CN110208706A - 一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法及系统，其通过车联网对CAN数据实现不同频率的实时采集与上传，通过大数据分析平台建立的动力电池健康状态评估模型，当上传数据满足模型运转的判定条件后，分析各种影响因素对电池健康度的影响程度，并对多种电池健康度影响因素进行综合评估。本发明通过对电池健康状态在线分析，让企业的售后人员及时了解市场车辆电池状态，快速应对市场车辆电池故障处理以及备件供应；另一方面通过对健康度影响因素相关性的分析，将其相关性分析结果数据与建议推送至用户，方便用户直接了解爱车电池的健康状况以及造成电池健康状况恶劣的影响因素，提醒用户及时纠正自身不好的操作习惯，延长电池的使用寿命。

Description

一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统及方法

技术领域

本发明属于车辆动力电池系统技术领域，具体涉及动力电池健康状态评估技术。

背景技术

在节能减排和绿色环保的共同推动下，电动汽车作为新能源交通工具得到了越来越多的关注，锂电池由于其绿色环保的性能，在电动汽车领域得到广泛的使用。动力电池是电动汽车的关键部件之一，动力电池技术极大影响电动汽车的性能和成本。

动力电池性能在使用过程中受外部环境影响很大，排除温度/湿度等气候因素影响外，驾驶员驾驶行为、充电行为等对电池健康状态的影响也较为突出。因此需要及时对电动汽车用动力电池的健康状态(State of Health,SOH)进行评估。现有的基于车联网大数据技术的汽车蓄电池智能监控方法，其一般都具有数据采集、计算评估和发送提醒三步，但是在数据采集环节，多数都仅对电池的状态数据进行采集，在评估环节并未考虑温度、充放电次数、充放电时长、行驶里程等对电池健康度的影响，因此分析结果不能真实反映电池的实际水平。另外，对评估结果的利用，一般是对电池的健康状态进行直接呈现，或者进一步在电池状态不好时，向用户发送提示信息。现有技术并未进一步对影响电池健康状态的健康度影响因素相关性进行分析，通过相关性分析结果数据为用户提供造成电池健康状况恶劣的影响因素信息，并进一步为用户及时纠正自身不好的操作习惯、延长电池的使用寿命提供建议。

发明内容

本发明提出一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统及方法，通过对电池健康状态在线分析，让企业的售后人员及时了解市场车辆电池状态，快速应对市场车辆电池故障处理以及备件供应；另一方面通过对健康度影响因素相关性的分析，将其相关性分析结果数据与建议推送至用户，方便用户直接了解爱车电池的健康状况以及造成电池健康状况恶劣的影响因素，提醒用户及时纠正自身不好的操作习惯，延长电池的使用寿命。

本发明是通过车联网对CAN数据实现不同频率的实时采集与上传，通过大数据分析平台建立的动力电池健康状态评估模型，当上传数据满足模型运转的判定条件后，平台分析各种影响因素对电池健康度的影响程度，并且考虑多种电池健康度影响因素进行综合评估，针对单辆汽车，以影响程度靠前或最受关注的影响因素为准，综合算出影响度的权重，以雷达图方式来直观展示单辆汽车的电池健康度。

本发明的技术方案如下：

一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统，包括车载终端、大数据分析平台及用户访问接口。

其中，所述车载终端包括数据采集单元、数据存储单元和发送单元；所述车载终端搭载于车辆CAN网络中，采集车辆各控制器的数据，并将其进行打包后通过无线网络传输至大数据分析平台，该无线网络可以是已知2G/3G/4G等通信网络中的任意一种。采集的数据包含用户驾驶行为、电池数据、电机数据以及充电数据等。

所述大数据分析平台包括接收单元、判断单元、计算单元、存储与下发单元。所述大数据分析平台用于接收、解析车载终端上传的数据，判断电池健康状态评估模型运行的条件，在满足运行条件下运行健康度计算模型与电池健康度相关影响因素分析模型，提供人机界面用于显示与数据下载，同时将车辆评估的结果信息与合理化建议发送至用户访问接口。

所述用户访问接口包括连接用户移动端与车辆端的接口；用户移动端与车辆端通过用户访问接口接收大数据分析平台发出的电池健康度以及驾驶行为、充电行为的合理化建议信息。

具体在本系统中，所述接收单元完成上传数据的接收与解析，并将数据推送至判断单元；

所述判断单元按照定义的判断条件判断模型运算条件；

所述电池健康度评估模型运行的判断条件应满足以下：

每次充电完成后，车辆需处于熄火状态达到设定时间；

充电后SOC与充电前SOC差值大于设定值；

充电完成时电流小于设定值；

所述电池健康度相关影响因素分析模型运行的判断条件应满足以下：

电池健康度≤预定值；

所述计算单元对满足要求的数据用模型进行运算，得出健康度的评估值以及健康度的相关影响因素排名。

所述存储与下发单元存储评估结果，并在建议知识库获取合理化建议。

本发明还提供一种基于车联网的电池健康状态在线评估方法，包括以下步骤：

步骤1.车载终端数据采集并上传数据至大数据分析平台：车载终端采集单元按照不同的数据采集频率将车辆CAN总线上的不同类型数据进行打包，存储单元接收打包好的数据完成本地存储，发送单元按照上传周期将存储单元的数据传输至大数据分析平台，上传的周期可根据需求自定义。

所述数据包含用户驾驶行为数据、电池数据以及充电数据。

步骤2.大数据分析平台接收到数据运行模型计算，并输出评估结果与合理化建议。

所述步骤2具体包括：

步骤2.1，接收数据：接收单元完成上传数据的接收与解析，并将数据推送至判断单元；

步骤2.2，模型运算条件判断：判断单元按照定义的判断条件进行确认；

1)电池健康度评估模型运行的判断条件应满足以下：

每次充电完成后，车辆需处于熄火状态并达到设定时间，设定的时间应确保电池完成充电极化反应；

充电后SOC与充电前SOC差值大于设定值，设定值的大小取值范围在[50，100]之间；

充电完成时电流小于设定值，设定值的大小可参考慢充的最大极限充电电流设计；

2)电池健康度相关影响因素分析模型运行的判断条件应满足以下：

电池健康度≤预定值；

步骤2.3，启动模型计算：满足要求的数据进入计算单元中用模型进行运算，得出健康度的评估值以及健康度的相关影响因素排名。

步骤2.4，评估结果与合理化建议获取：在建议知识库获取合理化建议并存储。

从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下优点：

1、在数据采集环节不仅对电池的状态数据进行采集，还采集了温度、充放电次数、充放电时长、行驶里程等对电池健康度产生影响的数据，在评估计算环节进行考虑，使得分析结果能真实反映电池的实际水平。

2、在评估计算环节，不仅对电池的健康状态进行评估，还进一步对影响电池健康状态的健康度影响因素相关性进行分析，通过相关性分析结果数据为用户提供造成电池健康状况恶劣的影响因素信息。

3、借助车联网将数据进行分类后再以不同频率采集上传至大数据平台，可避免所有信号采用同一高频率上传的方式，进而采取高低搭配的采集频率，可有效地减少数据在上传过程中的不必要的通信流量消耗，为企业减少运营成本。

4、借助大数据平台的模型运算得出结果，实时的将评估结果在主机厂的监控端进行展示，为售后部门输出备件准备的需求。

5、将评估的结果定期或不定期在用户端/车辆端提供电池健康状态与影响因素排名等信息提醒，以及用户驾驶行为、充电行为的优化建议，以便规范用户车辆的使用行为，延长电池使用寿命。

6、另外，该系统设置用户访问接口，与用户端/车辆端的数据连接采用的被动式获取而非主动推送的方式，由用户端/车辆端设备前来问答式获取信息，可大大减少企业搭建推送系统的负担，可降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例中动力电池健康状态评估系统的连接示意图。

图2为本发明实施例中动力电池健康状态评估方法的一种处理流程图。

图3为本发明实施例中大数据分析平台模型运算的一种处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步说明本发明：

实施例1

实现本发明技术方案的一种动力电池健康状态评估系统的具体连接方式请参阅图1，系统包括车载终端、大数据分析平台及用户访问接口。

车载终端：车载终端由数据采集单元、存储单元、发送单元组成。搭载在新能源车辆中，接收来自CAN网络上传的各种数据，并将其进行打包后通过无线网络传输至大数据分析平台。无线网络可以是已知2G/3G/4G等通信网络中的任意一种。数据包括用户驾驶行为、电池数据、电机数据以及充电数据。

大数据分析平台：由接收单元、判断单元、计算单元、存储与下发单元组成。用于接收、解析车载终端上传的数据，判断健康度计算模型与电池健康度相关影响因素分析模型运行的条件，在满足预算条件下调用模型计算，并提供人机界面将结果进行显示与提供数据下载；同时提供外部访问下载渠道，便于用户访问接口定期或不定期的从大数据分析平台获取。

用户访问接口：包括连接用户移动端与车辆端的接口。通用户移动端与车辆端过用户访问接口接收大数据分析平台发出的电池健康度以及驾驶行为、充电行为的合理化建议信息，参照建议执行车辆处理操作。用户移动端与车辆端包含但不限于PC端、监控大屏、车机、手机等。

实施例2：

为便于增强对本发明的理解，下面结合附图2对动力电池健康状态评估的方法做进一步的解释说明。

图2给出了本发明实施例中远程故障诊断方法的一种处理流程图。如图2所示的方法，本动力电池健康状态评估方法包含步骤：

S1：车载终端完成数据采集并将数据上传至大数据分析平台；

在具体实施中，车载终端采集单元会按照不同的数据采集频率将车辆CAN总线上的不同类型数据进行打包，存储单元接收打包好的数据完成本地存储，发送单元按照上传周期将存储单元的数据传输至大数据分析平台，上传的周期可根据需求自定义。

具体的，采集的不同类型数据包含驾驶行为数据、电池数据及充电数据等。

具体的，在制定不同数据采集频率时，与以下因素正相关

CAN数据的变化频率

健康度计算模型与电池健康度相关影响因素分析模型的准确率

以驾驶行为数据为例，“里程”的总线发送频率为秒级，“加速度”的总线发送频率为毫秒级，考虑到数据变化率大小对模型运算准确度的影响，因此在制定采集频率时，里程的采集周期为秒级，加速度为毫秒级。

具体的，数据上传周期可通过两种方式自定义。一种是通过平台借助车联网下发配置文件至车载终端，终端自行读取文件并按照新文件的定义周期实施上传；另一种是通过终端本地刷写程序解决。

S2：大数据分析平台接收到数据运行模型计算，并输出评估结果与合理化建议。

图3给出了本发明实施例中大数据分析平台模型运算的一种处理流程图。

S2.1、接收数据

大数据分析平台接收单元完成上传数据的接收与解析，并将数据推送至判断单元；

具体的，解析内容包含不同频率采集上传的驾驶行为数据、电池数据、充电数据等。

S2.2、执行判断条件

判断单元接收到数据后，按照先前定义的判断条件进行确认；

具体的，判断条件应满足以下：

每次充电完成后，车辆需处于熄火状态30分钟；

充电后SOC与充电前SOC差值大于50％；

充电完成时电流小于20A；

若上传数据通过上述标准的认定，则执行下一步骤步骤2.3，否则执行2.5；

S2.3、启动模型计算

满足要求的数据进入计算单元中开始运算，运算后会得出健康度的评估值以及健康度的相关影响因素排名，同时在比对建议知识库获取合理化建议。

在具体实施中，通过采集电池的使用数据，包含充电电流、SOC、充电时间等，建立的电池健康度评估模型，如下：

具体的，电池健康度的正常取值范围应该在0到1之间，分值越靠近1，说明电池性能越好。

在具体实施中，通过提取特征值计算皮尔逊系数，搭建电池健康度影响因素分析模型；

采用RFM方法，取指定时间点前一定时间的统计特征，具体的特征包含但不限于：容量、温度、次数、时长、电流、电压、SOC、里程；

采用PEARSON相关系数，确定正负影响因子及其权重，并对其因素进行排名。

具体的，正影响因子的实际取值越大，则越有利于电池健康度；与之相反，负影响因子的实际取值越小，越有利于电池健康度。

本发明针对单辆汽车，以影响程度靠前或最受关注的影响因素为准，综合算出影响度的权重，可以雷达图方式来直观展示单辆汽车的电池健康度。

在具体实施中，建议知识库中存储有电池不同健康度影响因素的有效规避建议措施，通过模型计算的结果可在该库中及时获取对应的解决方案。

S2.4、输出评估结果与建议

存储与下发单元将计算单元运算的结果与建议进行存储，同时提供外部端设备访问调取的接口。

S3：用户访问接口定期或不定期的去大数据分析平台获取评估结果。

用户访问接口可包含连接车辆端设备与用户移动端设备的接口。

在具体实施中，车辆端请求接收单元可通过车联网定期或不定期的去大数据分析平台接口处调取分析结果与建议，并通过车辆端执行单元进行展示。

在具体实施中，用户移动端请求接收单元可通过车联网定期或不定期的去大数据平台接口处调取分析结果与建议，并通过移动端执行单元进行展示。

本领域的技术人员应该理解，结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合等方式来实施。软件模块可以布置在车联网平台，或技术领域内所公知的任意其它形式的平台或介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统，其特征在于，包括车载终端、大数据分析平台及用户访问接口；其中

所述车载终端包括数据采集单元、数据存储单元和发送单元；所述车载终端搭载于车辆CAN网络中，采集车辆各控制器的数据，并将其进行打包后通过无线网络传输至大数据分析平台；

所述大数据分析平台包括接收单元、判断单元、计算单元、存储与下发单元；所述大数据分析平台用于接收、解析车载终端上传的数据，判断电池健康状态评估模型运行的条件，在满足运行条件下运行电池健康度评估模型与健康度相关影响因素分析模型，提供人机界面用于显示与数据下载，同时将车辆评估的结果信息与合理化建议存储，提供下载路径，便于用户访问接口定期或不定期的从大数据分析平台获取；

所述用户访问接口包括连接用户移动端与车辆端的接口；用户移动端与车辆端通过用户访问接口接收大数据分析平台发出的电池健康度以及驾驶行为、充电行为的合理化建议信息。

2.根据权利要求1所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统，其特征在于，

所述接收单元完成上传数据的接收与解析，并将数据推送至判断单元；

所述判断单元按照定义的判断条件判断模型运算条件；

所述电池健康度评估模型运行的判断条件应满足以下：

每次充电完成后，车辆需处于熄火状态达到设定时间；

充电后SOC与充电前SOC差值大于设定值；

充电完成时电流小于设定值；

所述电池健康度相关影响因素分析模型运行的判断条件应满足以下：

电池健康度≤预定值；

所述计算单元对满足要求的数据用模型进行运算，得出健康度的评估值以及健康度的相关影响因素排名。

所述存储与下发单元存储评估结果，并在建议知识库获取合理化建议。

3.根据权利要求1或2所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统，其特征在于，所述健康度评估模型是通过采集电池的使用数据，包含充电电流、SOC、充电时间，建立的模型如下：

具体的，电池健康度的正常取值范围应该在0到1之间，分值越靠近1，说明电池性能越好。

4.根据权利要求1或2所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估系统，其特征在于，所述电池健康度相关影响因素分析模型是通过提取特征值计算皮尔逊系数搭建的电池健康度影响因素分析模型；

具体采用RFM方法，取指定时间点前一定时间的统计特征，基于不同的特征变量采用PEARSON相关系数，确定正负影响因子及其权重，基于权重对正负因子进行排名；

具体的，正影响因子的实际取值越大，则越有利于电池健康度；与之相反，负影响因子的实际取值越小，越有利于电池健康度。

5.一种基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1.车载终端数据采集并上传数据至大数据分析平台：车载终端采集单元按照不同的数据采集频率将车辆CAN总线上的不同类型数据进行打包，存储单元接收打包好的数据完成本地存储，发送单元按照上传周期将存储单元的数据传输至大数据分析平台；

所述数据包含用户驾驶行为数据、电池数据以及充电数据；

步骤2.大数据分析平台对数据通过模型进行计算，并输出评估结果与合理化建议。

6.根据权利要求5所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1，接收数据：接收单元完成上传数据的接收与解析，并将数据推送至判断单元；

步骤2.2，模型运算条件判断：判断单元按照定义的判断条件进行确认；

所述电池健康度评估模型运行的判断条件应满足以下：

每次充电完成后，车辆需处于熄火状态达到设定时间；

充电后SOC与充电前SOC差值大于设定值；

充电完成时电流小于设定值；

所述电池健康度相关影响因素排名模型运行的判断条件应满足以下：

电池健康度≤预定值；

步骤2.3，启动模型计算：满足要求的数据进入计算单元中用模型进行运算，得出健康度的评估值以及健康度的相关影响因素排名；

步骤2.4，评估结果与合理化建议获取：在建议知识库获取合理化建议并存储。

7.根据权利要求5或6所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述健康度评估模型是通过采集电池的使用数据，包含充电电流、SOC、充电时间，建立的模型如下：

具体的，电池健康度的正常取值范围应该在0到1之间，分值越靠近1，说明电池性能越好。

8.根据权利要求5或6所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述电池健康度相关影响因素分析模型是通过提取特征值计算皮尔逊系数搭建的电池健康度影响因素分析模型；

具体采用RFM方法，取指定时间点前一定时间的统计特征，基于不同的特征变量采用PEARSON相关系数，确定正负影响因子及其权重，基于权重对正负因子进行排名；

具体的，正影响因子的实际取值越大，则越有利于电池健康度；与之相反，负影响因子的实际取值越小，越有利于电池健康度。

9.根据权利要求8所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述的统计特征来源于驾驶行为数据、电池数据及充电数据，具体的特征包含但不限于：容量、温度、次数、时长、电流、电压、SOC、里程等。

10.根据权利要求5或6所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述建议知识库中存储有电池不同健康度影响因素的有效规避建议措施，通过模型计算的结果可在该库中及时获取对应的解决方案。

11.根据权利要求5或6所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述步骤1中的不同数据的采集频率与CAN数据的变化频率以及电池健康度评估模型与健康度相关影响因素分析模型的准确率正相关。

12.根据权利要求6所述的基于车联网的动力电池健康状态在线评估方法，其特征在于，所述步骤2.4还包括，用户访问接口定期或不定期的从大数据分析平台获取评估结果；

车辆端请求接收单元通过车联网定期或不定期的去大数据分析平台接口处调取分析结果与建议，并通过车辆端执行单元进行展示；

用户移动端请求接收单元可通过车联网定期或不定期的去大数据平台接口处调取分析结果与建议，并通过移动端执行单元进行展示。