CN116626512A - 一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统 - Google Patents

一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，涉及新能源电池技术领域，包括数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块，数据采集模块根据数据采集装置采集电池运行时的电流、电池运行产生的气体含量与电池当前容量，以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量；数据分析模块根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态；本发明可以解决现有方案中能够精准反馈新能源电车电池的剩余电量，同时还能够对电池失热状态进行预警，帮助操作人员定位具体故障类型，还能够预测电池的使用寿命。

Description

一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统
技术领域
本发明涉及新能源电池领域，具体是一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统。
背景技术
现有技术(公开号为CN109425830A的发明专利)公开了一种移动智能电车动力电池状态远程监测系统设计。该系统主要采用Android智能技术进行系统开发，并通过传感器对电池状态进行感知，以WEB技术进行系统界面的开发，并通过GSM/GPRS通信技术进行信号的收发，其主要功能有电池状态的感知、实时监测、电量预警以及远程信息传输等，通过该系统的功能开发，用户可以通过智能手机对电动汽车的电池状态信息进行查看与预警，提醒用户及时的进行充电，为用户提供更加灵活优质的服务。现有技术在进行时无法解决现有方案中精准反馈新能源电车电池的剩余电量的问题，同时还不能够对电池失热状态进行预警，无法帮助操作人员定位具体故障类型，还不能够预测电池的使用寿命。
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，本发明提出了一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，可以解决现有方案中能够精准反馈新能源电车电池的剩余电量，同时还能够对电池失热状态进行预警，帮助操作人员定位具体故障类型，还能够预测电池的使用寿命。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块，其特征在于：
数据采集模块：根据数据采集装置采集电池运行时的电流、电池运行产生的气体含量与电池当前容量，以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量；
数据分析模块：根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态；
故障分析模块：根据所述电池运行时的电流对电池的故障进行诊断，同时定位电池的故障位置；
电池寿命评估模块：根据所述电池当前容量对新能源观光电车的电池寿命进行评估，获取电池剩余寿命。
优选地，所述数据采集模块与所述数据采集装置和各类型传感器通信和/或电气连接；其中，所述数据采集装置包括电流传感器、气体传感器及其承载设备；
所述数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块之间均通信和/或电气连接。
优选地，所述以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量，包括：
计算新能源观光电车的电池剩余电量，表达式为：
其中，表示为电池剩余电量，/>表示为电池电量与电阻之间的关系，/>表示为计算电池剩余电量的时间段，/>表示为第/>个时刻电压值，/>表示为电池的初始电流值，/>表示为电池电压的调节次数，/>表示为首时刻的电压值，/>表示为第/>个时刻瞬时电流，/>表示为常数；
根据所述电池剩余电量计算电池收敛参数，表达式为：
其中，表示为电池收敛参数，/>表示为第/>个时刻的瞬时电压，/>表示为电池内部脉冲波值，/>表示为第/>个时刻的瞬时内阻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电池容量，/>表示为第个时刻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电压，/>表示为第/>个时刻的瞬时内阻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电池容量，/>表示为第/>个时刻，/>表示为电池的极化系数，/>表示为电池的初始电量，/>表示为电池剩余电量；
当所述电池剩余电量越大，电池收敛参数越小，电池剩余电量的电量误差越小；
当所述电池剩余电量越小，电池收敛参数越大，电池剩余电量的电池误差越大。
优选地，其特征在于，所述根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态，包括：
对接收的所述电池运行产生的气体含量进行分析，并以时间为自变量建立浓度曲线；其中，所述电池运行产生的气体含量为二氧化碳的含量；
根据所述电池运行产生的气体含量调用对应的所述浓度曲线；
将预设的预警气体浓度阈值与对应的所述浓度曲线的值进行比较，当对应的所述浓度曲线的值大于所述预设的预警气体浓度阈值时，则电池温度处于失热状态。
优选地，所述根据所述电池运行时的电流对电池的故障进行诊断，包括：将接收的所述电池运行时的电流转化为数据信号，表达式为：
其中，表示为数据信号，/>表示为能量矩阵，/>表示为信号的平均趋势，/>表示为信号样本数量，/>表示为数据信号的故障类型；
提取所述数据信号的特征向量，构建故障识别样本库；
对所述特征向量进行分量处理，获得故障特征向量；
计算所述故障特征向量与预构建故障识别样本库之间的相关性，表达式为：
其中，表示为故障特征向量与故障识别样本库之间的相关性，/>表示为故障特征向量，/>表示为故障识别样本库；
当的值为1时，则说明故障识别样本库中的故障类型/>属于故障特征向量/>。
优选地，所述同时定位电池的故障位置，包括：
设定故障判断阈值，表达为：
其中，表示为故障判断阈值计算因子，/>表示为电池的实际电流值，/>表示为故障判断阈值；
获取每个电池的电流值，将所述每个电池的电流值与所述故障判断阈值进行比较；
当所述每个电池的电流值大于所述故障判断阈值，则该电池为故障位置；
当所述每个电池的电流值小于所述故障判断阈值，则该电池无故障位置。
优选地，所述根据所述电池当前容量对新能源观光电车的电池寿命进行评估，获取电池剩余寿命，包括：
根据所述电池当前容量计算电池健康状态，表达为：
其中，表示为电池健康状态，/>表示为当前电池容量，/>表示为初始电池容量；
设所述电池健康状态的置信水平为、可靠度为/>的退化曲线为：
其中，表示为电池健康状态，/>与/>表示为退化曲线参数，/>表示为常数；
根据所述退化曲线计算电池剩余寿命，表达式为：
其中，表示为电池剩余寿命，/>表示为电池失效阈值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过数据采集能够精准反馈新能源电车电池的剩余电量，同时通过数据分析模块还能够对电池失热状态进行预警；
2、本发明通过故障分析模块帮助操作人员定位具体故障类型，通过电池寿命评估模块还能够预测电池的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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发明的一些实施例，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为本发明的系统结构示意图。
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，本申请第一方面实施例提供了一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块，其特征在于：
数据采集模块：根据数据采集装置采集电池运行时的电流、电池运行产生的气体含量与电池当前容量，以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量；
数据分析模块：根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态；
故障分析模块：根据所述电池运行时的电流对电池的故障进行诊断，同时定位电池的故障位置；
电池寿命评估模块：根据所述电池当前容量对新能源观光电车的电池寿命进行评估，获取电池剩余寿命。
进一步地，所述数据采集模块与所述数据采集装置和各类型传感器通信和/或电气连接；其中，所述数据采集装置包括电流传感器、气体传感器及其承载设备；
所述数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块之间均通信和/或电气连接。
进一步地，所述以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量，包括：
计算新能源观光电车的电池剩余电量，表达式为：
其中，表示为电池剩余电量，/>表示为电池电量与电阻之间的关系，/>表示为计算电池剩余电量的时间段，/>表示为第/>个时刻电压值，/>表示为电池的初始电流值，/>表示为电池电压的调节次数，/>表示为首时刻的电压值，/>表示为第/>个时刻瞬时电流，/>表示为常数；
根据所述电池剩余电量计算电池收敛参数，表达式为：
其中，表示为电池收敛参数，/>表示为第/>个时刻的瞬时电压，/>表示为电池内部脉冲波值，/>表示为第/>个时刻的瞬时内阻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电池容量，/>表示为第个时刻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电压，/>表示为第/>个时刻的瞬时内阻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电池容量，/>表示为第/>个时刻，/>表示为电池的极化系数，/>表示为电池的初始电量，/>表示为电池剩余电量；
当所述电池剩余电量越大，电池收敛参数越小，电池剩余电量的电量误差越小；
当所述电池剩余电量越小，电池收敛参数越大，电池剩余电量的电池误差越大。
需要解释的是，第个时刻电压值/>、电池的初始电流值/>、首时刻的电压值/>、第/>个时刻瞬时电流/>、第/>个时刻的瞬时电压/>、第/>个时刻的瞬时内阻/>，第/>个时刻的瞬时电池容量/>、第/>个时刻的瞬时电压/>、第/>个时刻的瞬时内阻/>、第/>个时刻的瞬时电池容量表示为电池的初始电量均属于输出参数。
进一步地，其特征在于，所述根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态，包括：
对接收的所述电池运行产生的气体含量进行分析，并以时间为自变量建立浓度曲线；其中，所述电池运行产生的气体含量为二氧化碳的含量；
根据所述电池运行产生的气体含量调用对应的所述浓度曲线；
将预设的预警气体浓度阈值与对应的所述浓度曲线的值进行比较，当对应的所述浓度曲线的值大于所述预设的预警气体浓度阈值时，则电池温度处于失热状态。
需要解释的是，本发明实施例中，新能源电车用的电池中含有SEI膜，SEI膜中的主要成分为碳酸锂，在电解质锂盐六氟磷酸锂催化反应下，生成二氧化碳，在催化反应温度临界点范围内，温度越高生成的二氧化碳越多，二氧化碳的浓度越高，说明电池的内部过热，需要停车熄火检查降温。
进一步地，所述根据所述电池运行时的电流对电池的故障进行诊断，包括：
将接收的所述电池运行时的电流转化为数据信号，表达式为：
其中，表示为数据信号，/>表示为能量矩阵，/>表示为信号的平均趋势，/>表示为信号样本数量，/>表示为数据信号的故障类型；
提取所述数据信号的特征向量，构建故障识别样本库；
对所述特征向量进行分量处理，获得故障特征向量；
计算所述故障特征向量与预构建故障识别样本库之间的相关性，表达式为：
其中，表示为故障特征向量与故障识别样本库之间的相关性，/>表示为故障特征向量，/>表示为故障识别样本库；
当的值为1时，则说明故障识别样本库中的故障类型/>属于故障特征向量/>。
需要解释的是，本发明实施例中，将故障识别样本库中的特征向量一一与故障特征向量进行相关系计算，例如故障识别样本库中的某一特征向量为电流故障，当电流故障的特征向量与故障特征向量中的电流故障进行相关性计算时，此时相关性值为1。
进一步地，所述同时定位电池的故障位置，包括：
设定故障判断阈值，表达为：
其中，表示为故障判断阈值计算因子，/>表示为电池的实际电流值，/>表示为故障判断阈值；
获取每个电池的电流值，将所述每个电池的电流值与所述故障判断阈值进行比较；
当所述每个电池的电流值大于所述故障判断阈值，则该电池为故障位置；
当所述每个电池的电流值小于所述故障判断阈值，则该电池无故障位置。
进一步地，所述根据所述电池当前容量对新能源观光电车的电池寿命进行评估，获取电池剩余寿命，包括：
根据所述电池当前容量计算电池健康状态，表达为：
其中，表示为电池健康状态，/>表示为当前电池容量，/>表示为初始电池容量；
设所述电池健康状态的置信水平为、可靠度为/>的退化曲线为：
其中，表示为电池健康状态，/>与/>表示为退化曲线参数，/>表示为常数；
根据所述退化曲线计算电池剩余寿命，表达式为：
其中，表示为电池剩余寿命，/>表示为电池失效阈值。
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 (7)

1.一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块，其特征在于：
数据采集模块：根据数据采集装置采集电池运行时的电流、电池运行产生的气体含量与电池当前容量，以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量；
数据分析模块：根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态；
故障分析模块：根据所述电池运行时的电流对电池的故障进行诊断，同时定位电池的故障位置；
电池寿命评估模块：根据所述电池当前容量对新能源观光电车的电池寿命进行评估，获取电池剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，其特征在于，所述数据采集模块与所述数据采集装置和各类型传感器通信和/或电气连接；其中，所述数据采集装置包括电流传感器、气体传感器及其承载设备；
所述数据采集模块、数据分析模块、故障分析模块与电池寿命评估模块之间均通信和/或电气连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，其特征在于，所述以及根据电池运行输出参数判断电量误差的剩余电量，包括：
计算新能源观光电车的电池剩余电量，表达式为：
其中，表示为电池剩余电量，/>表示为电池电量与电阻之间的关系，/>表示为计算电池剩余电量的时间段，/>表示为第/>个时刻电压值，/>表示为电池的初始电流值，/>表示为电池电压的调节次数，/>表示为首时刻的电压值，/>表示为第/>个时刻瞬时电流，/>表示为常数；
根据所述电池剩余电量计算电池收敛参数，表达式为：
其中，表示为电池收敛参数，/>表示为第/>个时刻的瞬时电压，/>表示为电池内部脉冲波值，/>表示为第/>个时刻的瞬时内阻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电池容量，/>表示为第/>个时刻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电压，/>表示为第/>个时刻的瞬时内阻，/>表示为第/>个时刻的瞬时电池容量，/>表示为第/>个时刻，/>表示为电池的极化系数，/>表示为电池的初始电量，/>表示为电池剩余电量；
当所述电池剩余电量越大，电池收敛参数越小，电池剩余电量的电量误差越小；
当所述电池剩余电量越小，电池收敛参数越大，电池剩余电量的电池误差越大。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，其特征在于，所述根据所述电池运行产生的气体含量分析电池运行过程中电池温度的变化，控制电池失热状态，包括：
对接收的所述电池运行产生的气体含量进行分析，并以时间为自变量建立浓度曲线；其中，所述电池运行产生的气体含量为二氧化碳的含量；
根据所述电池运行产生的气体含量调用对应的所述浓度曲线；
将预设的预警气体浓度阈值与对应的所述浓度曲线的值进行比较，当对应的所述浓度曲线的值大于所述预设的预警气体浓度阈值时，则电池温度处于失热状态。
5.根据权利要求1所述的一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，其特征在于，所述根据所述电池运行时的电流对电池的故障进行诊断，包括：
将接收的所述电池运行时的电流转化为数据信号，表达式为：
其中，表示为数据信号，/>表示为能量矩阵，/>表示为信号的平均趋势，/>表示为信号样本数量，/>表示为数据信号的故障类型；
提取所述数据信号的特征向量，构建故障识别样本库；
对所述特征向量进行分量处理，获得故障特征向量；
计算所述故障特征向量与预构建故障识别样本库之间的相关性，表达式为：
其中，表示为故障特征向量与故障识别样本库之间的相关性，/>表示为故障特征向量，表示为故障识别样本库；
当的值为1时，则说明故障识别样本库中的故障类型/>属于故障特征向量/>。
6.根据权利要求1所述的一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，其特征在于，所述同时定位电池的故障位置，包括：
设定故障判断阈值，表达为：
其中，表示为故障判断阈值计算因子，/>表示为电池的实际电流值，/>表示为故障判断阈值；
获取每个电池的电流值，将所述每个电池的电流值与所述故障判断阈值进行比较；
当所述每个电池的电流值大于所述故障判断阈值，则该电池为故障位置；
当所述每个电池的电流值小于所述故障判断阈值，则该电池无故障位置。
7.根据权利要求1所述的一种用于新能源观光电车的电池运行监测系统，其特征在于，所述根据所述电池当前容量对新能源观光电车的电池寿命进行评估，获取电池剩余寿命，包括：
根据所述电池当前容量计算电池健康状态，表达为：
其中，表示为电池健康状态，/>表示为当前电池容量，/>表示为初始电池容量；
设所述电池健康状态的置信水平为、可靠度为/>的退化曲线为：
其中，表示为电池健康状态，/>与/>表示为退化曲线参数，/>表示为常数；
根据所述退化曲线计算电池剩余寿命，表达式为：
其中，表示为电池剩余寿命，/>表示为电池失效阈值。
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CN117310546A (zh) * 2023-11-03 2023-12-29 北京迪赛奇正科技有限公司 一种ups电源健康管理监测系统

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