基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统及方法技术方案

一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统及方法，包括：基于双CPU架构的电池管理片上系统、5G通信单元、数据库服务器、云计算平台、web服务器以及可视化终端；双CPU架构的电池管理片上系统用于实现对各个电池组的运行状态数据采集，以及基于电池数据信息实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断、充放电控制；5G通信单元连接到所述双CPU架构的电池管理片上系统，用于实时传输电池组的运行状态信息以及位置信息至云计算平台，并接收来自云计算平台传送的控制参数与信号；云计算平台用于实现多维度电池参数提取、BMS控制策略，实现云端辅助电池管理系统协同控制；本发明专利技术以5G为载体，通过边缘计算，云端状态估计与修正，实现电池组的主动安全管理与智能化充放电控制。

【技术实现步骤摘要】
基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统及方法
本专利技术涉及动力电池管理系统
，特别涉及以5G通信为载体，结合片上系统、边缘计算以及云端状态估算和充放电决策的电池主动安全充放电管理系统。
技术介绍
随着新能源汽车的快速发展，动力电池的需求呈井喷之势。动力电池系统由于单体电池的大型化和成组化使用，给其安全问题带来了很大的挑战。为了实现动力锂电池的安全、高效管理，研发先进的锂电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)是目前遍受关注的热点和难点问题。(1)国外BMS研究现状。国外在电动汽车领域起步较早，BMS研究主要集中于汽车企业中。近年来，一些大型汽车生产制造商针对各类电池进行了深入的探索与研究，取得了一系列研究成果，并成功商业化生产了一系列BMS，如：德国BADICHEQ系统及BATTMAN系统；日本丰田汽车生产的Prius混动汽车上使用的BMS；以及美国特斯拉公司生产的纯电动汽车上使用的BMS等。(2)国内BMS研究现状。国内电动汽车领域起步较晚，但产业发展迅速。国内致力于BMS研究工作的高校与研究所也有很多，如北京交通大学与惠州亿能合作开发的奥运纯电动大巴BMS；哈尔滨工业大学和北京理工大学联合成立的哈尔滨冠拓公司研发的BMS等。由于许多关键技术和瓶颈还没有突破，使得当前已装车运行的BMS与整车以及所使用的电池之间匹配度不高，并且传统的BMS基于实验数据对电池进行匹配和标定，难以满足电动汽车高准确性、高安全性的需求。伴随5G高速信息化时代的到来，大规模多输入多输出通信、微基站以及波束赋形等技术的发展，为实时云端电池参数与状态估算以及云端辅助电池充放电管理提供了基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于5G通信技术的电池智能充放电管理系统，它可以将片上系统与云计算平台技术相结合，通过边缘计算、云端参数估计与修正、云端辅助充放电决策，实现电池的主动高效充放电管理，为动力电池的健康管理和安全运行奠定理论和技术基础。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，包括：基于双CPU架构的电池管理片上系统、5G通信单元、数据库服务器、云计算平台、web服务器以及可视化终端；其中所述双CPU架构的电池管理片上系统用于实现对各个电池组的运行状态数据采集，以及基于电池数据信息实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断、充放电控制，所述电池包中包括多个电池；所述5G通信单元连接到所述双CPU架构的电池管理系统，用于实时传输电池组的运行状态信息以及位置信息至云计算平台，并接收来自云计算平台传送的控制参数与信号；所述云计算平台用于实现对电池运行数据以及定位信息进行存储、分析与传输，实现多维度电池参数提取、BMS控制策略以及电池组的多状态综合估计，同时利用电池状态信息制定智能充放电控制策略，实现云端辅助电池管理系统协同控制；所述可视化终端实现网页浏览器接入，依托搜索引擎和数据引擎实现数据检索、分析、可视化展示以及用户的偏好设置。进一步的，所述的双CPU架构的电池管理片上系统采用主从架构模式，包括主机单元和从机单元，从机单元负责采集各个电池包的单体电压、电流、温度数据信息，主机单元依据传输的电池数据信息实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断、充放电控制。进一步的，主机单元包括电源稳压滤波电路、主机CAN通讯接口，电压与电流检测电路，继电控制电路，主机单元CPU芯片；所述电源稳压滤波电路包括3.3V、5V与12V稳压电路，负责供电，连接到主机单元CPU芯片、主机CAN通讯接口、高压与电流检测电路以及5G通信单元和从机单元；所述主机CAN通讯接口包括主机内CAN接口和主机外CAN接口；从机单元包括CPU芯片，以及电压检测电路ADC、温度检测电路、从机内CAN接口以及均衡电路。进一步的，所述的5G通信单元包括单片机最小系统、通信模组以及定位模组；单片机最小系统包括ARM内核处理器以及外围电路，进行数据计算以及数据传输功能；通信模组利用5G通信技术，实现电池组运行状态数据传输、远程参数标定、充放电控制信号接收；定位模组依赖GPS/北斗双卫星导航系统实现实时定位功能。进一步的，所述5G通信单元包括内核处理器STM32芯片，以及电源稳压滤波电路、5G芯片通信电路、GPS/BD定位电路以及外CAN接口，电源稳压电路负责为内核处理器芯片、5G芯片通信电路以及GPS/BD定位电路提供稳定电源。5G通信单元的外CAN接口与主机单元的外CAN接口相连，进行电池运行数据与外部控制信号的实时传输。进一步的，所述云计算平台基于电池管理片上系统采集的电池包运行状态数据进行边缘计算，执行BMS算法以及控制策略，同时将云端控制指令返回片上系统进行辅助协同控制；对电池运行数据的统一存储，并将数据统一化与标准化；云计算平台部署大数据算法以及电池充放电控制算法，大数据算法基于实时/历史充放电数据进行多维度电池参数提取、综合状态估计以及故障诊断，电池充放电控制算法通过估算的电池状态信息以及应用层输入的用户充电偏好信息，进行智能化充放电控制决策；通过网页浏览器的接入，实现数据的检索、分析、可视化展示以及用户偏好设置。进一步的，所述可视化终端基于网页浏览器发送请求，接收云端服务器的电池数据和车辆信息，并进行可视化处理，包括登录界面、主界面、电池数据信息可视化界面以及车辆位置信息界面；同时，为了解决不同用户以及相同用户在不同环境下对充电需求不同的问题，在电池数据信息可视化界面下，用户可以根据自身的实际需求以及云端提供的电池状态信息，自行设定充电偏好，决定充电速度与电池使用寿命优先级，同时将偏好参数返回云端辅助电池智能充放电决策。根据本专利技术的另一方面，提出一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理方法，包括如下步骤：步骤1、双CPU架构的电池管理片上系统(1)上电并初始化，从机利用AD采样芯片采集电池电压、温度信息，利用CAN通信实现与主机的信息交互；主机基于从机采集的电池运行数据，实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断以及充放电控制，并通过CAN将执行命令下发给从机，同时将电池数据通过CAN发送至通信单元；步骤2、通信单元接收来自主机的电池运行数据，并利用定位模组进行北斗/GPS双卫星导航系统定位，将电池运行数据与位置信息打包，利用5G无线通信上传至云计算平台，同时接收来自云计算平台的电池充放电及协同控制指令下传至片上系统；步骤3、云计算平台接收通信单元上传的电池运行数据，利用边缘计算服务器执行BMS估算算法以及控制策略，并将云端协同控制指令返回片上系统，提供实时的BMS算法辅助计算；同时对边缘数据进行采集、加工、聚合后上传云服务器；步骤4、将所有电池运行数据统一存储，将原始数据转换为可用于报告、可视化、分析和机器学习任务的转换数据，并存储于MYSQL数据库或SQLsever上，形成统一化、标准化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于，包括：/n基于双CPU架构的电池管理片上系统、5G通信单元、数据库服务器、云计算平台、web服务器以及可视化终端；/n其中所述双CPU架构的电池管理片上系统用于实现对各个电池组的运行状态数据采集，以及基于电池数据信息实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断、充放电控制，所述电池包中包括多个电池；/n所述5G通信单元连接到所述双CPU架构的电池管理系统，用于实时传输电池组的运行状态信息以及位置信息至云计算平台，并接收来自云计算平台传送的控制参数与信号；/n所述云计算平台用于实现对电池运行数据以及定位信息进行存储、分析与传输，实现多维度电池参数提取、BMS控制策略以及电池组的多状态综合估计，同时利用电池状态信息制定智能充放电控制策略，实现云端辅助电池管理系统协同控制；/n所述可视化终端实现网页浏览器接入，依托搜索引擎和数据引擎实现数据检索、分析、可视化展示以及用户的偏好设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于，包括：
基于双CPU架构的电池管理片上系统、5G通信单元、数据库服务器、云计算平台、web服务器以及可视化终端；
其中所述双CPU架构的电池管理片上系统用于实现对各个电池组的运行状态数据采集，以及基于电池数据信息实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断、充放电控制，所述电池包中包括多个电池；
所述5G通信单元连接到所述双CPU架构的电池管理系统，用于实时传输电池组的运行状态信息以及位置信息至云计算平台，并接收来自云计算平台传送的控制参数与信号；
所述云计算平台用于实现对电池运行数据以及定位信息进行存储、分析与传输，实现多维度电池参数提取、BMS控制策略以及电池组的多状态综合估计，同时利用电池状态信息制定智能充放电控制策略，实现云端辅助电池管理系统协同控制；
所述可视化终端实现网页浏览器接入，依托搜索引擎和数据引擎实现数据检索、分析、可视化展示以及用户的偏好设置。


2.根据权利要求1所述的一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于：
所述的双CPU架构的电池管理片上系统采用主从架构模式，包括主机单元和从机单元，从机单元负责采集各个电池包的单体电压、电流、温度数据信息，主机单元依据传输的电池数据信息实现电池的SOC估计、SOH估计、故障诊断、充放电控制。


3.根据权利要求2所述的一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于：
主机单元包括电源稳压滤波电路、主机CAN通讯接口，电压与电流检测电路，继电控制电路，主机单元CPU芯片；
所述电源稳压滤波电路包括3.3V、5V与12V稳压电路，负责供电，连接到主机单元CPU芯片、主机CAN通讯接口、高压与电流检测电路以及5G通信单元和从机单元；
所述主机CAN通讯接口包括主机内CAN接口和主机外CAN接口；
从机单元包括CPU芯片，以及电压检测电路ADC、温度检测电路、从机内CAN接口以及均衡电路。


4.根据权利要求1所述的一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于：
所述的5G通信单元包括单片机最小系统、通信模组以及定位模组；单片机最小系统包括ARM内核处理器以及外围电路，进行数据计算以及数据传输功能；通信模组利用5G通信技术，实现电池组运行状态数据传输、远程参数标定、充放电控制信号接收；定位模组依赖GPS/北斗双卫星导航系统实现实时定位功能。


5.根据权利要求4所述的一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于：
所述5G通信单元包括内核处理器STM32芯片，以及电源稳压滤波电路、5G芯片通信电路、GPS/BD定位电路以及外CAN接口，电源稳压电路负责为内核处理器芯片、5G芯片通信电路以及GPS/BD定位电路提供稳定电源；5G通信单元的外CAN接口与主机单元的外CAN接口相连，进行电池运行数据与外部控制信号的实时传输。


6.根据权利要求1所述的一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征在于：
所述云计算平台基于电池管理片上系统采集的电池包运行状态数据进行边缘计算，执行BMS算法以及控制策略，同时将云端控制指令返回片上系统进行辅助协同控制；
对电池运行数据的统一存储，并将数据统一化与标准化；
云计算平台部署大数据算法以及电池充放电控制算法，大数据算法基于实时/历史充放电数据进行多维度电池参数提取、综合状态估计以及故障诊断，电池充放电控制算法通过估算的电池状态信息以及应用层输入的用户充电偏好信息，进行智能化充放电控制决策；
通过网页浏览器的接入，实现数据的检索、分析、可视化展示以及用户偏好设置。


7.根据权利要求1所述的一种基于5G云计算平台的电池智能化充放电管理系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪玉洁，周才杰，陈宗海，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34