CN112895976B - 电芯预警保护方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电芯预警保护方法及系统；该方法包括：终端设备根据电芯参数建立电压变化曲线和温度变化曲线；在实时电芯温度大于下限阈值时，终端设备根据电压变化曲线计算得到电芯的温升速率，并在温升速率大于温升速率阈值时，终端设备比较温度变化曲线与自燃曲线重合比例；在温度变化曲线与自燃曲线重合比例大于预设阀值，终端设备发送告警信息给主控制器；主控制器输出控制指令给电池包，电池包根据控制指令以断开电池包与车载设备之间的电性连接，并对自身内部进行降温。

Description

电芯预警保护方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种新能源领域的电芯预警保护设备方法及系统。
背景技术
电动汽车以电代油，能够实现零排放与低噪声，是解决能源和环境问题的重要手段。随着新能源车辆续航能力的提升，电动汽车以环保性能优异的优势得到更多用户的青睐。电动汽车内的动力电池是新能源汽车上相当重要的一个组成部件，其通常采用多个电池组并联的方式。每个电池包内包括多个串联连接的电芯构成。随着动力电池使用时间的增加，以及使用数量的增多，动力电池出现故障变得越来越频繁，动力电池故障轻则影响出行，重则导致严重的安全事故，因此电池故障的预警诊断显得十分的有必要。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种电芯预警保护方法及系统，旨在解决现有技术中无法对电池包的温度和电压异常进行预警告的问题。
一种电芯预警保护方法，应用于车辆和终端设备构成的电芯预警保护系统；所述车辆包括至少一个电池包、主控制器以及车载设备；其中，所述电池包由多个串联连接电芯构成；每个所述电池包采集每个所述电芯对应的电芯参数并通过所述主控制器发送给所述终端设备；其中，所述电芯参数包括实时电芯电压以及实时电芯温度；所述电芯预警保护方法包括：
所述终端设备根据在预设时间内接收的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在所述预设时间内接收的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线；
在所述实时电芯温度大于下限阈值时，所述终端设备根据所述电压变化曲线计算得到所述电芯的温升速率；
所述终端设备判断所述温升速率是否大于温升速率阈值；
在所述温升速率大于所述温升速率阈值时，所述终端设备判断所述温度变化曲线与自燃曲线重合比例是否大于预设阀值；
在所述温度变化曲线与所述自燃曲线重合比例大于所述预设阀值，所述终端设备发送告警信息给所述主控制器；
所述主控制器根据所述高警信息输出控制指令给所述电池包，所述电池包根据所述控制指令以断开所述电池包与所述车载设备之间的电性连接，并对自身内部进行降温。
一种电芯预警保护系统，所述电芯预警保护系统包括：
车辆，其包括至少一个电池包、主控制器以及车载设备；所述电池包由多个串联连接电芯构成，并提供电压给所述车载设备；每个所述电池包采集每个所述电芯对应的电芯参数并发送给所述主控制器；其中，所述电芯参数包括实时电芯电压以及实时电芯温度；
终端设备，用于根据在预设时间内通过所述主控制器发送的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在所述预设时间内通过所述主控制器发送的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线；
在所述实时电芯温度大于下限阈值时，所述终端设备进一步地根据所述电压变化曲线计算得到所述电芯的温升速率，并判断所述温升速率是否大于温升速率阈值；
在所述温升速率大于所述温升速率阈值时，所述终端设备进一步地判断所述温度变化曲线与自燃曲线重合比例是否大于预设阀值；
在所述温度变化曲线与所述自燃曲线重合比例大于所述预设阀值，所述终端设备发送告警信息给所述主控制器；
所述主控制器根据所述高警信息输出控制指令给所述电池包，所述电池包根据所述控制指令以断开所述电池包与所述车载设备之间的电性连接，并对自身内部进行降温。
上述电芯预警保护方法以及系统，所述终端设备通过升温速率以及电压变化曲线两个方面监测所述电芯的异常，并在有异常时产生告警信息给所述主控制器，以使得所述主控制器控制所述电池包断开与所述车载设备之间的电性连接，同时控制所述温度调整设备对所述电池包内进行降温，防止自燃现象产生。
附图说明
图1为本发明较佳实施例之电芯预警保护系统的模块示意图。
图2为本发明较佳实施例之处于放电阶段的电芯电压变化曲线的示意图。
图3为本发明较佳实施例之处于充电阶段的电芯电压变化曲线的示意图。
图4为本发明较佳实施例之温度变化曲线的示意图。
图5为本发明较佳实施例之电芯预警保护方法的流程图。
主要元件符号说明
电芯预警保护系统 100
车辆 1
终端设备 2
电池包 10
电芯 11
继电器 K1
参数采集设备 13
从控制器 14
通信设备 15
温度调整设备 17
主控制器 20
车载设备 30
步骤 S10-S18
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间没接间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况立即上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。此外，术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面结合附图对本发明电芯预警保护系统的具体实施方式进行说明。
请参阅图1，其为本发明较佳实施方式的电芯预警保护系统100的模块示意图。所述电芯预警保护系统100包括车辆1和终端设备2。在本发明的至少一个实施例中，所述车辆1为新能源车辆。在本发明的至少一个实施例中，所述车辆1可以为纯电动汽车，也可以为油电混合汽车。所述终端设备2可以为车辆换电管理设备、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑、伺服器等设备。
所述车辆1包括至少一个电池包10、主控制器20以及车载设备30。所述电芯预警保护系统100用于检测所述电池包10的电池参数并在所述电池包10参数异常时产生预警操作，以切断所述电池包10与所述车载设备30之间的电性连接，并对所述电池包10内的温度进行调整。在本发明的至少一个实施例中，所述电芯预警保护系统100包括一个所述电池包10。在其他实施例中，所述电芯预警保护系统100还可包括并联连接的多个所述电池包10。
每个所述电池包10包括多个串联连接的电芯11、继电器K1、参数采集设备13、从控制器14、通信设备15以及温度调整设备17。其中，最后一个所述电芯11的正极通过所述继电器K1与所述车载设备30电性连接。在本发明的至少一个实施例中，所述电池包10包括96个串联连接的所述电芯11。
所述参数采集设备13用于采集每个所述电芯11的电芯参数。在本发明的至少一个实施例中，所述电芯参数包括实时电芯温度以及实时电芯电压。
所述从控制器14与所述参数采集设备13、所述第一通信设备15以及所述温度调整设备17电性连接。所述从控制器14用于接收所述电芯参数并将所述电芯参数通过所述第一通信设备15发送给所述主控制器20。
所述通信设备15用于建立所述从控制器14与所述主控制器20之间的电性连接，以实现将所述电芯参数发送给所述主控制器20。在本发明的至少一个实施例中，所述通信设备15为无线通信设备，其可以为zigbee模块、蓝牙模块，433M跳频通信模块等低功耗无线通信模块。
所述主控制器20与所述电池包10和所述终端设备2之间进行通信。所述主控制器20用于将接收的所述电芯参数发送给所述终端设备2。在本发明的至少一个实施例中，所述主控制器20通过无线广域网与所述终端设备2之间进行通信，例如4G或5G网络。在其他实施方式中，所述主控制器20还可以通过有线广域网方式与所述终端设备2之间进行通信。
所述终端设备2根据所述电芯参数监测每个所述电芯11的温度和电压，并在所述电芯11内的温度和电压异常时向所述主控制器20发出预警。所述主控制器20在接收到预警时产生控制指令给所述电池包10，以控制所述电池包10执行预警操作。所述预警操作可以包括控制所述继电器K1断开所述电芯11与所述车载设备30之间的电性连接，并控制所述温度调整设备17降低所述电池包10内的温度。
具体地，所述终端设备2根据在预设时间内接收到的多个所述实时电芯电压识别所述电池包10的工作阶段。在多个所述实时电芯电压在所述预设时间内逐步下降时，所述终端设备2识别所述电池包10处于放电阶段；在多个所述实时电芯电压在所述预设时间内逐步上升时，所述终端设备2识别所述电池包10处于充电阶段。
进一步地，所述终端设备2根据在所述预设时间内接收到的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在预设时间内接收到的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线。如图2所示，其为任意一个处于正常工作的所述电芯11处于所述充电阶段时的电压变化曲线。如图3所示，其为任意一个处于正常工作的所述电芯11处于所述放电阶段时的电压变化曲线。
进一步地，在所述实时电芯温度大于下限阈值时，所述终端设备2根据所述电压变化曲线计算得到所述电芯11的温升速率，并比较所述温升速率与温升速率阈值。其中，所述下限阈值标识所述电芯11即将发生温度过高的危险，所述温升速率阈值用于标识所述电芯11的温度上升速度过快。在本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2可存储两个所述温升速率阈值。其中，两个所述温升速率阈值分别与所述电芯11的所述充电阶段和所述放电阶段相对应。在所述温升速率大于所述温升速率阈值时，则识别所述电芯11的温度过高，所述终端设备2进一步将所述温度变化曲线与自燃曲线进行比较。在所述温度变化曲线与所述自然曲线重合比例大于预设阈值时，所述终端设备2识别所述电芯11发生自然，并向所述主控制器20发送告警信息给所述车辆1。在本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2可根据所述电池包10的工作状态设置两条不同的自燃曲线。例如，在进行充电阶段时，所述终端设备2将所述电芯温度变化曲线与第一自燃曲线进行比较；在进行放电阶段时，所述终端设备2将所述温度变化曲线与第二自燃曲线进行比较。如图4所示，其为任意一个处于正常工作的所述电芯11处于所述充电阶段时的温度变化曲线。在本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2内还可以存储有上限阈值，所述上限阈值大于所述下限阈值。在所述实时电芯温度大于所述上限阈值时，所述终端设备2直接发送所述告警信息给所述车辆1。
在所述温升速率小于所述温升速率阈值时，所述终端设备2进一步地根据所述电压变化曲线计算得到电压曲线斜率，并将所述电压曲线斜率与标准斜率的比值与第一预定值进行比较。在所述电压曲线斜率与所述标准斜率的比值大于所述预设值时，则所述终端设备2识别所述电芯11的电压异常，并向所述主控制器20发送所述告警信息。在所述电芯11以不同的充/放电倍率进行充/放电时，所述电压曲线斜率与所述标准斜率之间呈比例关系。所述放电倍率可以为0.2C、0.5C、1C、2C以及3C，所述充电倍率可以为0.2C、0.5C、1C。其中，所述充/放电倍率为额定容量的所述电芯11以额定电流进行充/放电操作的速率。本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2内可存储有多个所述标准斜率。其中，不同的所述标准斜率与所述电池包的工作阶段相对应。在所述电池包10处于所述充电阶段时，所述终端设备2将所述电压曲线斜率与所述充电阶段对应的所述标准斜率比较；在所述电池包10工作在所述放电状态时，所述终端设备2将所述电压曲线斜率与所述放电阶段对应的所述标准斜率比较。
进一步地，所述主控制器20在接收到所述告警信息时输出控制指令给所述从控制器14。所述从控制器14输出断开指令控制所述继电器K1断开所述电池包10与所述车载设备30之间的电性连接，并输出制冷指令给所述温度调整设备17。所述温度调整设备17根据所述制冷指令对所述电池包10的内部进行降温。
上述所述电芯预警保护系统100，所述终端设备2通过升温速率以及电压变化曲线两个方面监测所述电芯11的异常，并在有异常时产生告警信息给所述主控制器20，以使得所述主控制器20控制所述电池包10断开与所述车载设备30之间的电性连接，同时控制所述温度调整设备17对所述电池包10内进行降温，防止自燃现象产生。
请参阅图5，其为本发明的电芯预警保护方法的流程图。所述电芯预警保护方法应用于所述电芯预警保护系统100中。所述电芯预警保护系统100包括车辆1以及终端设备2。所述车辆1包括电池包10、主控制器20以及车载设备30。所述电池包10内包括多个电芯11、继电器K1、参数采集设备13、从控制器14、通信设备15以及温度调整设备17。其中，最后一个所述电芯11的正极通过所述继电器K1与所述车载设备30电性连接。在本发明的至少一个实施例中，所述电池包10包括96个串联连接的所述电芯11。所述电芯预警保护方法包括如下步骤：
S10、所述终端设备2接收所述车辆1发送的所述电芯参数并根据所述电芯参数识别所述电池包10的工作阶段。
在本发明的至少一个实施例中，所述电芯参数包括实时电芯温度以及实时电芯电压。在所述实时电芯电压在所述预设时间内逐步下降时，所述终端设备2识别所述电池包10处于放电阶段；在所述实时电芯电压在所述预设时间内逐步上升时，所述终端设备2识别所述电池包10处于充电阶段。
S11，所述终端设备2根据在预设时间内接收的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在所述预设时间内接收的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线。
S12、在所述实时电芯温度大于下限阈值时，所述终端设备2根据所述电压变化曲线计算得到所述电芯11的温升速率。
在本发明的至少一个实施例中，所述下限阈值标识所述电芯11即将发生温度过高的危险。
S13、所述终端设备2判断所述温升速率是否大于温升速率阈值。
在本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2可存储两个所述温升速率阈值。其中，两个所述温升速率阈值分别与所述电芯11的所述充电阶段和所述放电阶段相对应。
S14、在所述温升速率大于所述温升速率阈值时，所述终端设备2判断所述温度变化曲线与自燃曲线重合比例是否大于预设阀值。
在所述温度变化曲线与所述自燃曲线重合比例小于等于所述预设阀值，则识别所述电芯11未发生自燃，返回步骤S10。
S15、在所述温升速率小于等于所述温升速率阈值时，所述终端设备2根据所述电压变化曲线计算得到电压曲线斜率。
S16、所述终端设备2判断所述电压曲线斜率与标准斜率的比值是否大于预定值。
在所述电芯11以不同的充/放电倍率进行充/放电时，所述电压曲线斜率与所述标准斜率之间呈比例关系。所述充/放电倍率可以为0.2C、0.5C、1C、2C以及3C。其中，所述充/放电倍率为额定容量的所述电芯11以额定电流进行充/放电操作的速率。本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2内可存储有多个所述标准斜率。其中，不同的所述标准斜率与所述电池包的工作阶段相对应。在所述电池包10处于所述充电阶段时，所述终端设备2将所述电压曲线斜率与所述充电阶段对应的所述标准斜率比较；在所述电池包10工作在所述放电状态时，所述终端设备2将所述电压曲线斜率与所述放电阶段对应的所述标准斜率比较。
S17、在所述温度变化曲线与所述自燃曲线重合比例大于预设阀值，或在所述电压曲线斜率与标准斜率的比值大于所述预定值时，所述终端设备2发送告警信息给所述主控制器20。
S18、所述主控制器20输出控制指令给所述从控制器14，所述从控制器14输出断开指令控制所述继电器K1断开所述电池包10与所述车载设备30之间的电性连接，并控制所述温度调整设备17对所述电池包10的内部进行降温。
在所述电压曲线斜率与标准斜率的比值小于等于所述预定值，则返回步骤S10。
在本发明的至少一个实施例中，所述终端设备2内还可以存储有上限阈值，所述上限阈值大于所述下限阈值。在所述实时电芯温度大于所述上限阈值时，所述终端设备2直接发送所述告警信息给所述车辆1。
上述电芯预警保护方法，所述终端设备2通过升温速率以及电压变化曲线两个方面监测所述电芯11的异常，并在有异常时产生所述告警信息给所述主控制器20，以使得所述主控制器20控制所述电池包10断开与所述车载设备30之间的电性连接，同时控制所述温度调整设备17对所述电池包10内进行降温，防止自燃现象产生。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯预警保护方法，应用于车辆和终端设备构成的电芯预警保护系统；所述车辆包括至少一个电池包、主控制器以及车载设备；其中，所述电池包由多个串联连接电芯构成；每个所述电池包采集每个所述电芯对应的电芯参数并通过所述主控制器发送给所述终端设备；其中，所述电芯参数包括实时电芯电压以及实时电芯温度；其特征在于，所述电芯预警保护方法包括：
所述终端设备根据在预设时间内接收的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在所述预设时间内接收的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线；
在所述实时电芯温度大于下限阈值时，所述终端设备根据所述电压变化曲线计算得到所述电芯的温升速率；
所述终端设备判断所述温升速率是否大于温升速率阈值；
在所述温升速率大于所述温升速率阈值时，所述终端设备判断所述温度变化曲线与自燃曲线重合比例是否大于预设阈 值；
在所述温度变化曲线与所述自燃曲线重合比例大于所述预设阈 值，所述终端设备发送告警信息给所述主控制器；
所述主控制器根据所述告 警信息输出控制指令给所述电池包，所述电池包根据所述控制指令以断开所述电池包与所述车载设备之间的电性连接，并对自身内部进行降温。
2.如权利要求1所述的电芯预警保护方法，其特征在于，所述电芯预警保护方法还包括：
在所述温升速率小于等于所述温升速率阈值时，所述终端设备根据所述电压变化曲线计算得到电压曲线斜率；
所述终端设备判断所述电压曲线斜率与标准斜率的比值是否大于预定值；
在所述电压曲线斜率与标准斜率的比值大于所述预定值时，所述终端设备发送告警信息给所述电池包。
3.如权利要求2所述的电芯预警保护方法，其特征在于，所述终端设备存储有多个所述标准斜率；不同的所述标准斜率与所述电池包的工作阶段相对应；所述终端设备还存储有多个温升速率阈值；每个温升速率阈值与所述电池包的工作阶段相对应；其中，所述电池包的工作阶段包括充电阶段和放电阶段。
4.如权利要求3所述的电芯预警保护方法，其特征在于，在所述终端设备根据在预设时间内接收的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在所述预设时间内接收的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线的步骤前，所述电芯预警保护方法还包括：
所述终端设备接收所述车辆发送的所述电芯参数并根据所述电芯参数识别所述电池包的工作阶段。
5.如权利要求1所述的电芯预警保护方法，其特征在于，所述电池包还包括继电器、从控制器以及温度调整设备；所述继电器电性连接于所述电芯和所述车载设备之间；所述从控制器根据所述主控制器发出的控制指令控制所述继电器断开所述电芯与所述车载设备之间的电性连接，并控制所述温度调整设备对所述电池包的内部进行降温。
6.一种电芯预警保护系统，其特征在于，所述电芯预警保护系统包括：
车辆，其包括至少一个电池包、主控制器以及车载设备；所述电池包由多个串联连接电芯构成，并提供电压给所述车载设备；每个所述电池包采集每个所述电芯对应的电芯参数并发送给所述主控制器；其中，所述电芯参数包括实时电芯电压以及实时电芯温度；
终端设备，用于根据在预设时间内通过所述主控制器发送的多个所述实时电芯电压建立电压变化曲线，并根据在所述预设时间内通过所述主控制器发送的多个所述实时电芯温度建立温度变化曲线；
在所述实时电芯温度大于下限阈值时，所述终端设备进一步地根据所述电压变化曲线计算得到所述电芯的温升速率，并判断所述温升速率是否大于温升速率阈值；
在所述温升速率大于所述温升速率阈值时，所述终端设备进一步地判断所述温度变化曲线与自燃曲线重合比例是否大于预设阈 值；
在所述温度变化曲线与所述自燃曲线重合比例大于所述预设阈 值，所述终端设备发送告警信息给所述主控制器；
所述主控制器根据所述告 警信息输出控制指令给所述电池包，所述电池包根据所述控制指令以断开所述电池包与所述车载设备之间的电性连接，并对自身内部进行降温。
7.如权利要求6所述的电芯预警保护系统，其特征在于，在所述温升速率小于等于所述温升速率阈值时，所述终端设备根据所述电压变化曲线计算得到电压曲线斜率，并判断所述电压曲线斜率与标准斜率的比值是否大于预定值；在所述电压曲线斜率与标准斜率的比值大于所述预定值时，所述终端设备发送告警信息给所述电池包。
8.如权利要求7所述的电芯预警保护系统，其特征在于，所述终端设备存储有多个所述标准斜率；不同的所述标准斜率与所述电池包的工作阶段相对应；所述终端设备还存储有多个温升速率阈值；每个温升速率阈值与所述电池包的工作阶段相对应其中，所述电池包的工作阶段包括充电阶段和放电阶段。
9.如权利要求8所述的电芯预警保护系统，其特征在于，所述终端设备接收所述车辆发送的所述电芯参数并根据所述电芯参数识别所述电池包的工作阶段。
10.如权利要求6所述的电芯预警保护系统，其特征在于，电池包还包括继电器、从控制器以及温度调整设备；所述继电器电性连接于所述电芯和所述车载设备之间；所述从控制器根据所述主控制器发出的控制指令控制所述继电器断开所述电芯与所述车载设备之间的电性连接，并控制所述温度调整设备对所述电池包的内部进行降温。
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