CN114976309A - 车辆动力电池监测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆动力电池监测方法及装置，涉及电池技术领域。动力电池包括多个电芯，方法包括以下步骤：采集各个电芯的标定数据；将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集，将采集的电压数据划分为多个电压数据集，建立电芯的电压‑电量曲线和温度‑压强曲线；建立标定数据包；采集各个电芯的实测数据，将实测数据与标定数据包的数据进行比对，当对比的偏差值超出预设范围时，确定所述动力电池存在热失控风险。本发明的优点如下：可获得与电芯实际工况相吻合的电芯电量数据，相比传统的出厂设置的固定标定数据而言，对电池热失控的判断更准确。

Description

车辆动力电池监测方法及装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体是涉及一种车辆动力电池监测方法及装置。
背景技术
动力电池热失控诊断时，可通过电池管理系统(Battery Management System，BMS)结合采样传感器监测电池模组内电芯的温度、电压以及电池包内气压等信号，判断采集的相关监测数据与预设的标定数据的变化是否达到设置的阈值来判断电池是否发生热失控。但现有的标定数据通常为出厂预设的固定值，而随着电池的使用，其性能会降低，导致既有标定数据不再适用于热失控的判定，进而造成电池热失控的误判。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种车辆动力电池监测方法及装置。
第一方面，提供一种车辆动力电池监测方法，所述动力电池包括多个电芯，所述方法包括以下步骤：
采集各个电芯的标定数据，所述标定数据包括电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据；
将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集，建立每个温度数据集对应的电芯的电压-电量曲线；
将采集的电压数据划分为多个电压数据集，建立每个电压数据集对应的电芯的温度-压强曲线；
建立包含多个温度数据集及其电压-电量曲线数据以及多个温度数据集及其温度-压强曲线数据在内的标定数据包；
采集各个电芯的实测数据，将所述实测数据与所述标定数据包内的电压-电量曲线和/或温度-压强曲线数据进行比对，当对比的偏差值超出预设范围时，确定所述动力电池存在热失控风险。
进一步地，将所述实测数据与所述标定数据包进行比对，当对比的偏差值未超出预设范围时，基于所述实测数据更新所述标定数据包的电压-电量曲线和温度-压强曲线。
上述进一步方案的有益效果是：通过更新标定数据包的标定数据，以更新电压-电量曲线和温度-压强曲线，可获得更为准确的电芯电量数据，对动力电池是否存在热失控风险的判定更精准。
进一步地，所述将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集的步骤包括：
将采集的环境温度数据，从电芯最低耐温开始以每A℃为一个温度区间范围，划分为N个温度数据集；其中，每个温度数据集中包含有该温度数据集对应的温度区间范围内的所有电芯的电压值和电量值。
进一步地，所述建立每个温度数据集对应的电芯的电压-电量曲线的步骤包括：
将每个所述温度数据集中的所有电芯的电压值从最低电压开始，以每B mv为一区间范围，划分为M个电压数据子集，取每个电压数据子集中的多个电量值的中位数作为该电压数据子集的电量值，取每个电压数据子集中的最低电压作为该电压数据子集的电压值；
将所述M个电压数据子集的电量值作为横坐标，将所述M个电压数据子集的电压值作为纵坐标，利用埃尔米特插值法对横坐标和纵坐标进行插值，生成所述电压-电量曲线。
进一步地，所述将采集的电压数据划分为多个电压数据集的步骤包括：
将采集的电压数据，从电芯最低电压开始以每B mv为一个电压区间范围，划分为M个电压数据集；其中，每个电压数据集中包含有该电压数据集对应的电压区间范围内的所有电芯的温度值和压强值。
进一步地，所述建立每个电压数据集对应的电芯的温度-压强曲线的步骤包括：
将每个所述电压数据集中的所有电芯的温度值从电芯最低耐温开始，以每A℃为一个温度区间范围，划分为N个温度数据子集，取每个温度数据子集中的多个压强值的中位数作为该温度数据子集的压强值，取每个温度数据子集的最低温度作为该温度数据子集的温度值；
将所述N个温度数据子集的压强值作为横坐标，将所述N个温度数据子集的温度值作为纵坐标，利用埃尔米特插值法对横坐标和纵坐标进行插值，生成所述温度-压强曲线。
进一步地，所述实测数据包括实时采集的各个电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据。
进一步地，所述将实测数据与所述标定数据包内的电压-电量曲线和/或温度-压强曲线数据进行比对的步骤包括：
将实时采集的电压数据结合所述标定数据包内的电压-电量曲线，得出优化后的电芯电量数据；
将实时采集的温度数据结合所述标定数据包的温度-压强曲线，得出温度-压强曲线中与实时采集的温度数据对应的压强值，将该压强值与实时采集的环境压强数据进行比对。
第二方面，本发明还提出一种车辆动力电池监测装置，所述装置应用于所述的方法中，以进行车辆动力电池的监测，所述动力电池包括多个电芯；所述装置包括：数据采集芯片、存储芯片、处理芯片以及信号传输芯片；
所述数据采集芯片用于采集各个电芯的标定数据和实测数据，所述标定数据和实测数据均包括电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据；
所述存储芯片用于存储所述标定数据和实测数据，且与所述处理芯片和信号传输芯片数据连接；
所述处理芯片用于建立标定数据包，并将所述实测数据与所述标定数据包内的数据进行比对，根据比对结果确定所述动力电池是否存在热失控风险，并将比对结果反馈至所述存储芯片和所述信号传输芯片；
所述信号传输芯片与整车系统和外部服务器通过无线通讯进行数据连接，用于将比对结果反馈至所述整车系统和外部服务器。
进一步地，所述数据采集芯片包括多合一信号采集芯片和气体传感芯片；所述多合一信号采集芯片用于采集各个电芯的电压数据、环境温度数据和电芯电量数据；所述气体传感芯片用于采集各个芯片的环境压强数据。
与现有技术相比，本发明的优点如下：通过基于采集的电芯标定数据建立标定数据包，并结合电芯的实测数据进行比对，可获得与电芯实际工况相吻合的电芯电量数据，相比传统的出厂设置的固定标定数据而言，对电池热失控的判断更准确。
附图说明
图1是本发明车辆动力电池监测方法的流程示意图；
图2是本发明车辆动力电池监测装置结构示意图。
图中：100-多合一信号采集芯片；200-气体传感芯片；300-存储芯片；400-处理芯片；500-信号传输芯片。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
注意：接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为如下具体的步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。
如图1所示，本实施例提出的车辆动力电池监测方法，动力电池包括多个电芯，方法包括以下步骤：
采集各个电芯的标定数据，所述标定数据包括电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据；
将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集，建立每个温度数据集对应的电芯的电压-电量曲线；
将采集的电压数据划分为多个电压数据集，建立每个电压数据集对应的电芯的温度-压强曲线；
建立包含多个温度数据集及其电压-电量曲线数据以及多个温度数据集及其温度-压强曲线数据在内的标定数据包；
采集各个电芯的实测数据，将所述实测数据与所述标定数据包内的电压-电量曲线和/或温度-压强曲线数据进行比对，当对比的偏差值超出预设范围时，确定所述动力电池存在热失控风险。
本实施例中，将所述实测数据与所述标定数据包进行比对，当对比的偏差值未超出预设范围时，基于所述实测数据更新所述标定数据包的电压-电量曲线和温度-压强曲线。因此，本实施例的标定数据包的标定数据实际上是可以实时更新的。
本发明方法的进一步具体实施方式中，所述将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集的步骤包括：
将采集的环境温度数据，从电芯最低耐温开始以每A℃为一个温度区间范围，划分为N个温度数据集；其中，每个温度数据集中包含有该温度数据集对应的温度区间范围内的所有电芯的电压值和电量值。
所述建立每个温度数据集对应的电芯的电压-电量曲线的步骤包括：
将每个所述温度数据集中的所有电芯的电压值从最低电压开始，以每B mv为一区间范围，划分为M个电压数据子集，取每个电压数据子集中的多个电量值的中位数作为该电压数据子集的电量值，取每个电压数据子集中的最低电压作为该电压数据子集的电压值。
上述实施例中，以A＝5，B＝0.05为例。当然，实际中，A和B均可以是其他数值，比如，A可以是4或3或6，B可以是0.02、0.03、0.04、0.05等。
将所述M个电压数据子集的电量值作为横坐标，将所述M个电压数据子集的电压值作为纵坐标，利用MATLAB中分段3次埃尔米特插值法对横坐标和纵坐标进行插值，生成所述电压-电量曲线。
MATLAB代码如下：
U＝[电压值]；
Soc＝[对应的SOC值]；
Soc1＝0:0.01:100；
U1＝interp1(Soc,U,Soc1,’pchip’)
pl ot(Soc1,U1)；
以25℃的温度数据集为例，该温度数据集中包含有该温度数据集对应的温度区间范围内的所有电芯的电压值和电量值。
将每个温度数据集中的所有电芯的电压值从最低电压3.280mV开始，以每0.05mv为一区间范围，划分为21个电压数据子集，取每个电压数据子集中的多个电量值的中位数作为该电压数据子集的电量值，取每个电压数据子集中的最低电压作为该电压数据子集的电压值。比如，第一个电压数据子集(对应3.280mV)的电压值为3.280mV，该第一个电压数据子集的电量值为0％。第二个电压数据子集的电压值为3.330mV，该第二个电压数据子集的电量值为1.12％。
经过中位数取舍后，得到某电芯25℃时电压值(OCV)和电量值(SOC)对应表如下表：
Figure BDA0003650008970000071
Figure BDA0003650008970000081
此时将数据带入MATLAB进行计算：
U＝[3.280,3.330,3.380,3.430,3.480,3.530,3.580,3.630,3.680,3.730,3.780,3.830,3.880,3.930,3.980,4.030,4.080,4.130,4.180,4.230,4.309]；
Soc＝[0,1.12,2.36,3.97,7.67,13.45,20,30.58,43.72,50.7,54.53,58.73,62.96,67.29,71.61,75.75,79.92,84.41,90,95.5,100]；
Soc1＝0:0.1:100；
U1＝interp1(Soc,U,Soc1,'pchip')；
plot(Soc1,U1)；
即可自动生成25℃环境温度下的电芯的电压-电量曲线。
所述将采集的电压数据划分为多个电压数据集的步骤包括：
将采集的电压数据，从电芯最低电压开始以每B mv为一个电压区间范围，划分为M个电压数据集；其中，每个电压数据集中包含有该电压数据集对应的电压区间范围内的所有电芯的温度值和压强值。
所述建立每个电压数据集对应的电芯的温度-压强曲线的步骤包括：
将每个所述电压数据集中的所有电芯的温度值从电芯最低耐温开始，以每A℃为一个温度区间范围，划分为N个温度数据子集，取每个温度数据子集中的多个压强值的中位数作为该温度数据子集的压强值，取每个温度数据子集的最低温度作为该温度数据子集的温度值；
将所述N个温度数据子集的压强值作为横坐标，将所述N个温度数据子集的温度值作为纵坐标，利用MATLAB中分段3次埃尔米特插值法对横坐标和纵坐标进行插值，生成所述温度-压强曲线。
同样的，以4mv的电压数据集为例，该电压数据集中包含有该电压数据集对应的电压区间范围内的所有电芯的温度值和压强值。以每5℃为一个温度区间范围，划分为6个温度数据子集，取每个温度数据子集的最低温度作为该温度数据子集的温度值，取每个温度数据子集中的多个压强值的中位数作为该温度数据子集的压强值(或称气压值)。比如，第一个温度数据子集的温度值为25℃，该第一个温度数据子集的压强值为101.0Kpa。
MATLAB代码如下：
T＝[温度值]；
P＝[对应的气压值]；
P1＝Pmin:0.01:Pmax；
T1＝interp1(P,T,P1,’pchip’)
plot(P1,T1)；
例如：
经过中位数取舍后，得到电芯在恒定电压4mv时温度值和气压值的部分数据对应表如下表：
温度(℃) 气压值(Kpa)
25 101.0
30 101.1
35 101.18
40 101.28
45 101.35
50 101.4
T＝[25,30,35,40,45,50]；
P＝[101,101.1,101.18,101.28,101.35,101.4]；
P1＝101:0.01:101.4；
T1＝interp1(P,T,P1,'pchip')
plot(P1,T1)；
即可自动生成4mv的电压下的电芯的温度-压强曲线。
所述实测数据包括实时采集的各个电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据。
所述将实测数据与所述标定数据包内的电压-电量曲线和/或温度-压强曲线数据进行比对的步骤包括：
将实时采集的电压数据结合所述标定数据包内的电压-电量曲线，得出优化后的电芯电量数据；
将实时采集的温度数据结合所述标定数据包的温度-压强曲线，得出温度-压强曲线中与实时采集的温度数据对应的压强值，将该压强值与实时采集的环境压强数据进行比对。
当对比的偏差值超出预设范围时，确定所述动力电池存在热失控风险。比如，当该压强值与实时采集的环境压强数据比对后的差值即偏差值，与当前实时采集的环境压强数据(比如实测压强值)的比值超过1％时，确定动力电池存在热失控风险。
基于同一发明构思，如图2所示，本实施例还提出一种车辆动力电池监测装置，装置应用于上述实施例的方法中，以进行车辆动力电池的监测，装置包括：数据采集芯片、存储芯片、处理芯片以及信号传输芯片；
所述数据采集芯片用于采集各个电芯的标定数据和实测数据，所述标定数据和实测数据均包括电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据；其中，所述数据采集芯片包括多合一信号采集芯片和气体传感芯片；所述多合一信号采集芯片用于采集各个电芯的电压数据、环境温度数据和电芯电量数据；所述气体传感芯片用于采集各个芯片的环境压强数据。
所述存储芯片用于存储所述标定数据和实测数据，且与所述处理芯片和信号传输芯片数据连接；
所述处理芯片用于建立标定数据包，并将所述实测数据与所述标定数据包内的数据进行比对，根据比对结果确定所述动力电池是否存在热失控风险，并将比对结果反馈至所述存储芯片和所述信号传输芯片；
所述信号传输芯片与整车系统和外部服务器通过无线通讯进行数据连接，用于将比对结果反馈至所述整车系统和外部服务器。
需要说明的是，本实施例的装置可以有多个，每个装置可用于监测一个或多个电芯。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，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、方法、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、方法、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、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述动力电池包括多个电芯，所述方法包括以下步骤：
采集各个电芯的标定数据，所述标定数据包括电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据；
将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集，建立每个温度数据集对应的电芯的电压-电量曲线；
将采集的电压数据划分为多个电压数据集，建立每个电压数据集对应的电芯的温度-压强曲线；
建立包含多个温度数据集及其电压-电量曲线数据以及多个温度数据集及其温度-压强曲线数据在内的标定数据包；
采集各个电芯的实测数据，将所述实测数据与所述标定数据包内的电压-电量曲线和/或温度-压强曲线数据进行比对，当对比的偏差值超出预设范围时，确定所述动力电池存在热失控风险。
2.如权利要求1所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，将所述实测数据与所述标定数据包进行比对，当对比的偏差值未超出预设范围时，基于所述实测数据更新所述标定数据包的电压-电量曲线和温度-压强曲线。
3.如权利要求1所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述将采集的环境温度数据划分为多个温度数据集的步骤包括：
将采集的环境温度数据，从电芯最低耐温开始以每A℃为一个温度区间范围，划分为N个温度数据集；其中，每个温度数据集中包含有该温度数据集对应的温度区间范围内的所有电芯的电压值和电量值。
4.如权利要求3所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述建立每个温度数据集对应的电芯的电压-电量曲线的步骤包括：
将每个所述温度数据集中的所有电芯的电压值从最低电压开始，以每B mv为一区间范围，划分为M个电压数据子集，取每个电压数据子集中的多个电量值的中位数作为该电压数据子集的电量值，取每个电压数据子集中的最低电压作为该电压数据子集的电压值；
将所述M个电压数据子集的电量值作为横坐标，将所述M个电压数据子集的电压值作为纵坐标，利用埃尔米特插值法对横坐标和纵坐标进行插值，生成所述电压-电量曲线。
5.如权利要求1所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述将采集的电压数据划分为多个电压数据集的步骤包括：
将采集的电压数据，从电芯最低电压开始以每B mv为一个电压区间范围，划分为M个电压数据集；其中，每个电压数据集中包含有该电压数据集对应的电压区间范围内的所有电芯的温度值和压强值。
6.如权利要求5所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述建立每个电压数据集对应的电芯的温度-压强曲线的步骤包括：
将每个所述电压数据集中的所有电芯的温度值从电芯最低耐温开始，以每A℃为一个温度区间范围，划分为N个温度数据子集，取每个温度数据子集中的多个压强值的中位数作为该温度数据子集的压强值，取每个温度数据子集的最低温度作为该温度数据子集的温度值；
将所述N个温度数据子集的压强值作为横坐标，将所述N个温度数据子集的温度值作为纵坐标，利用埃尔米特插值法对横坐标和纵坐标进行插值，生成所述温度-压强曲线。
7.如权利要求1所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述实测数据包括实时采集的各个电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据。
8.如权利要求7所述的车辆动力电池监测方法，其特征在于，所述将实测数据与所述标定数据包内的电压-电量曲线和/或温度-压强曲线数据进行比对的步骤包括：
将实时采集的电压数据结合所述标定数据包内的电压-电量曲线，得出优化后的电芯电量数据；
将实时采集的温度数据结合所述标定数据包的温度-压强曲线，得出温度-压强曲线中与实时采集的温度数据对应的压强值，将该压强值与实时采集的环境压强数据进行比对。
9.一种车辆动力电池监测装置，其特征在于，所述装置应用于如权利要求1至8中任一项所述的方法中，以进行车辆动力电池的监测，所述动力电池包括多个电芯；所述装置包括：数据采集芯片、存储芯片、处理芯片以及信号传输芯片；
所述数据采集芯片用于采集各个电芯的标定数据和实测数据，所述标定数据和实测数据均包括电芯的电压数据、环境温度数据、环境压强数据和电芯电量数据；
所述存储芯片用于存储所述标定数据和实测数据，且与所述处理芯片和信号传输芯片数据连接；
所述处理芯片用于建立标定数据包，并将所述实测数据与所述标定数据包内的数据进行比对，根据比对结果确定所述动力电池是否存在热失控风险，并将比对结果反馈至所述存储芯片和所述信号传输芯片；
所述信号传输芯片与整车系统和外部服务器通过无线通讯进行数据连接，用于将比对结果反馈至所述整车系统和外部服务器。
10.如权利要求9所述的车辆动力电池监测装置，其特征在于，所述数据采集芯片包括多合一信号采集芯片和气体传感芯片；所述多合一信号采集芯片用于采集各个电芯的电压数据、环境温度数据和电芯电量数据；所述气体传感芯片用于采集各个芯片的环境压强数据。
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