一种纯电无人船BMS电池管理系统的制作方法

本发明涉及bms电池管理领域，更具体地说，它涉及一种纯电无人船bms电池管理系统。

背景技术：

1、电池管理系统是纯电动设备的核心部件，负责对电池包中的各个电芯进行监控和管理。

2、然而，现有的bms电池管理系统虽然能够在一定程度上实现对电芯的调度和管理，但对电芯衰减的差异性关注不足，导致电芯间衰减速率不均衡。这种不均衡会引发电池包的整体性能下降，缩短使用寿命，增加了维护成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种纯电无人船bms电池管理系统，解决背景技术中提出的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种纯电无人船bms电池管理系统，包括：

3、数据采集模块，用于对电芯进行模拟实验，构建电芯的实验衰减曲线，具体包括：

4、按固定时间间隔采集无人船的总电流和总电压，确定无人船在每个时刻的运行功率；

5、确定目标电池包及电芯在无人船的安装数量，根据安装数量计算电芯在每个时刻的输出电流和输出电压；

6、基于实验测量构建实验衰减曲线，实验衰减曲线的每个时刻均包括电芯容量、电压和电流；

7、散热模块，用于构建多个电芯在目标电池包内的散热模型，得到每个电芯的散热系数；

8、预测模块，用于根据电芯的容量衰减曲线和电芯的散热系数对电芯的实际工作的容量衰减进行预测，得到实际衰减曲线；

9、偏差分析模块，用于对实验衰减曲线和实际衰减曲线的拟合偏差进行时空分析，确定无人船的偏差因子；

10、衰减平衡模块，用于结合偏差因子对电芯进行二度预测，并基于二度预测结果调整电芯的输出，平衡每个电芯的衰减容量。

11、进一步的，构建多个电芯在目标电池包内的散热模型，散热模型的计算公式如下：

12、；其中，表示第个电芯的散热系数，表示第个电芯接触的导热板的子层数，表示第个电芯接触的导热板的子层数的索引，表示第层导热板的导热系数，表示第层导热板与第个电芯接触的接触面积，表示第层导热板子层的厚度，表示第个电芯与目标电池包的几何中心的距离，表示第个电芯相邻的电芯数量，表示第个电芯与第个电芯的欧氏距离，表示目标散热包的散热装置的风速，表示目标散热包的散热装置风速的权重，表示导热板上的温度梯度，表示导热板上温度梯度的权重，表示第个电芯与散热装置的欧氏距离，表示第个电芯与散热装置的欧氏距离的权重参数。

13、进一步的，根据电芯的容量衰减曲线和电芯的散热系数对电芯的实际工作的容量衰减进行预测，包括：

14、对电芯的容量衰减曲线按照时间间隔通过滑动窗口进行分割，将滑动窗口内时序的电流和电压数据构建特征向量作为训练样本，将滑动窗口的下一个时刻的容量作为该输入的样本标签；

15、通过训练样本和样本标签对预设模型进行训练，得到初始预测模型；

16、将初始预测模型独立对目标电池包中的每个电芯进行预测，得到预测结果；

17、基于电芯的散热系数构建复合损失函数，复合损失函数公式如下：

18、；

19、其中，表示初始预测模型的复合损失函数；表示第个电芯和第个电芯的相似度，和分别表示第个电芯和第个电芯的散热系数；表示初始预测模型预测时刻的第个电芯的容量；表示初始预测模型预测时刻的第个电芯的容量；表示时刻的第个电芯的样本标签，和分别表示第一损失系数和第二损失系数；

20、通过复合损失函数对初始预测模型进行训练得到更新预测模型。

21、进一步的，对实验衰减曲线和实际衰减曲线的拟合偏差进行时空分析，确定无人船的偏差因子，包括：

22、采集目标无人船在第一预设时间段的总电流和总电压数据；

23、将目标无人船在第一预设时间段的总电流和总电压数据根据电芯数量平均，将平均值输入更新预测模型，得到目标无人船在第二预设时间段的每个电芯的预测容量；

24、根据目标无人船在第二预设时间段的每个电芯的预测容量构建目标无人船的电芯实验衰减曲线；

25、选择目标无人船的部分电芯进行测量计算，得到该部分电芯的实际衰减曲线；

26、将该部分电芯的实际衰减曲线和实验衰减曲线比较，确定实验衰减曲线和实际衰减曲线的拟合偏差；

27、在第二预设时间段内对目标无人船进行时空分析，确定目标无人船的机械热源和作业环境，采集第二预设时间段内目标无人船的机械热源的温度和作业环境的温度作为偏差因子；

28、基于偏差因子，对更新预测模型增加校正层，校正层用于对更新预测模型的输出进行校正。

29、进一步的，校正层的公式如下：

30、；

31、其中，表示第个时刻校正后的电芯容量；表示第个时刻更新预测模型输出的预测电芯容量；表示机械热源的温度对电芯衰减的影响，表示第一外部热源权重系数，表示无人船在第个时刻机械热源的温度，表示第二预设时间段内机械热源温度的最大值，表示底数为自然常数的指数函数；表示水温度对电芯衰减的影响；表示海水的标准温度，表示第个时刻海水的温度，表示指数衰减系数，，表示自然对数；表示机械热源温度和海水温度对电芯衰减的联合影响，和分别表示机械热源指数调控系数和海水温度指数调控系数，，，表示机械热源和海水温度的最大温差。

32、进一步的，基于二度预测结果调整电芯的输出，平衡每个电芯的衰减容量，包括：

33、随机生成符合约束条件的个体数量为r的初始化种群，并初始化当前迭代次数time为1；

34、约束条件：

35、根据无人船的串并联调整确定调整电芯的输出电流或者输出电压；

36、电芯的总输出电压等于无人船的总需求电压，电芯的总输出电流等于无人船的总需求电流；

37、电芯的输出电流或者输出电压的调整量需要在预设的调整范围内；

38、目标函数：

39、；其中，表示基于更新预测模型的校正层对个体编码进行输出得到电芯的预测容量中的最大值，表示基于更新预测模型的校正层对个体编码进行输出得到电芯的预测容量中的最小值，表示取基于更新预测模型的校正层对个体编码进行输出得到电芯的预测容量中的最大值和最小值的差值平方的最小化值；

40、对r个个体进行输出目标函数值，保留大于预设目标函数阈值的个体，将剩余的个体作为父代进行更新；

41、判断当前迭代次数time≥最大迭代次数，则停止更新输出目标函数值最高的个体作为电芯的输出方案；否则，返回对父代进行更新。

42、进一步的，将剩余的个体作为父代进行更新，包括：

43、通过计算得到当前个体温度；其中，表示当前个体温度，表示最大迭代次数，表示当前个体的基础温度；

44、；其中，表示r-1个个体的目标函数值与当前目标函数值最高的个体的平均差值，表示当前个体与当前目标函数值最高的个体的差值；

45、通过计算当前个体与当前目标函数值最高的个体之间的距离；其中，表示当前个体与当前目标函数值最高的个体之间的距离，表示缩放函数，表示当前目标函数值最高的个体，表示常量参数，用于调整当前个体与当前目标函数值最高的个体的位置偏移量，表示当前个体的位置，表示取绝对值操作；

46、；其中，和分别表示控制参数，用于控制缩放函数的缩放大小，表示自然底数；

47、通过确定当前个体的位置调整参数；其中，表示位置调整参数，用于控制个体的移动幅度，表示常数参数，用于控制位置调整幅度，表示位置精度调整量，根据当前个体与当前目标函数值最高的个体之间的差距决定移动的精确程度，，表示随机数，用于引入随机性；

48、根据当前个体温度、当前个体与当前目标函数值最高的个体之间的距离和位置调整参数更新当前个体的位置，计算公式如下：

49、；其中，表示更新的个体的位置。

50、第二方面，一种纯电无人船bms电池管理方法，应用于所述的一种纯电无人船bms电池管理系统，包括：

51、对电芯进行模拟实验，构建电芯的实验衰减曲线，具体包括：

52、按固定时间间隔采集无人船的总电流和总电压，确定无人船在每个时刻的运行功率；

53、确定目标电池包及电芯在无人船的安装数量，根据安装数量计算电芯在每个时刻的输出电流和输出电压；

54、基于实验测量构建实验衰减曲线，实验衰减曲线的每个时刻均包括电芯容量、电压和电流；

55、构建多个电芯在目标电池包内的散热模型，得到每个电芯的散热系数；

56、根据电芯的容量衰减曲线和电芯的散热系数对电芯的实际工作的容量衰减进行预测，得到实际衰减曲线；

57、对实验衰减曲线和实际衰减曲线的拟合偏差进行时空分析，确定无人船的偏差因子；

58、结合偏差因子对电芯进行二度预测，并基于二度预测结果调整电芯的输出，平衡每个电芯的衰减容量。

59、第三方面，一种计算设备，包括：

60、一个或多个处理器；

61、存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如权利要求1至7中任一项所述的一种纯电无人船bms电池管理系统。

62、第四方面，一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的一种纯电无人船bms电池管理系统。

63、本发明的有益效果在于：通过精确的电芯衰减预测、智能化散热管理和动态环境校正，实现了纯电无人船在复杂环境中的高效电池管理。通过均衡电芯消耗和优化能耗，该系统不仅延长了电池包的整体寿命，还提升了无人船的续航能力和运行安全性，确保其在长期任务中的稳定性和可靠性。