本發(fā)明涉及電池組自動(dòng)均衡，更具體地說，本發(fā)明涉及一種換電柜電池組自動(dòng)均衡管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、申請(qǐng)公開號(hào)為cn116714474a的專利公開了一種換電柜運(yùn)行智能監(jiān)控管理系統(tǒng)及換電柜，一方面從目標(biāo)換電柜的充電安全和放電安全兩方面綜合分析目標(biāo)換電柜的換電運(yùn)行安全系數(shù)，另一方面將目標(biāo)換電柜風(fēng)扇組件在設(shè)定監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的風(fēng)控吻合指數(shù)、風(fēng)控效益指數(shù)以及風(fēng)控風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)合分析目標(biāo)換電柜的風(fēng)控調(diào)節(jié)安全系數(shù)，再將目標(biāo)換電柜的換電運(yùn)行安全系數(shù)與風(fēng)控調(diào)節(jié)安全系數(shù)結(jié)合，綜合評(píng)估目標(biāo)換電柜的運(yùn)行安全系數(shù)，據(jù)此進(jìn)行安全預(yù)警，有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)換電柜運(yùn)行安全評(píng)估的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，從而避免目標(biāo)換電柜安全事故的發(fā)生，對(duì)現(xiàn)階段換電柜智能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)做進(jìn)一步完善和普及，進(jìn)而為電動(dòng)車行業(yè)帶來更多的便利和安全保障。

2、現(xiàn)有技術(shù)下的自動(dòng)均衡技術(shù)通過調(diào)整電池間的電流和電壓來平衡電池組中的能量分布,在大規(guī)模電池組系統(tǒng)中，均衡過程通常較慢，無法快速響應(yīng)實(shí)時(shí)變化，尤其在高頻率的充放電應(yīng)用中，均衡效率會(huì)降低；換電柜中的電池組頻繁進(jìn)行充放電，容易加速電池老化，導(dǎo)致其容量和性能逐漸下降，進(jìn)而影響整個(gè)系統(tǒng)的可用性和效率。

3、鑒于此，本發(fā)明提出一種換電柜電池組自動(dòng)均衡管理系統(tǒng)以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種換電柜電池組自動(dòng)均衡管理系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)采集模塊：采集電池?cái)?shù)據(jù)；

2、數(shù)據(jù)處理模塊：對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，獲得有效電池?cái)?shù)據(jù)；

3、影響模型模塊：基于構(gòu)建好的電流損耗溫度影響模型獲得電流溫度影響系數(shù)；

4、自動(dòng)均衡模塊：基于有效電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行能量計(jì)算，獲得電能需求量，基于電能需求量進(jìn)行能量域劃分，獲得能量域，基于能量域和電流溫度影響系數(shù)構(gòu)建電池?zé)o向圖，基于電池?zé)o向圖對(duì)電池進(jìn)行均衡管理。

5、進(jìn)一步地，所述電池?cái)?shù)據(jù)包括：總能量需求量、電池電壓、電池電流、電池溫度、充電時(shí)間、電池健康狀態(tài)和電池電芯內(nèi)阻。

6、進(jìn)一步地，所述對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的方式包括：

7、通過m?i?n-max歸一算法對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化獲得歸一電池?cái)?shù)據(jù)，對(duì)歸一電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行向量化獲得電池向量數(shù)據(jù)，對(duì)電池向量數(shù)據(jù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全局密度計(jì)算，進(jìn)行全局密度計(jì)算的公式為：

8、其中g(shù)lobala代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的全局密度，a代表電池向量數(shù)據(jù)的索引，h代表帶寬參數(shù)，u代表電池向量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總量，avg代表電池向量數(shù)據(jù)的模的平均值，xa代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)，λ代表調(diào)節(jié)參數(shù)，xw代表第w個(gè)電池向量數(shù)據(jù)，w代表電池向量數(shù)據(jù)的索引；

9、基于全局密度計(jì)算電池向量數(shù)據(jù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)的全局剖面，全局剖面的計(jì)算公式為：其中，pa代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的全局剖面；

10、預(yù)設(shè)鄰域半徑r，對(duì)于電池向量數(shù)據(jù)xa，采用歐式距離公式計(jì)算電池向量數(shù)據(jù)中除xa外的其他電池向量數(shù)據(jù)與xa的距離值，所有距離值小于或等于r的其他電池向量數(shù)據(jù)構(gòu)成xa的鄰域集na；

11、基于鄰域集對(duì)電池向量數(shù)據(jù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行局部密度計(jì)算，進(jìn)行局部密度計(jì)算的公式為：

12、其中，locala代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的局部密度，na代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的鄰域集，a代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的鄰域集中的電池向量數(shù)據(jù)，z代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的鄰域集的數(shù)據(jù)總量；

13、基于局部密度計(jì)算電池向量數(shù)據(jù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)的局部剖面，局部剖面的計(jì)算公式為：其中，la代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的局部剖面；

14、基于全局剖面和局部剖面計(jì)算電池向量數(shù)據(jù)中的每一個(gè)數(shù)據(jù)的異常分?jǐn)?shù)，異常分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式為：其中，gradea代表第a個(gè)電池向量數(shù)據(jù)的異常分?jǐn)?shù)；預(yù)設(shè)異常分?jǐn)?shù)閾值gradelevel，將gradea≥gradelevel的電池向量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的電池?cái)?shù)據(jù)標(biāo)注為異常數(shù)據(jù)，剔除電池?cái)?shù)據(jù)中所有標(biāo)注為異常數(shù)據(jù)的電池?cái)?shù)據(jù)，獲得有效電池?cái)?shù)據(jù)。

15、進(jìn)一步地，所述電流損耗溫度影響模型的構(gòu)建方式包括：

16、采集b組歷史電池組能量數(shù)據(jù)，歷史電池組能量數(shù)據(jù)包括：歷史第一組電池溫度、歷史第一組電池起始電流、歷史第二組電池溫度和歷史第二組電池接收電流，通過歷史第一組電池起始電流和歷史第二組電池接收電流進(jìn)行電流損耗計(jì)算，進(jìn)行電流損耗計(jì)算的公式為：其中，loss代表歷史電流溫度影響系數(shù)，q1代表歷史第一組電池起始電流，q2代表歷史第二組電池接收電流；

17、基于歷史電池組能量數(shù)據(jù)和歷史電流溫度影響系數(shù)，以歷史第一組電池溫度和歷史第二組電池溫度作為電流損耗溫度影響模型的輸入，以預(yù)測(cè)的電流溫度影響系數(shù)作為電流損耗溫度影響模型的輸出，以歷史電流溫度影響系數(shù)作為電流損耗溫度影響模型的預(yù)測(cè)目標(biāo)進(jìn)行模型訓(xùn)練，構(gòu)建電流損耗溫度影響模型，電流損耗溫度影響模型為線性回歸模型，電流損耗溫度影響模型的目標(biāo)損失函數(shù)為：其中，mse是均方誤差，su是歷史電池組能量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總量，fg第g個(gè)歷史電流溫度影響系數(shù)，f'g是第g個(gè)預(yù)測(cè)的電流溫度影響系數(shù)；以最小化目標(biāo)損失函數(shù)的值作為訓(xùn)練的目標(biāo)，獲得目標(biāo)損失函數(shù)的值最小的電流損耗溫度影響模型；

18、基于構(gòu)建好的電流損耗溫度影響模型，通過遞推法計(jì)算有效電池?cái)?shù)據(jù)中所有電池溫度兩兩配對(duì)的溫度組合，以溫度組合作為電流損耗溫度影響模型的輸入進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲得電流溫度影響系數(shù)。

19、進(jìn)一步地，所述獲得電能需求量的方式包括：

20、對(duì)有效電池?cái)?shù)據(jù)中的每個(gè)電池進(jìn)行能量需求計(jì)算，進(jìn)行能量需求計(jì)算的公式為：

21、

22、；其中，eb代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的電能需求量，vb代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的電池電壓，ib代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的電池電流，tb代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的充電時(shí)間,sohb代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的電池健康狀態(tài),rb代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的電池電芯內(nèi)阻,tarb代表第b個(gè)有效電池?cái)?shù)據(jù)的總能量需求量，α代表電池電芯內(nèi)阻的增長(zhǎng)系數(shù)，k代表電池健康狀態(tài)的衰減系數(shù)。

23、進(jìn)一步地，所述進(jìn)行能量域劃分的方式包括：

24、預(yù)設(shè)能量分組值d，基于能量分組值從電能需求量中挑選d個(gè)數(shù)據(jù)作為初始能量中心，挑選初始能量中心的數(shù)據(jù)間隔為d，滿足條件：其中sum代表有效電池?cái)?shù)據(jù)總量；基于初始能量中心計(jì)算電能需求量中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)到各個(gè)初始能量中心的能量距離，d(p,c)＝|valp-orgc|；其中，d(p,c)代表第p個(gè)電能需求量與第c個(gè)初始能量中心的能量距離，valp代表第p個(gè)電能需求量，orgc代表第c個(gè)初始能量中心；將電能需求量中的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分配到能量距離最小的初始能量中心，構(gòu)成d個(gè)能量域；計(jì)算每個(gè)能量域內(nèi)電能需求量的均值并將該均值作為新的初始能量中心的值；重復(fù)直至初始能量中心的值不再發(fā)生變化。

25、進(jìn)一步地，所述構(gòu)建電池?zé)o向圖的方式包括：

26、基于電流溫度影響系數(shù)和能量域，對(duì)每個(gè)能量域進(jìn)行圖構(gòu)建，進(jìn)行圖構(gòu)建的方式包括：以電能需求量作為節(jié)點(diǎn)，能量傳輸路徑作為邊，以電流溫度影響系數(shù)作為邊的權(quán)重構(gòu)建電池?zé)o向圖。

27、進(jìn)一步地，所述對(duì)電池進(jìn)行均衡管理的方式包括：

28、基于初始能量中心的值對(duì)能量域進(jìn)行從大到小排序，將能量域的排序順序作為第一能量順序?qū)δ芰坑蜻M(jìn)行依次連接，定義能量最小目標(biāo)函數(shù)，基于能量最小化目標(biāo)函數(shù)尋找能量域內(nèi)的最優(yōu)能量傳輸路徑，預(yù)設(shè)電能需求量閾值，以最優(yōu)能量傳輸路徑對(duì)能量域內(nèi)電池進(jìn)行電池充放電，進(jìn)行電池充放電的方式包括：當(dāng)電池的電能需求量小于或等于電能需求量閾值時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行放電，電池的電能需求量大于電能需求量閾值時(shí)，對(duì)電池進(jìn)行充電；當(dāng)當(dāng)前能量域內(nèi)的所有電池的電能需求量都小于或等于電能需求量閾值時(shí)，按第一能量順序?qū)?dāng)前能量域的能量傳輸至下一個(gè)能量域，對(duì)下一個(gè)能量域內(nèi)電池進(jìn)行電池充放電，直至所有能量域內(nèi)的電池的電能需求量都小于或等于電能需求量閾值。

29、進(jìn)一步地，所述能量最小化目標(biāo)函數(shù)的公式為：

30、其中，et代表能量域的總能量需求，esi,j代表電池?zé)o向圖中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的電能需求量的和，ηi,j代表電池?zé)o向圖中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)和第j個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的邊的權(quán)重，sid代表電池?zé)o向圖中邊的集合，i和j代表電池?zé)o向圖中節(jié)點(diǎn)的索引，且i≠j。

31、進(jìn)一步地，所述最優(yōu)能量傳輸路徑的獲取方式包括：

32、步驟s1：初始化g只螞蟻，每只螞蟻代表一次傳輸能量路徑的探索，并將每只螞蟻分配到電池?zé)o向圖的不同節(jié)點(diǎn)；初始化信息素：為每條邊初始化信息素濃度，為每只螞蟻分配初始的信息素濃度；

33、步驟s2：每只螞蟻從起始節(jié)點(diǎn)開始，在電池?zé)o向圖中移動(dòng)，基于選邊概率選擇下一步要更新的位置的方向，選邊概率的計(jì)算公式為：

34、其中，pm,n代表螞蟻從電池?zé)o向圖中第m個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇邊到第n個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率，τm,n代表電池?zé)o向圖中第m個(gè)節(jié)點(diǎn)與第n個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的邊的信息素濃度，信息素是螞蟻在路徑上留下的化學(xué)標(biāo)記，濃度越高，路徑越有吸引力，m和n代表電池?zé)o向圖中節(jié)點(diǎn)的索引，且m≠n，代表電池?zé)o向圖中第m個(gè)節(jié)點(diǎn)和第n個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的邊的權(quán)重，chosem代表與電池?zé)o向圖中第m個(gè)節(jié)點(diǎn)有直接相連邊的其他節(jié)點(diǎn)的集合；

35、步驟s3：每只螞蟻完成路徑選擇后，根據(jù)螞蟻選擇的路徑中經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)和邊，通過能量最小化目標(biāo)函數(shù)計(jì)算每只螞蟻對(duì)應(yīng)選擇路徑的總能量需求；

36、步驟s4：根據(jù)每只螞蟻對(duì)應(yīng)選擇路徑的總能量值對(duì)選擇路徑的邊進(jìn)行信息素濃度更新，進(jìn)行信息素濃度更新的公式為：

37、其中，τ'm,n代表電池?zé)o向圖中第m個(gè)節(jié)點(diǎn)與第n個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的邊的信息素濃度的更新值，ρ代表信息素?fù)]發(fā)系數(shù)，s代表分配給螞蟻的初始信息素濃度，用于調(diào)整信息素增量，et代表總能量需求；

38、步驟s5：當(dāng)達(dá)到最大迭代次數(shù)或能量最小化目標(biāo)函數(shù)收斂時(shí)，信息素濃度最高的路徑即為能量域內(nèi)的最優(yōu)能量傳輸路徑，當(dāng)未達(dá)到最大迭代次數(shù)且能量最小化目標(biāo)函數(shù)未收斂時(shí)，重復(fù)執(zhí)行步驟s2、步驟s3和步驟s4。

39、本發(fā)明一種換電柜電池組自動(dòng)均衡管理系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

40、本發(fā)明通過該系統(tǒng)通過全局密度與局部密度的計(jì)算剔除異常電池?cái)?shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，減少電池故障的發(fā)生；通過電流損耗溫度影響模型，優(yōu)化電池的充放電管理，提高能量利用效率；通過采集并分析電池組的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的健康狀態(tài)和電能需求；通過蟻群算法自動(dòng)尋找到電池組內(nèi)能量傳輸?shù)淖顑?yōu)路徑，實(shí)現(xiàn)電池間的高效能量分配和均衡管理，延長(zhǎng)電池壽命和提升換電柜的整體能效；通過逐步傳輸能量域內(nèi)電池的能量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電池組高效自動(dòng)化的均衡充放電，減少了人工干預(yù)的需求。