CN117674369B - 一种新能源储能电池组充放电安全管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，涉及智能能源管理技术领域，该系统通过响应时间调控，预防了不同充电桩区域电池组响应不一致的问题，确保电池组协同工作，降低了性能下降和安全隐患的风险。电池组衰退调控延长了电池组的使用寿命，降低了因电池老化引起的安全风险。实时负荷调控避免了电池组在高负荷状态下运行，减少了过载风险。环境调控通过智能监测，降低了电池组在极端环境下的工作风险。这些调控策略不仅使系统能够及时响应潜在风险，还通过优化电池组的运行状态，提高了其整体安全性和可靠性。系统的智能管理和及时干预，有效保护了电池组免受损害，为新能源储能电池组的安全运行提供了全面的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及智能能源管理技术领域，具体为一种新能源储能电池组充放电安全管理系统。
背景技术
随着社会对可再生能源的不断关注和新能源技术的迅速发展，储能电池组在能源存储与管理领域发挥着愈发重要的作用。新能源储能电池组的广泛应用已经成为实现能源转型、提高能源利用效率的关键一环。然而，储能电池组在充放电过程中面临着多种复杂的挑战，对其安全管理提出了更高的要求。
首先，电池组在充放电过程中存在响应时间不一致的问题。由于电池组的结构和性能差异，响应时间可能会受到影响，从而引发不同充电桩区域的电池组工作不协调，可能导致电池组性能下降以及潜在的安全隐患。
其次，电池组衰退是一个普遍存在的问题。在长时间的使用过程中，电池组的性能会逐渐下降，包括容量衰减、充放电效率下降等。这种衰退现象可能影响电池组的可靠性和使用寿命，需要及时监测和管理。
传统的电池组管理系统通常采用有限的监测数据，难以全面、准确地评估电池组的工作状态和周围环境因素。缺乏对不同因素之间关系的深入分析，使得提前预防电池组安全问题和性能下降变得困难。同时，电池组管理系统在面对异常情况时的响应能力有待提高，缺乏针对性的调控策略。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，以解决背景技术中提到的问题。
（二）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：一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，包括位置感知模块、采集模块、预测模块、数据管控模块和调控模块；
所述位置感知模块，用于采集和统计目标充电桩中电池组的位置坐标，建立目标充电桩电池组坐标数据库，并构建GPS地图；
所述采集模块用于对若干个目标充电桩电池组监测点内的响应时间、电池组状态、电网状态和实时环境数据进行采集，建立区域预测子集；所述区域预测子集至少包括：响应时间间隔X、相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D、电池组充电SOC数据、电池组SOH数据、实时负荷、相应电网区域的负荷峰值/>、实时电网电压V、实时电网频率f、电网总负荷/>、充电桩露天或非露天的状态、温度值wdz、湿度值sdz、气压值qyz和光照值gzz；
所述预测模块用于建立模型，基于区域预测子集，获取每个监测点内的区域预测子集，分析和计算获得：响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx；用于预测响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx的变化趋势；
所述预测模块用于将响应影响系数Xys与第一标准阈值进行对比，若响应影响系数Xys≥第一标准阈值，则在数据管控模块中生成第一线路电阻和损耗故障，显示一级预警；
将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，若电池组衰退系数Stss≥第二标准阈值，则在数据管控模块中生成第二电池组衰退故障，显示二级预警；
将实时负荷系数Fhs与第三标准阈值进行对比，若实时负荷系数Fhs≥第三标准阈值，则在数据管控模块中生成第三负荷风险，显示三级预警；
将环境分析系数HJx与第四标准阈值进行对比，若环境分析系数HJx≥第四标准阈值，则在数据管控模块中生成第四环境风险，显示四级预警；
所述调控模块获取一级预警、二级预警、三级预警和四级预警的时间节点和相对应的位置信息，并生成相对应调控策略，并在GPS地图中突出位置显示。
优选的，所述采集模块包括响应时间采集单元，所述响应时间采集单元用于采集若干个充电桩响应时间间隔X以及相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D；
在充电桩发起充电请求时，记录时间戳，并记录系统接收请求和验证后，计算两者之间的时间差，获得响应时间间隔X；使用测距雷达或超声波传感器，安装在充电桩和供电基站之间，用于非接触性地测量电线的长度，获得相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D；并采集历史充电桩数据，采集获得平均响应时间间隔和平均电线长度/>；
实时监控各个充电桩的响应时间间X，并分析与相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D的关联，建立响应关系数据模型；将响应时间间隔X与相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D作为输入值，输入至响应关系数据模型中，计算获得响应影响系数Xys，所述响应影响系数Xys通过以下公式获取：
式中，为权重，且/>，/>，且/>，其具体值由用户调整设置，A1为第一常数修正系数；ln2表示以自然数2为底的对数。
优选的，所述预测模块包括第一评估单元；
所述第一评估单元用于将响应影响系数Xys与第一标准阈值进行对比，若响应影响系数Xys≥第一标准阈值，则在数据管控模块中生成第一线路电阻和损耗故障，显示一级预警；若响应影响系数Xys＜第一标准阈值，则表示响应时间合格；
并由调控模块依据一级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第一调控策略，包括：在电线超过平均电线长度的位置添加温度传感器，实时测量电线的传输温度，如果检测到电线的传输温度超过安全范围，再次生成一级预警，并提示存在电线长度过长导致的温度问题；
并在电线较长的部分添加信号放大器，用于增强信号的传输强度，根据电线长度和信号放大器的部署，实时调整信号传输速率；在应用了信号放大器和调整传输速率之后，再次检测电线的传输温度，如果二次检测到电线的传输温度超过安全范围，将电线替换为光纤。
优选的，所述采集模块还包括电池组状态采集单元，所述电池组状态采集单元用于采集若干个充电桩发起的充电请求的电池组充电SOC和电池组SOH数据，并建立电池组数据库，分析计算获得电池组衰退系数Sts，所述电池组衰退系数Sts通过以下公式计算获得：
式中，表示电池组的额定容量，即表示电池组在初次使用时的初始容量值，/>表示电池组当下实际容量值，N表示电池组完成的总充放电循环次数，DOD表示每次充放电循环中深度放电的百分比。
优选的，所述预测模块包括第二评估单元；
所述第二评估单元用于将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，若电池组衰退系数Sts≥第二标准阈值，则在数据管控模块中生成第二电池组衰退故障，显示二级预警；若电池组衰退系数Sts＜第二标准阈值，则表示电池组健康状况合格；
并由调控模块依据二级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第二调控策略，包括：控制调整充电速率，限定用户的快充的充电请求，只保留慢充的充电请求，用于减缓充电速率；或者根据实际需要调整充电电压和电流参数以及维护更换电池组。
优选的，所述采集模块还包括电网负荷监测单元，所述电网负荷监测单元用于采集若干个充电桩区域的电网负荷数据，建立相对应区域的电网负荷数据库，并分析获得实时负荷系数Fhs；
所述实时负荷系数Fhs的获取方式为：通过电流传感器和电压互感器采集充电桩区域实时电流和电压，通过电流和电压的乘积获得实时负荷；采用实时负荷传感器采集相应电网区域的负荷峰值/>；通过电压传感器采集实时电网电压V；采用频率传感器采集获得实时电网频率f；采用负荷传感器测量获取电网总负荷/>；无量纲处理后，通过以下公式生成实时负荷系数Fhs：
其中，、/>、/>和/>表示权重值，/>，/>表示为电网的额定电压；/>表示为电网的额定频率。
优选的，所述预测模块还包括第三评估单元；
所述第三评估单元用于将实时负荷系数Fhs与第三标准阈值进行对比，若实时负荷系数Fhs≥第三标准阈值，则在数据管控模块中生成第三负荷风险，显示三级预警；若实时负荷系数Fhs＜第三标准阈值，表示负荷正常，无负荷异常风险；
并由调控模块依据三级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第三调控策略，包括：对电网中的负载进行调度，将部分负载转移到备用电源上，在电池组充电时，启动备用发电机提供额外的电力支持，进而平滑电网负荷高峰曲线；提醒用户调整快充转慢充的充电速率，避免短时间内大量电流注入电网，减缓负荷上升速度。
优选的，所述采集模块还包括环境采集单元，所述环境采集单元用于若干个目标充电桩电池组监测点内的环境进行采集，首先，采集充电桩电池组的露天状态，若呈现露天状态，则以L前缀进行标识，如非露天状态，则以LN前缀进行标识；
并采集环境的实时温度值wdz、实时湿度值sdz、实时气压值qyz和实时光照强度值gzz；无量纲处理后，由以下公式生成环境分析系数HJx：
式中，Q1、Q2、Q3和Q4分别表示实时温度值wdz、实时湿度值sdz、实时气压值qyz和实时光照强度值gzz的权重值，且，/>，/>，/>，且，/>为第二常数修正系数；所述实时温度值wdz通过温度传感器直接测量获取，所述实时湿度值sdz通过湿度传感器直接测量获取，所述实时气压值qyz通过压力传感器直接测量获取，所述实时光照强度值gzz通过光照传感器直接测量获取。
优选的，所述预测模块还包括第四评估单元；
所述第四评估单元用于将环境分析系数HJx和前缀进行匹配，生成露天环境分析系数L_HJx和室内环境分析系数LN_HJx；
所述第四标准阈值包括第四露天阈值L1和第四室内阈值L2；
所述第四环境风险包括第四露天环境风险和第四室内环境风险；
将露天环境分析系数L_HJx与第四露天阈值L1进行对比，若露天环境分析系数L_HJx≥第四露天阈值L1，则在数据管控模块中生成第四露天环境风险，显示四级一类预警；若露天环境分析系数L_HJx＜第四露天阈值L1，则表示露天环境合格；
将室内环境分析系数LN_HJx与第四室内阈值L2进行对比，若室内环境分析系数LN_HJx≥第四室内阈值L2，则在数据管控模块中生成第四室内环境风险，显示四级二类预警；若室内环境分析系数LN_HJx＜第四室内阈值L2，表示室内环境合格；
并由调控模块依据四级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第四调控策略，包括：识别四级一类预警后，调整充电功率30%-50%，在高温超过30°C，在充电桩地址提供冷却设备；调整充电桩的位置，避免暴露在光照下，并向用户推送室内环境充电的建议通知；
识别四级二类预警后，开启冷却或通风设备，调整温度值和湿度值在标准范围内。
优选的，还包括用户交互模块，所述用户交互模块用于将匹配用户账户的目标充电桩中电池组信息，并提供GPS地图和数据管控模块中的一级预警、二级预警、三级预警和四级预警的时间节点以及生成的相对应调控策略的处理报告，并统计定期能源效能报告。
（三）有益效果
本发明提供了一种新能源储能电池组充放电安全管理系统。具备以下有益效果：
（1）该一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，实现对电池组响应时间不一致问题的精准监测和调控。系统通过实时采集响应时间数据，将响应时间间隔X与电线长度D的关联考虑在内，计算得到响应影响系数Xys。通过与第一标准阈值进行对比，系统可以实现对充电桩响应性能的即时评估，并在必要时生成一级预警。调控模块根据一级预警的时间节点和位置信息生成第一调控策略，其中包括在电线超过平均电线长度的位置添加温度传感器，实时测量电线的传输温度。这一调控策略的有益效果在于，通过监测电线温度，系统可以及时发现电线长度过长导致的温度问题，进一步提升了系统对电池组安全管理的预防性能。通过综合考虑充电桩响应时间和电线长度的关联，以及实时温度监测，提高了系统的安全性和性能可控性，为用户提供更加可靠的充电服务。通过监测响应时间不一致的问题并提前进行调控，系统可以防范电池组工作不协调所引发的安全隐患。及时的响应调控策略有助于确保电池组在充放电过程中的协同工作，提高整体系统的稳定性和安全性。
（2）该一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，通过电池组衰退系数Sts的监测和分析，能够实现对电池组衰退问题的早期预警和管理。系统采集充电桩发起的充电请求的电池组充电SOC和电池组SOH数据，建立电池组数据库，并利用先进的模型对衰退系数进行计算。这有助于提前发现电池组性能下降的趋势，采取适当的维护和管理措施，延长电池组的使用寿命，提高系统的可靠性。
（3）该一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，通过采集若干个充电桩区域的电网负荷数据，建立相应区域的电网负荷数据库，并通过分析获取实时负荷系数Fhs。这一设计有助于系统全面了解电网负荷情况，为后续的分析和调控提供了有力支持。调控模块根据三级预警的时间节点和位置信息生成第三调控策略，其中包括对电网中的负载进行调度的方式。具体而言，系统可以将部分负载转移到备用电源上，例如启动备用发电机提供额外的电力支持，在电池组充电时平滑电网负荷高峰曲线。此外，系统还可以提醒用户调整快充转慢充的充电速率，避免短时间内大量电流注入电网，从而减缓负荷上升速度。通过对实时负荷的监测和调度，系统可以有效避免电池组在高负荷状态下工作，减少电池组的过载风险。这有助于维持电池组在安全工作范围内，提高其安全性和可靠性。
（4）该一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，通过环境采集单元，对充电桩电池组监测点内的环境进行全面采集。系统不仅关注温度、湿度、气压等基础环境参数，还对露天状态和光照强度等因素进行监测。通过深度环境分析系数，系统能够识别充电桩所处环境的特征，从而预防由环境因素引起的安全问题。系统根据分析结果生成相应调控策略，例如在高温环境下限制充电功率，有效防范电池组因环境变化而导致的风险。通过对环境因素的监测和相应的调控策略，系统可以降低电池组在极端环境条件下的工作风险。例如，在高温环境下提醒用户调整充电功率，防止过度加热；在露天环境下采取适当的措施，确保电池组不受外部环境影响。
附图说明
图1为本发明一种新能源储能电池组充放电安全管理系统框图流程示意图。
图中：1、位置感知模块；2、采集模块；21、响应时间采集单元；22、电池组状态采集单元；23、电网负荷监测单元；24、环境采集单元；3、预测模块；31、第一评估单元；32、第二评估单元；33、第三评估单元；34、第四评估单元；4、数据管控模块；5、调控模块；6、用户交互模块。
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。
实施例1
本发明提供一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，请参阅图1，包括位置感知模块1、采集模块2、预测模块3、数据管控模块4和调控模块5；
所述位置感知模块1，用于采集和统计目标充电桩中电池组的位置坐标，建立目标充电桩电池组坐标数据库，并构建GPS地图；
所述采集模块2用于对若干个目标充电桩电池组监测点内的响应时间、电池组状态、电网状态和实时环境数据进行采集，建立区域预测子集；所述区域预测子集至少包括：响应时间间隔X、相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D、电池组充电SOC数据、电池组SOH数据、实时负荷、相应电网区域的负荷峰值/>、实时电网电压V、实时电网频率f、电网总负荷/>、充电桩露天或非露天的状态、温度值wdz、湿度值sdz、气压值qyz和光照值gzz；
电池组充电SOC数据和电池组SOH数据具体定义：SOC（StateofCharge）：
定义：SOC是电池当前充电状态的一个百分比表示。它表示电池中已经储存的电荷相对于其满电状态的比例。
SOH（StateofHealth）：定义：SOH是电池相对于其新电池状态的健康程度。它表示电池目前的健康状况，反映了电池的性能和寿命。影响：低SOH值可能表示电池已经经历了一定程度的退化，其容量和性能可能已经下降。充电系统可能会根据电池的健康状况调整充电策略，以避免进一步损害电池或提高充电效率。充电桩可能会限制充电速率，特别是在SOH较低的情况下。
所述预测模块3用于建立模型，基于区域预测子集，获取每个监测点内的区域预测子集，分析和计算获得：响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx；用于预测响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx的变化趋势；
所述预测模块3用于将响应影响系数Xys与第一标准阈值进行对比，若响应影响系数Xys≥第一标准阈值，则在数据管控模块4中生成第一线路电阻和损耗故障，显示一级预警；
将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，若电池组衰退系数Stss≥第二标准阈值，则在数据管控模块4中生成第二电池组衰退故障，显示二级预警；
将实时负荷系数Fhs与第三标准阈值进行对比，若实时负荷系数Fhs≥第三标准阈值，则在数据管控模块4中生成第三负荷风险，显示三级预警；
将环境分析系数HJx与第四标准阈值进行对比，若环境分析系数HJx≥第四标准阈值，则在数据管控模块4中生成第四环境风险，显示四级预警；
所述调控模块5获取一级预警、二级预警、三级预警和四级预警的时间节点和相对应的位置信息，并生成相对应调控策略，并在GPS地图中突出位置显示。
本实施例中，通过位置感知模块1实时采集和统计目标充电桩中电池组的位置坐标，建立坐标数据库和GPS地图，为系统提供了区域性的电池组分布信息。这有助于更好地理解电池组之间的关联性和电网的空间布局，从而更有针对性地进行充放电调度和安全管理。其次，采集模块2负责监测电池组的响应时间、状态、环境数据等多维信息，形成了丰富的区域预测子集。相比传统电池组管理系统，该系统采用了更全面的监测数据，有助于准确评估电池组的工作状态、周围环境因素和电网负荷，提高了管理系统的可靠性和全面性。
预测模块3基于建立的预测模型，对响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx进行分析和计算，预测其变化趋势。这使得系统能够在电池组出现问题之前，通过提前识别潜在的故障、性能下降和安全隐患，采取预防性措施，从而保障电池组的稳定运行。最终，系统通过在GPS地图中突出位置显示预警信息，使用户能够直观了解电池组所在位置的安全状况，为用户提供更加安全可靠的服务。
实施例2
本实施例是在实施例1中进行的解释说明，请参阅图1，具体的，所述采集模块2包括响应时间采集单元21，所述响应时间采集单元21用于采集若干个充电桩响应时间间隔X以及相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D；
在充电桩发起充电请求时，记录时间戳，并记录系统接收请求和验证后，计算两者之间的时间差，获得响应时间间隔X；使用测距雷达或超声波传感器，安装在充电桩和供电基站之间，用于非接触性地测量电线的长度，获得相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D；并采集历史充电桩数据，采集获得平均响应时间间隔和平均电线长度/>；
实时监控各个充电桩的响应时间间隔X，并分析与相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D的关联，建立响应关系数据模型；将响应时间间隔X与相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D作为输入值，输入至响应关系数据模型中，计算获得响应影响系数Xys，所述响应影响系数Xys通过以下公式获取：
式中，为权重，且/>，/>，且/>，其具体值由用户调整设置，A1为第一常数修正系数；ln2表示以自然数2为底的对数。
具体的，所述预测模块3包括第一评估单元31；
所述第一评估单元31用于将响应影响系数Xys与第一标准阈值进行对比，若响应影响系数Xys≥第一标准阈值，则在数据管控模块4中生成第一线路电阻和损耗故障，显示一级预警；若响应影响系数Xys＜第一标准阈值，则表示响应时间合格；
并由调控模块5依据一级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第一调控策略，包括：在电线超过平均电线长度的位置添加温度传感器，实时测量电线的传输温度，如果检测到电线的传输温度超过安全范围，再次生成一级预警，并提示存在电线长度过长导致的温度问题；
并在电线较长的部分添加信号放大器，用于增强信号的传输强度，根据电线长度和信号放大器的部署，实时调整信号传输速率；在应用了信号放大器和调整传输速率之后，再次检测电线的传输温度，如果二次检测到电线的传输温度超过安全范围，将电线替换为光纤。
本实施例中，响应时间采集单元21作用是通过记录充电桩发起充电请求的时间戳以及验证通过的时间戳，计算两者之间的时间差，即响应时间间隔X。同时，通过使用测距雷达或超声波传感器，安装在充电桩和供电基站之间，实现对电线的非接触性测量，获得相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D。此外，采集模块2还负责采集历史充电桩数据，获取平均响应时间间隔和平均电线长度，为后续的分析和建模提供基础数据。通过记录充电请求的时间戳并计算响应时间间隔，系统可以实时监控各充电桩的响应性能。而使用测距雷达或超声波传感器实现电线长度的测量，避免了传统方式中需要人工测量的不便，且更加精准和实时。通过采集历史数据，系统可以更全面地了解不同充电桩的性能特征，为后续的分析和建模提供充足的信息。响应时间间隔X与相对应充电桩的电线长度D的关联性分析有助于建立响应关系数据模型。该模型不仅提高了系统对充电桩响应性能的判断准确性，还为后续的预测模块3提供了更为精准的输入数据。预测模块3中的第一评估单元31则是在响应关系数据模型的基础上进行进一步的分析，将响应时间间隔X与电线长度D的关联考虑在内，计算得到响应影响系数Xys。通过与第一标准阈值进行对比，系统可以实现对充电桩响应性能的即时评估，并在必要时生成一级预警。调控模块5根据一级预警的时间节点和位置信息生成第一调控策略，其中包括在电线超过平均电线长度的位置添加温度传感器，实时测量电线的传输温度。这一调控策略的有益效果在于，通过监测电线温度，系统可以及时发现电线长度过长导致的温度问题，进一步提升了系统对电池组安全管理的预防性能。整体而言，该系统通过综合考虑充电桩响应时间和电线长度的关联，以及实时温度监测，提高了系统的安全性和性能可控性，为用户提供更加可靠的充电服务。
实施例3
本实施例是在实施例1中进行的解释说明，请参阅图1，具体的，所述采集模块2还包括电池组状态采集单元22，所述电池组状态采集单元22用于采集若干个充电桩发起的充电请求的电池组充电SOC和电池组SOH数据，并建立电池组数据库，分析计算获得电池组衰退系数Sts，所述电池组衰退系数Sts通过以下公式计算获得：
式中，表示电池组的额定容量，即表示电池组在初次使用时的初始容量值，/>表示电池组当下实际容量值，N表示电池组完成的总充放电循环次数，DOD表示每次充放电循环中深度放电的百分比。
具体的，所述预测模块3包括第二评估单元32；
所述第二评估单元32用于将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，若电池组衰退系数Sts≥第二标准阈值，则在数据管控模块4中生成第二电池组衰退故障，显示二级预警；若电池组衰退系数Sts＜第二标准阈值，则表示电池组健康状况合格；
并由调控模块5依据二级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第二调控策略，包括：控制调整充电速率，限定用户的快充的充电请求，只保留慢充的充电请求，用于减缓充电速率；或者根据实际需要调整充电电压和电流参数以及维护更换电池组。
本实施例中，电池组衰退系数Sts的计算考虑了电池组的额定容量、实际容量、充放电循环次数和深度放电的百分比等因素，使得衰退系数的计算更加准确。这一计算方式能够及时反映电池组的健康状况，为系统提供了可靠的电池组衰退信息。预测模块3中的第二评估单元32是在电池组衰退系数的基础上进行的进一步分析。通过将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，系统能够进行即时评估，判断电池组的健康状况。如果电池组衰退系数等于超过第二标准阈值，系统会生成二级预警，提示用户存在电池组衰退故障的风险。相反，如果衰退系数在可接受范围内，则认为电池组的健康状况合格。调控模块5根据二级预警的时间节点和位置信息生成第二调控策略，其中包括控制调整充电速率的方式。具体而言，系统可以限定用户的快充充电请求，只保留慢充的充电请求，从而减缓充电速率。这样的调控策略有助于降低电池组的工作负荷，延缓衰退过程，提高电池组的使用寿命。另外，系统还可以根据实际需要调整充电电压和电流参数，甚至进行电池组的维护和更换，以保障整个充电系统的可靠性和安全性。
实施例4
本实施例是在实施例1中进行的解释说明，请参阅图1，具体的，所述采集模块2还包括电网负荷监测单元23，所述电网负荷监测单元23用于采集若干个充电桩区域的电网负荷数据，建立相对应区域的电网负荷数据库，并分析获得实时负荷系数Fhs；
所述实时负荷系数Fhs的获取方式为：通过电流传感器和电压互感器采集充电桩区域实时电流和电压，通过电流和电压的乘积获得实时负荷；采用实时负荷传感器采集相应电网区域的负荷峰值/>；通过电压传感器采集实时电网电压V；采用频率传感器采集获得实时电网频率f；采用负荷传感器测量获取电网总负荷/>；无量纲处理后，通过以下公式生成实时负荷系数Fhs：
其中，、/>、/>和/>表示权重值，/>，/>表示为电网的额定电压；/>表示为电网的额定频率。
具体的，所述预测模块3还包括第三评估单元33；
所述第三评估单元33用于将实时负荷系数Fhs与第三标准阈值进行对比，若实时负荷系数Fhs≥第三标准阈值，则在数据管控模块4中生成第三负荷风险，显示三级预警；若实时负荷系数Fhs＜第三标准阈值，表示负荷正常，无负荷异常风险；
并由调控模块5依据三级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第三调控策略，包括：对电网中的负载进行调度，将部分负载转移到备用电源上，在电池组充电时，启动备用发电机提供额外的电力支持，进而平滑电网负荷高峰曲线；提醒用户调整快充转慢充的充电速率，避免短时间内大量电流注入电网，减缓负荷上升速度。
本实施例中，电网负荷监测单元23是采集模块2的重要组成部分，其功能是通过采集若干个充电桩区域的电网负荷数据，建立相应区域的电网负荷数据库，并通过分析获取实时负荷系数Fhs。这一设计有助于系统全面了解电网负荷情况，为后续的分析和调控提供了有力支持。
实时负荷系数Fhs的获取采用了多种传感器的数据，包括电流传感器、电压互感器、实时负荷传感器、电压传感器以及频率传感器等。通过这些传感器采集的实时电流、电压、负荷峰值、电网电压和频率等参数，系统能够准确计算得到实时负荷系数Fhs。这一计算方式考虑了电网的额定电压和额定频率，通过权重的设定，更具有实际应用的灵活性。
调控模块5根据三级预警的时间节点和位置信息生成第三调控策略，其中包括对电网中的负载进行调度的方式。具体而言，系统可以将部分负载转移到备用电源上，例如启动备用发电机提供额外的电力支持，在电池组充电时平滑电网负荷高峰曲线。此外，系统还可以提醒用户调整快充转慢充的充电速率，避免短时间内大量电流注入电网，从而减缓负荷上升速度。
实施例5
本实施例是在实施例1中进行的解释说明，请参阅图1，具体的，所述采集模块2还包括环境采集单元24，所述环境采集单元24用于若干个目标充电桩电池组监测点内的环境进行采集，首先，采集充电桩电池组的露天状态，若呈现露天状态，则以L前缀进行标识，如非露天状态，则以LN前缀进行标识；
并采集环境的实时温度值wdz、实时湿度值sdz、实时气压值qyz和实时光照强度值gzz；无量纲处理后，由以下公式生成环境分析系数HJx：
式中，Q1、Q2、Q3和Q4分别表示实时温度值wdz、实时湿度值sdz、实时气压值qyz和实时光照强度值gzz的权重值，且，/>，/>，/>，且，/>为第二常数修正系数；所述实时温度值wdz通过温度传感器直接测量获取，所述实时湿度值sdz通过湿度传感器直接测量获取，所述实时气压值qyz通过压力传感器直接测量获取，所述实时光照强度值gzz通过光照传感器直接测量获取。
具体的，所述预测模块3还包括第四评估单元34；
所述第四评估单元34用于将环境分析系数HJx和前缀进行匹配，生成露天环境分析系数L_HJx和室内环境分析系数LN_HJx；
所述第四标准阈值包括第四露天阈值L1和第四室内阈值L2；
所述第四环境风险包括第四露天环境风险和第四室内环境风险；
将露天环境分析系数L_HJx与第四露天阈值L1进行对比，若露天环境分析系数L_HJx≥第四露天阈值L1，则在数据管控模块4中生成第四露天环境风险，显示四级一类预警；若露天环境分析系数L_HJx＜第四露天阈值L1，则表示露天环境合格；
将室内环境分析系数LN_HJx与第四室内阈值L2进行对比，若室内环境分析系数LN_HJx≥第四室内阈值L2，则在数据管控模块4中生成第四室内环境风险，显示四级二类预警；若室内环境分析系数LN_HJx＜第四室内阈值L2，表示室内环境合格；
并由调控模块5依据四级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第四调控策略，包括：识别四级一类预警后，调整充电功率30%-50%，在高温超过30°C，在充电桩地址提供冷却设备；调整充电桩的位置，避免暴露在光照下，并向用户推送室内环境充电的建议通知；
识别四级二类预警后，开启冷却或通风设备，调整温度值和湿度值在标准范围内。
本实施例中，通过采集多种环境参数，包括温度、湿度、气压、光照等，系统计算环境分析系数，进一步区分露天和室内环境，从而对电池组的工作环境进行更为全面的评估。预测模块3中的第四评估单元34根据环境分析系数的前缀露天或室内与第四标准阈值进行匹配，生成露天环境分析系数L_HJx和室内环境分析系数LN_HJx。接着，将这两个系数与相应的阈值进行比较，以判断环境是否合格。若露天环境分析系数L_HJx超过第四露天阈值L1，则生成四级一类预警，表示存在环境风险；若室内环境分析系数LN_HJx超过第四室内阈值L2，则生成四级二类预警，同样表示存在环境风险。调控模块5根据四级预警的时间节点和位置信息生成第四调控策略。对于四级一类预警，对于四级二类预警生成不同的调控策略，有效提高了电池组的安全性和性能。
实施例6；本实施例是在实施例1中进行的解释说明，请参阅图1，具体的，还包括用户交互模块6，所述用户交互模块6用于将匹配用户账户的目标充电桩中电池组信息，并提供GPS地图和数据管控模块4中的一级预警、二级预警、三级预警和四级预警的时间节点以及生成的相对应调控策略的处理报告，并统计定期能源效能报告。
本实施例中，用户交互模块6生成的处理报告详细说明了每一级预警的应对策略，以及调控模块5实施的具体行动。用户可以清晰了解到系统是如何处理潜在问题的，增强了用户对系统的信任。用户交互模块6还提供了定期的能源效能报告，为用户呈现电池组的性能变化趋势、能源利用效率等信息，帮助用户更好地了解电池组的工作状况。通过用户交互模块6，用户可以对系统的运行提出反馈和建议，系统可以收集用户的使用习惯和需求，进一步优化系统的性能和用户体验。用户交互模块6关联用户账户信息，确保用户只能访问与其账户相关的目标充电桩数据，提高了信息的安全性和隐私保护。
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 (6)
1.一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，其特征在于：包括位置感知模块（1）、采集模块（2）、预测模块（3）、数据管控模块（4）和调控模块（5）；
所述位置感知模块（1），用于采集和统计目标充电桩中电池组的位置坐标，建立目标充电桩电池组坐标数据库，并构建GPS地图；
所述采集模块（2）用于对若干个目标充电桩电池组监测点内的响应时间、电池组状态、电网状态和实时环境数据进行采集，建立区域预测子集；所述区域预测子集至少包括：响应时间间隔X、相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D、电池组充电SOC数据、电池组SOH数据、实时负荷、相应电网区域的负荷峰值/>、实时电网电压V、实时电网频率f、电网总负荷/>、充电桩露天或非露天的状态、温度值wdz、湿度值sdz、气压值qyz和光照值gzz；
所述采集模块（2）包括响应时间采集单元（21），所述响应时间采集单元（21）用于采集若干个充电桩响应时间间隔X以及相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D；
在充电桩发起充电请求时，记录时间戳，并记录系统接收请求和验证后，计算两者之间的时间差，获得响应时间间隔X；使用测距雷达或超声波传感器，安装在充电桩和供电基站之间，用于非接触性地测量电线的长度，获得相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D；并采集历史充电桩数据，采集获得平均响应时间间隔和平均电线长度/>；
实时监控各个充电桩的响应时间间X，并分析与相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D的关联，建立响应关系数据模型；将响应时间间隔X与相对应充电桩的配电箱至供电基站的电线长度D作为输入值，输入至响应关系数据模型中，计算获得响应影响系数Xys，所述响应影响系数Xys通过以下公式获取：
，
式中，为权重，且/>，/>，且/>，其具体值由用户调整设置，A1为第一常数修正系数；ln2表示以自然数2为底的对数；
所述采集模块（2）还包括电池组状态采集单元（22），所述电池组状态采集单元（22）用于采集若干个充电桩发起的充电请求的电池组充电SOC和电池组SOH数据，并建立电池组数据库，分析计算获得电池组衰退系数Sts，所述电池组衰退系数Sts通过以下公式计算获得：
，
式中，表示电池组的额定容量，即表示电池组在初次使用时的初始容量值，/>表示电池组当下实际容量值，N表示电池组完成的总充放电循环次数，DOD表示每次充放电循环中深度放电的百分比；所述采集模块（2）还包括电网负荷监测单元（23），所述电网负荷监测单元（23）用于采集若干个充电桩区域的电网负荷数据，建立相对应区域的电网负荷数据库，并分析获得实时负荷系数Fhs；
所述实时负荷系数Fhs的获取方式为：通过电流传感器和电压互感器采集充电桩区域实时电流和电压，通过电流和电压的乘积获得实时负荷；采用实时负荷传感器采集相应电网区域的负荷峰值/>；通过电压传感器采集实时电网电压V；采用频率传感器采集获得实时电网频率f；采用负荷传感器测量获取电网总负荷/>；无量纲处理后，通过以下公式生成实时负荷系数Fhs：
，
其中，、/>、/>和/>表示权重值，/>，/>表示为电网的额定电压；/>表示为电网的额定频率；
所述采集模块（2）还包括环境采集单元（24），所述环境采集单元（24）用于若干个目标充电桩电池组监测点内的环境进行采集，首先，采集充电桩电池组的露天状态，若呈现露天状态，则以L前缀进行标识，如非露天状态，则以LN前缀进行标识；
并采集环境的实时温度值wdz、实时湿度值sdz、实时气压值qyz和实时光照强度值gzz；无量纲处理后，由以下公式生成环境分析系数HJx：
，
式中，Q1、Q2、Q3和Q4分别表示实时温度值wdz、实时湿度值sdz、实时气压值qyz和实时光照强度值gzz的权重值，且，/>，/>，/>，且，/>为第二常数修正系数；所述实时温度值wdz通过温度传感器直接测量获取，所述实时湿度值sdz通过湿度传感器直接测量获取，所述实时气压值qyz通过压力传感器直接测量获取，所述实时光照强度值gzz通过光照传感器直接测量获取；
所述预测模块（3）用于建立模型，基于区域预测子集，获取每个监测点内的区域预测子集，分析和计算获得：响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx；用于预测响应影响系数Xys、电池组衰退系数Sts、实时负荷系数Fhs和环境分析系数HJx的变化趋势；
所述预测模块（3）用于将响应影响系数Xys与第一标准阈值进行对比，若响应影响系数Xys≥第一标准阈值，则在数据管控模块（4）中生成第一线路电阻和损耗故障，显示一级预警；
将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，若电池组衰退系数Stss≥第二标准阈值，则在数据管控模块（4）中生成第二电池组衰退故障，显示二级预警；
将实时负荷系数Fhs与第三标准阈值进行对比，若实时负荷系数Fhs≥第三标准阈值，则在数据管控模块（4）中生成第三负荷风险，显示三级预警；
将环境分析系数HJx与第四标准阈值进行对比，若环境分析系数HJx≥第四标准阈值，则在数据管控模块（4）中生成第四环境风险，显示四级预警；
所述调控模块（5）获取一级预警、二级预警、三级预警和四级预警的时间节点和相对应的位置信息，并生成相对应调控策略，并在GPS地图中突出位置显示。
2.根据权利要求1所述的一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，其特征在于：所述预测模块（3）包括第一评估单元（31）；
所述第一评估单元（31）用于将响应影响系数Xys与第一标准阈值进行对比，若响应影响系数Xys≥第一标准阈值，则在数据管控模块中生成第一线路电阻和损耗故障，显示一级预警；若响应影响系数Xys＜第一标准阈值，则表示响应时间合格；
并由调控模块（5）依据一级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第一调控策略，包括：在电线超过平均电线长度的位置添加温度传感器，实时测量电线的传输温度，如果检测到电线的传输温度超过安全范围，再次生成一级预警，并提示存在电线长度过长导致的温度问题；
并在电线较长的部分添加信号放大器，用于增强信号的传输强度，根据电线长度和信号放大器的部署，实时调整信号传输速率；在应用了信号放大器和调整传输速率之后，再次检测电线的传输温度，如果二次检测到电线的传输温度超过安全范围，将电线替换为光纤。
3.根据权利要求1所述的一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，其特征在于：所述预测模块（3）还包括第二评估单元（32）；
所述第二评估单元（32）用于将电池组衰退系数Sts与第二标准阈值进行对比，若电池组衰退系数Sts≥第二标准阈值，则在数据管控模块中生成第二电池组衰退故障，显示二级预警；若电池组衰退系数Sts＜第二标准阈值，则表示电池组健康状况合格；
并由调控模块（5）依据二级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第二调控策略，包括：控制调整充电速率，限定用户的快充的充电请求，只保留慢充的充电请求，用于减缓充电速率；或者根据实际需要调整充电电压和电流参数以及维护更换电池组。
4.根据权利要求1所述的一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，其特征在于：所述预测模块（3）还包括第三评估单元（33）；
所述第三评估单元（33）用于将实时负荷系数Fhs与第三标准阈值进行对比，若实时负荷系数Fhs≥第三标准阈值，则在数据管控模块中生成第三负荷风险，显示三级预警；若实时负荷系数Fhs＜第三标准阈值，表示负荷正常，无负荷异常风险；
并由调控模块（5）依据三级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第三调控策略，包括：对电网中的负载进行调度，将部分负载转移到备用电源上，在电池组充电时，启动备用发电机提供额外的电力支持，进而平滑电网负荷高峰曲线；提醒用户调整快充转慢充的充电速率，避免短时间内大量电流注入电网，减缓负荷上升速度。
5.根据权利要求1所述的一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，其特征在于：所述预测模块（3）还包括第四评估单元（34）；
所述第四评估单元（34）用于将环境分析系数HJx和前缀进行匹配，生成露天环境分析系数L_HJx和室内环境分析系数LN_HJx；
所述第四标准阈值包括第四露天阈值L1和第四室内阈值L2；
所述第四环境风险包括第四露天环境风险和第四室内环境风险；
将露天环境分析系数L_HJx与第四露天阈值L1进行对比，若露天环境分析系数L_HJx≥第四露天阈值L1，则在数据管控模块中生成第四露天环境风险，显示四级一类预警；若露天环境分析系数L_HJx＜第四露天阈值L1，则表示露天环境合格；
将室内环境分析系数LN_HJx与第四室内阈值L2进行对比，若室内环境分析系数LN_HJx≥第四室内阈值L2，则在数据管控模块中生成第四室内环境风险，显示四级二类预警；若室内环境分析系数LN_HJx＜第四室内阈值L2，表示室内环境合格；
并由调控模块（5）依据四级预警的时间节点和相对应的位置信息，生成第四调控策略，包括：识别四级一类预警后，调整充电功率30%-50%，在高温超过30°C，在充电桩地址提供冷却设备；调整充电桩的位置，避免暴露在光照下，并向用户推送室内环境充电的建议通知；
识别四级二类预警后，开启冷却或通风设备，调整温度值和湿度值在标准范围内。
6.根据权利要求1所述的一种新能源储能电池组充放电安全管理系统，其特征在于：还包括用户交互模块（6），所述用户交互模块（6）用于将匹配用户账户的目标充电桩中电池组信息，并提供GPS地图和数据管控模块中的一级预警、二级预警、三级预警和四级预警的时间节点以及生成的相对应调控策略的处理报告，并统计定期能源效能报告。
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