一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统的制作方法

1.本发明涉及储能技术领域，具体为一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统。


背景技术：

2.电池储能系统中，电池管理系统实现对储能电池的监测、控制、保护、计算等功能，电池管理系统通常为三级或两级架构，在硬件上一般由总控制器单元（bau）、电池簇端控制和管理单元（bcu）、单体电池管理单元（bmu）组成；在软件上通常由通信、采集、控制、保护、计算等功能模块组成。当前电池管理系统存在的主要问题如下：（1）软硬件系统为封闭式架构，只能由供应商根据自身软件迭代情况进行升级，无法实现不同厂商创新软件算法在同一个硬件平台上的兼容应用；（2）电池管理系统为本地部署方式，受制于硬件资源限制，软件功能较为简单，无法支持机器学习等ai算法应用，系统结构缺乏适用性，在高级估算（容量估算、健康状态估算）和故障诊断（主动安全预警诊断）方面功能较弱，缺乏业内先进的算法，容量估算及健康状态估算准确率低，智能化预警水平低，主动安全防护功能缺失。


技术实现要素：

3.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，具备可以有效解决当前电池管理系统过于封闭的问题，通过软硬件系统之间的解耦，打破了原有软硬件系统的封闭性架构，实现了不同软件功能模块app在电池管理系统中的兼容应用，可以完全实现基于电池数据驱动的ai机器（深度）学习的不断迭代升级，且本地可实时加速推理执行，提升高级估算的准确率，提升了故障诊断的智能化水平，可以延伸至其他具备高级应用功能需求的应用场景，可以通过云边架构及云边协同机制实现智能化升级的优点，解决了当前电池管理系统封闭性高，兼容性差，估算精度差，智能化水平的问题。
4.（二）技术方案为实现上述有效解决当前电池管理系统过于封闭的问题，通过软硬件系统之间的解耦，打破了原有软硬件系统的封闭性架构，实现了不同软件功能模块app在电池管理系统中的兼容应用，可以完全实现基于电池数据驱动的ai机器（深度）学习的不断迭代升级，且本地可实时加速推理执行，提升高级估算的准确率，提升了故障诊断的智能化水平，可以延伸至其他具备高级应用功能需求的应用场景，可以通过云边架构及云边协同机制实现智能化升级的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，包括电池系统云平台、电池系统边缘智能终端、电池簇管理单元和操作系统，所述储能变流器、控制与能量管理系统和电池系统云平台的输出端均与电池系统边缘智能终端的输入端连接，所述电池系统边缘智能终端的输出端与电池簇管理单元的输入端连接，所述操作系统包括容器、边缘计算sdk和系统内核。
5.优选的，所述电池簇管理单元包括通信模块、采集模块、存储模块、控制模块、保护模块、高速通信模块、数据滤波模块、高级估算模块和故障诊断模块。
6.优选的，所述高级估算基于云端深度学习训练的估算算法升级，所述故障诊断基于云端深度学习训练的诊断算法升级与本体加速推理。
7.优选的，所述电池系统边缘智能终端通过4g/5g连接电池系统云平台，所述电池系统边缘智能终端通过rs485/can/lan与储能变流器连接，所述电池系统边缘智能终端通过lan和监控与能量管理系统连接，所述电池系统边缘智能终端通过can与电池簇管理单元连接，形成边云边协同的信息电池管理系统系统。
8.优选的，所述容器包括基本计算、高级估算和故障诊断等多个app，所述系统内核包括di/do、rs485、can、eth。
9.优选的，所述操作系统还包括底层硬件，所述底层硬件用于通信、采集、存储和控制，采用底层硬件、系统内核、边缘计算sdk和容器（多个app）的开放式架构，实现了基于软件定义的扁平、灵活、高效的系统架构。
10.优选的，所述采集模块用于采集电池簇管理单元和电池管单元的基本数据，所述数据滤波清洗模块用于对采集的数据进行预处理，所述高速通信模块用于将预处理完成的数据上传至电池系统云平台和下传至电池系统边缘智能终端。
11.优选的，所述高级估算模块和故障诊断模块用于将上传至电池系统云平台的数据进行不同功能模块需求的分类，且分别进行进一步的本地实时推理，计算出对应的高级估算结果或者故障诊断预警结果，高级估算结果用于上传至监控与能量管理系统ems，作为调控参数，故障诊断预警结果用于驱动控制保护进行动作，实现对电池系统的智能保护预警，同步将诊断结果上传至监控与能量管理系统ems，作为系统级控制保护使用。
12.（三）有益效果与现有技术相比，本发明提供了一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，具备以下有益效果：（1）本发明基于电池系统边缘智能终端高速通信模块、数据滤波清洗模块、高级估算模块（基于云端深度学习训练的估算算法升级）、故障诊断模块（基于云端深度学习训练的诊断算法升级与本地加速推理）的功能模块设计，以及边缘计算sdk、容器（多个app）的开放式架构设计，可以有效解决当前电池管理系统过于封闭的问题，通过软硬件系统之间的解耦，打破了原有软硬件系统的封闭性架构，实现了不同软件功能模块app在电池管理系统中的兼容应用。
13.（2）本发明基于云边架构及云边协同交互机制，通过电池系统云平台与电池系统边缘智能终端云边架构的设计，电池系统云平台侧机器（深度）学习的算法功能设计、电池系统边缘智能终端侧实时推理模块的设计、电池系统云平台与电池系统边缘智能终端云边交互机制的设计，可以完全实现基于电池数据驱动的ai机器（深度）学习的不断迭代升级，且本地可实时加速推理执行，提升高级估算的准确率，提升了故障诊断的智能化水平。
14.（3）本发明可以延伸至其他具备高级应用功能需求的应用场景，可以通过云边架构及云边协同机制实现智能化升级，比如电动汽车有序充电系统、新能源主动运维系统应用场景等，为具备智能化升级的系统提供了一种解决思路。
附图说明
15.图1为本发明一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统的系统架构示意图；图2为本发明一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统的电池系统边缘智能终端功能划分示意图；图3为本发明一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统的电池系统边缘智能终端功能架构示意图。
具体实施方式
16.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。
17.实施例一；请参阅图1，一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，包括电池系统云平台、电池系统边缘智能终端、电池簇管理单元和操作系统，电池系统云平台的输出端与电池系统边缘智能终端的输入端连接，电池系统边缘智能终端的输出端与电池簇管理单元的输入端连接，将传统电池系统管理单元升级为电池系统边缘智能终端，可以延伸至其他具备高级应用功能需求的应用场景。
18.进一步的，电池系统边缘智能终端通过4g/5g连接电池系统云平台，电池系统边缘智能终端通过rs485/can/lan与储能变流器连接，电池系统边缘智能终端通过lan和监控与能量管理系统连接，电池系统边缘智能终端通过can与电池簇管理单元连接，形成边云边协同的信息电池管理系统。
19.实施例二；请参阅图3，操作系统包括容器、边缘计算sdk和系统内核，容器包括基本计算、高级估算和故障诊断等多个app，系统内核包括di/do、rs485、can、eth，所述操作系统还包括底层硬件，底层硬件用于通信、采集、存储和控制，采用底层硬件、系统内核、边缘计算sdk和容器（多个app）的开放式架构，实现了基于软件定义的扁平、灵活、高效的系统架构，有效解决当前电池管理系统过于封闭的问题，通过软硬件系统之间的解耦，打破了原有软硬件系统的封闭性架构，实现了不同软件功能模块app在电池管理系统中的兼容应用。
20.实施例三；请参阅图2，电池簇管理单元包括通信模块、采集模块、存储模块、控制模块、保护模块、高速通信模块、数据滤波模块、高级估算模块和故障诊断模块，电池系统边缘智能终端通过采集电池簇管理单元和电池管理单元的基本数据后，通过数据滤波清洗，对采集数据进行预处理后，再通过该高速通信上传至电池系统云平台，电池系统云平台根据高级估算和故障诊断的不同功能模块需求，采用机器（深度）学习的算法对上传数据进行迭代，并将学习结果通过高速通信实时下传至电池系统边缘智能终端，电池系统边缘智能终端内的高级估算模块（基于云端深度学习训练的估算算法升级）、故障诊断模块（基于云端深度学习训练的诊断算法升级与本地加速推理）接受到学习结果，分别进行进一步的本地实时推理，计算出对应的高级估算结果或者故障诊断预警结果；高级估算结果可以上传至监控与
能量管理系统，作为调控参数；故障诊断预警结果可以驱动控制保护进行动作，实现对电池系统的智能保护预警；同步将诊断结果上传至监控与能量管理系统，作为系统级控制保护使用。
21.进一步的，高级估算基于云端深度学习训练的估算算法升级，故障诊断基于云端深度学习训练的诊断算法升级与本体加速推理。
22.进一步的，采集模块用于采集电池簇管理单元和单吃管理单元的基本数据，数据滤波清洗模块用于对采集的数据进行预处理，高速通信模块用于将预处理完成的数据上传至电池系统云平台和下传至电池系统边缘智能终端。
23.进一步的，高级估算模块和故障诊断模块用于将上传至电池系统云平台的数据进行不同功能模块需求的分类，且分别进行进一步的本地实时推理，计算出对应的高级估算结果或者故障诊断预警结果。高级估算结果用于上传至监控与能量管理系统，作为调控参数，故障诊断预警结果用于驱动控制保护进行动作，实现对电池系统的智能保护预警，同步将诊断结果上传至监控与能量管理系统，作为系统级控制保护使用。
24.需要指出的是；1）bcp的高级估算和故障诊断算法不限于某单一机器（深度）学习算法；2）beu的高级估算模块可包含但不限于电池容量soc估算、电池监控状态soh估算、电池寿命预测估算等高级应用功能；3）beu的故障诊断模块可包含且不限于安全预警、故障诊断、主动防护等高级应用功能；4）bcp的与beu的云边协同工作，针对不同高级估算和故障诊断算法的实现，bcp的与beu需共同完成，其原则是机器（深度）学习等需要消耗大量计算资源的在bcp完成，需要轻量化计算和实时推理的工作在beu完成；两者的工作量非固定比例，需要根据不同高级估算和故障诊断算法的来配置；5）本方案采用的beu、bcu及云边协同工作机制，不仅仅适用于图2所示的三级架构电池管理系统，也可以适用于两级架构电池管理系统。
25.综上所述，本发明可以有效解决当前电池管理系统过于封闭的问题，通过软硬件系统之间的解耦，打破了原有软硬件系统的封闭性架构，实现了不同软件功能模块app在电池管理系统中的兼容应用，可以完全实现基于电池数据驱动的ai机器（深度）学习的不断迭代升级，且本地可实时加速推理执行，提升高级估算的准确率，提升了故障诊断的智能化水平，可以延伸至其他具备高级应用功能需求的应用场景，可以通过云边架构及云边协同机制实现智能化升级。
26.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
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
27.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。

技术特征：
1.一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，包括电池系统云平台、电池系统边缘智能终端、电池簇管理单元和操作系统，其特征在于：所述电池系统云平台的输出端与电池系统边缘智能终端的输入端连接，所述电池系统边缘智能终端的输出端与电池簇管理单元的输入端连接，所述操作系统包括容器、边缘计算sdk和系统内核。2.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述电池簇管理单元包括通信模块、采集模块、存储模块、控制模块、保护模块、高速通信模块、数据滤波模块、高级估算模块和故障诊断模块。3.根据权利要求2所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述高级估算基于云端深度学习训练的估算算法升级，所述故障诊断基于云端深度学习训练的诊断算法升级与本体加速推理。4.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述电池系统边缘智能终端通过4g/5g连接电池系统云平台，所述电池系统边缘智能终端通过rs485/can/lan与储能变流器连接，所述电池系统边缘智能终端通过lan和监控与能量管理系统连接，所述电池系统边缘智能终端通过can与电池簇管理单元连接，形成边云边协同的信息电池管理系统系统。5.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述容器包括基本计算、高级估算和故障诊断等多个app，所述系统内核包括di/do、rs485、can、eth。6.根据权利要求5所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述操作系统还包括底层硬件，所述底层硬件用于通信、采集、存储和控制，采用底层硬件、系统内核、边缘计算sdk和容器（多个app）的开放式架构，实现了基于软件定义的扁平、灵活、高效的系统架构。7.根据权利要求1所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述采集模块用于采集电池簇管理单元和电池管理单元的基本数据，所述数据滤波清洗模块用于对采集的数据进行预处理，所述高速通信模块用于将预处理完成的数据上传至电池系统云平台和下传至电池系统边缘智能终端。8.根据权利要求7所述的一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，其特征在于：所述高级估算模块和故障诊断模块用于将上传至电池系统云平台的数据进行不同功能模块需求的分类，且分别进行进一步的本地实时推理，计算出对应的高级估算结果或者故障诊断预警结果，高级估算结果用于上传至监控与能量管理系统，作为调控参数，故障诊断预警结果用于驱动控制保护进行动作，实现对电池系统的智能保护预警，同步将诊断结果上传至监控与能量管理系统，作为系统级控制保护使用。

技术总结
本发明涉及储能技术领域，且公开了一种基于云边协同的智能开放式电池管理系统，包括电池系统云平台、电池系统边缘智能终端、电池簇管理单元和操作系统，本发明可以有效解决当前电池管理系统过于封闭的问题，通过软硬件系统之间的解耦，打破了原有软硬件系统的封闭性架构，实现了不同软件功能模块APP在电池管理系统中的兼容应用，可以完全实现基于电池数据驱动的AI机器学习的不断迭代升级，且本地可实时加速推理执行，提升高级估算的准确率，提升了故障诊断的智能化水平，可以延伸至其他具备高级应用功能需求的应用场景，可以通过云边架构及云边协同机制实现智能化升级。及云边协同机制实现智能化升级。及云边协同机制实现智能化升级。


技术研发人员：张建兴 陈世锋 马帅 丁辉
受保护的技术使用者：许昌云能魔方储能技术有限公司
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/5/25