CN116315173A - 基于新能源汽车的电池温度采样系统 - Google Patents

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田学林
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Abstract

本发明公开了基于新能源汽车的电池温度采样系统，涉及电池管理技术领域，包括数据采集端对电池的温度进行采集，温度采集指对电池组的多个采集点进行温度采集，并对所采集的温度值进行预处理，之后数据采集端同时还采集到电池两端的电压值和电流值，数据处理单元将温度采集单元所采集的温度的数据与经过处理后电源电压的数据所得到的温度值进行对比，从而来判断温度采集单元与数据处理端处理得到的温度值之间的差值，从而来对温度采集单元所采集的温度值进行检测，进而来判断温度采集器是否存在故障，若存在故障则通过信息警报端和数据监控端来对温度采集单元进行报警信息提醒和持续温度采集监控。

Description

基于新能源汽车的电池温度采样系统
技术领域
本发明属于电池管理技术领域，具体是基于新能源汽车的电池温度采样系统。
背景技术
蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源，在各个领域都存在着广泛的应用，而温度作为蓄电池的一个重要的参数，它可以间接的反应电池的性能和健康状态，并根据此温度参数对电池进行智能化管理，以延长电池的寿命。
而现有的电池温度采样系统在进行对新能源汽车的电池温度进行采样时，通常采用的是温度传感器来对电池进行温度采样，但如果仅依靠温度传感器来对电池进行采样时，当温度传感器在进行温度采样的过程中发生故障时，由于没有其他温度检测装置对温度检测器进行监测，从而导致电池温度采样不准确，继而使电池的温度处于失控的状态，严重时会导致新能源汽车出现重大事故。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了基于新能源汽车的电池温度采样系统，用于解决提升温度采样器的可靠性，避免温度采样器发生故障未能及时发现的技术问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出基于新能源汽车的电池温度采样系统，包括：
数据采集端，用于获取新能源汽车内部电池基本参数，所述基本参数包括电池温度、电池输出电压和电池输出电流，然后数据采集端对所获取的电池的温度通过计算得到电池温度差从而对温度进行预处理，之后数据采集端将电池基本参数传输至数据处理端；
数据处理端，用于对数据采集端所传输的电池基本参数进行过程分析，先对数据采集端所采集的温度数据进行均值处理得到温度值的平均值Twa，然后对电压输出值Uo和电流输出值Io进行处理得到电阻实际值，再由电阻的实际值从而得到此时电池内电阻的温度变化值t，然后将电阻的变化值t与温度值的平均值Twa进行对比，之后数据处理端将对比后的异常结果传输至信息警报端；
信息警报端，用于接收数据采集端和数据处理端所传输的信号，然后信息警报端先对数据采集器传输的故障信号进行对比处理得到温度异常采样点，并对异常采样点生成一级报警信号，同时将信号传输至数据监控端；
数据监控端，用于对温度异常采样点进行持续的温度采样监控。
作为本发明进一步方案，所述数据采集端内设置有温度采集单元、电压采集单元和电流采集单元；
所述温度采集单元通过每隔单位时间Tt获取到一组电池温度数据，然后通过对电池温度数据进行数据预处理；
电压采集单元和电流采集单元分别用于每隔时间单位Tt采集电池的输出电压Uo和输出电流Io，所述输出电压和输出电流分别指代电池两端的总电压和总电流的输出值。
作为本发明进一步方案，所述温度采集单元的具体的采集方式为：
步骤一：对温度监控点进行点位选取，具体的方式为：
先获取到新能源电池组的排列方式以及电池组中每块电池的规格；
之后以每块电池的电池芯作为圆心，根据电池的规格将电池温度的散热距离标记为Ds，散热距离Ds为预设值，具体数值根据实际情况设置，同时将散热距离Ds作为半径，得到每块电池的散热范围；
之后提取区域重合度，然后对区域重合度进行比较；
当区域重合度存在大于等于2次的区域时，将这片区域中的区域重合度最高的点标记为温度监控点；
步骤二：在所选取的温度监控点上分别设置温度采集装置，来采集电池温度，本实施例中的温度传感器内设置有上限值，当所采集的温度超过所设置的上限值时，将直接生成故障信号传输至信息警报端；
步骤三：对采集到的数据进行预处理，预处理的方式为：
先将所获取的温度值进行降序排列，得到温度最大值Twx和温度最小值Twn，之后将温度最大值Twx减去温度最小值Twn得到电池温度差；
然后将所获得的温度差值与预设差值Ty进行比较，当温度差值小于预设差值Ty时，温度采集单元将继续下一个步骤当温度差值大于预设差值Ty时，温度采集单元将直接生成故障信号并传输至信息警报端。
作为本发明进一步方案，所述数据处理端对数据进行常规分析的具体过程为：
S1：先将所采集的温度值标记为Twi，其中i表示不同的温度监控点；
S2：然后先把所得到的温度值进行处理得到本次采集的温度值的平均值Twa；
S3：再对电压输出值Uo和电流输出值Io进行处理，根据公式
Figure BDA0004117960820000031
得到电池在工作过程中电池内电阻的实际值Rt，其中E为电池组的额定电压；
S4：将电池内电阻实际值Rt减去电阻理论值R0得到电阻变化差值，所述电阻理论值R0指电池组在标准温度0℃条件下电阻的阻值，把电阻变化差值除以电阻的理论值从而得到电阻值的变化率Rl；
S5：之后上述得到的电阻实际值Rt与电池内材料的电阻率ρ采用公式ρt＝ρ0(1+at)，其中
Figure BDA0004117960820000041
进而得到各个采集点的温度变化总值t，其中ρt和ρ0分别表示电阻在温度t℃和电阻温度在0℃条件下所对应的电阻率，a为电阻温度系数，S和L分别表示电阻材料的横截面积和长度；
S6：将得到的温度变化值t进行预判断，所述预判断为在温度为t℃条件下，将计算得到的电阻率与实际电阻率进行比较，从而判断所得到的温度变化值是否准确；
S7：然后将温度的变化值t与温度采集单元所采集的温度平均值Twa进行比较。
作为本发明进一步方案，将温度的变化值t与温度采集单元所采集的温度平均值Twa进行比较的方法为：
当温度变化值t与温度平均值Twa之间数据差异小于等于预设值X1时，数据处理端将对下个时间间隔的数据继续进行处理；
若温度变化值t与温度平均值Twa之间数据差异大于预设值X1时，数据处理端将生成异常信号传输至信息警报端。
作为本发明进一步方案，所述信息警报端的工作过程为：
先将数据采集端所采集的温度数据Twi进行数据可视化处理，即以数据采集点为横坐标，以温度值为纵坐标，将所采集的温度数据Twi在坐标轴上进行绘制，从而得到此时电池组内各采集点温度数据分布情况；
然后根据温度数据分布情况从而得到温度值异常点，再由温度值异常点得到温度异常采样点所对应的异常电池，之后信息警报端生成一级警报信号来对相关人员进行提醒，并且信息警报端同时将异常电池组件信息传输至数据监控端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：首先数据采集端对电池的温度进行采集，温度采集包括对电池组的多个采集点进行温度采集，从而使每块电池都处于被监控的状态，防止局部电池温度变化而导致的电池故障，再对所采集的温度值进行预处理；
之后数据采集端同时还采集到电池两端的电压值和电流值，数据采集端将所采集的电池基本参数传送至数据处理单元，数据处理单元将温度采集单元所采集的温度的数据与经过处理后电源电压的数据所得到的温度值进行对比，从而来判断温度采集单元与数据处理端处理得到的温度值之间的差值，从而来对温度采集单元所采集的温度值进行检测，来判断温度采集器是否存在故障，从而提高温度采集器的可靠性。
附图说明
图1为本发明系统框架原理图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本申请提供了基于新能源汽车的电池温度采样系统，包括数据采集端、数据处理端、信息警报端和数据监控端；
所述数据采集端用于获取新能源汽车内部电池基本参数，所述电池基本参数包括电池温度、电池输出电压和电池输出电流，数据采集端内具体的包括温度采集单元、电压采集单元和电流采集单元；
温度采集单元用于每隔单位时间Tt采集电池温度Tw，时间间隔Tt为预设值，在本实施例中可以取值为15-45秒，温度采集单元通过温度采集器在电池内部对电池的温度进行采集，由于在新能源汽车内的其供电电源通常采用多组电池组合式连接的方式，所以在对温度进行采集的过程中，温度采集单元采用多个温度监控点集中采集的方式，使电池组件的温度都处于被监控状态，防止局部电池温度变化而导致的电池故障，温度采集单元具体的采集方式为：
步骤一：对温度监控点进行点位选取，具体的方式为：
先获取到新能源电池组的排列方式以及电池组中每块电池的规格；
之后以每块电池的电池芯作为圆心，根据电池的规格将电池温度的散热距离标记为Ds，散热距离Ds为预设值，具体数值根据实际情况设置，同时将散热距离Ds作为半径，从而得到每块电池的散热范围；
之后提取区域重合度，所述区域重合度是指对于每块电池的散热范围，会存在某一区域同时会被周围电池散热范围重复覆盖，将某一区域被重复覆盖的次数称为区域重合度，然后对区域重合度进行比较；
当区域重合度存在大于等于2次的区域时，将这片区域中的区域重合度最高的点标记为温度监控点；
步骤二：在所选取的温度监控点上分别设置温度采集装置，来采集电池温度，本实施例中的温度传感器内设置有上限值，当所采集的温度超过所设置的上限值时，将直接生成故障信号传输至信息警报端；
步骤三：对采集到的数据进行预处理，预处理的方式为：
先将所获取的温度值进行降序排列，得到温度最大值Twx和温度最小值Twn，之后将温度最大值Twx减去温度最小值Twn得到电池温度差；
然后将所获得的温度差值与预设差值Ty进行比较，当温度差值小于预设差值Ty时，温度采集单元将继续下一个步骤，即温度采集单元将所采集的温度值上传至数据处理单元，当温度差值大于预设差值Ty时，温度采集单元将直接生成故障信号并传输至信息警报端；
电压采集单元和电流采集单元分别用于每隔时间单位Tt采集电池的输出电压Uo和输出电流Io，所述输出电压和输出电流分别指代电池两端的总电压和总电流的输出值；
然后数据采集端将所采集的电池基本参数上传至数据处理端；
所述数据处理端用于对数据采集端所传输的电池基本参数进行过程分析，具体的过程分析的方法为：
S1：先将所采集的温度值标记为Twi，其中i表示不同的温度监控点；
S2：然后先把所得到的温度值进行处理得到本次采集的温度值的平均值Twa；
S3：再对电压输出值Uo和电流输出值Io进行处理，根据公式
Figure BDA0004117960820000071
得到电池在工作过程中电池内电阻的实际值Rt，其中E为电池组的额定电压；
S4：将电池内电阻实际值Rt减去电阻理论值R0得到电阻变化差值，所述电阻理论值R0指电池组在标准温度0℃条件下电阻的阻值，把电阻变化差值除以电阻的理论值从而得到电阻值的变化率Rl；
S5：之后上述得到的电阻实际值Rt与电池内材料的电阻率ρ采用公式ρt＝ρ0(1+at)，其中
Figure BDA0004117960820000072
进而得到各个采集点的温度变化总值t，其中ρt和ρ0分别表示电阻在温度t℃和电阻温度在0℃条件下所对应的电阻率，a为电阻温度系数，S和L分别表示电阻材料的横截面积和长度；
S6：将得到的温度变化值t进行预判断，所述预判断为在温度为t℃条件下，将计算得到的电阻率与实际电阻率进行比较，从而判断所得到的温度变化值是否准确；
S7：然后将温度的变化值t与温度采集单元所采集的温度平均值Twa进行比较；
当温度变化值t与温度平均值Twa之间数据差异小于等于预设值X1时，数据处理端将对下个时间间隔的数据继续进行处理；
若温度变化值t与温度平均值Twa之间数据差异大于预设值X1时，数据处理端将生成异常信号传输至信息警报端；
所述信息警报端用于接收数据采集端和数据处理端所传输的信号，然后信息警报端先对数据采集器传输的故障信号进行处理，先将数据采集端所采集的温度数据Twi进行数据可视化处理，即以数据采集点为横坐标，以温度值为纵坐标，将所采集的温度数据Twi在坐标轴上进行绘制，从而得到此时电池组内各采集点温度数据分布情况；
然后根据温度数据分布情况从而得到温度值异常点，再由温度值异常点得到温度异常采样点所对应的异常电池，之后信息警报端生成一级警报信号来对相关人员进行提醒，并且信息警报端同时将异常电池组件信息传输至数据监控端；
信息警报端然后再对数据处理端所传输的异常信号进行分析，根据传输的异常信号内的信息，对温度采集器生成二级警报信号，之后信息警报端先将二级警报信号传输至智能终端来提醒相关人员对电池及温度采集器进行故障检修，同时信息警报端还将异常信号传输至数据监控端；
所述数据监控端根据所信息警报端所传输的信号内信息，然后对危险信号源进行自动定位到温度异常采集点的位置信息，然后数据监控端再对温度异常采样点进行持续的温度采样监控，从而来监控电池的温度值，提高温度采集单元对温度监控的可靠性。
上述公式中的部分数据均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集的大量数据经过软件模拟得到最接近真实情况的一个公式；公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：首先数据采集端对电池的温度进行采集，温度采集包括对电池组的多个采集点进行温度采集，并对所采集的温度值进行预处理，之后数据采集端同时还采集到电池两端的电压值和电流值，数据采集端将所采集的电池基本参数传送至数据处理单元，数据处理单元将温度采集单元所采集的温度的数据与经过处理后电源电压的数据所得到的温度值进行对比，从而来判断温度采集单元与数据处理端处理得到的温度值之间的差值，从而来对温度采集单元所采集的温度值进行检测，来判断温度采集器是否存在故障，若存在故障则通过信息警报端和数据监控端来对温度采集单元进行报警信息提醒和持续温度采集监控。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (6)

1.基于新能源汽车的电池温度采样系统，其特征在于，包括：
数据采集端，用于获取新能源汽车内部电池基本参数，所述基本参数包括电池温度、电池输出电压和电池输出电流，然后数据采集端对所获取的电池的温度通过计算得到电池温度差从而对温度进行预处理，之后数据采集端将电池基本参数传输至数据处理端；
数据处理端，用于对数据采集端所传输的电池基本参数进行过程分析，先对数据采集端所采集的温度数据进行均值处理得到温度值的平均值Twa，然后对电压输出值Uo和电流输出值Io进行处理得到电阻实际值，再由电阻的实际值从而得到此时电池内电阻的温度变化值t，然后将电阻的变化值t与温度值的平均值Twa进行对比，之后数据处理端将对比后的异常结果传输至信息警报端；
信息警报端，用于接收数据采集端和数据处理端所传输的信号，然后信息警报端先对数据采集器传输的故障信号进行对比处理得到温度异常采样点，并对异常采样点生成一级报警信号，同时将信号传输至数据监控端；
数据监控端，用于对温度异常采样点进行持续的温度采样监控。
2.根据权利要求1所述的基于新能源汽车的电池温度采样系统，其特征在于，所述数据采集端内设置有温度采集单元、电压采集单元和电流采集单元；
所述温度采集单元通过每隔单位时间Tt获取到一组电池温度数据，然后通过对电池温度数据进行数据预处理；
电压采集单元和电流采集单元分别用于每隔时间单位Tt采集电池的输出电压Uo和输出电流Io，所述输出电压和输出电流分别指代电池两端的总电压和总电流的输出值。
3.根据权利要求2所述的基于新能源汽车的电池温度采样系统，其特征在于，所述温度采集单元的具体的采集方式为：
步骤一：对温度监控点进行点位选取，具体的方式为：
先获取到新能源电池组的排列方式以及电池组中每块电池的规格；
之后以每块电池的电池芯作为圆心，根据电池的规格将电池温度的散热距离标记为Ds，散热距离Ds为预设值，具体数值根据实际情况设置，同时将散热距离Ds作为半径，得到每块电池的散热范围；
之后提取区域重合度，然后对区域重合度进行比较；
当区域重合度存在大于等于2次的区域时，将这片区域中的区域重合度最高的点标记为温度监控点；
步骤二：在所选取的温度监控点上分别设置温度采集装置，来采集电池温度，本实施例中的温度传感器内设置有上限值，当所采集的温度超过所设置的上限值时，将直接生成故障信号传输至信息警报端；
步骤三：对采集到的数据进行预处理，预处理的方式为：
先将所获取的温度值进行降序排列，得到温度最大值Twx和温度最小值Twn，之后将温度最大值Twx减去温度最小值Twn得到电池温度差；
然后将所获得的温度差值与预设差值Ty进行比较，当温度差值小于预设差值Ty时，温度采集单元将继续下一个步骤当温度差值大于预设差值Ty时，温度采集单元将直接生成故障信号并传输至信息警报端。
4.根据权利要求1所述的基于新能源汽车的电池温度采样系统，其特征在于，所述数据处理端对数据进行常规分析的具体过程为：
S1：先将所采集的温度值标记为Twi，其中i表示不同的温度监控点；
S2：然后先把所得到的温度值进行处理得到本次采集的温度值的平均值Twa；
S3：再对电压输出值Uo和电流输出值Io进行处理，根据公式
Figure FDA0004117960810000021
得到电池在工作过程中电池内电阻的实际值Rt，其中E为电池组的额定电压；
S4：将电池内电阻实际值Rt减去电阻理论值R0得到电阻变化差值，所述电阻理论值R0指电池组在标准温度0℃条件下电阻的阻值，把电阻变化差值除以电阻的理论值从而得到电阻值的变化率Rl；
S5：之后上述得到的电阻实际值Rt与电池内材料的电阻率ρ采用公式ρt＝ρ0(1+at)，其中
Figure FDA0004117960810000031
进而得到各个采集点的温度变化总值t，其中ρt和ρ0分别表示电阻在温度t℃和电阻温度在0℃条件下所对应的电阻率，a为电阻温度系数，S和L分别表示电阻材料的横截面积和长度；
S6：将得到的温度变化值t进行预判断，所述预判断为在温度为t℃条件下，将计算得到的电阻率与实际电阻率进行比较，从而判断所得到的温度变化值是否准确；
S7：然后将温度的变化值t与温度采集单元所采集的温度平均值Twa进行比较。
5.根据权利要求4所述的基于新能源汽车的电池温度采样系统，其特征在于，将温度的变化值t与温度采集单元所采集的温度平均值Twa进行比较的方法为：
当温度变化值t与温度平均值Twa之间数据差异小于等于预设值X1时，数据处理端将对下个时间间隔的数据继续进行处理；
若温度变化值t与温度平均值Twa之间数据差异大于预设值X1时，数据处理端将生成异常信号传输至信息警报端。
6.根据权利要求5所述的基于新能源汽车的电池温度采样系统，其特征在于，所述信息警报端的工作过程为：
先将数据采集端所采集的温度数据Twi进行数据可视化处理，即以数据采集点为横坐标，以温度值为纵坐标，将所采集的温度数据Twi在坐标轴上进行绘制，从而得到此时电池组内各采集点温度数据分布情况；
然后根据温度数据分布情况从而得到温度值异常点，再由温度值异常点得到温度异常采样点所对应的异常电池，之后信息警报端生成一级警报信号来对相关人员进行提醒，并且信息警报端同时将异常电池组件信息传输至数据监控端。
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