CN113437371A - 一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***及预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，包括：用于监测电信号的电信号监测单元、用于监测温度信号的温度监测单元、用于采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断并发出相应的控制指令的微处理器、接收所述控制指令的控制器以及用于发出警报的警报器。本发明还提供了一种新能源汽车锂离子电池热失控预警方法。本发明的有益效果在于：能够对锂离子电池包括充放电电信号、电池温度进行监控，能对不同情况下出现的锂电池热失控现象进行判定识别，并能够根据监测结果及时做出预警并通知用户及时处理，适用于各种新能源汽车的电池安全***。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***及预警方法。
背景技术
锂离子电池自20世纪70年代问世以来，得到了迅猛的发展，因其比能量大、输出电压高、循环寿命长等优点，已被广泛应用于数码、家电等多个方面。近10年来随着能源问题日益严峻，锂离子电池在电动汽车和电化学储能上得以快速发展。然而锂离子电池本身存在着不能忽视的安全隐患，随着锂离子电池能量密度等指标的提高，锂离子电池的安全性问题也越发尖锐。截止至2019年9月，我国报道的电动汽车安全问题有40余起。电池安全性问题在近些年受到广泛关注，提高锂离子电池的安全性能也成为了电池研发的重要方向。
目前大部分新能源汽车动力电池组安全预警器包括微处理器、采样通道及声光预警电路，其中，采样通道串联连接在电动汽车动力电池组安装箱的外壳上，微处理器向采样通道发送高电频以启动采样通道，而采样得出的数据又反馈回微处理器，并经过微处理器的判断是否有故障现象的发生，进而控制声光预警电路进行声光预警。但是目前电池组安全预警器普遍存在如下问题：
1)只考虑到电池与安装箱、车身短接这一种情况，致使电池组发生短路，进而引发电池发生热失控。实际上，诱发电池失效起火***，还包括外部条件恶劣(如电池箱内温度过高)、电池单体过充过放、电池穿刺等等，不能充分实现实际预警作用，电池包内温度是一个关键性监测点，其他监测值还包括电池电压电流等；
2)在采集到数据后，处理器对电池状况的判断逻辑较为简单，预警***的可靠性还有提升的空间。
发明内容
本发明公开了一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其可以有效解决背景技术中涉及的技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，包括：
电信号监测单元，设置于锂离子电池包内并用于监测电信号；
温度监测单元，设置于锂离子电池包内并用于监测温度信号；
微处理器，与所述电信号监测单元和所述温度监测单元连接，所述微处理器基于softmax回归模型，在衡量两个概率分布差异测量的函数时采用交叉熵，建立交叉熵损伤函数，然后通过多次迭代模型参数来进行模型训练，在每次迭代中，根据当前读取的小批量数据样本，通过调用反向函数计算小批量随机梯度，并调用优化算法迭代模型参数以根据采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断，并发出相应的控制指令；以及
控制器和警报器，所述控制器与所述微处理器连接并接收所述控制指令，在出现热失控现象时控制所述警报器发出警报。
作为本发明的一种优选改进，所述电信号监测单元包括电信号采集单元，所述电信号采集单元用于实时采集锂离子电池的电信号以便监测锂离子电池的电信号。
作为本发明的一种优选改进，所述温度监测单元包括热传感器单元，所述热传感器单元用于实时采集锂离子电池的温度信号以便监测所述锂离子电池的温度信号。
作为本发明的一种优选改进，所述电信号包括锂离子电池的充放电电压和电流。
作为本发明的一种优选改进，所述状态包括电池穿刺、电池充电过充、电池高温以及电池剧烈热失控。
作为本发明的一种优选改进，所述警报包括穿刺报警、过充报警、高温报警以及紧急报警。
本发明还提供了一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***的预警方法，该方法包括如下步骤：
电信号监测单元和温度监测单元分别监测锂离子电池的电信号和温度信号，并实时反馈给微处理器；
微处理器基于softmax回归模型，在衡量两个概率分布差异测量的函数时采用交叉熵，建立交叉熵损伤函数，然后通过多次迭代模型参数来进行模型训练，在每次迭代中，根据当前读取的小批量数据样本，通过调用反向函数计算小批量随机梯度，并调用优化算法迭代模型参数以根据采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断，并发出相应的控制指令；
控制器接收控制指令，并在出现热失控现象时控制警报器做出警报。
作为本发明的一种优选改进，所述电信号包括锂离子电池的充放电电压和电流。
作为本发明的一种优选改进，所述状态包括电池穿刺、电池充电过充、电池高温以及电池剧烈热失控。
作为本发明的一种优选改进，所述警报包括穿刺报警、过充报警、高温报警以及紧急报警。
本发明的有益效果如下：
1、通过对锂电池内部一些相关参数进行实时监测，如温度、电信号等，对锂电池包括充放电电压、电池温度进行监控，并根据监测到的参数信号做出预警以便于通知用户及时处理；
2、综合监测信号对电池的热失控类型进行判断，继而触发预警装置，针对不同的电池热失控情况发出不同警报通知司机进行处理，在电池出现较大故障之前有针对性得采取有效措施，能有效避免人身事故，减少不必要的损失；
3、对电池的热失控类型进行判断时采用了神经网络算法，综合收集到的温度信号以及电信号对锂离子汽车电池的状态进行判断，极大的提高了预警***的可靠性；
4、流程简洁，非常便于实际操作与安装，并且在预警***无法正常工作时能更方便的排查出问题所在。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1为本发明新能源汽车锂离子电池热失控预警***的结构框图；
图2为人工智能算法流程图；
图3为本发明新能源汽车锂离子电池热失控预警***的工作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1所示，本发明提供一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，包括电信号监测单元1、温度监测单元2、微处理器3、控制器4以及警报器5，所述电信号监测单元1、所述温度监测单元3以及所述控制器4分别与所述微处理器3连接，所述警报器5与所述控制器4连接。
所述电信号监测单元1设置于锂离子电池包内并用于监测电信号，具体的，所述电信号包括锂离子电池的充放电电压和电流。所述电信号监测单元1包括电信号采集单元11，所述电信号采集单元11用于实时采集锂离子电池的电信号以便监测锂离子电池的电信号。
所述温度监测单元2设置于锂离子电池包内并用于监测温度信号，所述温度监测单元2包括热传感器单元21，所述热传感器单元21用于实时采集锂离子电池的温度信号以便监测所述锂离子电池的温度信号。
所述微处理器3基于softmax回归模型的人工智能模型来做出判定。可结合图2所示，人工智能模型采用交叉熵损伤函数，并且使用小批量随机梯度下降来优化模型的损失函数。具体的，所述微处理器3基于softmax回归模型，在衡量两个概率分布差异测量的函数时采用交叉熵，建立交叉熵损伤函数，然后通过多次迭代模型参数来进行模型训练，在每次迭代中，根据当前读取的小批量数据样本，通过调用反向函数计算小批量随机梯度，并调用优化算法迭代模型参数以根据采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断，并发出相应的控制指令。所述状态包括电池穿刺、电池充电过充、电池高温以及电池剧烈热失控。
需要进一步说明的是，电池穿刺主要对应锂离子电池被异物刺入的情况，当锂离子电池穿刺引起电池热失控时，锂离子电池内会出现温度超过安全阈值但温度上升速度没有超过安全阈值、电流增大电压急剧下降至接近0V的现象(电池内部短路)。电池充电过充主要对应锂离子电池过度充电的情况，当锂离子电池过充引起热失控时，电池温度超过阈值温度上升速度没有超过安全阈值并且电压升高。电池高温主要对应由于外界环境温度过高而导致锂电池温度超过安全阈值温度上升速度没有超过安全阈值的情况；此时，电池不仅温度超过阈值电压也会降低(不会降低至接近于0V)。电池剧烈热失控主要对应锂离子电池温度超过安全阈值且温度上升速度超过安全阈值的情况，出现这种情况的原因包括但不限于上述三种模型，但是这种情况下往往意味着锂离子电池会在短时间内出现较为重大的安全事故。因此，作为一个单独的热失控模型分类。从而使得本发明提供的预警***能综合收集到的温度信号以及电信号对锂离子电池的状态进行判断，能极大的提高预警***的可靠性。当电池内部温度发生热失控，预警***检测到异常信号，进行识别判定之后发出警告信号，提醒驾驶员采取合理措施，如关闭电源输出等。
再结合图3所示，所述控制器4接收所述控制指令，在出现热失控现象时控制所述警报器5发出警报。其中，所述警报包括与锂离子电池的不同状态对应的穿刺报警、过充报警、高温报警以及紧急报警。从而实现本发明提供的预警***可以针对不同的电池热失控情况发出不同的警报，并且预警可靠性高。
本发明还提供了一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***的预警方法，该方法包括如下步骤：
电信号监测单元1和温度监测单元2分别监测锂离子电池的电信号和温度信号，并实时反馈给微处理器3；
微处理器3基于softmax回归模型，在衡量两个概率分布差异测量的函数时采用交叉熵，建立交叉熵损伤函数，然后通过多次迭代模型参数来进行模型训练，在每次迭代中，根据当前读取的小批量数据样本，通过调用反向函数计算小批量随机梯度，并调用优化算法迭代模型参数以根据采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断，并发出相应的控制指令；
控制器4接收控制指令，并在出现热失控现象时控制警报器5做出警报。
本发明的有益效果如下：
1、通过对锂电池内部一些相关参数进行实时监测，如温度、电信号等，对锂电池包括充放电电压、电池温度进行监控，并根据监测到的参数信号做出预警以便于通知用户及时处理；
2、综合监测信号对电池的热失控类型进行判断，继而触发预警装置，针对不同的电池热失控情况发出不同警报通知司机进行处理，在电池出现较大故障之前有针对性得采取有效措施，能有效避免人身事故，减少不必要的损失；
3、对电池的热失控类型进行判断时采用了神经网络算法，综合收集到的温度信号以及电信号对锂离子汽车电池的状态进行判断，极大的提高了预警***的可靠性；
4、流程简洁，非常便于实际操作与安装，并且在预警***无法正常工作时能更方便的排查出问题所在。
方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其特征在于，包括：
电信号监测单元，设置于锂离子电池包内并用于监测电信号；
温度监测单元，设置于锂离子电池包内并用于监测温度信号；
微处理器，与所述电信号监测单元和所述温度监测单元连接，所述微处理器基于softmax回归模型，在衡量两个概率分布差异测量的函数时采用交叉熵，建立交叉熵损伤函数，然后通过多次迭代模型参数来进行模型训练，在每次迭代中，根据当前读取的小批量数据样本，通过调用反向函数计算小批量随机梯度，并调用优化算法迭代模型参数以根据采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断，并发出相应的控制指令；以及
控制器和警报器，所述控制器与所述微处理器连接并接收所述控制指令，在出现热失控现象时控制所述警报器发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其特征在于：所述电信号监测单元包括电信号采集单元，所述电信号采集单元用于实时采集锂离子电池的电信号以便监测锂离子电池的电信号。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其特征在于：所述温度监测单元包括热传感器单元，所述热传感器单元用于实时采集锂离子电池的温度信号以便监测所述锂离子电池的温度信号。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其特征在于：所述电信号包括锂离子电池的充放电电压和电流。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其特征在于：所述状态包括电池穿刺、电池充电过充、电池高温以及电池剧烈热失控。
6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警***，其特征在于：所述警报包括穿刺报警、过充报警、高温报警以及紧急报警。
7.一种基于权利要求1所述的新能源汽车锂离子电池热失控预警***的预警方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
电信号监测单元和温度监测单元分别监测锂离子电池的电信号和温度信号，并实时反馈给微处理器；
微处理器基于softmax回归模型，在衡量两个概率分布差异测量的函数时采用交叉熵，建立交叉熵损伤函数，然后通过多次迭代模型参数来进行模型训练，在每次迭代中，根据当前读取的小批量数据样本，通过调用反向函数计算小批量随机梯度，并调用优化算法迭代模型参数以根据采样收集所述电信号和所述温度信号对锂离子电池的状态进行判断，并发出相应的控制指令；
控制器接收控制指令，并在出现热失控现象时控制警报器做出警报。
8.根据权利要求7所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警方法，其特征在于：所述电信号包括锂离子电池的充放电电压和电流。
9.根据权利要求7所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警方法，其特征在于：所述状态包括电池穿刺、电池充电过充、电池高温以及电池剧烈热失控。
10.根据权利要求7所述的一种新能源汽车锂离子电池热失控预警方法，其特征在于：所述警报包括穿刺报警、过充报警、高温报警以及紧急报警。
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