CN110515005A - 一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池的技术领域，公开了一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，包括处理器，该处理器通过CAN总线与电动汽车的BMS系统通讯，还与数据分析模块、主动防护模块和自燃预警报告生成模块相连，自燃分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包的温度和内阻状态进行综合判断，进而对其自燃状态进行分阶段预警，包括温度模块和内阻模块，主动防护模块用于根据自燃分析模块的判断结果，进行中断充电作业，自燃预警报告生成模块用于根据自燃分析模块的判定结果，生成电池包的自燃预警状况报告。整个系统的结构简单，操作方便，成本低廉，便于推广运用。

Description

一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统
技术领域
本发明涉及电池的技术领域，具体涉及一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统。
背景技术
随着新能源电动汽车的发展，电动汽车的保有量逐年增加，越来越多的人从关注行驶里程转变为更多的关注行驶安全，近年来电动汽车自燃事故的多发也使得充电安全问题被越来越多的提上议程。目前市场上现有的充电设备大多关注的是充电速率，充电桩的充电功率越来越大，过高的充电功率会导致电动汽车电池快速升温也从另一方面提高了电池自燃的风险度。现有充电桩在充电时基本上是完全依据汽车BMS的信息进行充电，电动汽车动力电池的安全依靠电池管理系统BMS系统管控，一旦BMS系统失效或者BMS系统保护策略异常都很可能导致电动汽车的电池自燃。因此，在充电桩上增加电动汽车电池监测，预警电池状态的重要性也越来越高。
发明内容
本发明提供了一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，解决了现有电动汽车的电池充电过程中，主要依靠BMS系统进行保护，保护形式单一，安全性不高等问题。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，包括处理器，所述处理器通过CAN总线与电动汽车的BMS系统通讯，还与数据分析模块、主动防护模块和自燃预警报告生成模块相连，所述自燃分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包的温度和内阻状态进行综合判断，进而对其自燃状态进行分阶段预警，包括温度模块和内阻模块，所述主动防护模块用于根据自燃分析模块的判断结果，进行中断充电作业，
所述温度模块用于计算电池包内的各个温度检测点间的最大温差和最高温度变化曲线的斜率；所述内阻模块用于计算不同充电循环次数时，多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率；
所述自燃预警报告生成模块用于根据自燃分析模块的判定结果，生成电池包的自燃预警状况报告。
进一步，所述自燃分析模块用于将最大温差和最高温度变化曲线的斜率、多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率与上一次充电过程的对应数据之差与对应的预警阈值和故障阈值作比较，若其中任一个参数大于预警阈值，则进行自燃预警；若其中任一个参数大于故障阈值，则进行高危自燃预警。
进一步，所述内阻模块用于根据前100次循环充电时，采集多个SOC采样值对应的内阻值，拟合每个SOC采样值对应的内阻值的变化曲线，进而计算对应的斜率。
进一步，多个所述SOC采样值包括10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％；利用如下方程式，计算电池包的内阻R，
R＝(Vc-Vs)/C
其中，Vc表示充电时BMS系统检测的电池电压，Vs表示充电时BMS系统检测的静态电池电压，C表示充电电流。
进一步，还包括性能分析模块和健康报告生成模块，所述性能分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包的多个性能参数的安全状态进行判断，包括电压判断模块、电流判断模块、SOC判断模块；所述健康报告生成模块用于根据性能分析模块和自燃分析模块的判断结果，生成电池包的健康状况报告；所述主动防护模块还用于根据性能分析模块的判断结果，进行中断充电作业，
所述电压判断模块包括电池包模块和单体电池模块，所述电池包模块用于根据充电桩的输出电压和BMS系统的检测电压，判断电池包的电压是否正常，所述单体电池模块用于根据单体电池间的最大压差和电压变化曲线，判断单体电池的电压是否正常；
所述电流判断模块用于根据充电桩的输出电流和BMS系统的检测电流，判断电池包的电流是否正常；
所述SOC判断模块用于根据BMS系统检测充电前后的SOC值之差与充电桩的输出电量，判断电池包的容量是否有损耗。
进一步，所述电池包模块用于将充电桩的输出电压、线损电压和BMS系统的检测电压之间的差值与电压预警阈值和电压故障阈值作比较，介于两者之间，判断电池包的电压异常，大于电压故障阈值，判断电池包的电压故障，否则正常；
所述单体电池模块用于将单体电池间的最大压差与压差预警阈值和压差故障阈值作比较，介于两者之间，判断单体电池的电压异常，大于电压故障阈值，判断单体电池的电压故障，否则正常，同时，将最高单体电压变化曲线的斜率与电压斜率阈值作比较，大于电压斜率阈值，判断单体电池的电压异常，否则正常；
所述电流判断模块用于将充电桩的输出电流和BMS系统的检测电流之间的差值与电流预警阈值和电流故障阈值作比较，介于两者之间，判断电池包的电流异常，大于电流故障阈值，判断电池包的电流故障，否则正常；
所述SOC判断模块用于将BMS系统检测充电前后的SOC值之差与充电桩的输出电量之间的差值与电量阈值作比较，大于所述电量阈值，判断电池包的容量有损耗，否则正常。
进一步，所述处理器与显示器相连，通过无线通信模块与云服务器相连，所述显示器用于显示充电桩充电时的电压、电流、温度、内阻、SOC值信息、预警信息、故障信息以及电池包的健康状况报告、自燃预警状况报告。
本发明有益的技术效果在于：
通过自燃分析模块根据充电桩和BMS系统的检测信息对充电过程中电池包的温度和内阻两个主要性能参数做出判断，通过性能分析模块根据充电桩和BMS系统的检测信息对充电过程中电池包的电压、电流、SOC值三个主要性能参数做出判断，根据判断结果，利用主动防护模块进行中断充电保护，并通过显示器显示出来，从而对充电过程中电池包的状态进行全面监测，实现预警电动汽车电池的自燃风险，预测电池的健康状态、自燃状态及寿命信息，还可通过云服务器追溯电动汽车过往的充电信息，便于进行云端大数据监测分析，确保了电动汽车、电池和充电桩的全系统运行安全，降低电动汽车电池自燃的风险。同时，本发明的系统中的自燃分析模块和性能分析模块监测的所有参数均设计为二级保护，包括预警阈值保护和故障阈值保护，该保护阈值均可通过显示器设置或者通过云平台远程设置，触发预警阈值保护时，显示相关的预警信息，充电仍然能够继续，触发故障阈值保护时，主动防护模块直接切断充电回路进行停止充电保护，最大限度地保护了充电桩和电动汽车的电池包，并且提高了整个系统的智能化水平。另外，整个系统的结构简单，操作方便，成本低廉，便于推广运用。
附图说明
图1为本发明的总体电路连接框图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供了一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，包括处理器，该处理器通过CAN总线与电动汽车的BMS系统通讯，通过无线通讯模块与云服务器相连，还与主动防护模块、自燃分析模块、性能分析模块、显示器、健康报告生成模块和自燃预警报告生成模块相连。
该自燃分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包的温度和内阻状态进行综合判断，进而对其自燃状态进行分阶段预警，包括温度模块和内阻模块，主要根据计算得到的电池包内的各个温度检测点间的最大温差和最高温度变化曲线的斜率，以及多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率，对电池包的自燃状态进行分阶段预警，具体地，将最大温差和最高温度变化曲线的斜率、多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率与上一次充电过程的对应数据之差与对应的预警阈值和故障阈值作比较，若其中任一个参数大于预警阈值，则进行自燃预警；若其中任一个参数大于故障阈值，则进行高危自燃预警；该性能分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包多个性能参数的安全状态进行判断，多采用二级保护，包括电压判断模块、电流判断模块、SOC判断模块，主要根据充电桩检测的电压、电流，以及BMS系统检测电池包的电压、电流、SOC值，对电池包对应的状态做出判断。
该主动防护模块用于根据自燃分析模块和性能分析模块的判断结果，进行中断充电作业，该自燃预警报告生成模块用于根据自燃分析模块的判定结果，生成电池包的自燃预警状况报告，该健康报告生成模块用于根据性能分析模块和自燃分析模块的判断结果，生成电池包的健康状况报告。这样，通过自燃分析模块根据充电桩和BMS系统的检测信息对充电过程中电池包的温度和内阻两个主要性能参数做出判断，通过性能分析模块根据充电桩和BMS系统的检测信息对充电过程中电池包的电压、电流、SOC值三个主要性能参数做出判断，根据判断结果，利用主动防护模块进行中断充电保护，并通过显示器显示出来，从而对充电过程中电池包的状态进行全面监测，实现预警电动汽车电池的自燃风险，预测电池的健康状态及寿命信息，还可通过云服务器追溯电动汽车过往的充电信息，便于进行云端大数据监测分析，确保了电动汽车、电池和充电桩的全系统运行安全，降低电动汽车电池自燃的风险。同时，为充电中的电池包提供了BMS系统之外的保护系统，为电动汽车、电池和充电桩的全系统运行安全提供了更好的安全保障。
该电压判断模块包括电池包模块和单体电池模块，该电池包模块用于根据充电桩的输出电压和BMS系统的检测电压，判断电池包的电压是否正常，主要通过将充电桩的输出电压、线损电压和BMS系统的检测电压之间的差值与电压预警阈值和电压故障阈值作比较，如式(1)所示，介于两者之间，判断电池包的电压异常，进行预警处理，大于电压故障阈值，判断电池包的电压故障，主动防护模块执行中断充电保护，否则正常。
电压预警阈值≤ABS(Vc-Vs-Vb)≤电压故障阈值 (1)
其中，Vc表示充电桩输出测电压值，Vs表示线损电压值，Vb表示BMS系统测量的充电电压值
该单体电池模块用于根据单体电池间的最大压差和电压变化曲线，判断单体电池的电压是否正常，主要通过将单体电池间的最大压差与压差预警阈值和压差故障阈值作比较，如式(2)所示，介于两者之间，判断单体电池的电压异常，进行预警处理，大于电压故障阈值，判断单体电池的电压故障，主动防护模块执行中断充电保护，否则正常，同时，将最高单体电压变化曲线的斜率与电压斜率阈值作比较，如式(2)所示，大于电压斜率阈值，判断单体电池的电压异常，否则正常，当然斜率的变化也可以进行预警阈值和故障阈值的双重判断，实现二级保护，其原理与压差判断一致。
压差预警阈值≤Vmax≤压差故障阈值OR Kv≥电压斜率阈值 (2)
其中，Vmax表示单体电池之间最大压差，Kv表示最高单体电池在充电过程中电压上升曲线的斜率。
该电流判断模块用于根据充电桩的输出电流和BMS系统的检测电流，判断电池包的电流是否正常，与电压判断模块类似，将充电桩的输出电流和BMS系统的检测电流之间的差值与电流预警阈值和电流故障阈值作比较，如式(3)所示，介于两者之间，判断电池包的电流异常，进行预警处理，大于电流故障阈值，判断电池包的电流故障，主动防护模块执行中断充电保护，否则正常，
电流预警阈值≤ABS(Cc-Cb)≤电流故障阈值 (3)
其中，Cc表示充电桩检测的输出电流，Cb表示BMS系统测量的充电电流。
该SOC判断模块用于根据BMS系统检测充电前后的SOC值之差与充电桩的输出电量，判断电池包的容量是否有损耗，主要通过将BMS系统检测充电前后的SOC值之差与充电桩的输出电量之间的差值与电量阈值作比较，大于该电量阈值，判断电池包的容量有损耗，否则正常。当然如电池包的容量有损耗，则其无法达到额定的电池容量，同时可以根据电池包的累计充电次数参数判断电池包的容量下降是否在正常范围内，进而判断电池包的寿命是否受损。
该内阻模块用于计算根据不同充电循环次数时，多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率，主要是根据前100次循环充电时，采集多个SOC采样值对应的内阻值，拟合每个SOC采样值对应的内阻值的变化曲线，进而计算对应的斜率，当然，也可以是200次或者500次，根据实际情况而定。
多个SOC采样值可以取SOC处于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％时，对应的内阻值，可利用如下方程式，计算电池包的内阻R，
R＝(Vc-Vs)/C
其中，Vc表示充电时BMS系统检测的电池电压，Vs表示静态电池电压，C表示充电电流。
该温度模块用于计算电池包内的各个温度检测点间的最大温差和最高温度变化曲线的斜率。
当然，我们还可以监测其他性能参数，如绝缘状态、充电桩上充电接头的温度状态等等，其绝缘状态可以通过BMS系统测量电动汽车电池绝缘状态直接获得，该状态包含正常、异常两个状态。而充电桩上充电接头连接处有温度探头，在充电过程中可以全程检测充电连接点的温度是否正常，是否有异常温升，同时可以监测充电电缆的温度是否正常，温度过高时及时切断输出，避免过高的温度导致自燃的发生。
该健康状况生成模块用于根据自燃分析模块和性能分析模块的判定结果，生成电池包的健康状况报告。电池包的健康状况可以分为安全状态、亚健康预警状态、高危自燃风险状态，当数据分析模块中计算得到的多个性能参数少于10％超过阈值，判定为安全状态，介于10％-30％，判定为亚健康预警状态，大于30％，判定为高危自燃风险状态。充电时，充电桩上的显示器会根据计算结果实时展示预警、故障状态，对充电用户提示当前当次充电是否正常，以及当前充电电动汽车是否能够达到预期的充电效果，电动汽车电池是否有容量或寿命损耗，如出现预警或者高危状态及时提醒充电用户进行车辆维护。
云服务器还可以根据充电车辆的车辆识别码VIN码将数据进行归档分析，计算当前充电参数是否正常，并根据该车辆往期的充点数据建立历史数据曲线，根据该曲线分析该车辆当前的充电数据是否偏离预期以及该车辆在一段时间内的预测结果。若当次充电数据正常，云服务器将当次充电的曲线反馈给用户，若充电数据异常有自燃风险，云服务器将预警信息以及当次充电数据偏离预期的结果反馈给用户。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (7)

1.一种用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：包括处理器，所述处理器通过CAN总线与电动汽车的BMS系统通讯，还与数据分析模块、主动防护模块和自燃预警报告生成模块相连，所述自燃分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包的温度和内阻状态进行综合判断，进而对其自燃状态进行分阶段预警，包括温度模块和内阻模块，所述主动防护模块用于根据自燃分析模块的判断结果，进行中断充电作业，
所述温度模块用于计算电池包内的各个温度检测点间的最大温差和最高温度变化曲线的斜率；所述内阻模块用于计算不同充电循环次数时，多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率；
所述自燃预警报告生成模块用于根据自燃分析模块的判定结果，生成电池包的自燃预警状况报告。
2.根据权利要求1所述的用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：所述自燃分析模块用于将最大温差和最高温度变化曲线的斜率、多个SOC采样值对应的内阻值的变化斜率与上一次充电过程的对应数据之差与对应的预警阈值和故障阈值作比较，若其中任一个参数大于预警阈值，则进行自燃预警；若其中任一个参数大于故障阈值，则进行高危自燃预警。
3.根据权利要求2所述的用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：所述内阻模块用于根据前100次循环充电时，采集多个SOC采样值对应的内阻值，拟合每个SOC采样值对应的内阻值的变化曲线，进而计算对应的斜率。
4.根据权利要求3所述的用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：多个所述SOC采样值包括10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％；利用如下方程式，计算电池包的内阻R，
R＝(Vc-Vs)/C
其中，Vc表示充电时BMS系统检测的电池电压，Vs表示充电时BMS系统检测的静态电池电压，C表示充电电流。
5.根据权利要求1所述的用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：还包括性能分析模块和健康报告生成模块，所述性能分析模块用于根据充电桩和BMS系统的检测数据，对电池包的多个性能参数的安全状态进行判断，包括电压判断模块、电流判断模块、SOC判断模块；所述健康报告生成模块用于根据性能分析模块和自燃分析模块的判断结果，生成电池包的健康状况报告；所述主动防护模块还用于根据性能分析模块的判断结果，进行中断充电作业，
所述电压判断模块包括电池包模块和单体电池模块，所述电池包模块用于根据充电桩的输出电压和BMS系统的检测电压，判断电池包的电压是否正常，所述单体电池模块用于根据单体电池间的最大压差和电压变化曲线，判断单体电池的电压是否正常；
所述电流判断模块用于根据充电桩的输出电流和BMS系统的检测电流，判断电池包的电流是否正常；
所述SOC判断模块用于根据BMS系统检测充电前后的SOC值之差与充电桩的输出电量，判断电池包的容量是否有损耗。
6.根据权利要求5所述的用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：所述电池包模块用于将充电桩的输出电压、线损电压和BMS系统的检测电压之间的差值与电压预警阈值和电压故障阈值作比较，介于两者之间，判断电池包的电压异常，大于电压故障阈值，判断电池包的电压故障，否则正常；
所述单体电池模块用于将单体电池间的最大压差与压差预警阈值和压差故障阈值作比较，介于两者之间，判断单体电池的电压异常，大于电压故障阈值，判断单体电池的电压故障，否则正常，同时，将最高单体电压变化曲线的斜率与电压斜率阈值作比较，大于电压斜率阈值，判断单体电池的电压异常，否则正常；
所述电流判断模块用于将充电桩的输出电流和BMS系统的检测电流之间的差值与电流预警阈值和电流故障阈值作比较，介于两者之间，判断电池包的电流异常，大于电流故障阈值，判断电池包的电流故障，否则正常；
所述SOC判断模块用于将BMS系统检测充电前后的SOC值之差与充电桩的输出电量之间的差值与电量阈值作比较，大于所述电量阈值，判断电池包的容量有损耗，否则正常。
7.根据权利要求1所述的用于充电桩监测充电中的电动汽车的自燃预警系统，其特征在于：所述处理器与显示器相连，通过无线通信模块与云服务器相连，所述显示器用于显示充电桩充电时的电压、电流、温度、内阻、SOC值信息、预警信息、故障信息以及电池包的健康状况报告、自燃预警状况报告。
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