CN107215226A - 一种电动汽车动力电池碰撞防护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，包括如下步骤：步骤一、使用安装在车辆上的碰撞传感器实时采集减速度a的大小，使用安装在动力电池上的温度传感器实时检测动力电池表面的温度T，并实时计算动力电池的升温速率

Description

一种电动汽车动力电池碰撞防护方法
技术领域
本发明涉及一种电动汽车动力电池碰撞防护方法。
背景技术
近年来，随着我国城镇居民消费水平的提高，轿车可谓是走进了千家万 户，我国的汽车行业因此蓬勃发展。但在汽车行业高速发展的背后，却隐藏 着汽车排放所引起的环境污染问题，在这一背景下，国家通过经济手段、行 政手段对汽车市场进行宏观调控，引导和鼓励发展节能环保型汽车，电动环 保汽车因此迎来了发展的春天。推动电动汽车的发展已经得到了国家政策的 大力支持，在各项优惠政策不断出台的形势下，电动汽车势必有着广阔的市 场前景。
电动汽车的碰撞安全问题，特别是高压电部件如动力电池组、PCU(电 机控制器)、DCDC(直流转换器)以及高压电线部分在碰撞中的电安全性 风险，一直是阻碍电动汽车发展的主要问题。电动汽车相比于传统汽车在碰 撞中的特殊性体现在两方面，一是高能量、大质量的动力电池在碰撞中受到 挤压损伤时可能会引起起火、爆炸；二是高电压的电驱动系统碰撞后可能会 与乘员发生直接或间接接触从而引发电击伤害。
由于大多数电动汽车是由内燃机原型车改装而来，其高压电部件往往通 过螺栓连接在固定支架上，所以车辆碰撞时产生的过大冲击载荷会引起连接 螺栓的强度失效，从而导致高压电部件脱离连接。另外，碰撞中固定支架的 强度不足也会使高压电部件相对于连接位置产生较大位移。
高压电部件在碰撞中可能会受到其它部件的挤压，使其外壳发生严重变形， 进而造成对部件内部的侵入，破坏其完整性。高压电部件内部电路结构复杂， 工作电压较高，外部侵入可能造成内部短路风险。在碰撞过程中，当车身部 件受到巨大冲击时，会造成动力电池内部结构的破坏，以至发生内部短路甚 至起火爆炸的危险。因此，电动汽车的碰撞电安全性越来越受到关注。
发明内容
本发明设计开发了一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，在发生碰撞时 根据不同碰撞力和动力电池升温情况对动力电池进行冷却，防止动力电池发 生短路起火。
本发明提供的技术方案为：
一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，包括如下步骤：
步骤一、使用安装在车辆上的碰撞传感器实时采集减速度a的大小，使 用安装在动力电池上的温度传感器实时检测动力电池表面的温度T，并实时 计算动力电池的升温速率
步骤二、当满足时，使用液氮对动力电池进行冷却， 并使液氮储存罐出口端阀门开度α＝1；
当满足时，使用液氮对动力电池进行冷却， 并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足时，使用液氮对动力电池进行冷却， 并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a≥30时，使用液氮对动力电池进行 冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a＜30时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储 存罐出口端阀门开度
当满足时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储 存罐出口端阀门开度
当满足时，液氮储存罐出口端阀门开度α＝0。
优选的是，还包括：
步骤三、使用放电电路对动力电池进行放电。
优选的是，所述放电电路包括放电电阻，通过将动力电池与放电电阻导 通，使放电电阻产生热量，将动力电池的电量消耗掉。
优选的是，通过放电电路进行放电至动力电池动力电压为0V。
优选的是，在动力电池每个表面上布置多个温度传感器，并取多个温度 传感器测量平均值作为电池表面的温度T。
优选的是，所述温度传感器为贴片式温度传感器。
一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，包括如下步骤：
步骤一、按照采样周期，通过碰撞传感器采集减速度a的大小、通过温 度传感器采集动力电池表面的升温速率
步骤二、依次将a、进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量 x＝{x1,x2}，其中x1为减速度系数、x2为升温系数；
步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y1,y2,…,ym}； m为中间层节点个数；
步骤四、得到输出层向量o＝{o1}；o1为用于对动力电池冷却的液氮储存罐 出口端阀门开度。
步骤五、控制液氮储存罐出口端阀门开度α＝o1。
优选的是，所述中间层节点个数m满足：其中n为输入 层节点个数，p为输出层节点个数。
优选的是，步骤二中，将a进行规格化的公式为：
amax和amin分别为测量值中的最大值和最小值。
优选的是，步骤二中，将进行规格化的公式为：
和分别为测量值中的最大值和最小值。
本发明的有益效果为：本发明提供的电动汽车动力电池碰撞防护方法， 能够在发生碰撞时，及时对动力电池进行冷却，避免动力电池发生短路起火 等安全隐患，保证了车辆和人员的安全。同时，能够根据不同的碰撞强度和 动力电池升温速率，调节不同的阀门开度，防止过度的冷却对动力电池造成 不可逆的损害。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
本发明提供了一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，用于当电动汽车发 生碰撞时，对动力电池进行冷却，防止因动力电池因冲击、碰撞造成损坏， 进而发生短路、起火等危害，防止对汽车本身以及车内人员造成伤害。
在汽车上安装有碰撞传感器，根据碰撞传感器采集的碰撞信号，能够分 析判断出汽车是否发生碰撞以及碰撞的程度。所述碰撞传感器采集汽车的减 速度信号，根据减速度数值判断汽车是否发生碰撞。通过所述碰撞传感器能 够实时采集减速度a的大小，a始终为非负数。
在汽车动力电池上设置有温度传感器，实时检测动力电池表面的温度T， 并根据动力电池表面的温度计算动力电池的升温速率即单位时间内温度 升高的值，其单位为℃/s。
作为一种优选的，在动力电池的每个面上设置有5个温度传感器，这5 个温度传感器分别布置在四个边角处和中心处。将所有的温度传感器的实时 测量值取平均，作为动力电池表面的温度T。所述温度传感器为贴片式温度 传感器。
所述动力电池放置在电池箱内，电池箱与液氮储存罐通过电控阀门连接， 所述电控阀门能够设定在不同的开度上。当阀门打开时，液氮经流出，在大 气中液氮气化吸热，将动力电池表面的热量带走，从而降低动力的温度。通 过改变阀门的开度α，能够调节液氮流出的流量，也就能够调节制冷量。
本发明提供的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其具体步骤如下：
步骤一、使用安装在车辆上的碰撞传感器实时采集减速度a的大小，使 用安装在动力电池上的温度传感器实时检测动力电池表面的温度T，并实时 计算动力电池的升温速率
步骤二、当满足时，使用液氮对动力电池进行冷却， 并使液氮储存罐出口端阀门开度α＝1；
当满足且时，使用液氮对动力电池进行冷却， 并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a≥40时，使用液氮对动力电池进行冷却， 并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且且a≥30时，使用液氮对动力电池进行 冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a＜30时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储 存罐出口端阀门开度
当满足且30≤a＜40时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储 存罐出口端阀门开度
当满足且a＜30时，液氮储存罐出口端阀门开度α＝0；
步骤三、当满足时，使用放电电路对动力电池进行 放电。
作为一种优选的，所述放电电路包括放电电阻，通过将动力电池与放电 电阻导通，使放电电阻产生热量，将动力电池的电量消耗掉，通过放电电路 进行放电至动力电池动力电压为0V。
本发明还提供了一种基于BP神经网络的电动汽车动力电池碰撞防护方 法，具体步骤如下：
步骤一：建立BP神经网络模型。
本发明采用的BP网络体系结构由三层组成。
第一层为输入层，共2个节点，对应了表示减速度a和升温速率两个检 测信号；
第二层为隐层，共m个节点，由网络的训练过程以自适应的方式确定。
第三层为输出层，共1个节点。
该网络的数学模型为：
输入向量：x＝(x1,x2)T
中间层向量：y＝(y1,y2,...,ym)T
输出向量：O＝(o1)
本发明中，输入层节点数为n＝2，输出层节点数为p＝1。隐藏层节点数m 由下式估算得出：
输入信号6个参数分别表示为：x1为减速度系数、x2为升温系数。
由于传感器获取的数据属于不同的物理量，其量纲各不相同。因此，在 数据输入人工神经网络之前，需要将数据规格化为0-1之间的数。
规格化的公式为：
amax和amin分别为测量值中的最大值和最小值。
和分别为测量值中的最大值和最小值。
输出信号o1表示为用于对动力电池冷却的液氮储存罐出口端阀门开度。
步骤二、进行BP神经网络的训练。
建立好BP神经网络节点模型后，即可进行BP神经网络的训练。根据产 品的历史经验数据获取训练的样本，并给定输入节点i和隐含层节点j之间的 连接权值wij，隐层节点j和输出层节点k之间的连接权值wjk，隐层节点j的 阈值θj，输出层节点k的阈值θk、wij、wjk、θj、θk均为-1到1之间的随机数。
在训练过程中，不断修正wij和wjk的值，直至系统误差小于等于期望误差 时，完成神经网络的训练过程。
在BP神经网络中，误差信号反向传递传播。假设输出层的所有结果为dj， 误差函数如下
而BP神经网络的主要目的是反复修正权值和阀值，使得误差函数值达到 最小。学习规则是通过沿着相对误差平方和的最速下降方向，连续调整网络 的权值和阀值，根据梯度下降法，权值矢量的修正正比于当前位置上E(w,b) 的梯度，对于第j个输出节点有
假设选择激活函数为
对激活函数求导，得到
那么接下来针对wij有
其中有
同样对于bj有
通过改变神经元之间的连接权值来减少系统实际输出和期望输出的误 差。
上面是对隐含层和输出层之间的权值和输出层的阀值计算调整量，而针 对输入层和隐含层和隐含层的阀值调整量的计算更为复杂。假设wki是输入 层第k个节点和隐含层第i个节点之间的权值，那么有
其中有
利用上述公式，根据梯度下降法，那么对于隐含层和输出层之间的权值 和阀值调整如下
而对于输入层和隐含层之间的权值和阀值调整同样有
给定一组训练样本对神经网络进行训练。
步骤三、采集运行参数输入神经网络得到调控系数。
采用训练好的BP神经网络进行调控，给定初始输出参数。
通过将输入参数规格化，得到BP神经网络的初始输入向量通过BP神经网络的运算得到初始输出向量
步骤四S240、控制输出参数。
得到初始输出向量后，即可进行阀门开度的调控，
通过传感器获取第i个采样周期的输入参数，通过进行格式化得到第i 个采样周期的输入向量通过BP神经网络的运算得到到第i个采样 周期的输出向量然后控制调节阀门开度，使在第i+1个采样周期时 输出参数为：
通过上述设置，通过传感器实时检测减速度a和升温速率通过采用 BP神经网络算法，实现了阀门开度的自动控制。
本发明提供的电动汽车动力电池碰撞防护方法，能够在发生碰撞时，及 时对动力电池进行冷却，避免动力电池发生短路起火等安全隐患，保证了车 辆和人员的安全。同时，能够根据不同的碰撞强度和动力电池升温速率，调 节不同的阀门开度，防止过度的冷却对动力电池造成不可逆的损害。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，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。

Claims (10)

1.一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、使用安装在车辆上的碰撞传感器实时采集减速度a的大小，使用安装在动力电池上的温度传感器实时检测动力电池表面的温度T，并实时计算动力电池的升温速率
步骤二、当满足时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度α＝1；
当满足且时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a≥40时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且且a≥30时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a＜30时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且30≤a＜40时，使用液氮对动力电池进行冷却，并使液氮储存罐出口端阀门开度
当满足且a＜30时，液氮储存罐出口端阀门开度α＝0。
2.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，还包括：
步骤三、当满足时，使用放电电路对动力电池进行放电。
3.根据权利要求2所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，所述放电电路包括放电电阻，通过将动力电池与放电电阻导通，使放电电阻产生热量，将动力电池的电量消耗掉。
4.根据权利要求3所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，通过放电电路进行放电至动力电池动力电压为0V。
5.根据权利要求1所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，在动力电池每个表面上布置多个温度传感器，并取多个温度传感器测量平均值作为电池表面的温度T。
6.根据权利要求5所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，所述温度传感器为贴片式温度传感器。
7.一种电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按照采样周期，通过碰撞传感器采集减速度a的大小、通过温度传感器采集动力电池表面的升温速率
步骤二、依次将a、进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层向量x＝{x1,x2}，其中x1为减速度系数、x2为升温系数；
步骤三、所述输入层向量映射到中间层，所述中间层向量y＝{y1,y2,…,ym}；m为中间层节点个数；
步骤四、得到输出层向量o＝{o1}；o1为用于对动力电池冷却的液氮储存罐出口端阀门开度；
步骤五、控制液氮储存罐出口端阀门开度α＝o1。
8.根据权利要求7所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，所述中间层节点个数m满足：其中n为输入层节点个数，p为输出层节点个数。
9.根据权利要求8所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，步骤二中，将a进行规格化的公式为：
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>a</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>a</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
amax和amin分别为测量值中的最大值和最小值。
10.根据权利要求8所述的电动汽车动力电池碰撞防护方法，其特征在于，步骤二中，将进行规格化的公式为：
<mrow> <msub> <mi>x</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> </mover> <mi>min</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
和分别为测量值中的最大值和最小值。
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