基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及電池管理系統(tǒng)及方法，具體涉及基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理系統(tǒng)及方法。
技術(shù)背景:
[0002]電池管理系統(tǒng)(Battery Management System)是電池與用戶之間的紐帶，該系統(tǒng)主要應(yīng)用對(duì)象為二次電池。電池管理系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱BMS系統(tǒng))主要針對(duì)電池個(gè)體中存在的儲(chǔ)能少、壽命短、使用完全性以及電池電量難以估算等問(wèn)題提供全方位的解決方案，其目的是為了得到電池相關(guān)性能參數(shù)的實(shí)時(shí)精確數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到提高電池利用率的目的。
[0003]BMS系統(tǒng)主要包括三個(gè)功能:首先是準(zhǔn)確估測(cè)電池組的荷電狀態(tài)(State ofCharge，以下簡(jiǎn)稱SOC)，即電池的剩余電量，保證S0C值維持在合理范圍內(nèi)，防止過(guò)充和過(guò)放對(duì)電池造成損傷。S0C值以剩余電量與完全充電狀態(tài)電量的比值表示。其次是在電池的充放電過(guò)程中對(duì)電池組進(jìn)行全參數(shù)(包括每塊電池端電壓、溫度、電流、總電壓等)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，建立每一塊電池以及電池組的歷史檔案；最后是利用均衡技術(shù)使電池組中的各電池都處于均衡一致的狀態(tài)，從而達(dá)到電池利用率最大化的目的。其中能否準(zhǔn)確對(duì)S0C進(jìn)行估算決定了對(duì)電池動(dòng)態(tài)參數(shù)的正確評(píng)估能力，該行為直接決定電池過(guò)充、過(guò)放、均衡性等重要指標(biāo)的準(zhǔn)確性，是BMS系統(tǒng)能否有效提高電池利用率的最重要因素?，F(xiàn)階段BMS系統(tǒng)的S0C值估算在實(shí)際應(yīng)用中多通過(guò)電池端電壓值標(biāo)定電量值的方法進(jìn)行估算，由于電池組的電量值并非與電池端電壓值呈線性變化，因而使用電壓標(biāo)定法對(duì)電量估算存在較大誤差(約-10 %?+10% )，從而無(wú)法通過(guò)該方法計(jì)算出精確的S0C值，很難滿足準(zhǔn)確估測(cè)電池參數(shù)的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理系統(tǒng)及方法。
[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案是，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理系統(tǒng)，包括程控轉(zhuǎn)換與均衡電路、直流可編程電源、電子負(fù)載、溫度檢測(cè)電路、數(shù)字萬(wàn)用表和上位機(jī)；其特征在于:
[0006]直流可編程電源、電子負(fù)載和數(shù)字萬(wàn)用表均由上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)端編程控制；直流可編程電源、電子負(fù)載和數(shù)字萬(wàn)用表分別通過(guò)第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器與電池組連接；
[0007]直流可編程電源用于對(duì)電池組進(jìn)行充電，并檢測(cè)充電電流輸出到上位機(jī)；
[0008]電子負(fù)載用于對(duì)電池組進(jìn)行放電試驗(yàn)，檢測(cè)電池組放電電流，輸出到上位機(jī)；
[0009]數(shù)字萬(wàn)用表用于采集電池組以及每個(gè)單體電池的電壓值，輸出到上位機(jī)；
[0010]溫度檢測(cè)電路用于采集電池組溫度，通過(guò)程控轉(zhuǎn)換與均衡電路進(jìn)行處理后輸出到上位機(jī)；
[0011]程控轉(zhuǎn)換與均衡電路接收上位機(jī)輸出的控制指令，控制第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的通電狀態(tài)，以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行充放電切換控制和環(huán)路通斷控制，并對(duì)電池組各電池單元進(jìn)行電壓均衡控制；同時(shí)，接收溫度檢測(cè)電路輸出的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后輸出到上位機(jī)；
[0012]上位機(jī)分別接收直流可編程電源、電子負(fù)載、數(shù)字萬(wàn)用表輸出的電池組充電電流、放電電流、電池組電壓值以及每個(gè)單體電池的電壓值，還接收溫度檢測(cè)電路通過(guò)程控轉(zhuǎn)換與均衡電路輸出的電池組溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，得到電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則，并將該映射規(guī)則存入上位機(jī)中。
[0013]根據(jù)本發(fā)明所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理系統(tǒng)的優(yōu)選方案，所述程控轉(zhuǎn)換與均衡電路包括微控制單元、電壓均衡電路、第一升壓電路、第二升壓電路和第三升壓電路；
[0014]第一升壓電路連接在微控制單元與第一繼電器之間，第二升壓電路連接在微控制單元與第二繼電器之間，第三升壓電路連接在微控制單元與第三繼電器之間，第一升壓電路、第二升壓電路、第三升壓電路分別接收微控制單元輸出的信號(hào)，進(jìn)行升壓電路轉(zhuǎn)換，分別控制第一繼電器、第二繼電器和第三繼電器的通斷；
[0015]電壓均衡電路接收微控制單元輸出的信號(hào)，對(duì)電池組各單體電池進(jìn)行電壓均衡控制，對(duì)電壓高的單體電池的充電電流進(jìn)行旁路；
[0016]微控制單元接收上位機(jī)輸出的控制指令，分別輸出信號(hào)到電壓均衡電路、第一升壓電路、第二升壓電路和第三升壓電路；同時(shí)，接收溫度檢測(cè)電路輸出的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后輸出到上位機(jī)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理系統(tǒng)的優(yōu)選方案，該系統(tǒng)包括電池管理模塊；
[0018]電池管理模塊與上位機(jī)進(jìn)行通信，上位機(jī)將電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則寫(xiě)入電池管理模塊的主控芯片內(nèi)；電池管理模塊對(duì)電池組的充電電流、放電電流、溫度以及電壓進(jìn)行檢測(cè)，利用映射規(guī)則計(jì)算出電池組當(dāng)前電量與S0C值，并與電池管理模塊的主控芯片內(nèi)的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，輸出信號(hào)到程控轉(zhuǎn)換與均衡電路。
[0019]本發(fā)明的第二個(gè)技術(shù)方案是，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理方法，其特征在于:包括如下步驟:
[0020]A、上位機(jī)進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法學(xué)習(xí)，分別得到在充電狀態(tài)下和放電狀態(tài)下電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則；
[0021]B、將充電狀態(tài)下和放電狀態(tài)下電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則存入上位機(jī)的指定內(nèi)存或者存入電池管理模塊；
[0022]采集電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)，判斷電池組處于充電狀態(tài)或是放電狀態(tài)，當(dāng)為充電狀態(tài)時(shí)，根據(jù)充電狀態(tài)下電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則實(shí)時(shí)計(jì)算電池組電量與S0C值，當(dāng)為放電狀態(tài)時(shí)，根據(jù)放電狀態(tài)下電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則實(shí)時(shí)計(jì)算電池組電量與S0C值，判斷電池組是否處于過(guò)充或過(guò)放狀態(tài)，當(dāng)處于過(guò)充或過(guò)放狀態(tài)，斷開(kāi)電池組，完成電池組過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)
[0023]根據(jù)本發(fā)明所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的電池管理方法的優(yōu)選方案，上位機(jī)進(jìn)行人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法學(xué)習(xí)，分別得到在充電狀態(tài)下和放電狀態(tài)下電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則，具體包括:
[0024]A1、搭建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò):采用單隱含層方式搭建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱含層和輸出層構(gòu)成；輸入層由若干輸入節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，輸入節(jié)點(diǎn)的數(shù)量等于需采集參數(shù)的個(gè)數(shù)；隱含層由若干隱含節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；輸出層只由一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)構(gòu)成；每個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)都同時(shí)連接所有的隱含節(jié)點(diǎn)；每個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接所有的輸入節(jié)點(diǎn)；并且，每個(gè)隱含節(jié)點(diǎn)均與輸出節(jié)點(diǎn)連接；輸出節(jié)點(diǎn)同時(shí)連接所有的隱含節(jié)點(diǎn)；
[0025]A2、控制電池組通過(guò)電子負(fù)載放電，當(dāng)電池組電量放空后，斷開(kāi)電子負(fù)載；
[0026]A3、接通直流可編程電源對(duì)電池組進(jìn)行充電；
[0027]A4、每間隔設(shè)定時(shí)間，利用數(shù)字萬(wàn)用表采集電池組以及每個(gè)單體電池的電壓值，輸出到上位機(jī)；利用直流可編程電源采集電池組的充電電流值，輸出到上位機(jī)；同時(shí)，利用溫度檢測(cè)電路采集電池組溫度，通過(guò)程控轉(zhuǎn)換與均衡電路進(jìn)行處理后輸出到上位機(jī)；
[0028]A5、判斷電池組電量是否充滿，當(dāng)電池組電量充滿后，斷開(kāi)直流可編程電源，停止數(shù)據(jù)采集；
[0029]A6、將數(shù)字萬(wàn)用表采集的電池組以及每個(gè)單體電池的電壓值、直流可編程電源采集電池組的充電電流值以及溫度檢測(cè)電路采集的電池組溫度作為輸入層的輸入節(jié)點(diǎn)；
[0030]A7、隨機(jī)產(chǎn)生輸入層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值、隱含層閾值，得出輸入層到隱含層的映射規(guī)則；
[0031]A8、根據(jù)輸入層到隱含層的映射規(guī)則推算出隱含層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)收到的從輸入層映射來(lái)的信息；
[0032]A9、將電池組電量作為輸出層輸出節(jié)點(diǎn)，隨機(jī)產(chǎn)生隱含層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值、電池組電量閾值，得到隱含層到輸出層的映射規(guī)則；
[0033]A10、根據(jù)隱含層到輸出層的映射規(guī)則，推算出輸出層輸出節(jié)點(diǎn)收到的映射信息；
[0034]All、進(jìn)行誤差比較:將A10步的結(jié)果與電池組的標(biāo)準(zhǔn)電量值進(jìn)行比較，判斷比較結(jié)果是否小于允許最大誤差，當(dāng)比較結(jié)果大于允許最大誤差時(shí)，校準(zhǔn)并更新隱含層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值、電池組電量閾值；校準(zhǔn)并更新輸入層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值、隱含層閾值；返回A7步；若在允許最大誤差范圍內(nèi)，保存最終輸入層到隱含層中輸入層每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值、隱含層到輸出層中隱含層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)值、隱含層閾值、輸出層閾值，得到充電狀態(tài)下電池組電量與電池組動(dòng)態(tài)參數(shù)的映射規(guī)則；
[0035]A12、控制電池組通過(guò)電子負(fù)載放電；
[0036]A13每間隔設(shè)定時(shí)間，利用數(shù)字萬(wàn)用表采集電池組以及每個(gè)單體電池的電壓值，利用電子負(fù)載采集電池組的放電電流值，輸出到上位機(jī)；同時(shí)，利用溫度檢測(cè)電路用于采集電池組溫度，通過(guò)程控轉(zhuǎn)換與均衡電路進(jìn)行處理后輸出到上位機(jī)；
[0037]A14、判斷電池組電量是否放空，當(dāng)電池組電量放空后，斷開(kāi)電子負(fù)載；數(shù)字萬(wàn)用表和溫度檢測(cè)電路停止數(shù)據(jù)采集；
[0038]A15、將電池組以及每個(gè)單體電池的電壓值、電池組的放電電流值以及電池組溫度作為輸入層的輸入節(jié)點(diǎn)；
[0039]A16