CN116039454A - 一种新能源汽车电池的预防监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新能源汽车电池的预防监控系统，包括服务器、电池包、检测模块、监控模块、降温模块、充电控制模块，检测模块用于对电池包的充放电状态进行检测，监控模块用于对电池包的温度进行监控，降温模块根据监控模块的数据，触发对电池的降温，充电控制模块用于对电池包的进行充电；监控模块包括监控单元和评估单元，监控单元用于对电池包的温度进行监控，以形成温度监控数据，评估单元根据温度监控数据对电池包进行评估。本发明通过分析单元和降温模块的相互配合，使得电池包的状态能够被精准的监控，并基于监控得到的评估结果触发对电池包的降温护理，维持电池包的稳定运行，保证整个系统的稳定性和可靠性。

Description

一种新能源汽车电池的预防监控系统
技术领域
本发明涉及与电池在结构上结合的温度控制装置技术领域，尤其涉及一种新能源汽车电池的预防监控系统。
背景技术
在各国大力发展电动汽车的当下，电池成为制约电动汽车发展的最大瓶颈。目前使用中，新能源汽车自燃起火事件频繁，好几种情况下都可能发生自燃。
如CN115458843A现有技术公开了电池热失控预防系统，当电池管理系统BMS发现某个电芯有异常时(如内部温度太高、或者此电芯掉电很严重等)，此时应该将此电芯剥离出去，这个剥离是指电气剥离即此电芯不再参与电池包工作。但是如果此电芯是串联在动力电池包里，直接断开会导致电池包与负载电路全部断开，这个肯定是整车系统设计人员不希望看到的。当异常电芯高温并可能自燃的情况下，车主依然束手无策。现有的电动汽车电源缺乏电池热失控预防系统。
另一种典型的如CN108081983B的现有技术公开的一种预防蓄电池亏电的控制系统和控制方法，目前预防蓄电池亏电的技术主要有以下两种：第一：机械结构式；通过在蓄电池放电回路上增加一个手动开关，当用户长时间不使用车辆时，手动打开此开关，切断蓄电池的放电回路，保证蓄电池不会亏电。但是此技术方案由机械结构实现，需手工操作，不够智能；且切断放电回路后，整车所有控制器断电，无法监控车辆状态，如出现车辆被盗、碰撞等事故，无法发出警报，存在安全隐患。第二：定时充电式；通过一个安装于车辆上的控制器进行静置计时，当静置时间达到设定的固定时间时，此控制器唤醒车辆相关部件，对蓄电池进行充电。但是此技术方案只能间隔固定时间对蓄电池进行充电，可能出现以下弊端：(1)静置时间内蓄电池已经亏电严重，定时充电无法启动或可以启动但蓄电池寿命受损；(2)定时充电启动时，蓄电池电量充足，不需要补充电量，此时充电造成电量的浪费。
为了解决本领域普遍存在电池管理智能程度较低、无法对电池进行实时监控、交互舒适性差、失热控制措施差和缺乏温度控制设备等等问题，作出了本发明。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种新能源汽车电池的预防监控系统。
为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：
一种新能源汽车电池的预防监控系统，所述预防监控系统包括服务器、以及电池包，所述预防监控系统还包括检测模块、监控模块、降温模块、以及充电控制模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述监控模块、所述降温模块和所述充电控制模块连接，所述检测模块用于对所述电池包的充放电状态进行检测，所述监控模块用于对所述电池包的温度进行监控，所述降温模块根据所述监控模块的数据，触发对所述电池的降温，所述充电控制模块用于对所述电池包的进行充电；
其中，所述监控模块包括监控单元和评估单元，所述监控单元用于对所述电池包的温度进行监控，以形成温度监控数据，所述评估单元根据温度监控数据对所述电池包进行评估；
所述检测模块包括检测单元和分析单元，所述检测单元用于对所述电池包的充放电状态进行检测，形成检测数据，所述分析单元根据所述检测数据对所述电池的充放电进行分析；
所述检测单元包括充电检测探头、放电检测探头、以及第一数据存储器，所述充电检测探头用于对所述充电控制模块的充电状态进行检测，所述放电检测探头用于对所述电池包的放电状态进行检测，所述第一数据存储器用于存储所述充电检测探头和所述放电检测探头的检测数据；
其中，所述充电检测探头桥接在所述电池包的充电线路上，所述放电检测探头设置在所述电池包的放电线路上。
可选的，所述降温模块包括降温单元和循环单元，所述降温单元用于对所述电池包进行降温，所述循环单元用于对电池包中的降温介质进行循环，以将所述电池包的温度能保持稳定；
其中，所述降温单元包括降温管道、存液罐、以及降温介质，所述降温介质存储在所述存液罐中，并在所述循环单元的作用下沿着所述降温管道进行循环，以带走所述电池包的热量。
可选的，所述监控模块还包括预警单元，所述预警单元根据所述监控单元的数据触发温度预警；
所述监控单元包括数据收集器及至少三个温度传感器，所述数据收集器用于收集至少三个温度传感器检测得到的温度监控数据，至少三个所述温度传感器分别设置在所述电池包的外壁，以收集所述电池包的各个位置的温度监控数据。
可选的，所述评估单元获取所述温度监控数据，并根据下式对所述电池包进行分析：
式中，Tem为所述电池包的热量变化指数，n为电池包的电池单体的总数量，为g为电池包中第i块电池单体的质量，Cpi为电池包中第i块电池单体的比热容，△Ti为电池包中第i块电池单体的温度表化量，满足：△Ti＝T0-Tj，T0为电池包的初始温度数据，Tj为所述电池包的第j时刻的温度数据；
若所述电池包的热量变化指数Tem超过设定的温度监控阈值Monitor，则触发所述降温模块对所述电池包进行降温。
可选的，所述充电控制模块包括充电控制单元和充电调控单元，所述充电控制单元用于对所述电池包进行充电，所述充电调控单元用于对充电控制单元的充电量进行控制；
其中，所述充电控制单元包括电压检测器、以及第二数据存储器，所述电压检测器用于对所述电池包的电压进行检测，所述第二数据存储器用于对所述电压检测器的电压数据的电压数据进行存储；
所述充电控制单元还包括电量调控器，所述电量调控器根据下式对所述电池包的吸收或消耗的容量进行分析：
式中，U为所述电压检测器检测得到的电压数据，W为充电或放电过程的瞬时能量，满足：
式中，u(t)为所述电压检测器检测得到的电压数据，T为采样的周期，i(t)为采样的电流数据；
若所述电池包的吸收或消耗的容量超过设定的监控范围Range，则触发对所述电池包的状态进行预警。
可选的，所述监控单元在对所述电池包的温度进行监控的过程中，需要统计所述电池包的初始监控时刻的温度数据和监控最终时刻的温度数据。
本发明所取得的有益效果是：
1.通过分析单元和降温模块的相互配合，使得电池包的状态能够被精准的监控，并基于监控得到的评估结果触发对电池包的降温护理，维持电池包的稳定运行，保证电池包的安全，保证整个系统的稳定性和可靠性；
2.通过降温单元和循环单元的配合，使得电池包发出的热量能够进行循环的降温，以提升对电池包的防护水平和防护效果；
3.通过监控单元和充电调控单元的相互配合，使得电池包在进行充电的过程中，能够进行充电并主动通断，以提升充电过程的安全性和可靠性，使得整个系统具有充电过程主动控制，具有智能程度高的优点。
附图说明
从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
图1为本发明的整体方框示意图。
图2为本发明的评估单元的评估流程示意图。
图3为本发明的电量调控器的分析流程示意图。
图4为本发明的充电调控单元对电池包进行分析的流程示意图。
图5为本发明的降温控制子单元对降温通道的流速控制的方框示意图。
图6为本发明的电池包的结构示意图。
图7为本发明的循环单元的布设示意图。
附图标号说明：1-电池包；2-热敏开关；3-冷却风扇；4-散热管；5-节温器；6-循环泵；7-发动机；8-降温通道。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。
实施例一。
根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本实施例提供一种新能源汽车电池的预防监控系统，所述预防监控系统包括服务器、以及电池包，所述预防监控系统还包括检测模块、监控模块、降温模块、以及充电控制模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述监控模块、所述降温模块和所述充电控制模块连接，所述检测模块用于对所述电池包的充放电状态进行检测，所述监控模块用于对所述电池包的温度进行监控，以形成电池包的温度监控数据，所述降温模块根据所述监控模块的数据，触发对所述电池的降温，所述充电控制模块用于对所述电池包的进行充电；
所述预防监控系统还包括中央处理器，所述中央处理器分别与所述服务器、所述检测模块、所述监控模块、所述降温模块和所述充电控制模块控制连接，并基于所述中央处理器对所述检测模块、所述监控模块、所述降温模块和所述充电控制模块进行集中控制；
其中，所述监控模块包括监控单元和评估单元，所述监控单元用于对所述电池包的温度进行监控，以形成温度监控数据，所述评估单元根据温度监控数据对所述电池包进行评估；
可选的，所述监控模块还包括预警单元，所述预警单元根据所述监控单元的数据触发温度预警；
所述监控单元包括至少三个温度传感器、以及数据收集器，所述数据收集器用于对至少三个温度传感器检测得到的温度监控数据，至少三个所述温度传感器分别设置在所述电池包的外壁，以收集所述电池包的各个位置的温度监控数据；
可选的，所述评估单元获取所述温度监控数据，并根据下式对所述电池包进行分析：
式中，Tem为所述电池包的热量变化指数，n为电池包的电池单体的总数量，为g为电池包中第i块电池单体的质量，Cpi为电池包中第i块电池单体的比热容，△Ti为电池包中第i块电池单体的温度表化量，满足：△Ti＝T0-Tj，T0为电池包的初始温度数据，Tj为所述电池包的第j时刻的温度数据；
若所述电池包的热量变化指数Tem超过设定的温度监控阈值Monitor，则触发所述降温模块对所述电池包进行降温；
若所述电池包的热量变化指数Tem未超过设定的温度监控阈值Monitor，则继续监控所述电池包的温度监控数据，以防止电池包产生过热，引起电池故障；
其中，所述温度监控阈值Monitor根据操作者根据实际情况进行设定，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述分析单元和所述降温模块的相互配合，使得电池包的状态能够被精准的监控，并基于监控得到的评估结果触发对所述电池包的降温护理，维持电池包的稳定运行，保证电池包的安全，保证整个系统的稳定性和可靠性；
可选的，所述检测模块包括检测单元和分析单元，所述检测单元用于对所述电池包的充放电状态进行检测，形成检测数据，所述分析单元根据所述检测数据对所述电池的充放电进行分析；
所述检测单元包括充电检测探头、放电检测探头、以及第一数据存储器，所述充电检测探头用于对所述充电控制模块的充电状态进行检测，所述放电检测探头用于对所述电池包的放电状态进行检测，所述第一数据存储器用于存储所述充电检测探头和所述放电检测探头的检测数据；
其中，所述充电检测探头桥接在所述电池包的充电线路上，所述放电检测探头设置在所述电池包的放电线路上；
可选的，所述降温模块包括降温单元和循环单元，所述降温单元用于对所述电池包进行降温，所述循环单元用于对电池包中的降温介质进行循环，以将所述电池包的温度能保持稳定；
其中，所述降温单元包括降温管道、存液罐、以及降温介质，所述降温介质存储在所述存液罐中，并在所述循环单元的作用下沿着所述降温管道进行循环，以带走所述电池包的热量；
所述降温通道与所述存液罐连接，使得所述存液罐中的所述降温介质能通过所述降温通道进行流动；
所述降温介质包括但是不局限于以下列举的几种：乙二醇、水或者其他液态惰性气体；
其中，所述循环单元设置在所述存液罐中，以对所述存液罐中的所述降温介质进行循环供应，保证所述降温管道中的降温介质能够进行循环供应，从而达到电池降温的目的；
所述循环单元包括散热管、冷却风扇、热敏开关、发动机、循环泵、以及节温器，所述散热管用于对所述降温通道回流至所述存液罐的降温介质进行降温，以使得所述降温介质能够被降温，并回流至所述存液罐中，并被所述循环泵进行循环供应，在本实施例中，所述散热管的两端分别与所述循环泵和所述降温通道进行桥接，以实现将降温通道中的降温介质能够循环回流，以达到循环降温的效果；
其中，所述冷却风扇正对所述散热管设置，以使得经过所述散热管上的所述降温介质能够进行降温，从而达到降温的效果；在本实施例中，所述热敏开关设置在所述散热管上，并对所述散热管上的热量进行检测，同时，所述热敏开关检测得到的数据传输至中央处理器中，并通过所述中央处理器控制所述冷却风扇调整散热的转速，从而达到循环高效降温的效果；
所述节温器设置在所述降温管道、散热管、以及所述存液罐三者之间的连接处，使得所述存液罐中的降温介质能够回流至所述循环泵中，并通过所述发动机与所述循环泵的配合，将降温介质进行循环供应；
另外，所述发动机与所述循环泵驱动连接，形成循环部，所述循环部用于驱动所述存液罐中的液体能够进行循环的供应，以达到对所述电池包进行循环降温的目的；
在本实施例中，通过所述降温单元和所述循环单元的配合，使得所述电池包发出的热量能够进行循环的降温，以提升对所述电池包的防护水平和防护效果；
可选的，所述充电控制模块包括充电控制单元和充电调控单元，所述充电控制单元用于对所述电池包进行充电，所述充电调控单元用于对充电控制单元的充电量进行控制；
其中，所述充电控制单元包括电压检测器、以及第二数据存储器，所述电压检测器用于对所述电池包的电压进行检测，所述第二数据存储器用于对所述电压检测器的电压数据的电压数据进行存储；
所述充电控制单元还包括电量调控器，所述电量调控器根据下式对所述电池包的吸收或消耗的容量进行分析：
式中，U为所述电压检测器检测得到的电压数据，W为充电或放电过程的瞬时能量，满足：
式中，u(t)为所述电压检测器检测得到的电压数据，T为采样的周期，i(t)为采样的电流数据；
若所述电池包的吸收或消耗的容量超过设定的监控范围Range，则触发对所述电池包的状态进行预警；
若所述电池包的吸收或消耗的容量未超过设定的监控范围Range，则继续对电池包吸收或消耗的容量进行分析；
可选的，所述监控单元在对所述电池包的温度进行监控的过程中，需要统计所述电池包的初始监控时刻的温度数据和监控最终时刻的温度数据；
所述充电调控单元获取所述电池包的状态数据，并根据下式计算脉冲充充电电流的占空比Duty_cycle：
式中，Tf为脉冲充电时间，且其值为恒定，其值根据充电构件的固有参数确定，T0为停充时间，随着充电的进行，停充时间T0会逐渐变长，其值等于电压负增长率低于3(毫伏/秒，mV/s)所用的时间，若低于电压负增长率低于3(毫伏/秒，mV/s)时电池充满；
若高于电压负增长率低于3(毫伏/秒，mV/s)时，电池则为充满；
若占空比Duty_cycle低于设定的范围阈值Control，则认为所述电池已经充满，则停止充电；
若占空比Duty_cycle高于设定的范围阈值Control，则所述电池处于为未充满状态，需要对电池继续充电；
其中，设定的范围阈值Control由操作者或系统设定，这是本领域的技术人员所熟知的，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述监控单元和所述充电调控单元的相互配合，使得电池包在进行充电的过程中，能够进行充电并主动通断，以提升充电过程的安全性和可靠性，使得整个系统具有充电过程主动控制，具有智能程度高的优点。
实施例二。
本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进，根据图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，还在于所述降温单元还包括降温控制子单元，所述降温控制子单元用于对所述降温通道上的流动指数Flow进行评估，并基于流动指数Flow对电池包的降温介质的流速进行控制，以提升所述电池包的降温效率；
其中，所述降温控制子单元获取所述降温通道中的压力数据△P，并根据下式对所述降温通道中的流动指数Flow进行计算：
式中，f为降温介质的摩擦系数，其值与所述降温介质的性质有关，g为重力加速度系数，L为所述降温通道的等效长度，disturbance为所述降温介质在所述降温通道中的单位面积孔径的通行的质量流量；
其中，对于所述降温介质的摩擦系数f根据下式进行计算：
式中，λ为调校系数，取值范围为：[0.316,0.321]，Re为雷诺系数，用来表征流体流动情况的无量纲数，本领域的技术人员可以查询技术手册获知；
当所述流速指数Flow低于设定的流速监控阈值HOT_LIMIT，则触发对降温介质的流速进行调整，所述调整包括依据下式对流动速度进行调整：
V流动＝γ·V0；
式中，V流动为调整过后的流动速度，V0为所述降温介质的原始流速，γ为速度调整系数，其值根据系统进行设定；
若所述流速指数Flow高于设定的流速监控阈值HOT_LIMIT，则保持当前所述降温介质的流速；
其中，对于设定的流速监控阈值HOT_LIMIT由系统或者操作者进行设定，这是本领域的技术人员所熟知的技术手段，因而在本实施例中不再一一赘述；
通过所述降温控制子单元和所述循环单元的相互配合，使得所述电池包上的热量能够精准的散出，以维持电池包的正常运行，有效的防护电池包的安全，提升了整个新能源汽车的运行安全，具有预防效果好、安全性能高和监控智能程度高的优点。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的保护范围内，此外，随着技术发展其中的元素可以更新的。

Claims (6)

1.一种新能源汽车电池的预防监控系统，所述预防监控系统包括服务器、以及电池包，其特征在于，所述预防监控系统还包括检测模块、监控模块、降温模块、以及充电控制模块，所述服务器分别与所述检测模块、所述监控模块、所述降温模块和所述充电控制模块连接，所述检测模块用于对所述电池包的充放电状态进行检测，所述监控模块用于对所述电池包的温度进行监控，所述降温模块根据所述监控模块的数据，触发对所述电池的降温，所述充电控制模块用于对所述电池包的进行充电；
其中，所述监控模块包括监控单元和评估单元，所述监控单元用于对所述电池包的温度进行监控，以形成温度监控数据，所述评估单元根据温度监控数据对所述电池包进行评估；
所述检测模块包括检测单元和分析单元，所述检测单元用于对所述电池包的充放电状态进行检测，形成检测数据，所述分析单元根据所述检测数据对所述电池的充放电进行分析；
所述检测单元包括充电检测探头、放电检测探头、以及第一数据存储器，所述充电检测探头用于对所述充电控制模块的充电状态进行检测，所述放电检测探头用于对所述电池包的放电状态进行检测，所述第一数据存储器用于存储所述充电检测探头和所述放电检测探头的检测数据；
其中，所述充电检测探头桥接在所述电池包的充电线路上，所述放电检测探头设置在所述电池包的放电线路上。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车电池的预防监控系统，其特征在于，所述降温模块包括降温单元和循环单元，所述降温单元用于对所述电池包进行降温，所述循环单元用于对电池包中的降温介质进行循环，以将所述电池包的温度能保持稳定；
其中，所述降温单元包括降温管道、存液罐、以及降温介质，所述降温介质存储在所述存液罐中，并在所述循环单元的作用下沿着所述降温管道进行循环，以带走所述电池包的热量。
3.根据权利要求2所述的一种新能源汽车电池的预防监控系统，其特征在于，所述监控模块还包括预警单元，所述预警单元根据所述监控单元的数据触发温度预警；
所述监控单元包括数据收集器及至少三个温度传感器，所述数据收集器用于收集至少三个温度传感器检测得到的温度监控数据，至少三个所述温度传感器分别设置在所述电池包的外壁，以收集所述电池包的各个位置的温度监控数据。
4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车电池的预防监控系统，其特征在于，所述评估单元获取所述温度监控数据，并根据下式对所述电池包进行分析：
Figure FDA0004083137790000021
式中，Tem为所述电池包的热量变化指数，n为电池包的电池单体的总数量，为g为电池包中第i块电池单体的质量，Cpi为电池包中第i块电池单体的比热容，△Ti为电池包中第i块电池单体的温度表化量，满足：△Ti＝T0-Tj，T0为电池包的初始温度数据，Tj为所述电池包的第j时刻的温度数据；
若所述电池包的热量变化指数Tem超过设定的温度监控阈值Monitor，则触发所述降温模块对所述电池包进行降温。
5.根据权利要求4所述的一种新能源汽车电池的预防监控系统，其特征在于，所述充电控制模块包括充电控制单元和充电调控单元，所述充电控制单元用于对所述电池包进行充电，所述充电调控单元用于对充电控制单元的充电量进行控制；
其中，所述充电控制单元包括电压检测器以及第二数据存储器，所述电压检测器用于对所述电池包的电压进行检测，所述第二数据存储器用于对所述电压检测器的电压数据的电压数据进行存储；
所述充电控制单元还包括电量调控器，所述电量调控器根据下式对所述电池包的吸收或消耗的容量进行分析：
Figure FDA0004083137790000022
式中，U为所述电压检测器检测得到的电压数据，W为充电或放电过程的瞬时能量，满足：
Figure FDA0004083137790000023
式中，u(t)为所述电压检测器检测得到的电压数据，T为采样的周期，i(t)为采样的电流数据；
若所述电池包的吸收或消耗的容量超过设定的监控范围Range，则触发对所述电池包的状态进行预警。
6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车电池的预防监控系统，其特征在于，所述监控单元在对所述电池包的温度进行监控的过程中，需要统计所述电池包的初始监控时刻的温度数据和监控最终时刻的温度数据。
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CN116729201A (zh) * 2023-05-09 2023-09-12 东莞市嘉佰达电子科技有限公司 一种用于锂电池智能安全管理的系统和方法

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