CN118478729A - 一种高精度多通道换电柜温度监控方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高精度多通道换电柜温度监控方法、系统及存储介质，该系统包括温度传感器，用于检测换电柜内外的环境温度及电池包温度；若干通道切换器，分别与若干组温度传感器连接，用于在相连的一组温度传感器中切换轮询各温度传感器，以获得该组温度传感器对应的温度数据；总线仲裁器，与若干通道切换器连接，用于控制轮询若干通道切换器，接收对应的温度数据；主控制器，与总线仲裁器连接，用于根据温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。本系统通过多通道切换能够实时、全面地监测换电柜各处的温度，及时发现存在的热失控异常现象并进行处理，大大提高了换电柜的用电安全。

Description

一种高精度多通道换电柜温度监控方法、系统及存储介质

技术领域

本申请涉及电池安全监测领域，尤其涉及一种高精度多通道换电柜温度监控方法、系统及存储介质。

背景技术

随着社会环境的发展变化，电动车凭借其便捷性、灵活性、低成本的优点，成为很多人出行的首选工具。尤其针对部分行业，如外卖、快递、跑腿等短距离配送行业，电动车已经成为其主力交通工具。

在电动车的使用过程中，电池电量问题是大家普遍关注的一个问题。当前存在一种换电柜模式，可提供电动车电池的充换电服务，以便于使用者在电动车电量不足的情况下，随时随地对电动车进行充电、换电，避免浪费时间。

但电动车电池在充电过程中可能存在着火的安全风险，且换电柜中通常同时存有多个电池包，安全问题更加严重。

发明内容

本申请实施例提供一种高精度多通道换电柜温度监控方法、系统及存储介质，用以解决换电柜中多个电池包充放电的安全监测不到位、精准度不足的问题。

本申请实施例提供的一种高精度多通道换电柜温度监控系统，包括：

温度传感器，用于检测换电柜内外的环境温度及电池包温度；

若干通道切换器，分别与若干组所述温度传感器连接，用于在相连的一组温度传感器中切换轮询各温度传感器，以获得该组温度传感器对应的温度数据；

总线仲裁器，与所述若干通道切换器连接，用于控制轮询所述若干通道切换器，接收所述对应的温度数据；

主控制器，与所述总线仲裁器连接，用于根据所述温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。

在一个示例中，所述温度传感器包括柜体传感器、格口传感器、电池包传感器；所述电池包传感器设置于电池包中各电芯处，用于检测电芯在充放电过程中的电池包温度；所述格口传感器设置于格口中围绕电池包的各方位，用于检测电池包所处格口的环境温度；所述柜体传感器设置于柜体各处，用于检测柜体的环境温度。

在一个示例中，所述系统还包括预处理电路；所述预处理电路与所述通道切换器、所述总线仲裁器连接，用于对来自所述通道切换器的温度数据进行滤波放大处理。

在一个示例中，所述预处理电路包括电桥电路和差分放大器；所述电桥电路中的第一电阻和第二电阻的阻值相同，可调电阻与常温下热电阻的阻值相同；所述差分放大器的第一输入端与所述第一电阻、热电阻连接，所述差分放大器的第二输入端与所述第二电阻、可调电阻连接；所述热电阻随温度升高阻值增大时，所述差分放大器的输入电压及输出电压增大。

在一个示例中，所述第一电阻的第一端连接电源，第二端连接所述热电阻，第三端通过第三电阻连接所述差分放大器的第一输入端；所述第二电阻的第一端连接电源，第二端连接所述可调电阻，第三端通过第四电阻连接所述差分放大器的第二输入端；所述热电阻一端连接所述第一电阻，另一端接地；所述可调电阻一端连接所述第二电阻，另一端接地；所述差分放大器的第一输入端还连接第五电阻，第二输入端还连接第六电阻。

在一个示例中，所述总线仲裁器具体用于，对若干所述预处理电路进行编码处理，得到对应的拓扑结构，并通过控制线轮询确定待上报的预处理电路，获得对应的温度数据。

在一个示例中，所述主控制器具体用于，根据所述温度模型对应的历史温度数据及当前温度数据，判断当前温度数据是否存在异常，并预测所述当前温度数据的变化趋势，判断是否存在热失控风险。

在一个示例中，所述主控制器具体用于，确定所述电池包温度存在热失控风险时，停止充放电并启动消防设施，以及，确定所述环境温度存在热失控风险时，启动降温工具。

本申请实施例提供的一种高精度多通道换电柜温度监控方法，应用于上述任一项所述的高精度多通道换电柜温度监控系统，所述方法包括：

确定换电柜内外的各组温度传感器；

通过通道切换器，轮询一组温度传感器中的各温度传感器，获得对应的温度数据；所述温度数据至少包括环境温度或电池包温度中的一种；

通过总线仲裁器，控制轮询各通道切换器，接收对应的温度数据；

根据所述温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。

本申请实施例提供的一种高精度多通道换电柜温度监控的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述任一项所述的方法。

本申请实施例提供一种高精度多通道换电柜温度监控方法、系统及存储介质，利用时分复用原理，通过总线仲裁器和通道切换器的多通道切换轮询，对换电柜中多个温度传感器进行全面的数据采集和监控，能够及时有效的检测换电柜内外和格口内电池包内各个电芯等各处的温度，并及时发现异常数据，进行处理，大大提高了换电柜电池充放电的安全性，实现全方位多维度监控。

并且，本系统通过使用基于开尔文电桥原理的预处理电路，极大地提高了热电阻的阻值测量精度，能够实现高精度的温度监控，进一步增强换电柜的用电安全防护。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的高精度多通道换电柜温度监控系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的预处理电路示意图；

图3为本申请实施例提供的高精度多通道换电柜温度监控方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的高精度多通道换电柜温度监控系统结构示意图。

如图1所示，本系统包括温度传感器1、通道切换器2、总线仲裁器3和主控制器4。

温度传感器1以组为单位，每组至少包括一个温度传感器，各组温度传感器分别可用于检测换电柜内外的环境温度及电池包温度。若干通道切换器2分别与若干组温度传感器1连接，用于在相连的该组温度传感器1中切换轮询各温度传感器，以获得各温度传感器1监测到的当前温度数据，即该组温度传感器对应的温度数据。总线仲裁器3与若干通道切换器2连接，用于控制轮询若干通道切换器2，并接收通道切换器2上报的对应的温度数据。主控制器4与总线仲裁器3连接，用于根据接收到的温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。

本系统通过总线仲裁器和通道切换器的切换轮询，对换电柜中多个温度传感器进行全面的数据采集和监控，能够及时有效的检测换电柜中各处的温度，并及时发现异常数据，进行处理，大大提高了换电柜电池充放电的安全性。

总线仲裁器控制轮询的机制可根据需要设置，如优先获取电池包温度对应的通道切换器的温度数据，提高电池包温度数据的获取频率等，以更好的保障电池包的充放电安全。

在一种实施方式中，温度传感器包括柜体传感器11、格口传感器12、电池包传感器13。一个电池包6中包含多个电芯61，电池包传感器13设置于电池包6中各电芯61处，用于检测各电芯61在运行及充放电过程中的温度数据，一组电池包传感器13中温度传感器的数量r可根据电芯的数量k决定，至少与电芯的数量相等，即r≥k。电池包6放置于格口中，格口传感器12设置于格口中围绕电池包6的各方位，用于检测电池包所处格口的环境温度，可作为对电池包温度的补充监控，具体设置方位、设置数量m可根据格口的大小、电池包的常规放置方向确定。柜体传感器11设置于柜体各处，包括柜体内部及柜体外部，用于检测柜体的环境温度，具体设置方位、设置数量n可根据柜体大小、格口数量等确定。其中，电池包传感器仅在电池包放入格口内并建立线缆连接后启用进行温度检测，主要用于保障电池包充电安全，而格口传感器、柜体传感器可长期进行定时温度检测（包括电池包充电过程中），以保障换电柜的日常用电安全。

需要说明的是，当电池包存放在格口内时，该格口对应的格口传感器与电池包对应的电池包传感器属于同一组温度传感器，连接同一个通道切换器。通道切换器切换轮询的过程中，可获得电池包传感器采集到的电池包温度及格口传感器采集到的环境温度，以共同实现对该格口内的电池包的温度监控。所有柜体传感器属于同一组温度传感器，由一个通道切换器控制，进行定时轮询，实现换电柜的日常温度监控。

本申请通过电池包传感器直接检测电芯的温度，又通过格口传感器、柜体传感器对电池包的温度进行补充监测，在电池包充放电过程中、以及换电柜日常运行过程中，能够实现全面的温度监控覆盖，防止疏漏，极大提高了换电柜的用电安全，有利于及早发现温度异常。

在一种实施方式中，本系统还包括预处理电路5。若干预处理电路5分别与对应的通道切换器2一一连接，且所有预处理电路5均与总线仲裁器3连接。预处理电路5用于对来自通道切换器2的温度数据进行滤波放大处理，并传输至总线仲裁器3。通过预处理电路，能够对通道切换器上报的温度信号进行初步滤波处理，放大后转换为数字信号存储，这样能提高本系统对温度变化的反应灵敏度，有效提高温度检测的精准度，实现高精度的温度监测。

图2为本申请实施例提供的预处理电路示意图。如图2所示，预处理电路包括电桥电路和差分放大器。电桥电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、热电阻Rt和可调电阻Rp。第一电阻R1和第二电阻R2的阻值相同，可调电阻Rp与常温下热电阻Rt的阻值相同，其中常温可表示预设温度，具体可设置为25℃等。第一电阻R1和热电阻Rt串联为一路，第二电阻R2和可调电阻Rp串联为另一路，两路并联，并分别与差分放大器U1的两个输入端连接，即差分放大器U1的第一输入端与第一电阻R1、热电阻Rt连接，差分放大器U1的第二输入端与第二电阻R2、可调电阻Rp连接。

在设定的常温温度下，将可调电阻的阻值设置为与热电阻阻值相同（如25℃时热电阻Rt的电阻值为10KΩ，则将可调电阻Rp也调节为10KΩ），两路电桥平衡，电桥的输出信号为零，差分放大器的输出电压也为0V。当温度升高时，热电阻阻值增大，而可调电阻阻值不变，则电桥的输出信号也上升，差分放大器的同相输入电压增大，输出电压也增大，即表示温度传感器检测到的温度在升高。反之，当温度降低时，热电阻阻值减小，而可调电阻阻值不变，则电桥的输出信号也下降，差分放大器的同相输入电压减小，输出电压也减小，即表示温度传感器检测到的温度在下降。这种基于开尔文电桥原理的预处理电路能够极大的提高温敏电阻的阻值测量精度，从而提高对温度测量的准确性。

具体地，如图2所示，第一电阻R1、第二电阻R2、可调电阻Rp及热电阻Rt构成电桥电路，电桥由稳压电源供电。第一电阻R1的第一端连接电源，第二端连接热电阻Rt，第三端通过第三电阻R3连接差分放大器U1的第一输入端；第二电阻R2的第一端连接电源，第二端连接可调电阻Rp，第三端通过第四电阻R4连接差分放大器U1的第二输入端；热电阻Rt一端连接第一电阻R1，另一端接地；可调电阻Rp一端连接第二电阻R2，另一端接地；r1、r2、r3分别表示相应的导线电阻；差分放大器U1的第一输入端还连接第五电阻R5，第二输入端还连接第六电阻R6；第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端连接差分放大器U1的输出端。

当R3=R4，R5=R6时，R6/R4的值就是差分放大器U1的电压放大倍数。热电阻与主控制器采用三线制连接，且导线电阻r1=r2=r3，导线A与B分别接在电桥的两个桥臂上，当导线的电阻变化时，可以互相抵消部分，以减少对主控制器读取电阻值的影响，理论上可以消除导线的影响。

在一种实施方式中，总线仲裁器3具体用于，对若干预处理电路5进行编码处理，得到预处理电路5的数据线连成的总线形式的拓扑结构，并通过控制线轮询确定待上报的预处理电路5，由该预处理电路5立即上报温度数据。预处理电路5上报完毕后通知总线仲裁器3关闭通讯，总线仲裁器3再通过控制线轮询确定下一个待上报的预处理电路5。通过这种方式，总线仲裁器能够控制轮询所有温度传感器的数据上报。

在一种实施方式中，主控制器具体用于，根据温度模型对应的历史温度数据及当前温度数据，判断当前温度数据是否存在异常，并预测当前温度数据的变化趋势，判断是否存在热失控风险。结合图1可知，总控制器4通过控制总线43与总线仲裁器3通讯，后端处理电路7可接收来自总线仲裁器3选中的预处理电路5输出的温度数据，进行处理并建立电池包和格口以及柜体的温度模型，由数据采集模块42接收温度模型对应的数据，并由主控芯片41进行异常数据的判断。

具体地，判断数据异常的标准可以是：根据历史温度数据设置安全阈值，若当前温度数据中任一数据或多处数据呈现上升趋势且超过安全阈值，则认定为数据异常。

进一步地，针对电池包充放电的温度检测和日常温度检测的不同场景，主控制器还用于，确定电池包温度存在热失控风险时，认定该风险较高，需停止充放电并启动消防设施，上报警告信息至管理端，这样可使有热失控风险的电池包能够迅速降温以达到安全控制的目的，以及，确定环境温度存在热失控风险时，认定该风险较低，可启动降温工具，如换电柜内置风扇等，对环境温度进行降温处理。

以上为本申请实施例提供的高精度多通道换电柜温度监控系统，基于同样的发明思路，本申请实施例还提供了相应的高精度多通道换电柜温度监控方法，如图3所示。

图3为本申请实施例提供的高精度多通道换电柜温度监控方法流程图，具体包括以下步骤：

S301：确定换电柜内外的各组温度传感器。

温度传感器包括柜体传感器、格口传感器和电池包传感器。本申请包括一组检测柜体的环境温度的柜体传感器，多组检测电池包温度的电池包传感器及多组检测格口的环境温度的格口传感器。

其中，当电池包在格口内时，对应的电池包传感器和格口传感器视为同一组温度传感器。

S302：通过通道切换器，轮询一组温度传感器中的各温度传感器，获得对应的温度数据。

在本申请实施例中，每组温度传感器均连接有对应的通道切换器。通道切换器对一组内的各温度传感器进行切换轮询，以获得对应的温度数据。其中，温度数据至少包括环境温度或电池包温度中的一种。

S303：通过总线仲裁器，控制轮询各通道切换器，接收对应的温度数据。

所有通道切换器均与总线仲裁器连接，总线仲裁器通过控制轮询各通道切换器，可获得相应通道切换器对应的环境温度或电池包温度。

S304：根据温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。

主控制器根据来自总线仲裁器的温度数据，建立对应的温度模型，判断是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施，如停止充电、启动降温工具等。

本申请实施例提供的对应于图3的一种高精度多通道换电柜温度监控的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述方法。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法和介质实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。

本申请实施例提供的方法和介质与系统是一一对应的，因此，方法和介质也具有与其对应的系统类似的有益技术效果，由于上面已经对系统的有益技术效果进行了详细说明，因此，这里不再赘述方法和介质的有益技术效果。

还需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度多通道换电柜温度监控系统，其特征在于，包括：

温度传感器，用于检测换电柜内外的环境温度及电池包温度；

若干通道切换器，分别与若干组所述温度传感器连接，用于在相连的一组温度传感器中切换轮询各温度传感器，以获得该组温度传感器对应的温度数据；

总线仲裁器，与所述若干通道切换器连接，用于控制轮询所述若干通道切换器，接收所述对应的温度数据；

主控制器，与所述总线仲裁器连接，用于根据所述温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度传感器包括柜体传感器、格口传感器、电池包传感器；

所述电池包传感器设置于电池包中各电芯处，用于检测电芯在充放电过程中的电池包温度；

所述格口传感器设置于格口中围绕电池包的各方位，用于检测电池包所处格口的环境温度；

所述柜体传感器设置于柜体各处，用于检测柜体的环境温度。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括预处理电路；

所述预处理电路与所述通道切换器、所述总线仲裁器连接，用于对来自所述通道切换器的温度数据进行滤波放大处理。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述预处理电路包括电桥电路和差分放大器；

所述电桥电路中的第一电阻和第二电阻的阻值相同，可调电阻与常温下热电阻的阻值相同；

所述差分放大器的第一输入端与所述第一电阻、热电阻连接，所述差分放大器的第二输入端与所述第二电阻、可调电阻连接；

所述热电阻随温度升高阻值增大时，所述差分放大器的输入电压及输出电压增大。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述第一电阻的第一端连接电源，第二端连接所述热电阻，第三端通过第三电阻连接所述差分放大器的第一输入端；

所述第二电阻的第一端连接电源，第二端连接所述可调电阻，第三端通过第四电阻连接所述差分放大器的第二输入端；

所述热电阻一端连接所述第一电阻，另一端接地；

所述可调电阻一端连接所述第二电阻，另一端接地；

所述差分放大器的第一输入端还连接第五电阻，第二输入端还连接第六电阻。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述总线仲裁器具体用于，对若干所述预处理电路进行编码处理，得到对应的拓扑结构，并通过控制线轮询确定待上报的预处理电路，获得对应的温度数据。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制器具体用于，根据所述温度模型对应的历史温度数据及当前温度数据，判断当前温度数据是否存在异常，并预测所述当前温度数据的变化趋势，判断是否存在热失控风险。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制器具体用于，确定所述电池包温度存在热失控风险时，停止充放电并启动消防设施，以及，确定所述环境温度存在热失控风险时，启动降温工具。

9.一种高精度多通道换电柜温度监控方法，应用于如权利要求1~8任一项所述的高精度多通道换电柜温度监控系统，其特征在于，所述方法包括：

确定换电柜内外的各组温度传感器；

通过通道切换器，轮询一组温度传感器中的各温度传感器，获得对应的温度数据；所述温度数据至少包括环境温度或电池包温度中的一种；

通过总线仲裁器，控制轮询各通道切换器，接收对应的温度数据；

根据所述温度数据，建立对应的温度模型，确定是否存在热失控风险，并执行相应的处理措施。

10.一种高精度多通道换电柜温度监控的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令设置为执行如权利要求9所述的方法。