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CN114312319B - 基于电压累计值的电池安全监控方法、存储介质及车辆 - Google Patents

基于电压累计值的电池安全监控方法、存储介质及车辆 Download PDF

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CN114312319B
CN114312319B CN202111532891.1A CN202111532891A CN114312319B CN 114312319 B CN114312319 B CN 114312319B CN 202111532891 A CN202111532891 A CN 202111532891A CN 114312319 B CN114312319 B CN 114312319B
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牟丽莎
吴正国
徐舰波
万红兵
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Abstract

本发明公开的基于电压累计值的电池安全监控方法、存储介质及车辆，利用大数据实时流处理技术，实时采集车辆中T‑BOX上的信号数据监控车辆电池单体的电压，并利用分布式实时计算技术，对电池单体电压数据滤波处理和排序。通过电池单体电压排序判断异常策略，实时提前发现车辆电池单体将要发生的异常，避免导致车辆电池的热失控和其他电池安全事故。

Description

基于电压累计值的电池安全监控方法、存储介质及车辆
技术领域
本发明涉及电池安全监控技术，具体涉及基于电压累计值的电池安全监控方法、存储介质及车辆。
背景技术
锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长等因素成为电动汽车的首选电池。但是高的能量密度，也带来了显著的热安全问题，通常表现为热失控。锂离子电池发生热失控主要是由于内部产热远高于散热速率，在电池的内部积攒了大量的热量，从而引起了连锁反应，导致电池起火和爆炸。近年来发生多起电动汽车起火的问题，多数与电池的热安全相关。
由于影响电池热安全性的因素很多，电池内部因素和外部因素都可能产生影响。目前针对电动汽车已有的热安全监控系统，没有实时监控电池单体的数据情况，导致普遍存在对电池热安全问题的预警延迟。而此时的电池已经处于较危险状态，极有可能发生电动汽车的起火等安全事故。因此电池安全的早期快速、准确预警对于安全事故、人身财产安全有着重要意义。
发明内容
本发明公开的基于电压累计值的电池安全监控方法，利用大数据实时流处理和分布式计算技术，实时监控和计算分析电池热安全相关的特征表现，并通过电池单体电压累计异常判断策略，实时发现将要出现异常的电池单体，并在电池单体出现热安全问题异常前，提前发出预警信息，实现对电池各个单体的热安全的监控和提前预警。
本发明公开的存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现一种基于电压累计的电池异常实时监控方法的步骤，利用大数据实时流处理和分布式计算技术，实时监控和计算分析电池热安全相关的特征表现，并通过电池单体电压累计异常判断策略，实时发现将要出现异常的电池单体，并在电池单体出现热安全问题异常前，提前发出预警信息，实现对电池各个单体的热安全的监控和提前预警。
本发明公开的车辆，采用上述存储介质，利用大数据实时流处理和分布式计算技术，实时监控和计算分析电池热安全相关的特征表现，并通过电池单体电压累计异常判断策略，实时发现将要出现异常的电池单体，并在电池单体出现热安全问题异常前，提前发出预警信息，实现对电池各个单体的热安全的监控和提前预警。
本发明的技术方案如下：
本发明公开的基于电压累计值的电池安全监控方法，包括以下步骤：
步骤S1：实时采集车辆电池每个单体电压、单体编号数据。
步骤S2：电池单体数据预处理；对采集到的实时电池单体电压数据进行数据清洗，去除异常数据。
步骤S3：根据电池单体电压与该车综合电池单体电压差值，实时提取电池单体压差数据。
步骤S4：在当前时刻前一定滑动时间窗口范围，累计计算电池单体压差累计数据。
步骤S5：计算当前电池单体累积压差下降值，若超过设定值，判断电池异常。
步骤S6：根据步骤S5结果，找出电池异常的车辆。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S2-1：对采集到的实时电池单体电压数据进行数据清洗，去除空值、超出正常区间值、重复值、冗余值异常值数据。
S2-2：将步骤S2-1处理后的实时电池单体电压数据按照时间顺序进行升序排序。
S2-3：对步骤清S2-2处理后的数据进行行程判断，一次完整的充电与放电过程标记为一个行程，车辆的对应电压数据的行程编号增加1，车辆的首条电压数据的行程编号标记为行程1。
进一步地，所述步骤S3具体包括如下步骤：
S3-1：读入经过步骤2处理后的实时电池单体电压数据。
S3-2：计算实时电池单体电压数据压差：
Figure BDA0003412074660000021
其中，
Figure BDA0003412074660000022
为电池单体i在t时刻的压差，
Figure BDA0003412074660000023
为电池单体i在t时刻的电压值，
Figure BDA0003412074660000024
为该车综合电池单体电压，
Figure BDA0003412074660000025
可选择为该车辆所有电池单体在t时刻的电压中位数，t时刻表示当前时刻。
进一步地，所述步骤S4具体包括如下步骤：
S4-1：设定电池单体电压数据条数的范围滑动时间窗口M。
S4-2：检查t时刻每辆车电池单体电压数据条数是否超过滑动时间窗口M的大小。
S4-3：超过滑动时间窗口M，累计计算电池单体压差累计数据：
Figure BDA0003412074660000031
其中，
Figure BDA0003412074660000032
为电池单体i在t-M+1至t时刻的累计压差，
Figure BDA0003412074660000033
表示车辆电池单体i在t、t-1、t-2至t-M+1时刻的压差，M表示滑动时间窗口的大小。
进一步地，所述步骤S5具体包括如下步骤：
S5-1：判断t时刻电池单体i的行程数是否超过行程阈值N。
S5-2：若S5-1成立，判断t时刻电池单体i的累计压差值pt i是否小于电池单体i累计压差值的局域最低值
Figure BDA0003412074660000034
S5-3：若S5-2条件成立，计算累积压差下降值：
Figure BDA0003412074660000035
如果
Figure BDA0003412074660000036
大于设定值Q，则判断电池单体电压异常；其中，设定值Q为正值。
进一步地，所述步骤S5-2累计压差值的局域最低值
Figure BDA0003412074660000037
按如下获得：
S5-2-1：记录各个行程内电池单体分别的累计压差最低值
Figure BDA0003412074660000038
S5-2-2：获取t时刻前N个行程各个电池单体累计压差的最低值
Figure BDA0003412074660000039
Figure BDA00034120746600000310
其中i为电池单体编号，j为t时刻所在当前行程的行程编号。
S5-2-3：计算t时刻电池单体i的累计压差值的局域最低值：
Figure BDA0003412074660000041
进一步地，5≤M≤100，2≤N≤10，0.01≤Q≤0.5，Q的单位为伏特V。
本发明还公开了一种存储有计算机可执行指令的存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-6中所述的一种基于电压累计的电池异常实时监控方法的步骤。
本发明还公开了一种车辆，采用如权利要求8所述的一种存储有计算机可执行指令的存储介质。
本发明有益技术效果为：利用大数据实时流处理技术，实时采集车辆中T-BOX上的信号数据监控车辆电池单体的电压，并利用分布式实时计算技术，对电池单体电压数据滤波处理和排序。通过电池单体电压排序判断异常策略，实时提前发现车辆电池单体将要发生的异常，避免导致车辆电池的热失控和其他电池安全事故。
附图说明
图1是本发明基于电压累计值的电池安全监控方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
如图1所示，本发明公开的基于电压累计值的电池安全监控方法，包括以下步骤：
步骤S1：实时采集车辆电池每个单体电压、单体编号数据。
在本步骤中，通过大数据分布式数据流读取方法，实时采集车辆的T-BOX传来的数据。读取数据流方法可使用Flink、Spark Streaming等技术框架实现。除采集电池每个单体电压、单体编号数据外，还可以附加车架号、总电压等。
步骤S2：电池单体数据预处理；对采集到的实时电池单体电压数据进行数据清洗，去除异常数据。
步骤S2具体包括以下步骤：
S2-1：对采集到的实时电池单体电压数据进行数据清洗，去除空值、超出正常区间值、重复值、冗余值异常值数据。
例如，在某时刻采集到的单体电池电压值不在电压值的区间范围内，这属于超出正常区间值，应去除。又例如10秒内采集到的数据都是相同的，这属于重复冗余值，应去除。这些异常数据会对判断电池单体电压异常产生干扰，最终会导致判断结果准确率下降，因此需要检查出这些异常数据。
S2-2：将步骤S2-1处理后的实时电池单体电压数据按照时间顺序进行升序排序。
S2-3：对步骤清S2-2处理后的数据进行行程判断，一次完整的充电与放电过程标记为一个行程，车辆的对应电压数据的行程编号增加1，车辆的首条电压数据的行程编号标记为行程1。
步骤S3：根据电池单体电压与该车综合电池单体电压差值，实时提取电池单体压差数据。
步骤S3具体包括如下步骤：
本步骤是利用分布式实时计算技术，对电池单体电压数据进行去趋势化处理，以减少单体充放电电压变化对判异结果的影响，具体括如下步骤：
S3-1：读入经过步骤2处理后的实时电池单体电压数据。
S3-2：计算实时电池单体电压数据压差：
Figure BDA0003412074660000051
其中，
Figure BDA0003412074660000052
为电池单体i在t时刻的压差，
Figure BDA0003412074660000053
为电池单体i在t时刻的电压值，
Figure BDA0003412074660000054
为该车综合电池单体电压，
Figure BDA0003412074660000055
可选择为该车辆所有电池单体在t时刻的电压中位数，t时刻表示当前时刻。
步骤S4：在当前时刻前一定滑动时间窗口范围，累计计算电池单体压差累计数据。
步骤S4具体包括如下步骤：
S4-1：设定电池单体电压数据条数的范围滑动时间窗口M；取值范围可以时：5≤M≤100。
S4-2：检查t时刻每辆车电池单体电压数据条数是否超过滑动时间窗口M的大小。
S4-3：超过滑动时间窗口M，累计计算电池单体压差累计数据：
Figure BDA0003412074660000061
其中，
Figure BDA0003412074660000062
为电池单体i在t-M+1至t时刻的累计压差，
Figure BDA0003412074660000063
表示车辆电池单体i在t、t-1、t-2至t-M+1时刻的压差，M表示滑动时间窗口的大小。
步骤S5：计算当前电池单体累积压差下降值，若超过设定值，判断电池异常。步骤S5具体包括如下步骤：
S5-1：判断t时刻电池单体i的行程数是否超过行程阈值N，取值范围可以是2≤N≤10。
S5-2：若S5-1成立，判断t时刻电池单体i的累计压差值pt i是否小于电池单体i累计压差值的局域最低值
Figure BDA0003412074660000064
累计压差值的局域最低值
Figure BDA0003412074660000065
按如下获得：
S5-2-1：记录各个行程内电池单体分别的累计压差最低值
Figure BDA0003412074660000066
S5-2-2：获取t时刻前N个行程各个电池单体累计压差的最低值
Figure BDA0003412074660000067
Figure BDA0003412074660000068
其中i为电池单体编号，j为t时刻所在当前行程的行程编号。
S5-2-3：计算t时刻电池单体i的累计压差值的局域最低值：
Figure BDA0003412074660000069
S5-3：若S5-2条件成立，计算累积压差下降值：
Figure BDA00034120746600000610
如果
Figure BDA00034120746600000611
大于设定值Q，则判断电池单体电压异常；其中，设定值Q为正值，设定值Q的单位为伏特V，设定值Q取值范围可以是0.01≤Q≤0.5。
步骤S6：根据步骤S5结果，找出电池异常的车辆。
本发明还公开了一种存储有计算机可执行指令的存储介质，存储介质存储有一个或者多个程序，一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述一种基于电压累计的电池异常实时监控方法的步骤。存储介质可以是随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
本发明还公开了一种车辆，采用上述一种存储有计算机可执行指令的存储介质。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.基于电压累计值的电池安全监控方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤S1：实时采集车辆电池每个单体电压、单体编号数据；
步骤S2：电池单体数据预处理；对采集到的实时电池单体电压数据进行数据清洗，去除异常数据；
步骤S3：根据电池单体电压与该车综合电池单体电压差值，实时提取电池单体压差数据，具体包括如下步骤：
S3-1：读入经过步骤2处理后的实时电池单体电压数据；
S3-2：计算实时电池单体电压数据压差：
Figure FDA0004208983680000011
其中，
Figure FDA0004208983680000012
为电池单体i在t时刻的压差，
Figure FDA0004208983680000013
为电池单体i在t时刻的电压值，
Figure FDA0004208983680000014
为该车综合电池单体电压，
Figure FDA0004208983680000015
可选择为该车辆所有电池单体在t时刻的电压中位数，t时刻表示当前时刻；
步骤S4：在当前时刻前一定滑动时间窗口范围，累计计算电池单体压差累计数据，具体包括如下步骤：
S4-1：设定电池单体电压数据条数的范围滑动时间窗口M；
S4-2：检查t时刻每辆车电池单体电压数据条数是否超过滑动时间窗口M的大小；
S4-3：超过滑动时间窗口M，累计计算电池单体压差累计数据：
Figure FDA0004208983680000016
其中，
Figure FDA0004208983680000017
为电池单体i在t-M+1至t时刻的累计压差，
Figure FDA0004208983680000018
表示车辆电池单体i在t、t-1、t-2至t-M+1时刻的压差，M表示滑动时间窗口的大小；
步骤S5：计算当前电池单体累积压差下降值，若超过设定值，判断电池异常，具体包括如下步骤：
S5-1：判断t时刻电池单体i的行程数是否超过行程阈值N；
S5-2：若S5-1成立，判断t时刻电池单体i的累计压差值
Figure FDA0004208983680000019
是否小于电池单体i累计压差值的局域最低值
Figure FDA00042089836800000110
S5-3：若S5-2条件成立，计算累积压差下降值：
Figure FDA00042089836800000111
如果
Figure FDA00042089836800000112
大于设定值Q，则判断电池单体电压异常；其中，设定值Q为正值；
步骤S6：根据步骤S5结果，找出电池异常的车辆。
2.如权利要求1所述的基于电压累计的电池异常实时监控方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤，
S2-1：对采集到的实时电池单体电压数据进行数据清洗，去除空值、超出正常区间值、重复值、冗余值异常值数据；
S2-2：将步骤S2-1处理后的实时电池单体电压数据按照时间顺序进行升序排序；
S2-3：对步骤清S2-2处理后的数据进行行程判断，一次完整的充电与放电过程标记为一个行程，车辆的对应电压数据的行程编号增加1，车辆的首条电压数据的行程编号标记为行程1。
3.如权利要求1所述的基于电压累计的电池异常实时监控方法，其特征在于：所述步骤S5-2累计压差值的局域最低值
Figure FDA0004208983680000021
按如下获得：
S5-2-1：记录各个行程内电池单体分别的累计压差最低值
Figure FDA0004208983680000022
S5-2-2：获取t时刻前N个行程各个电池单体累计压差的最低值
Figure FDA0004208983680000023
其中i为电池单体编号，j为t时刻所在当前行程的行程编号；
S5-2-3：计算t时刻电池单体i的累计压差值的局域最低值：
Figure FDA0004208983680000024
4.如权利要求3所述的基于电压累计的电池异常实时监控方法，其特征在于：5≤M≤100，2≤N≤10，0.01≤Q≤0.5，Q的单位为伏特V。
5.一种存储有计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-4中任一项所述的一种基于电压累计的电池异常实时监控方法的步骤。
6.一种车辆，其特征在于：采用如权利要求5所述的一种存储有计算机可执行指令的存储介质。
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