CN113098084A - 电池物联网系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种电池物联网系统。所述电池物联网系统，包括电池、本地预处理装置和中央处理装置。所述电池包括间隔设置的多个电池单体。多个所述电池单体顺次串联。每个电池单体用于检测自身的运行状态，并生成监测数据。所述电池单体实现了运行状态参数的检测，并生成监测数据。中央处理装置，与所述本地预处理装置通讯连接，所述中央处理装置根据所述监测数据得到所述电池单体的状态参数和控制命令，并发送所述监测数据和所述控制命令到所述本地预处理装置，所述本地预处理装置还用于根据所述控制命令控制所述电池单体的工作状态。所述中央处理装置实现所述电池单体的监测数据的采集与分析，以实现电池单体的全生命周期管理。

Description

电池物联网系统
技术领域
本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池物联网系统。
背景技术
锂离子电池是目前世界范围内应用最广泛的交通动力电源以及电化学储能单元，已经成为电动汽车、电动轮船、电动自行车、大型发电站、可再生能源微电网、数据中心等应用领域必要的动力单元或储能单元。
然而，由于锂离子电池本征的材料体系特性，电池往往因为管理不当而在使用过程中发生热失控，进而导致起火、燃烧、爆炸等安全事故，带来极大的安全隐患和财物损失。因此，需要对电池运行过程时的自身状态进行实时监控，充分掌握其全寿命周期内的参数变化情况，从而实现电池在全气候条件下的安全能量交互。
发明内容
基于此，有必要针对怎样才能实现对电池单体的监控的问题，提供一种电池物联网系统。
一种电池物联网系统，包括电池、本地预处理装置和中央处理装置。所述电池包括间隔设置的多个电池单体。多个所述电池单体顺次串联。每个所述电池单体用于检测自身的运行状态，并生成监测数据。所述本地预处理装置与所述电池通讯连接。所述本地预处理装置用于接收所述监测数据和控制命令，并发送所述监测数据和所述控制命令到所述本地预处理装置，所述本地预处理装置还用于根据所述控制命令控制所述电池单体的工作状态。
在一个实施例中，所述本地预处理装置包括本地通讯电路、本地存储电路和本地数据处理电路。所述本地通讯电路与所述电池单体通讯和所述中央处理装置连接。所述本地通讯电路用于接收所述监测数据，并对所述监测数据进行解码。所述本地存储电路与所述本地通讯电路连接。所述本地存储电路用于存储解码后的所述监测数据。所述本地数据处理电路与所述本地存储电路连接。所述本地数据处理电路用于将所述监测数据中的失准数据替换为均值数据。所述均值数据为与所述失准数据相邻的两个准确数据的平均值。所述本地数据处理电路还用于将替换处理后的所述监测数据存储至所述本地存储电路。所述本地通讯电路还用于将替换处理后的所述监测数据输出给所述中央处理装置。
在一个实施例中，所述监测数据包括电流数据。所述本地预处理装置还包括电流传感器。所述电流传感器与所述电池串联连接。所述电流传感器还与所述本地存储电路连接。所述电流传感器用于所述电池的电流，并输出电流信号。所述本地存储电路接收所述电流信号并生成所述电流数据。所述本地数据处理电路用于接收所述电流数据，并将所述电流数据中的电流失准数据替换为电流均值数据。所述本地数据处理电路还用于将替换处理后的所述电流数据存储至所述本地通讯电路。所述本地通讯电路还用于将替换处理后的所述电流数据输出给所述中央处理装置。
在一个实施例中，所述电池单体包括第一壳体、电芯、检测装置、单体处理装置和单体通讯装置。所述第一壳体包围形成第一空间。所述电芯收纳于所述第一空间。所述检测装置收纳于所述第一空间。所述检测装置用于生成检测信号。所述单体处理装置设置于所述第一壳体，且与所述电芯间隔设置。所述单体处理装置与所述检测装置连接。所述单体处理装置用于根据所述检测信号得到监测数据。所述单体通讯装置与所述单体处理装置和所述本地预处理装置连接。所述单体通讯装置用于将所述监测数据输出所述本地预处理装置。
在一个实施例中，所述电池单体包括间隔设置于所述电芯的电芯正极极耳和电芯负极极耳。所述监测数据包括所述电池单体的温度值、第一压力值和电压值。所述检测装置包括温度传感器、第一压力传感器和电压传感器。所述温度传感器设置于所述电芯的表面。所述温度传感器用于生成温度信号。所述第一压力传感器设置于所述第一空间。所述第一压力传感器用于生成第一压力信号。所述电压传感器的一端与所述电芯正极极耳连接。所述电压传感器的另一端与所述电芯负极极耳连接。所述电压传感器用于生成电压信号。所述单体处理装置分别与所述温度传感器、所述第一压力传感器和所述电压传感器连接。所述单体处理装置用于接收所述温度信号、所述第一压力信号和所述电压信号，并得到所述电池单体的所述温度值、所述第一压力值和所述电压值。
在一个实施例中，所述中央处理装置包括中央通讯电路和中央存储电路。所述中央通讯电路与所述本地通讯电路通讯连接。所述中央通讯电路用于接收预处理后的所述监测数据。所述中央存储电路与所述中央通讯电路连接。所述中央存储电路用于存储预处理后的所述监测数据，并构建数据库。
在一个实施例中，所述中央处理装置还包括状态估计电路。所述状态估计电路与所述中央存储电路连接。所述状态估计电路用于根据所述监测数据得到所述电池单体的荷电状态和健康状态。
在一个实施例中，所述中央处理装置还包括寿命预测电路。所述寿命预测电路与所述中央存储电路连接。所述状态估计电路用于根据所述监测数据和所述数据库得到所述电池单体的剩余寿命。
在一个实施例中，所述中央处理装置还包括故障预警电路。所述故障预警电路与所述中央存储电路连接。所述故障预警电路用于根据所述监测数据和所述数据库得到所述电池单体的内短路和热失控前的预警信息。
在一个实施例中，所述电池单体还包括电池正极极耳、电池负极极耳和第一控制电路。所述电池正极极耳和所述电池负极极耳间隔设置于所述第一壳体。所述第一控制电路包括第一开关、第二开关和第三开关。所述第一开关的一端与所述电池正极极耳连接。所述第一开关的另一端与所述电芯正极极耳连接。所述第一开关的控制端与所述单体通讯装置连接。所述第二开关的一端与所述电池负极极耳连接。所述第二开关的另一端与所述电芯负极极耳连接。所述第二开关的控制端与所述单体通讯装置连接。所述第三开关的一端连接于所述第一开关的一端和所述电池正极极耳之间。所述第三开关的另一端连接于所述第二开关的一端和所述电池负极极耳之间。所述第三开关的控制端与所述单体通讯装置连接。所述中央处理装置还用于将所述电池的状态参数输出给所述本地预处理装置。所述本地预处理装置用于根据所述电池单体的状态参数控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关是否闭合。
本申请实施例提供的所述电池物联网系统，包括电池、本地预处理装置和中央处理装置。所述电池包括间隔设置的多个电池单体。多个所述电池单体顺次串联。每个电池单体用于检测自身的运行状态，并生成监测数据。所述电池单体实现了运行状态参数的检测，并生成监测数据。中央处理装置，与所述本地预处理装置通讯连接，所述中央处理装置用于接收所述监测数据，并根据所述监测数据得到所述电池单体的状态参数和控制命令，并发送所述监测数据和所述控制命令到所述本地预处理装置，所述本地预处理装置还用于根据所述控制命令控制所述电池单体的工作状态。所述中央处理装置可以实现所述电池单体的监测数据的采集与分析，以实现电池单体的监控以及所述电池单体的全生命周期的闭环管理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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他的附图。
图1为本申请一个实施例中提供的所述电池物联网系统的电路示意图；
图2为本申请一个实施例中提供的所述电池物联网系统的电路示意图；
图3为本申请一个实施例中提供的所述电池物联网系统的电路示意图；
图4为本申请一个实施例中提供的所述电池单体的结构示意图；
图5为本申请一个实施例中提供的所述电池单体的结构示意图；
图6为本申请一个实施例中提供的所述电池物联网系统的电路示意图；
图7为本申请一个实施例中提供的所述电池单体的结构示意图；
图8本申请一个实施例中提供的所述抑制剂释放装置的结构示意图；
图9为图8的所述抑制剂释放装置的电控阀门开启的示意图；
图10为本申请一个实施例中提供的所述电池单体的结构示意图。
附图标号：
电池物联网系统900；电池100；电池单体10；本地预处理装置80；中央处理装置90；本地通讯电路810；本地存储电路820；本地数据处理电路830；电流传感器840；本地显示器850；单体处理电路510；单体通讯电路520；单体存储电路530；单体显示电路540；中央通讯电路910；中央存储电路920；状态估计电路930；寿命预测电路940；故障预警电路950；终端显示装置800；
第一壳体20；端盖200；第一空间201；电芯30；检测装置40；单体控制电路50；电池正极极耳101；电池负极极耳102；安全阀103；电芯正极极耳301；电芯负极极耳302；第一控制电路60；第一开关610；第二开关620；第三开关630；第一参比电极410；第四开关640；第五开关650；温度传感器420；第一压力传感器430；电压传感器440；第二压力传感器450；抑制剂释放装置70；抑制剂700；第二壳体710；开口711；电控阀门720；第二参比电极460；第一电阻601；第二电阻602；第三电阻603；第四电阻604。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参见图1，本申请实施例提供一种电池物联网系统900，包括电池100、本地预处理装置80和中央处理装置90。所述电池100包括间隔设置的多个电池单体10。多个所述电池单体10顺次串联。每个所述电池单体10用于监测自身的运行状态，并生成监测数据。所述本地预处理装置80与所述电池100通讯连接。所述本地预处理装置80用于接收所述监测数据，并根据所述监测数据得到所述电池单体10的状态参数和控制命令，并发送所述监测数据和所述控制命令到所述本地预处理装置80，所述本地预处理装置用于根据所述控制命令控制所述电池单体的工作状态。
所述电池物联网系统900包括多个所述电池100。多个所述电池100可以并联连接或串联连接。所述电池单体10能够检测自身的内部温度、内部压力、电压或电流等。所述电池单体10还能够生成温度值、内部压力值、压力值或电流值等。所述电池单体10在检测的过程中，可能由于外部振动等原因造成检测不准确。所述电池单体10在检测不准确的情况下生成的数据为失准数据。所述电池单体10准确测量得到的数据为准确数据。失准数据和准确数据之间的数值相差较大。所述本地预处理装置80可以为本地处理器、本地计算机或本地控制装置等。所述本地预处理装置80可以从所述监测数据中筛选出失准数据。
所述中央处理装置90可以为云平台、中央计算机或中央处理器等。云平台可包括专有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、互联云、多模态云等等、或其任何组合。云平台可基于开源式框架Hadoop，或商业化云平台，如IBM、Oracle、阿里云等进行搭建。所述中央处理装置90可以接收被所述本地预处理装置80处理后的所述监测数据，根据所述电池单体10的温度值、内部压力值、压力值和电流值可以得到所述电池单体10的荷电状态、健康状态、剩余寿命或预警信息等。
本申请实施例提供的所述电池物联网系统900包括电池100、本地预处理装置80和中央处理装置90。所述电池100包括间隔设置的多个电池单体10。多个所述电池单体10顺次串联。每个电池单体10用于检测自身的运行状态，并生成监测数据。所述电池单体10实现了运行状态参数的检测，并生成监测数据。所述本地预处理装置80可以实现所述监测数据的替换处理，减少所述中央处理装置90的数据处理步骤。所述中央处理装置90可以收替换处理后的所述监测数据，并根据替换处理后的所述监测数据得到所述电池100的状态参数。所述中央处理装置90可以实现所述电池单体10的监测数据的采集与分析，以实现更全面的监控以及所述电池单体10的全生命周期的管理。
在一个实施例中，所述中央处理装置90与多个所述本地预处理装置80连接。每个所述本地预处理装置80与多个所述电池100连接。即每个所述本地预处理装置80分别与多个所述电池100的所述电池单体10连接。每个所述本地预处理装置80可以采集多个所述电池单体10的所述监测数据。所述中央处理装置90可以采集多个所述本地预处理装置80替换处理后的所述监测数据。所述中央处理装置90可以实现多个所述电池单体10的状态监控和风险预警。
在一个实施例中，所述中央处理装置90还将所述电池单体10的状态参数输出给所述本地预处理装置80。所述本地预处理装置80根据所述状态参数调整多个所述电池单体10之间的连接关系。当其中的一个所述电池单体10的荷电状态(SOC)降低、健康状态(SOH)降低、剩余寿命较少或产生预警信息时，所述电池单体10处于高风险状态。所述本地预处理装置80控制处于高风险状态的所述电池单体10的两端短路，与处于高风险状态的所述电池单体10上下游相邻的两个所述电池单体10直接串联，将处于高风险状态的所述电池单体10隔离出来。剩余的所述电池单体10仍可以继续工作。
所述中央处理装置90不必设置于所述电池100附近。所述中央处理装置90可以远程监控多个所述电池单体10。
请一并参见图2，在一个实施例中，所述本地预处理装置80包括本地通讯电路810、本地存储电路820和本地数据处理电路830。所述本地通讯电路810与所述电池单体10通讯和所述中央处理装置90连接。所述本地通讯电路810用于接收所述监测数据，并对所述监测数据进行解码。所述本地存储电路820与所述本地通讯电路810连接。所述本地存储电路820用于存储解码后的所述监测数据。所述本地数据处理电路830与所述本地存储电路820连接。所述本地数据处理电路830用于将所述监测数据中的失准数据替换为均值数据。所述均值数据为与所述失准数据相邻的两个准确数据的平均值。所述本地数据处理电路830还用于将替换处理后的所述监测数据存储至所述本地存储电路820。所述本地通讯电路810还用于将替换处理后的所述监测数据输出给所述中央处理装置90。
所述本地通讯电路810可以为有线通讯或无线通讯。所述本地通讯电路810的通讯方式包括蓝牙、WIFI、ZigBee、4G或5G等。所述本地存储电路820包括大容量存储器、可移动存储设备、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)、或者类似物、或其任何组合。示例性的大容量存储可包括磁盘、光盘、固态驱动器等。所述本地存储电路820可存储中间数据、结果数据或指令。所述本地存储电路820可储存所述温度值、所述内部压力值、所述压力值或所述电流值等监测数据。所述本地储存电路也可以储存所述电池单体10的荷电状态、健康状态、剩余寿命或预警信息等状态参数。所述本地储存电路也可以储存所述本地通讯电路810根据状态参数发出的隔离处于高风险状态的所述电池单体10的命令。
在一个实施例中，所述监测数据包括电流数据。所述本地预处理装置80还包括电流传感器840。所述电流传感器840与所述电池单体10串联连接。所述电流传感器840还与所述本地存储电路820连接。所述电流传感器840用于所述电池100的电流，并输出电流信号。所述本地存储电路820接收所述电流信号并生成所述电流数据。所述本地数据处理电路830用于接收所述电流数据，并将所述电流数据中的电流失准数据替换为电流均值数据。所述本地数据处理电路830还用于将替换处理后的所述电流数据存储至所述本地通讯电路810。所述本地通讯电路810还用于将替换处理后的所述电流数据输出给所述中央处理装置90。
多个所述电池单体10串联工作时的电流值相同，因此将所述电流传感器840直接设置于所述本地预设处理设备里，可以使多个所述电池单体10共用一个所述电流传感器840。所述电流传感器840与所述电池正极极耳101或所述电池负极极耳102串联连接。减小所述电池单体10的体积。
所述电流传感器840也可以设置于所述电池100，以减小所述本地预处理装置80的体积。
在一个具体的实施例中，所述电流传感器840为霍尔电流传感器。电流传感器84021采集信号的频率为每秒钟采集一次。
所述本地存储电路820配置1G/2G/4G内存，用于存储电流传感器840所采集的电流数据，以及本地通讯电路810所接收的电压、温度、压力等数据。本地存储电路820仅存储一个小时内的数据，每隔一个小时将自动删除上一个小时的数据。
所述本地数据处理电路830用于清洗数据存储器中的数据并进行电池状态信息和基本参数的计算，所述计算的频率为每分钟计算一次，所述边缘计算的策略为：读取本地存储电路820中的数据xi(x为电流/电压/温度/压力信号,i＝1,2，…,60)；将采集和接收到的所有电池的数据的时间戳进行同步；对该分钟内的所有数据进行清洗；判断是否存在噪声信号引起的测量信号失准的数据xj；若存在失准数据，则选取其前后信号的平均值作为该时刻的测量信号，即另xj＝0.5×(xj-1+xj+1)。进一步地，将该分钟内的所有信号数据赋值给对应时刻的列向量Xt(Xt(i,1)＝xi,t＝h_min,h＝1,2,..,24；min＝1,2,…,60)，最后利用本地通讯电路810将所有信号数据生成的列向量上传至中央处理装置90。
请一并参见图3，在一个实施例中，所述本地预处理装置80还包括本地显示器850。所述本地显示器850与所述本地存储电路820连接。所述本地显示器850可显示所述温度值、所述内部压力值、所述压力值或所述电流值等监测数据。所述本地显示器850也可以显示所述电池单体10的荷电状态、健康状态、剩余寿命或预警信息等状态参数。
请一并参见图4，在一个实施例中，所述电池单体10包括第一壳体20、电芯30、检测装置40、单体控制电路50。所述单体控制电路50包括单体处理电路510和单体通讯电路520。所述第一壳体20包围形成第一空间201。所述电芯30收纳于所述第一空间201。所述检测装置40收纳于所述第一空间201。所述检测装置40用于生成检测信号。所述单体处理电路510设置于所述第一壳体20，且与所述电芯30间隔设置。所述单体处理电路510与所述检测装置40连接。所述单体处理电路510用于根据所述检测信号得到所述监测数据。所述单体通讯电路520与所述单体处理电路510和所述本地预处理装置80连接。所述单体通讯电路520用于将所述监测数据输出所述本地预处理装置80。
所述电池单体10中所述检测装置40和所述电芯30均收纳于所述第一空间201内部，所述检测装置40的位置更靠近所述电芯30。所述检测装置40和所述电芯30之间的距离较近，减少了检测装置40设置位置较远造成的测量误差。所述检测装置40的检测信号对应的检测值更接近电芯30状态参数的真实值，则所述电池单体10的检测精确度提高。
所述单体处理电路510用于接收所述检测信号，并对所述检测信号进行放大、数模装换或滤波处理，以得到所述监测数据。所述单体通讯电路520用于接收所述监测数据，并将所述监测数据输出所述本地预处理装置80中的所述本地通讯电路810。所述单体通讯电路520还用对监测数据进行编码处理，以保证正确传输。
所述单体通讯电路520可以为有线通讯或无线通讯。所述单体通讯电路520的通讯方式包括蓝牙、WIFI、ZigBee、4G或5G等。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括端盖200。所述端盖200设置于上表面与所述第一壳体20的内表面之间。所述端盖200上设置有安全阀103。
所述检测装置40可以具有温度检测、气体压力检测、形变检测、电压检测、电流检测或负极电位检测等功能。所述检测装置40可以设置于电池内部、电池外部、电池的端盖200内、所述第一壳体20内、电池铝塑膜内、电池正负极极片内或电池正负极极柱内等。所述检测装置40更贴近所述电芯30，检测得到的数据更精确。
请一并参见图5和图6，在一个实施例中，所述电池单体10包括间隔设置于所述电芯30的电芯正极极耳301和电芯负极极耳301。所述监测数据包括所述电池单体10的温度值、第一压力值和电压值。所述检测装置40包括温度传感器420、第一压力传感器430和电压传感器440。所述温度传感器420设置于所述电芯30的表面。所述温度传感器420用于生成温度信号。所述第一压力传感器430设置于所述第一空间201。所述第一压力传感器430用于生成第一压力信号。所述电压传感器440的一端与所述电芯正极极耳301连接。所述电压传感器440的另一端与所述电芯负极极耳301连接。所述电压传感器440用于生成电压信号。所述单体处理电路510分别与所述温度传感器420、所述第一压力传感器430和所述电压传感器440连接。所述单体处理电路510用于接收所述温度信号、所述第一压力信号和所述电压信号，并得到所述电池单体10的所述温度值、所述第一压力值和所述电压值。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括单体存储电路530。所述单体存储电路530与所述单体处理电路510。所述单体存储电路530用于储存所述监测数据。即所述单体存储电路530用于储存所述温度值、所述第一压力值和所述电压值。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括单体显示电路540。所述单体显示电路540与所述单体存储电路530。所述单体显示电路540用于显示所述监测数据。即所述单体显示电路540用于显示所述温度值、所述第一压力值和所述电压值。
在一个实施例中，所述中央处理装置90包括中央通讯电路910和中央存储电路920。所述中央通讯电路910与所述本地通讯电路810通讯连接。所述中央通讯电路910用于接收预处理后的所述监测数据。所述中央存储电路920与所述中央通讯电路910连接。所述中央存储电路920用于存储预处理后的所述监测数据，并构建数据库。根据不同类型的云计算平台选取不同类型的历史数据库。
所述中央通讯电路910可以为有线通讯或无线通讯。所述中央通讯电路910的通讯方式包括蓝牙、WIFI、ZigBee、4G或5G等。所述数据库可以储存在电池单体10的全生命周期的检测参数和状态参数。
在一个实施例中，所述中央处理装置90还包括状态估计电路930。所述状态估计电路930与所述中央存储电路920连接。所述状态估计电路930用于根据所述监测数据得到所述电池单体10的荷电状态和健康状态。
基于上传至中央处理装置90的数据，采用基于模型的扩展卡尔曼滤波算法进行荷电状态(SOC)估计，采用基于模型的带遗忘因子的递归最小二乘算法(Forgetting FactorRecursive Least Square,FFRLS)进行健康状态(SOH)估计。
所述状态估计电路930包括荷电状态估计电路930。所述荷电状态估计电路930所遵循的荷电状态(SOC)估计方法包括：首先基于电流值Ik，电压值Uk，温度值Tk和安时积分法得到先验的SOC估计值。接着将先验估计得到的SOC值带入标定好的一阶等效电路模型。获得基于模型计算得到的开路电压与实际测量得到的开路电压之差ek，接着ek将乘以基于扩展卡尔曼滤波算法得到的卡尔曼增益Lk，从而得到SOC修正值，与先验估计的SOC值相加得到最终的SOC估计结果。
所述状态估计电路930还包括健康状态电路。所述健康状态电路所遵循的健康状态估计方法包括：基于电流值Ik，电压值Uk，温度值Tk和SOC估计的结果，利用带遗忘因子的递归最小二乘法recursive least squares estimation method with forgettingfactor(FFRLS)获得当前时刻的电池欧姆内阻值(R0)和开路电压值(OCV),接着基于R0计算内阻更新系数，得到电池内阻的变化情况kR，进一步地，利用标定好的OCV-SOC关系曲线图，得到两个测量点的SOC值，接着利用两个测量点之间的充放电电量与两个测量点之间SOC之差，得到当前时刻的电池容量Cbat，Cbat与kR共同反映了电池的SOH状态，得到了Cbat与kR之后，将新的Cbat与kR值带入SOC估计模块更新SOC模块中模型的参数。
在一个实施例中，所述中央处理装置90还包括寿命预测电路940。所述寿命预测电路940与所述中央存储电路920连接。所述状态估计电路930用于根据所述监测数据和所述数据库得到所述电池单体10的剩余寿命。
所述寿命预测电路940基于云端的反向误差(Back Propagation，BP)神经网络的机器学习模型进行电池剩余寿命的预测。首先利用历史数据库中的数据训练云端的BP神经网络，在电池实际运行时，利用预先训练好的BP神经网络模型。基于电流值Ik，电压值Uk、温度值Tk和第一压力值Pk，在线预测电池的剩余寿命。
所述BP神经网络包括一个输入层、若干个隐藏层以及一个输出层。输入层的输入参数包括一个电流向量Ix，一个电流向量梯度ΔIx，一个SOC向量SOCx，一个SOC向量梯度ΔSOCx，一个温度向量Tx，一个温度向量梯度ΔTx，一个压力向量Px，一个压力向量梯度ΔPx，一共8个输入向量，输出层仅包括一个值，即剩余寿命。需要注意的是，随着电池使用时间的增长，所有输入向量的维度x也随之增长。压力向量梯度ΔPx是基于所述第一压力值得到的。
在一个实施例中，所述中央处理装置90还包括故障预警电路950。所述故障预警电路950与所述中央存储电路920连接。所述故障预警电路950用于根据所述监测数据和所述数据库得到所述电池单体10的内短路和热失控前的预警信息。
故障预警电路950采用基于云端的反向误差(Back Propagation，BP)神经网络的机器学习模型进行电池的内短路和热失控前的预警。首先利用历史数据库中的数据训练云端的BP神经网络。在电池实际运行时，利用预先训练好的BP神经网络模型，基于电流值Ik，电压值Uk、温度值Tk和第一压力值Pk，在线进行电池的内短路和热失控预测。
所述BP神经网络输入层的输入参数同样包括一个电流向量It，一个电流向量梯度ΔIt，一个SOC向量SOCt，一个SOC向量梯度ΔSOCt，一个温度向量Tt，一个温度向量梯度ΔTt，一个压力向量Pt，一个压力向量梯度ΔPt共8个向量，输出层同样仅有一个值，即是否出现内短路或发生热失控(出现为1，未出现为0)，与寿命预测所使用的BP神经网络不同的是，用于安全预警的BP神经网络的输入向量的维度t为一固定值，不会随着运行时间的增长而增长。
在一个实施例中，所述电池物联网系统900还包括终端显示装置800。所述终端显示装置800与所述中央存储电路920连接。所述终端显示装置800用于显示所述温度值、所述内部压力值、所述压力值或所述电流值等监测数据。所述本地显示器850也可以显示所述电池单体10的荷电状态、健康状态、剩余寿命或预警信息等状态参数。
所述终端显示装置800移动设备、平板计算机或便携式电脑等。所述压力值包括第一压力值或第二压力值中的至少一种。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括电池正极极耳101、电池负极极耳102和第一控制电路60。所述电池正极极耳101和所述电池负极极耳102间隔设置于所述第一壳体20。所述第一控制电路60包括第一开关610、第二开关620和第三开关630。所述第一开关610的一端与所述电池正极极耳101连接。所述第一开关610的另一端与所述电芯正极极耳301连接。所述第一开关610的控制端与所述单体通讯电路520连接。所述第二开关620的一端与所述电池负极极耳102连接。所述第二开关620的另一端与所述电芯负极极耳301连接。所述第二开关620的控制端与所述单体通讯电路520连接。所述第三开关630的一端连接于所述第一开关610的一端和所述电池正极极耳101之间。所述第三开关630的另一端连接于所述第二开关620的一端和所述电池负极极耳102之间。所述第三开关630的控制端与所述单体通讯电路520连接。所述中央处理装置90还用于将所述电池100的状态参数输出给所述本地预处理装置80。所述中央处理装置90用于根据所述电池单体10的状态参数得到控制所述第一开关610、所述第二开关620和所述第三开关630的控制命令，并将所述控制命令输出给所述本地预处理装置80。所述本地预处理装置80还用于根据所述控制命令控制所述第一开关610、所述第二开关620和所述第三开关630的开合。
在一个实施例中，所述中央处理装置90用于在所述电池单体10处于第一健康状态时发出控制所述第一开关610断开、所述第二开关620断开和所述第三开关630闭合的第一控制命令给所述本地数据处理电路830。
所述第一健康状态为：当锂离子电池的可用容量低于正常工作允许容量或第一和第二压力传感器测量的电压高于正常工作压力时或电压值超出正常范围时。
当所述电池单体10处于第一健康状态值时，说明所述电池单体10的寿命偏低，存在安全风险。所述中央处理装置90发送第一控制命令给所述本地数据处理电路830。所述本地数据处理电路830发出第一控制命令给所述本地通讯电路810。所述本地通讯电路810将第一控制命令发送给单体通讯电路520。所述单体通讯电路520控制所述第一开关610断开和所述第二开关620断开。所述电池正极极耳101和所述电芯正极极耳301断开，所述电池负极极耳102和所述电芯负极极耳301断开。所述电池单体10不能对外供电。当所述电池单体10为电池单体10时，多个所述电池单体10串联形成电池模组。所述控制装置还用于控制所述第三开关630闭合，所述电池单体10的所述电池正极极耳101与所述电池负极极耳102连接。所述电池单体10被短路隔离。与所述电池单体10相连的两个电池单体10直接连接，电池100可以继续供电。
在一个实施例中，所述检测装置40包括第一参比电极410。所述第一参比电极410设置于所述电芯30内。所述第一参比电极410与所述单体处理电路510连接。所述电芯正极极耳301和所述电芯负极极耳301分别与所述单体处理电路510连接。所述单体处理电路510可以得到所述电芯30的正极电位、负极电位和第一参比电极410的电位。所述第一参比电极410作为负极电位测量装置，实现对电池的负极电位的实时监控。通过负极电位的测量可对负极的析锂副反应进行监测，同时可以对电池的负极状态进行标定并指导模型构建等。
请一并参见图7，在一个实施例中，所述电池单体10还包括第四开关640。所述第四开关640的一端与所述第一参比电极410连接。所述第四开关640的另一端与所述电芯正极极耳301连接。所述第四开关640的控制端与所述单体通讯电路520连接。所述中央处理装置还用于在所述电池单体处于第二健康状态时发出控制所述第四开关640闭合、所述第一开关610闭合和所述第二开关620闭合的第二控制命令给所述本地数据处理电路830。
所述第二健康状态为：当锂离子电池的可用容量到达需要补锂容量时。
所述第一参比电极410为锂金属参比电极。所述电池单体处于第二健康状态时，表明所述电芯30的容量衰减、内阻增加。所述本地数据处理电路830用于接收所述中央处理装置发出的第二控制命令。
所述本地数据处理电路830在发出所述第二控制命令给所述本地通讯电路810。所述本地通讯电路810将第二控制命令发送给单体通讯电路520。所述单体通讯电路520控制所述第四开关640闭合、所述第一开关610闭合和所述第二开关620闭合。所述电池正极极耳101和所述电芯正极极耳301连接，所述电池负极极耳102和所述电芯负极极耳301连接。所述电池单体10可以对外供电。同时，所述第一参比电极410和电芯30的正极片之间形成子电池，并开始放电。参比电极上的锂发生氧化反应成为锂离子进入电解液，为电池的电解液补充锂离子，减小析锂反应的影响。
在一个实施例中，所述检测装置40还包括第二压力传感器450。所述第二压力传感器450设置于所述电芯30的表面。所述第二压力传感器450与所述单体处理电路510连接。所述第二压力传感器450用于生成第二压力信号。所述单体处理电路510用于根据所述第二压力信号监测所述电芯30的变形程度，并将所述第二压力信号输出。
当电池在过充、过热和短路等情况下发生热失控时，电芯30内的氧化还原反应加剧，温度和压力升高。电芯30的表面发生形变。因此，所述电芯30的变形程度可以表征电芯30内氧化还原反应的可控程度。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括抑制剂释放装置70。所述抑制剂释放装置70设置于所述第一空间201，并位于所述第一壳体20的内表面与所述电芯30之间。所述抑制剂释放装置70与所述单体通讯电路520连接。所述中央处理装置90用于当所述电池单体处于第三健康状态时发出控制所述抑制剂释放装置70向所述电芯30释放抑制剂700，以抑制电池热失控的第三控制命令给所述本地数据处理电路830。
所述第三健康状态为：当锂离子电池的温度传感器的温度数值超过安全温度或第一压力传感器、第二压力传感器的压力数值高于安全压力时。
所述电池单体处于第三健康状态时，表征电芯30内部发生强烈的氧化还原反应，有热失控的风险。所述本地数据处理电路830用于在所述温度信号对应的温度值大于第一温度值、所述第一压力信号对应的压力值大于第一压力值或所述第二压力信号对应的压力值大于第二压力值中的至少一个条件下，发送第三控制命令给所述本地通讯电路810。所述本地通讯电路810将第三控制命令传输给所述单体通讯电路520。
所述单体通讯电路520根据第三控制命令控制所述抑制剂释放装置70向所述电芯30释放抑制剂700，所述抑制剂700进入电芯30的电解液中，以抑制电池热失控。
所述抑制剂700包括胺类毒化剂、使电池负极惰性化的基团或包括与活性氧或自由基结合的基团等。所述抑制剂700会降低氧化还原反应的速度，进而抑制电池热失控。
请一并参见图8，在一个实施例中，所述抑制剂释放装置70包括第二壳体710和电控阀门720。所述第二壳体710设置于所述第一壳体20的内表面与所述电芯30之间。所述第二壳体710形成腔体。所述腔体内有抑制剂700。所述抑制剂700用于抑制电池热失控。所述第二壳体710靠近所述电芯30开设开口711。所述开口711正对电解液。所述电控阀门720盖合于所述开口711。所述电控阀门720与所述单体通讯电路520连接。
请一并参见图9，所述中央处理装置90用于在所述电池单体处于所述第三健康状态时发出控制所述电控阀门720脱离所述开口711的第三控制命令给所述本地数据处理电路830。所述本地数据处理电路830控制所述电控阀门720脱离所述开口711。所述第二壳体710可以为硅胶、隔膜纤维或塑料等。在电池正常使用时，所述电控阀门720盖合于所述开口711，抑制剂700储存在腔体中。
请一并参见图10，在一个实施例中，所述电池单体10还包括第二参比电极460和第五开关650。所述第一参比电极410和所述第二参比电极460间隔设置于所述电芯30的所述正极片和所述负极片之间。所述第一参比电极410和所述第二参比电极420的长度、靠近正负极片的位置不相同。所述第五开关650的一端与所述第一参比电极410连接。所述第五开关650的另一端与所述电芯正极极耳301连接。所述第五开关650的控制端与所述单体通讯电路520连接。所述中央处理装置90还用于当所述电池的负极电位低于第三预设值，且大于所述第二预设值时发出控制所述第五开关650闭合，且控制所述第四开关640断开的第四控制命令给所述本地数据处理电路830。所述本地数据处理电路830控制所述第五开关650闭合，且控制所述第四开关640断开。
当所述电池单体10的负极电位低于所述第三预设值时，电芯30的容量衰减减小、内阻增加较小，负极的析锂反应不剧烈。所述第二参比电极460的长度小于所述第一参比电极410的长度，析出的锂离子较少，能够补充电解液中的锂离子，使锂离子的含量达到要求。
在一个实施例中，所述中央处理装置90还用于当所述电池第二健康状态时发出控制所述第五开关650闭合，且控制所述第四开关640断开的第四控制命令给所述本地数据处理电路830。所述本地数据处理电路830控制所述第五开关650闭合，且控制所述第四开关640断开。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括第六开关和第七开关。所述第六开关的一端与所述第一参比电极410连接，所述第六开关的另一端与所述电芯负极极耳301连接。所述第七开关的一端与所述第一参比电极410连接，所述第七开关的另一端与所述电芯负极极耳301连接。所述单体通讯电路520分别与所述第六开关和所述第七开关连接。所述中央处理装置90用于根据所述电池单体10的负极电位或电池健康状态值控制所述第四开关640、第五开关650、第六开关或第七开关中的一个闭合。
在一个实施例中，所述电池单体10还包括电阻。电阻连接于所述第一参比电极410或第二参比电极460所在的回路中。
在一个实施例中，所述电池单体10包括第一电阻601、第二电阻602、第三电阻603和第四电阻604。所述第一电阻601连接于所述电芯正极极耳301与所述第四开关640之间。所述第二电阻602连接在所述第一参比电极410与所述第六开关之间。所述第三电阻603连接在所述电芯30电极极耳与所述第五开关650之间。所述第四电阻604连接在第七开关和所述电芯负极极耳301之间。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电池物联网系统，其特征在于，包括：
电池，包括间隔设置的多个电池单体，多个所述电池单体顺次串联，每个所述电池单体用于监测自身的运行状态，并生成监测数据；
本地预处理装置，与所述电池单体通讯连接，所述本地预处理装置用于接收所述监测数据；
中央处理装置，与所述本地预处理装置通讯连接，所述中央处理装置用于接收所述监测数据，并根据所述监测数据得到所述电池单体的状态参数和控制命令，并发送所述监测数据和所述控制命令到所述本地预处理装置，所述本地预处理装置还用于根据所述控制命令控制所述电池单体的工作状态。
2.如权利要求1所述的电池物联网系统，其特征在于，所述本地预处理装置包括：
本地通讯电路，与所述电池单体和所述中央处理装置通讯连接，所述本地通讯电路用于接收所述监测数据，并对所述监测数据进行解码；
本地存储电路，与所述本地通讯电路连接，所述本地存储电路用于存储解码后的所述监测数据；
本地数据处理电路，与所述本地存储电路连接，所述本地数据处理电路用于将所述监测数据中的失准数据替换为均值数据，所述均值数据为与所述失准数据相邻的两个准确数据的平均值，所述本地数据处理电路还用于将替换处理后的所述监测数据存储至所述本地存储电路，所述本地通讯电路还用于将替换处理后的所述监测数据输出给所述中央处理装置。
3.如权利要求2所述的电池物联网系统，其特征在于，所述监测数据包括电流数据，所述本地预处理装置还包括：
电流传感器，所述电流传感器与所述电池单体串联连接，所述电流传感器还与所述本地存储电路连接，所述电流传感器用于检测所述电池的电流，并输出电流信号，所述本地存储电路接收所述电流信号并生成所述电流数据，所述本地数据处理电路用于接收所述电流数据，并将所述电流数据中的电流失准数据替换为电流均值数据，所述本地数据处理电路还用于将替换处理后的所述电流数据存储至所述本地通讯电路，所述本地通讯电路还用于将替换处理后的所述电流数据输出给所述中央处理装置。
4.如权利要求2所述的电池物联网系统，其特征在于，所述电池单体包括：
第一壳体，包围形成第一空间；
电芯，收纳于所述第一空间；
检测装置，收纳于所述第一空间，所述检测装置用于生成检测信号；
单体处理装置，设置于所述第一壳体，且与所述电芯间隔设置，所述单体处理装置与所述检测装置连接，所述单体处理装置用于根据所述检测信号得到监测数据；
单体通讯装置，与所述单体处理装置和所述本地预处理装置连接，所述单体通讯装置用于将所述监测数据输出所述本地预处理装置。
5.如权利要求4所述的电池物联网系统，其特征在于，所述电池单体包括间隔设置于所述电芯的电芯正极极耳和电芯负极极耳，所述监测数据包括所述电池单体的温度值、第一压力值和电压值，所述检测装置包括：
温度传感器，所述温度传感器设置于所述电芯的表面，所述温度传感器用于生成温度信号；
第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述第一空间，所述第一压力传感器用于生成第一压力信号；
电压传感器，所述电压传感器的一端与所述电芯正极极耳连接，所述电压传感器的另一端与所述电芯负极极耳连接，所述电压传感器用于生成电压信号；
所述单体处理装置分别与所述温度传感器、所述第一压力传感器和所述电压传感器连接，所述单体处理装置用于接收所述温度信号、所述第一压力信号和所述电压信号，并得到所述电池单体的所述温度值、所述第一压力值和所述电压值。
6.如权利要求4所述的电池物联网系统，其特征在于，所述状态参数包括荷电状态和健康状态，所述中央处理装置包括：
中央通讯电路，与所述本地通讯电路通讯连接，所述中央通讯电路用于接收处理后的所述监测数据；中央存储电路，与所述中央通讯电路连接，所述中央存储电路用于存储处理后的所述监测数据；
状态估计电路，与所述中央存储电路连接，所述状态估计电路用于根据替换处理后的所述监测数据得到所述电池单体的所述荷电状态和所述健康状态，所述中央存储电路还用于储存所述荷电状态和所述健康状态，并构建数据库，所述数据库包括所述监测数据、所述荷电状态、所述健康状态和所述电池单体之间的对应关系。
7.如权利要求6所述的电池物联网系统，其特征在于，所述状态参数还包括剩余寿命，所述中央处理装置还包括：
寿命预测电路，与所述中央存储电路连接，所述状态估计电路用于根据所述监测数据得到所述电池单体的所述剩余寿命。
8.如权利要求7所述的电池物联网系统，其特征在于，所述状态参数还包括预警信息，所述中央处理装置还包括：
故障预警电路，与所述中央存储电路连接，所述故障预警电路用于根据所述监测数据得到所述电池单体的所述预警信息。
9.如权利要求8所述的电池物联网系统，其特征在于，还包括：
终端显示装置，与所述中央存储电路连接，所述终端显示装置用于显示所述监测数据和所述状态参数。
10.如权利要求4所述的电池物联网系统，其特征在于，所述电池单体还包括：
电池正极极耳和电池负极极耳，间隔设置于所述第一壳体；
第一控制电路，所述第一控制电路包括：
第一开关，所述第一开关的一端与所述电池正极极耳连接，所述第一开关的另一端与所述电芯正极极耳连接，所述第一开关的控制端与所述单体通讯装置连接；
第二开关，所述第二开关的一端与所述电池负极极耳连接，所述第二开关的另一端与所述电芯负极极耳连接，所述第二开关的控制端与所述单体通讯装置连接；
第三开关，所述第三开关的一端连接于所述第一开关的一端和所述电池正极极耳之间，所述第三开关的另一端连接于所述第二开关的一端和所述电池负极极耳之间，所述第三开关的控制端与所述单体通讯装置连接；
所述中央处理装置还用于将所述电池的状态参数输出给所述本地预处理装置，所述中央处理装置用于根据所述电池单体的状态参数得到控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的控制命令，并将所述控制命令输出给所述本地预处理装置，所述本地预处理装置用于根据所述控制命令控制所述第一开关、所述第二开关和所述第三开关的开合。
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