CN109910679B - 一种电池包碰撞强度监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种电池包碰撞强度监测装置，涉及车辆碰撞安全监测技术领域，可以直接有效地监测到电池包受到的碰撞强度。包括加速度传感器和处理器；所述加速度传感器与所述处理器连接，所述加速度传感器用于实时采集电池包的加速度信息；所述处理器，用于接收所述加速度传感器发送的所述加速度信息，并根据所述加速度信息所处的阈值范围判定电池包所受的碰撞强度。本发明可应用于利用电池作为动力能源的车辆上。
Description
技术领域
本发明涉及车辆碰撞安全监测技术领域，尤其涉及一种电池包碰撞强度监测装置。
背景技术
随着社会的高度发展，新能源汽车(主要指电动汽车)技术逐渐成熟，新能源汽车的数量也有了巨大的增长，作为新能源汽车的动力源电池包的保护也变得尤为重要。在新能源汽车的运行过程中，可能会发生一些小事故，比如：碰撞，或路面颠簸引起的震动等，这使得新能源汽车表面看起来还能使用，但电池包可能因碰撞或震动事故的发生产生了潜在的故障风险。
为此，汽车一般会配置车辆碰撞安全监测系统，但是发明人在实现本发明的过程中发现：由于现有的车辆碰撞安全监测系统一般与电池包的距离较远，并不能直接有效地监测到电池包受到的碰撞强度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种电池包碰撞强度监测装置，可以直接有效地监测到电池包受到的碰撞强度。
为实现上述发明目的，本发明实施例提供的电池包碰撞强度监测装置，包括加速度传感器和处理器；
所述加速度传感器与所述处理器连接，所述加速度传感器用于实时采集电池包的加速度信息；
所述处理器，用于接收所述加速度传感器发送的所述加速度信息，并根据所述加速度信息所处的阈值范围判定电池包所受的碰撞强度。
结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述处理器包括第一数据处理模块、第一计算模块及第一确定模块；
所述第一数据处理模块，用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行曲线拟合处理，得到第一加速度；
还用于对所述第一加速度进行积分，得到预定时间内的速度在积分时间内的变化量；
第一计算模块，用于对所述第一加速度及所述速度在积分时间内的变化量进行运算，得到第一判读值；
所述第一确定模块，用于基于所述第一判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。
结合第一方面及第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中，所述第一数据处理模块，还用于在得到预定时间内的速度在数据运算时间内的变化量之后，对所述变化量进行数据运算，得到预定时间内的速度；
所述第一计算模块，还用于对所述第一加速度、所述速度在积分时间内的变化量及所述速度进行运算，得到第二判读值；
所述第一确定模块，还用于基于所述第二判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。
结合第一方面，第一方面的第一种及第二种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，所述第一数据处理模块，还用于在得到预定时间内的速度后，根据所述速度及第一加速度获得比功率：
所述第一计算模块，还用于对所述第一加速度、所述速度在积分时间内的变化量、所述速度及比功率进行运算，得到第三判读值；
所述第一确定模块，还用于基于所述第三判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。
结合第一方面，第一方面的第一种、第二种及第三种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，所述第一数据处理模块，包括曲线拟合处理单元，用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行滤波处理，以得到第一加速度。
结合第一方面，第一方面的第一种、第二种、第三及第四种实施方式，在第一方面的第五种实施方式中，所述处理器还包括数据临时寄存模块，用于临时存储加速度传感器发送的加速度信息。
结合第一方面，第一方面的第一至第五种任一实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，所述装置还包括数据存储器，用于将处理器判定得到的电池包所受的碰撞强度的结果保存。
结合第一方面，第一方面的第一至第六种任一实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，所述加速传感器至少包括第一加速度传感器及第二加速度传感器；
所述第一加速传感器用于实时采集电池包在水平方向上的加速度信息；
所述第二加速传感器用于实时采集电池包在竖直方向上的加速度信息。
结合第一方面，第一方面的第一至第七种任一实施方式，在第一方面的第八种实施方式中，所述电池包所受的碰撞强度包括：电池包在水平方向上的碰撞强度及竖直方向上的碰撞强度。
结合第一方面，第一方面的第一至第八种任一实施方式，在第一方面的第九种实施方式中，所述处理器，还用于根据判定得到的电池包所受的碰撞强度的结果数据确定电池包是否发生损坏及损坏的等级；
所述处理器，还用于基于确定的电池包是否发生损坏及损坏的等级控制车辆状态；所述车辆状态包括正常运行、制动或断电指令，
第二方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现第一方面任一所述的装置的执行任务。
本发明实施例提供的一种电池包碰撞强度监测装置，通过设置加速度传感器，可以实时监测到电池包本身的加速度信息，并将所述加速度信息发送至处理器，处理器根据所述加速度信息所处的阈值范围判定电池包所受的碰撞强度。这样，由于是加速度传感器是直接采集的电池包自身的加速度信息，并根据所述电池包的加速度信息所处的阈值范围判定电池所受的碰撞强度，可以直接有效地监测到电池包受到的碰撞强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
图1为本发明电池包碰撞强度监测装置一实施例结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种加速度传感器的安装位置结构示意图；
图3为本发明电池包碰撞强度监测装置另一实施例结构示意框图；
图4为本发明电池包碰撞强度监测装置再一实施例结构示意框图；
图5为本发明电池包碰撞强度监测装置一实施例工作流程示意图；
图6为本发明电池包碰撞强度监测装置另一实施例工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作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。
本实施例提供一种电池包碰撞强度监测装置，可应用于安全驾驶场景中，尤其适用于安装在电动汽车上，以实现电动汽车驱动电源在车辆行驶过程中的安全监测。其中，碰撞是电池包受损伤的一个因素，而碰撞强度的大小则可以反映电池内部是否受到损伤或破坏指标。可以理解的是，电池所能承受的碰撞强度有个极限阈值，当碰撞强度超过该极限阈值时，则会对电池造成损坏。本实施例通过监测电池碰撞强度可以对电池是否已经受到损伤作出预判。
图1为本发明电池包碰撞强度监测装置一实施例结构示意图，如图1所示，所述装置包括：加速度传感器100和处理器200。
其中，加速度传感器100位于电池包300表面，加速度传感器100用于实时采集电池包的加速度信息，并将电池包的加速度信息转换至电信号发送至处理器200，加速度传感器100可以为：电容式、电感式、应变式、压阻式或压电式传感器中的任意一种。
加速度传感器100与处理器200连接，为了方便车辆上布设的各种繁杂线路间的通信，整个装置中的元器件可以通过控制局域网络((Controller Area Network，CAN)总线通信协议方式实现各电子元气件间的通信，处理器200可以为微控制器(MicrocontrollerUnit；MCU)，例如单片机，也可以为具有数据处理能力的微型计算机；处理器200负责处理接收到的数据，包括用于接收加速度传感器100发送的所述加速度信息，并根据所述加速度信息所处的阈值范围判定电池包300所受的碰撞强度。
本实施例中，根据国家制定的电动汽车安全标准中关于电池安全标准的要求，或者在出厂前对电池进行不同加速度的碰撞试验，根据上千次碰撞试验统计出的加速度与碰撞强度之间的关系，确定若干碰撞强度等级对应的加速度范围，据此，预先设定加速度阈值范围，这样就可以根据加速度信息所处的阈值范围判定出电池包300所受的碰撞强度。
本发明实施例提供的一种电池包碰撞强度监测装置，可以实时监测到电池包本身的加速度信息，并将所述加速度信息发送至处理器，处理器根据所述加速度信息所处的阈值范围判定电池包所受的碰撞强度。这样，由于是加速度传感器是直接采集的电池包自身的加速度信息，并根据所述电池包的加速度信息所处的阈值范围判定电池所受的碰撞强度，可以直接有效地监测到电池包受到的碰撞强度。
在本发明的一个实施例中，电池包300所受的碰撞强度包括：电池包在水平方向上的碰撞强度及竖直方向上的碰撞强度。
具体地，参看图2所示，加速传感器100至少包括第一加速度传感器101及第二加速度传感器102；第一加速传感器101用于实时采集电池包在水平方向上的加速度信息；第二加速传感器102用于实时采集电池包在竖直方向上的加速度信息。这样，处理器可以基于电池包300在水平方向上的加速度信息及竖直方向上的加速度信息判定出电池包在水平方向上的碰撞强度及竖直方向上的碰撞强度。
在本发明的另一个实施例中，参看图3所示，处理器200包括第一数据处理模块201、第一计算模块202及第一确定模块203。
第一数据处理模块201，用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行曲线拟合处理，得到第一加速度。
本实施例中，加速度传感器100采集的加速度信息转换成的原始电信号中包括有除电池加速度本身之外的其他干扰杂波，为了便于后续的计算，需要对曲线进行拟合平滑处理，具体地，参看图4所示，第一数据处理模块201包括：曲线拟合处理单元，用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行滤波处理，以得到第一加速度。其中，滤波处理，具体可以为将原始加速度信息通过滤波器输出，这样通频带内的频率响应曲线最大限度平滑，没有尖峰起伏，即实现了对原始加速度信号a0(t)曲线的拟合平滑处理，得到接近电池包自身的真实加速度，设为a1(t)，加速度的单位为m/s2。
另外，作为一可选实施例，为了实现对原始加速度信号a0(t)信号曲线的最优拟合，曲线拟合处理单元，还用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行最小二乘法曲线平滑处理，以得到第一加速度。为了区别滤波处理得到的加速度，本方法处理得到的加速度设为a2(t)。
本实施例中，还可以采用线性回归方程对原始加速度信号进行拟合。
作为一可选实施例，当所述曲线拟合处理单元，还用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行平滑处理，以得到第一加速度。具体包括：利用最小二乘法计算出曲线拟合系数，设为b0...bn；公式为a0(t)＝b0+b1*t+b2*t2........+bn*tn，其中a0(t)为原始加速度信号，t为时间，通过列多组方程式，计算得出曲线拟合系数。
基于所述曲线拟合系数及电池包的加速度信息计算得到第一加速度。具体地，根据公式a2(t)＝b0+b1*t+b2*t2........+bn*tn；可以得出接近电池包自身真实的加速度值a2(t)，其中，n的数值根据a2(t)与原始加速度信号a0(t)曲线匹配程度而定。
第一数据处理模块201，在得到第一加速度后，还用于对所述第一加速度进行积分，得到预定时间内的速度在积分时间内的变化量y[t]，单位为m/s。
具体地，根据公式
其中，w为0-100，即一次选取0-100个时间点的加速度，来确速度的变化量。
第一计算模块202，用于对所述第一加速度及速度在积分时间内的变化量进行运算，得到第一判读值。例如，设判读变量为a，判读加权公式为：a＝k*y(t)n1+h*a1(t)n3，或者为a＝k*y(t)n1+b*a2(t)n5，或者为a＝k*y(t)n1+h*a1(t)n3+b*a2(t)n5，其中，K＝(0～100)，h＝(0～100)，b＝(0～1)，n1＝(-5～5)，n3＝(-5～5)，n5＝(-5～5))。可以理解的是，上述三个判读加权公式中，可以根据不同工况中的各根因(指的是在碰撞发生时，影响电池碰撞强度的关键参数，这里具体指的是公式中的自变量)对电池碰撞强度所起的作用大小，进行选取。
第一确定模块203，用于基于第一判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。这样，通过对原始加速度信号进行处理后，得到多个根因，对多个根因进行运算后得到的阈值判读值，通过判断多个根因综合得到的判读值所处的阈值范围确定碰撞强度，可以较为精确的得到判定结果。
具体对多个根因进行运算可以为加权相加计算或加权相乘计算。
由于影响电池碰撞强度的根因有很多，为了进一步提高判断的精确性，作为一可选实施例，第一数据处理模块201，还用于在得到预定时间内的速度在数据运算时间内的变化量之后，对所述变化量进行数据运算，得到预定时间内的速度V(t)。具体地公式为：V(t)＝∫a1(t)d(t)；速度的单位为m；这里的a1(t)也可以换成a2(t)。
第一计算模块202，还用于对所述第一加速度、所述速度在积分时间内的变化量及所述速度进行运算，得到第二判读值；第一确定模块203，还用于基于所述第二判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。其中，这里的运算也可以为加权相加计算或加权相乘计算；第二判读值同样假设为a，则a＝k*y(t)n1+h*a1(t)n3+d*V(t)n4，或者为a＝k*y(t)n1+d*V(t)n4+b*a2(t)n5，或者为a＝k*y(t)n1+h*a1(t)n3+d*V(t)n4+b*a2(t)n5，其中，d＝(0～10)，n4＝(-5～5)。
为了再进一步提高判定结果的精确性，具体地，第一数据处理模块201，还用于在得到预定时间内的速度后，根据所述速度及第一加速度获得比功率p(t)，单位为(m/s2)2；所述比功率作为一个车辆碰撞后的点火阀值，其综合了碰撞过程中的速度、加速度及加速度坡度，对不同的碰撞形式有较好的适应性，这里的比功率是通过对碰撞过程中产生的能量对时间t求二阶导数得出的，具体的计算比功率的公式为：p(t)＝a1(t)2+V(t)*J(t)；其中，J(t)为碰撞过程中的加速度坡度，其值是通过对a1(t)求导所得，单位为m/s3。同样地，这里的a1(t)也可以换成a2(t)。
第一计算模块202，还用于对所述第一加速度、所述速度在积分时间内的变化量、所述速度及比功率进行运算，得到第三判读值；第一确定模块203，还用于基于所述第三判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。所述数据寄存模块，用于临时存储加速传感器发送的加速度信息。
其中，这里的运算也可以为加权相加计算或加权相乘计算；第三判读值同样用变量a表示：
a＝k*y(t)n1+j*p(t)n2+h*a1(t)n3+d*V(t)n4；或者，a＝k*y(t)n1+j*p(t)n2+d*V(t)n4+b*a2(t)n5；或者，a＝k*y(t)n1+j*p(t)n2+h*a1(t)n3+d*V(t)n4+b*a2(t)n5；其中，j＝(0～1)，n2＝(-5～5)，其余参数与前述相同。
本实施例中，根据上述判读值加权公式，通过根据不同工况选取其中的根因组合及相应权值，可以较为精确地判定出车辆中的电池包是否处于正常状态，从而以确定车辆是否可以继续正常行驶。
在本发明的另一个实施例中，参看图4所示，处理器200还包括数据临时寄存模块204，用于临时存储加速度传感器发送的加速度信息。
在本发明的一个实施例中，参看图3至图4所示，所述装置还包括数据存储器400，用于将处理器200判定得到的电池包所受的碰撞强度的结果保存。
参看图5所示，具体地，处理器200，还用于根据判定得到的电池包所受的碰撞强度的结果数据确定电池包是否发生损坏及损坏的等级。
处理器200，还用于基于确定电池包是否发生损坏及损坏的等级息控制车辆状态；所述车辆状态包括正常运行、制动或断电指令。
本实施例中，处理器根据判定的结果判断电池包有无损坏及损坏等级，如果没有损坏则继续正常运行，如果损坏等级低则发出警报灯提示车主，如果损坏等级高则强制断电，维修后才可继续使用汽车；其中，具体的损坏等级可以根据电动汽车安全标准中关于电池的要求来设定。
参看图6所示，在另一个实施例中，处理器200还可以将确定的电池包所受的碰撞的结果数据发送给中控机，以使中控机基于所述结果数据判断电池包是否发生损坏及损坏等级。
为了清楚、完整地公开本发明技术方案，现对本发明上述实施例监测装置在电动汽车上行驶中的工作过程作详细说明如下：
参看图4及图5所示，安装有电池包碰撞强度的监测装置的电动汽车(车上还安装了汽车事件数据记录系统EDR)在行驶过程中碰到障碍物，EDR从时间零点(即碰撞事件起点)开始记录该事件，直到碰撞事件终点结束。碰撞事件持续期间内，设置的加速度传感器实时监测电池包的加速度数据，并将所述初始加速度数据转换成电信号发送至处理器，处理器的第一数据处理模块对原始加速度电信号进行曲线拟合处理，得到处理后的加速度；并基于处理后的加速进行积分，得到预定时间内的速度在积分时间内的变化量；再基于速度在积分时间内的变化量积分得到预定时间内的速度；再基于速度与加速度计算得出比功率。根据上述获得的影响碰撞强度的根因，基于当前工况，根据各个根因对碰撞强度所起作用的大小，对各个根因运算得到一个判读值，根据该判读值所处的阈值范围，可确定电池包在水平方向的碰撞强度及上下方向的碰撞强度。这样，可以直接有效地监测到电池包受到的碰撞强度。进一步，处理器根据判定的水平方向的碰撞强度及上下方向的碰撞强度结果数据判断电池包是否发生损坏，若损坏，一则发送报警控制信号给车辆的报警装置；另外进一步判定损坏的等级；并基于确定的损坏等级控制车辆作出继续正常行驶、制动或断电停车的动作。
本发明实施例的电池包碰撞强度监测装置，处理器还可以包括无线传输模块，通过该模块与终端设备，例如手机，进行通信，以将碰撞强度判定结果信息发送给管理人员或其他用户。
本发明实施例的电池包碰撞强度监测装置，通过加速度传感器，可以根据获得的电池包本身的加速值，直接有效地检测电池包水平碰撞强度及上下碰撞强度。
本发明还实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现第一方面任一所述的装置的执行任务。。
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、装置、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、装置、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、装置、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例装置中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各装置的实施例的流程。其中，所述的存储介质还可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电池包碰撞强度的监测装置，其特征在于，所述装置包括：加速度传感器和处理器；
所述加速度传感器与所述处理器连接，所述加速度传感器用于实时采集电池包的加速度信息；
所述处理器，用于接收所述加速度传感器发送的所述加速度信息，并根据所述加速度信息所处的阈值范围判定电池包所受的碰撞强度；
所述处理器包括第一数据处理模块、第一计算模块及第一确定模块；
所述第一数据处理模块，用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行曲线拟合处理，得到第一加速度；
还用于对所述第一加速度进行积分，得到预定时间内的速度在积分时间内的变化量；
第一计算模块，用于对所述第一加速度及所述速度在积分时间内的变化量进行运算，得到第一判读值；
所述第一确定模块，用于基于所述第一判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数据处理模块，还用于在得到预定时间内的速度在数据运算时间内的变化量之后，对所述变化量进行数据运算，得到预定时间内的速度；
所述第一计算模块，还用于对所述第一加速度、所述速度在积分时间内的变化量及所述速度进行运算，得到第二判读值；
所述第一确定模块，还用于基于所述第二判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一数据处理模块，还用于在得到预定时间内的速度后，根据所述速度及第一加速度获得比功率：
所述第一计算模块，还用于对所述第一加速度、所述速度在积分时间内的变化量、所述速度及比功率进行运算相加，得到第三判读值；
所述第一确定模块，还用于基于所述第三判读值所处的阈值范围确定碰撞强度。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一数据处理模块，包括曲线拟合处理单元，用于对加速度传感器发送的包含电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行滤波处理，以得到第一加速度。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理器还包括数据临时寄存模块，用于临时存储加速度传感器发送的加速度信息。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括数据存储器，用于将处理器判定得到的电池包所受的碰撞强度的结果保存。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加速度传感器至少包括第一加速度传感器及第二加速度传感器；
所述第一加速度 传感器用于实时采集电池包在水平方向上的加速度信息；
所述第二加速度 传感器用于实时采集电池包在竖直方向上的加速度信息。
8.根据权利要求1或7所述的装置，其特征在于，所述电池包所受的碰撞强度包括：电池包在水平方向上的碰撞强度及竖直方向上的碰撞强度。
9.根据权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，所述处理器，还用于根据判定得到的电池包所受的碰撞强度的结果数据确定电池包是否发生损坏及损坏的等级；
所述处理器，还用于基于确定的电池包是否发生损坏及损坏的等级控制车辆状态；所述车辆状态包括正常运行、制动或断电指令。
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