSO优化处理并采用Elman回归预测模型计算。

优选的，所述流程包含如下步骤：

Sp1、动力电池进入供电模块所处的区域；

Sp2、动力电池连接供电模块，并且供电模块读取动力电池的特征信息，并读取环境信息，并上传至云端数据系统；

Sp3、电源模组开始供电，并且根据云端数据系统进行充电数据实时调整；

Sp4、对收集得到的大量数据进行模型处理预测，得到针对不同动力电池的充电预估算模型数据，并在后续充电中持续收集信息，并对数据进行频繁处理，持续优化模型；

Sp5、后续动力电池在充电的时候，采用优化后的数据模型进行调整充电，并持续运行Sp2-5的全部步骤。

有益效果

本发明提供了基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统。具备以下有益效果：

1、本发明采用大数据和模块的集成化调整，提高了对动力电池的充电情况，可以对动力电池的SOC数据、动力电池本身的寿命等情况进行优化调整，避免在非稳定电源供电动力电池的时候导致动力电池寿命受损，减少寿命期内的环保损耗，同时非稳定电源针对新能源电力，可以进一步提高动力电池对环境的友好，也可以提高整个市场对环保的提升。

2、本发明采用算法调节，可以避免在动力电池充电过程中，对同一电网区间中其他负载产生损伤，减少电网的波动性，采用大数据算法的情况下，可以明确的获取到充电的全部数据和动力电池充电状态下的全部数据，在长时间或者频繁充电的时候，可以在辅助模块中增加有对应的集成控制中心，将上述算法和软件注入控制系统之中，在云端获取大量的数据之后，利用大数据的鲁棒算法和矩阵算法模式，可以将根据供电数据进行调整，根据外部环境和前置的充电数据进行预调整，可以实现在充电的时候，根据前置获取到的电池信息、动力电池的充电曲线，将充电设备的功率和充电电压进行预调整，避免因为常规的稳压稳流充电对电池的损伤，提高动力电池实际的使用寿命，即使是现有的稳压稳流，在充电的过程中，由于电流电压维持在一定的数值，随着电池容量的变化，所需要的电压电流也会一直发生变化，因此还是需要进行电流电压的调整变化，采用大数据的数据库对充电设备进行数据矩阵分析，设备的自我学习，逐步的提高设备数据量，提高充电设备对动力电池供电的优化输出。

3、本发明利用地区大量的充电数据，得出动力电池在此类地区充电的数据和充电曲线，从而对动力电池的实时充电情况进行调整，避免因为低温导致动力电池快速衰减以及电池活性急剧下降的情况导致电池充电出现问题，影响效率，以及影响电池的使用寿命问题，保证电池的充电容量，提高电池在低温环境下的AH，低温环境下的动力电池被供电情况的数据信息均采用粒子群算法PSO优化Elman回归预测模型进行数据收集的判定，进一步缩短低温环境下的充电时间，提高电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的动力电池供电整体系统图；

图2为本发明的动力电池供电系统云图；

图3为本发明的动力电池供电电压和负载进入时间之间的关系坐标图；

图4为本发明的动力电池的电量和温度之间的关系；

图5为本发明的稳压部分电路。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

具体实施例一：

如图1-5，基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，包括动力电池、电源模组、云端数据模块以及后台管理模块，

的动力电池和电源模组之间设有供电模块，云端数据模块、供电模块、电源模组均和后台管理模块之间相互电性连接，并且云端数据模块、供电模块、电源模组和后台管理模块之间均采用互联网进行数据收发；

电源模组和供电模块均外置有辅助模块；

电源模组和供电模块之间电性连接，电性连接中部增设有稳压系统和稳流系统，供电模块集成有传感器，且传感器采用集成的电压、电流、容量、瓦时、充电功率、充电时效内的曲线一体化的传感器、集成数据芯片，且供电模块集成互联网数据传输模块，采用光纤网络传输信息，供电模块和电源模组的外接辅助模块均采用集成模块化安装，电源模组和供电模块在低温环境下连接的辅助模组包括加热模块、储能模块，且加热模块采用动力电池配套加热装置，储能模块采用大型集成化储能装置，电源模组在非稳定电源环境下连接的辅助模组包括储能模块，且储能模块采用大密度集成蓄能设备，且电源模组在该环境下内置有带电力并网装置，并网装置采用集成式变压系统接入市电电网，供电模块内置有传感设备，云端数据模块传感数据分别通过互联网传输到充电设备、云端、电源模组和后台管理系统，且传感数据云端、电源模组和后台管理模块的数据同步保存数据库，数据库采用矩阵算法存储数据，云端、电源模组和后台管理模块的数据采用Sigma点集读取数据，且采用Kalman增益矩阵进行数据的处理，电源模组和供电模块在低温环境下的数据读取采用粒子群算法PSO优化处理并采用Elman回归预测模型计算。

流程包含如下步骤：

Sp1、动力电池进入供电模块所处的区域；

Sp2、动力电池连接供电模块，并且供电模块读取动力电池的特征信息，并读取环境信息，并上传至云端数据系统；

Sp3、电源模组开始供电，并且根据云端数据系统进行充电数据实时调整；

Sp4、对收集得到的大量数据进行模型处理预测，得到针对不同动力电池的充电预估算模型数据，并在后续充电中持续收集信息，并对数据进行频繁处理，持续优化模型；

Sp5、后续动力电池在充电的时候，采用优化后的数据模型进行调整充电，并持续运行Sp2-5的全部步骤。

具体实施例二：

本实施例阐述的是基于非稳定的电路供电的整体系统流程，在动力电池被供电的过程中，由于本发明的前置条件就是在非稳定电源供电的情况下，而非稳定电源的直接来源就是在于风力电、光电等需要根据实际自然条件所得到的电力来源，由于这些电力来源的供电系统属于波动较大的供电，但是由于现在的社会发展中，会将这些不稳定电并入电网之中，在直接接入市电状态下的供电站或者充电站直接是没有问题的，本发明解决的是在充电站，或者是在农村发展的光伏电、风电系统下的供电系统，动力电池在此类场景下，接收的电就是不稳定且不可控的，本实施例阐述的是基于上述环境下的方案，属于本发明在动力电池被供电状态下的主体流程：

在动力电池供电的时候，大多数属于电动汽车为主，还附带有其他采用动力电池的设备，在充电枪直接接入动力电池充电位置的时候，充电枪位置增加了传感器，传感器采用集成的电压、电流、容量、瓦时、充电功率、充电时效内的曲线等一体化的传感器、集成数据芯片，此类芯片可以直接采购市场上现有的产品，安装在充电枪之中，并且充电枪上面集成互联网数据传输模块，如果是电动汽车充电，那么可以不采用互联网模块，在充电枪接入汽车的时候，直接将汽车动力电池内置传感器所读取的数据直接传输到该电网状态的控制中心之中，并将此类数据和动力电池的编号一一对应进行存储，由于动力电池现在的电池包都是具备独立编码的，因此数据也不会产生不确定性，如果是独立的动力电池充电，那么可以采用的就是在充电枪内置的互联网传输模块和对应的传感器模块将动力电池充电状态下的所有传感数据上传至云端；

上面无论是独立动力电池还是内置的动力电池，在充电的时候所有的传感数据都需要分别传输到充电站、充电桩、云端三个部分，如果是小范围的农村供电或者采用新能源发电的充电站之中，都是需要采集该类数据，并保存至对应的数据库。

具体实施例三：

本实施例集中在于采用新能源供电的充电站，或者集成了市电和新能源供电的充电站，包括但不限于光电站、风电站、地热站，风光电集中在平原或者光照效果较好的地区，地热电站会在西藏等地区采用，此类电的稳定型较差，而此类新能源电的储能系统也比较复杂和昂贵，因此此类系统中会在电源模组的辅助配件模块中增加电源控制模块和储能模块，储能模块优先采用的是电池蓄能，其次采用动力蓄能，重力蓄能等方式，目前国内的水电站和国外的新能源电力发展中采用的较多，包括特斯拉的一些大型电池蓄能模组等，都可以实现蓄能的方式，此类不稳定的电力通过转换直接存储后，后续释放是可以实现稳定供电的，如果是在蓄能过程中，有动力电池或含有动力电池的设备前来请求供电的情况下，如果存在不稳定电，直接将不稳定的电源通过储能模组中转至供电模块/充电桩之中，同时在供电模块/充电桩的位置集成有稳压模块和稳流模块，最终将电力稳定的输送至动力电池之中，稳压模块采用附图5的稳压电路，稳流系统和稳压系统集成化，不单独进行考虑，如果此类站点安置在城市区域的话，那么供电模块位置的辅助配件不需要额外增加，只需要采用上述实施例二中所需要的基本要求就可以，若此类充电站点安置在郊区、偏远地区、农村等相对较为不便的地方的时候，在供电模块中还需要额外增加应急装置，包括但不限于灭火装置、SOC系统，在采用SOC系统的时候，采用如下算法：

之间采用Sigma点集取出数据，并且采用Kalman增益矩阵进行数据的处理和计算，避免了传统SOC数据采集中导致数据不稳定和在线传输不准确的情况，采用上述的算法，可以降低数据波动，提高在线SOC数据传输的稳定性和准确性；

在数据的实际采用中，采用SVM算法取出动力电池充电过程中的电压变化，算法如下：

最终的得出的电压取值方程如下：

，

保证电压数据的准确性，同时采用上述算法的调节，可以避免在动力电池充电过程中，对同一电网区间中其他负载产生损伤，减少电网的波动性；

在采用上述算法的模式的情况下，可以明确的获取到充电的全部数据和动力电池充电状态下的全部数据，在长时间或者频繁充电的时候，可以在辅助模块中增加有对应的集成控制中心，将上述算法和软件注入控制系统之中，在云端获取大量的数据之后，利用大数据的鲁棒算法和矩阵算法模式，可以将根据供电数据进行调整，根据外部环境和前置的充电数据进行预调整，可以实现在充电的时候，根据前置获取到的电池信息、动力电池的充电曲线，将充电设备的功率和充电电压进行预调整，避免因为常规的稳压稳流充电，对电池的损伤，提高动力电池实际的使用寿命，即使是现有的稳压稳流，在充电的过程中，由于电流电压维持在一定的数值，随着电池容量的变化，所需要的电压电流也会一直发生变化，因此还是需要进行电流电压的调整变化，采用大数据的数据库对充电设备进行数据矩阵分析，设备的自我学习，逐步的提高设备数据量，提高充电设备对动力电池供电的优化输出。

具体实施例四：

本实施例采用在低温环境下的动力电池充电为基础条件，在低温环境下，一方面在电源模组的辅助模块中增加有蓄电模组和加热模组，保证设备长时间稳定的进行供电，避免供电设备因为低温环境下导致设备供电的损伤，同时在充电模块的辅助模块增加加热设备，此类加热设备需要独立设计，适配动力电池本身，对动力电池本身进行加热，如果是电动汽车，可以启动汽车内置的电池加热设备，避免动力电池的温度过低，如果是没有电池加热系统的情况下，或者是独立的动力电池，就采用独立设计的外置加热设备，提高动力电池的电池活性，如果是完全没有此类加热设备的情况下，根据地区环境温度的变化数据以及地区大量的充电数据，得出动力电池在此类地区充电的数据和充电曲线，从而对动力电池的实时充电情况进行调整，避免因为低温导致动力电池快速衰减以及电池活性急剧下降的情况下导致电池充电出现问题，影响效率，以及影响电池的使用寿命问题，保证电池的充电容量，提高电池在低温环境下的AH，低温环境下的动力电池被供电情况的数据信息均采用粒子群算法PSO优化Elman回归预测模型进行数据收集的判定，进一步缩短低温环境下的充电时间，提高电池的使用寿命。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，包括动力电池、电源模组、云端数据模块以及后台管理模块，其特征在于：

所述的动力电池和电源模组之间设有供电模块，所述云端数据模块、供电模块、电源模组均和后台管理模块之间相互电性连接，并且云端数据模块、供电模块、电源模组和后台管理模块之间均采用互联网进行数据收发；

所述电源模组和供电模块均外置有辅助模块；

所述电源模组和供电模块之间电性连接，电性连接中部增设有稳压系统和稳流系统。

2.根据权利要求1所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，其特征在于：所述供电模块集成有传感器，且传感器采用集成的电压、电流、容量、瓦时、充电功率、充电时效内的曲线一体化的传感器、集成数据芯片，且供电模块集成互联网数据传输模块，采用光纤网络传输信息，所述供电模块和电源模组的外接辅助模块均采用集成模块化安装。

3.根据权利要求1所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，其特征在于：所述电源模组和供电模块在低温环境下连接的辅助模组包括加热模块、储能模块，且加热模块采用动力电池配套加热装置，储能模块采用大型集成化储能装置。

4.根据权利要求1所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，其特征在于：所述电源模组在非稳定电源环境下连接的辅助模组包括储能模块，且储能模块采用大密度集成蓄能设备，且电源模组在该环境下内置有带电力并网装置，并网装置采用集成式变压系统接入市电电网。

5.根据权利要求1所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，其特征在于：所述供电模块内置有传感设备，云端数据模块传感数据分别通过互联网传输到充电设备、云端、电源模组和后台管理系统，且传感数据云端、电源模组和后台管理模块的数据同步保存数据库，数据库采用矩阵算法存储数据。

6.根据权利要求1所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，其特征在于：所述云端、电源模组和后台管理模块的数据采用Sigma点集读取数据，且采用Kalman增益矩阵进行数据的处理。

7.根据权利要求2所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统，其特征在于：所述电源模组和供电模块在低温环境下的数据读取采用粒子群算法PSO优化处理并采用Elman回归预测模型计算。

8.根据权利要求1所述的基于云端数据管理的集成动力电池充电管理系统流程，其特征在于：所述流程包含如下步骤：

Sp1、动力电池进入供电模块所处的区域；

Sp2、动力电池连接供电模块，并且供电模块读取动力电池的特征信息，并读取环境信息，并上传至云端数据系统；

Sp3、电源模组开始供电，并且根据云端数据系统进行充电数据实时调整；

Sp4、对收集得到的大量数据进行模型处理预测，得到针对不同动力电池的充电预估算模型数据，并在后续充电中持续收集信息，并对数据进行频繁处理，持续优化模型；

Sp5、后续动力电池在充电的时候，采用优化后的数据模型进行调整充电，并持续运行Sp2-5的全部步骤。

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