CN106772112A - 一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置，它包括信号的采集与传输系统、信号处理系统、以及执行系统，信号的采集与传输系统包括数据采集模块以及信号转化模块，数据采集模块的输出端与信号转化模块的输入端连接，信号转化模块的输出端与信号处理系统的输入端连接，信号处理系统的输出端与执行系统连接，所述信号处理系统包括微处理器、微处理器中软件系统包括专家模块、灰色关联模块、以及储存模块，灰色关联模块中设置有TOPSIS优选法以及绯色关联度法。它能解决现有电动汽车蓄电池安全水平不能很好的被监测、评估的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备领域，特别是一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置。
背景技术
随着化石能源的日益枯竭以及日趋严重的环境问题，世界各国纷纷加入对电动汽车这种环保型交通工具的研究，而在电动汽车技术日趋成熟的今天，仍然有许多因数制约着它的发展。在中国，电动汽车家用充电桩和大型充电站等充电设备的缺乏以及电动汽车的蓄电池的自身安全问题制约着电动汽车的推广运用。
随着国内一些电动汽车蓄电池爆炸事故的频繁发生，电动汽车蓄电池的安全问题逐渐被重视，蓄电池的安全水平严重影响着电动汽车运行的可靠性，故对电动汽车的安全评估是十分重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置，它能解决现有电动汽车蓄电池安全水平不能很好的被监测、评估的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置，它包括信号的采集与传输系统、信号处理系统、以及执行系统，信号的采集与传输系统包括数据采集模块以及信号转化模块，数据采集模块的输出端与信号转化模块的输入端连接，信号转化模块的输出端与信号处理系统的输入端连接，信号处理系统的输出端与执行系统连接，所述信号处理系统包括微处理器、与微处理器数据口双向连接的专家模块、与专家模块数据口双向连接的灰色关联模块、以及与专家模块数据口双向连接的储存模块，灰色关联模块中设置有TOPSIS优选法以及绯色关联度法。
上述数据采集模块的输入端分别与电压传感器、电流传感器、温度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、充电次数计数器、充电时长计数器、放电时长计数器、故障次数计数器连接。
上述执行系统包括执行模块以及与执行模块的输出端分别连接的切断电路、显示装置、无线传输装置、灭火装置、报警电路，执行模块的输入端与微处理器输出端连接。
一种上述评估装置的使用方法，它包括以下步骤：
1)用信号的采集与传输系统对电动汽车蓄电池健康安全状况的监测及测量，数据采集模块对电动汽车的安全性能与使用性能参数进行相应采集；信号转化模块将数据采集模块采集的各种类型信号转变为数字信号后传输到微处理器；
2)由信号的采集与传输系统传输的信号进入到微处理器中后传输到专家模块，通过在专家模块中建立的模型分析，评价出蓄电池目前的健康安全状态；
3)制定需要执行的方案后将信息传输到执行系统；
4)在专家模块的模拟分析过程中，若数据在储存模块中已经存在，则专家系统直接调用，若储存系统中不存在，则将数据推送到灰色关联模块中进行模型分析，得出的结果存储到储存模块。
在步骤4)中，首先采用TOPSIS优选法，通过在目标空间中定义一个测度，以此测量目标靠近正理想解和远离负理想解的程度来评估电池安全水平；然后采用灰色关联度法，基于TOPSIS优选法得出的结论建立清晰评价标准，用于对所述TOPSIS优选法结论进行清晰评价处理，得到一个明确的电池健康状态结果。
上所述切断电路对电池的过充过放进行保护并及时切断电路。
上述显示装置对所评估的安全健康状态进行颜色区分。
上述无线传输装置将信号以无线传输形式传送到手机APP。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本专利对电池可以对电池的健康安全状态进行实时的监测，并通过不同安全状况不同颜色的显示对用户进行有效提醒；
(2)对电池的过充、过放状况进行有效的保护，及时停止充电、放电，一定程度上延长了电池的寿命；
(3)对发生在极端状况下，电池可能产生的火焰进行扑灭，对驾驶人的安全做到有效的保证；
(4)APP远程将用户充电时电池有效的数据情况上传至云端，并在云端对于数据进行预处理，对比同城同型号以及相近使用年限电动汽车的电池充电情况，然后通过开发者编写的算法，为用户爱车的电池使用情况评分，给予用户一定的信息提示；或在云端对于这些数据进行处理，对比同类同年限车型的电池充电情况，然后通过开发者编写的算法，APP为用户爱车的电池损耗寿命情况评分，并给出维护保养电池的建议。
(5)专家模块与存储模块的配合，可对已有的电动汽车蓄电池健康安全状态模型进行调用，对未有的电动汽车蓄电池健康安全状态进行分类与存储，有效的缩短了安全评估所需的时间。
(6)专家模块与灰色关联模块的配合，可对电池的健康安全状态做出更详细，准确的判断。
(7)简单化的执行电路，对设备的维修，更换以及生产带来更多方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的控制框图；
图2为本发明中运用基于灰色关联度的TOPSIS优选法建立蓄电池目标价值体系；
图3为本发明中切断电路的电路图；
图4为本发明中显示电路的电路图；
图5为本发明中灭火电路的电路图；
图6为本发明中报警电路的电路图；
图7为本发明中数据采集模块的电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置，它包括信号的采集与传输系统、信号处理系统1、以及执行系统2，信号的采集与传输系统包括数据采集模块3以及信号转化模块4，数据采集模块3的输出端与信号转化模块4的输入端连接，信号转化模块4的输出端与信号处理系统1的输入端连接，信号处理系统1的输出端与执行系统2连接，其特征在于：所述信号处理系统1包括微处理器5、微处理器5中软件系统包括专家模块6、灰色关联模块7、以及储存模块8，灰色关联模块7中设置有TOPSIS优选法以及绯色关联度法。
所述数据采集模块3的输入端分别与电压传感器9、电流传感器10、温度传感器11、烟雾传感器12、火焰传感器13、充电次数计数器14、充电时长计数器15、放电时长计数器16、故障次数计数器17连接。
所述执行系统包括执行模块18以及与执行模块18的输出端分别连接的切断电路19、显示装置20、无线传输装置21、灭火装置22、报警电路23，执行模块18的输入端与微处理器5输出端连接。
单片机可选80C52系列单片机，电压传感器可选型号为CHV-20L的霍尔电压传感器，电流传感器可选型号为CHF-50G的霍尔电流传感器，温度传感器可选型号为pt100的铂热电阻温度传感器，烟雾传感器可选型号为MQ-2的气体传感器，火焰传感器可选型号为A710/UV/IR2的紫外/红外复合火焰探测器，充电次数计数器可选型号为DHC3J的电子计数器，充电时长计数器优选型号为DHC3J的电子计数器，放电时长计数器可选型号为DHC3J的电子计数器，故障次数技术器可选型号为DHC3J的电子计数器。
对本领域技术人员来说，微处理器、执行模块、各个传感器等电子元件属于本领域技术人员公知技术，对它们型号的选用不局限于本说明书的记载，微处理器、执行模块与常规电子元器件的连接及控制关系属于本领域技术人员的公知常识，在本说明书中不再赘述，本领域技术人员可根据现场实际情况选择公知手段对各个电子芯片进行安装。
所述评估装置的使用方法，它包括以下步骤：
1)用信号的采集与传输系统对电动汽车蓄电池健康安全状况的监测及测量，数据采集模块3对电动汽车的安全性能与使用性能参数进行相应采集；信号转化模块4将数据采集模块3采集的各种类型信号转变为数字信号后传输到微处理器5；
2)由信号的采集与传输系统传输的信号进入到微处理器5中后传输到专家模块6，通过在专家模块6中建立的模型分析，评价出蓄电池目前的健康安全状态；
3)制定需要执行的方案后将信息传输到执行系统2；
4)在专家模块6的模拟分析过程中，若数据在储存模块中已经存在，则专家系统直接调用，若储存系统中不存在，则将数据推送到灰色关联模块7中进行模型分析，得出的结果存储到储存模块8。
在步骤4)中，首先采用TOPSIS优选法，通过在目标空间中定义一个测度，以此测量目标靠近正理想解和远离负理想解的程度来评估电池安全水平；然后采用灰色关联度法，基于TOPSIS优选法得出的结论建立清晰评价标准，用于对所述TOPSIS优选法结论进行清晰评价处理，得到一个明确的电池健康状态结果。
所述切断电路19对电池的过充过放进行保护并及时切断电路。
所述显示装置20对所评估的安全健康状态进行颜色区分。
所述无线传输装置21将信号以无线传输形式传送到手机APP。
其中，专家模块由专家系统构成，专家系统是一种使用人类专家推理的计算机模型来处理现实世界中需要专家作出解释的复杂问题，并得出与专家相同的结论的系统。其主要用于商业和工业领域，如意大利的T.Biagetti等人开发的预测及智能监测专家系统PROMISE(prog-nosticandintelligentmonitoringexpertsystem)
本装置中专家系统主要作用：
1.对传输到微处理器中的数据做初步分析处理。
处理方式为：首先对传输到微处理器中的数据进行推理分析，得到初步分析结果，并调用存储模块中的数据与之对比，若在存储模块中找到相识结果，并处理成功，则将处理结果推送到微处理器，由微处理器发送执行信号给执行模块
2.对灰色关联模块传输回来的结果进行分类处理并储存。
处理方式为：当灰色关联模块对由专家模块传送过来的数据(由专家系统进行初步分析处理未获得结果的数据)进行模型分析并得出结果后，传输到专家模块，由专家系统进行分类处理，并储存到存储模块，方便之后的模型比对分析。
如图2所示，运用基于灰色关联度的TOPSIS优选法建立蓄电池目标价值体系，来以分数的形式表示目标的健康状态，如图2所示：
1.目标的电压根据检测的目标电压的与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-20分)，如检测电压与正常模型相同，则输出20分。
2.目标的电流根据检测的目标电流的与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-20分)，如检测电流与正常模型相同，则输出20分。
3.目标的温度根据检测的目标的温度与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-20分)，如检测温度与正常模型相同，则输出20分。
4.目标的充电次数根据检测的目标的充电次数与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-10分)，如检测充电次数与正常模型相同，则输出10分。
5.目标的充电时长根据检测的目标的充电时长与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-10分)，如检测充电时长与正常模型相同，则输出10分。
6.目标的放电时长根据检测的目标的充电时长与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-10分)，如检测放电时长与正常模型相同，则输出10分。
7.目标的故障次数根据检测的目标的故障次数与正常值进行模型对比，输出评价分数(0-10分)，如检测故障次数与正常模型相同，则输出10分。
8.目标的烟雾浓度根据检测的目标的故障次数与正常值进行模型对比，若烟雾浓度超过一定值，则总分直接输出为0。
9.目标的火焰情况根据检测判断目标有无火焰产生，若产生火焰，则总分直接输出为0。
其中灰色关联模块对健康安全状态评价分为5种状态：优秀、良好、普通、异常、危险，其中优秀(90-100)、良好(80-90)、普通(70-80)、异常(60-70)、危险(0-60)，其所对应的隶属函数模型如下。
良好状态下的函数模型：
正常状态下的函数模型：
可疑状态下的函数模型：
异常状态下的函数模型：
危险状态下的函数模型：
如图3所示，当切断电路获得执行信号时，电路导通，电磁继电器工作，吸引常闭触点断开，使充放电工作电路断开，完成对过充过放现象的保护。
如图4所示，当显示电路获得执行信号时，根据执行信号的不同，不同的LED灯电路工作，分别为LED1工作，显示绿色；LED2工作，显示蓝色；LED3工作，显示黄色，LED4工作，显示橙色；LED5工作，显示红色。
如图5所示，当灭火电路获得执行信号时，电路导通，电磁铁得电，产生磁场，吸引金属扣环，金属扣环代工灭火装置工作。
如图6所示，当报警电路获得执行信号时，电路导通，蜂鸣器得电，发出报警信号。
另外，微处理器包括专家模块、存储模块、灰色关联模块，其中专家模块用于对传送到微处理器中的信号进行初步分析；存储模块用于分类储存各类已知的电池健康安全状态模型；灰色关联模块用于对微处理器中的信号进行准确分析。
数据采集模块由数据采集器构成，数据采集器采用研华公司的ADAM-3014，可以对由传感器采集到的信号进行放大，滤波，共模抑制及隔离等等适当调整，以得到数据转换模块所需的信号，信号调理原理如图7所示，数据转化模块由A/D转换模块构成，采用芯片MC14433，具有输入阻抗高，功耗低，电源电压范围宽，精度高等特点。
具体的，使用时，通过数据采集模块将电池的各类有关信息进行采集、整理后传输给信号转化模块，将各种信号转化为数字信号后传输给微处理器，在微处理器中进行分析评估，在处理过程中，这些信息首先传输给专家系统，专家系统对储存模块内的信息进行调用，若发现与之对应的状态模型，则立即输出执行结果，若未发现与之对应的状态模型则立即调用灰色关联模块，进行对电池健康安全状态的评估，得出结果将新的状态模型存储到储存模块，完善储存模块信息，同时发出执行命令，当执行模块得到执行命令后，立即执行命令，执行命令包括切断电路工作，对电池过充过放的情况进行切断；显示装置工作，对电池健康安全状态进行实时显示，优秀(绿色)、良好(蓝色)、普通(黄色)、异常(橙色)、危险(红色)；无线传输装置工作，将信号以无线形式输出，给予用户信息提示或将数据情况上传至云端在云端对于这些数据进行处理，对比同类同年限车型的电池充电情况，然后通过开发者编写的算法，APP为用户爱车的电池损耗寿命情况评分，并给出维护保养电池的建议；灭火装置工作，灭火电路导通，灭火装置启动；报警电路工作，发出报警。
Claims (8)
1.一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置，它包括信号的采集与传输系统、信号处理系统（1）、以及执行系统（2），信号的采集与传输系统包括数据采集模块（3）以及信号转化模块（4），数据采集模块（3）的输出端与信号转化模块（4）的输入端连接，信号转化模块（4）的输出端与信号处理系统（1）的输入端连接，信号处理系统（1）的输出端与执行系统（2）连接，其特征在于：所述信号处理系统（1）包括微处理器（5）、微处理器（5）中软件系统包括专家模块（6）、灰色关联模块（7）、以及储存模块（8），灰色关联模块（7）中设置有TOPSIS优选法以及绯色关联度法。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的健康安全状态评估装置，其特征在于：所述数据采集模块（3）的输入端分别与电压传感器（9）、电流传感器（10）、温度传感器（11）、烟雾传感器（12）、火焰传感器（13）、充电次数计数器（14）、充电时长计数器（15）、放电时长计数器（16）、故障次数计数器（17）连接。
3.根据权利要求1所述的用于电动汽车的健康安全状态评估装置，其特征在于：所述执行系统包括执行模块（18）以及与执行模块（18）的输出端分别连接的切断电路（19）、显示装置（20）、无线传输装置（21）、灭火装置（22）、报警电路（23），执行模块（18）的输入端与微处理器（5）输出端连接。
4.一种权利要求1中所述评估装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）用信号的采集与传输系统对电动汽车蓄电池健康安全状况的监测及测量，数据采集模块（3）对电动汽车的安全性能与使用性能参数进行相应采集；信号转化模块（4）将数据采集模块（3）采集的各种类型信号转变为数字信号后传输到微处理器（5）；
2）由信号的采集与传输系统传输的信号进入到微处理器（5）中后传输到专家模块（6），通过在专家模块（6）中建立的模型分析，评价出蓄电池目前的健康安全状态；
3）制定需要执行的方案后将信息传输到执行系统（2）；
4）在专家模块（6）的模拟分析过程中，若数据在储存模块中已经存在，则专家系统直接调用，若储存系统中不存在，则将数据推送到灰色关联模块（7）中进行模型分析，得出的结果存储到储存模块（8）。
5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于：在步骤4）中，首先采用TOPSIS优选法，通过在目标空间中定义一个测度，以此测量目标靠近正理想解和远离负理想解的程度来评估电池安全水平；然后采用灰色关联度法，基于TOPSIS优选法得出的结论建立清晰评价标准，用于对所述TOPSIS优选法结论进行清晰评价处理，得到一个明确的电池健康状态结果。
6.根据权利要求3所述的用于电动汽车的健康安全状态评估装置，其特征在于：所述切断电路（19）对电池的过充过放进行保护并及时切断电路。
7.根据权利要求3所述的用于电动汽车的健康安全状态评估装置，其特征在于：所述显示装置（20）对所评估的安全健康状态进行颜色区分。
8.根据权利要求3所述的用于电动汽车的健康安全状态评估装置，其特征在于：所述无线传输装置（21）将信号以无线传输形式传送到手机APP。
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