一种动力电池热失控早期预警与联动控制方法及系统与流程

本发明涉及新能源汽车动力电池，尤其涉及一种动力电池热失控早期预警与联动控制方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源汽车的大规模普及，动力电池系统的安全性成为影响整车可靠性的关键因素之一。锂离子动力电池在热失控过程中会释放氢气、一氧化碳等多种危险气体，危害乘员及环境，部分气体还会造成二次燃烧风险，甚至引发爆炸。

2、现有动力电池安全监测技术主要依靠温度、电压、电流等电参数监控，但在热失控早期阶段，锂离子电池的温度、放电电压及放电电流的参数变化缓慢，无法被及时监测到，导致预警滞后。虽然监测电池包内气体可实现早期预警，但现有气体检测方案多是在热失控产生危险气体后，依赖单一或少数几种气体检测识别，其无法满足复杂环境下的多气体识别需求，存在误报漏报，且往往是在热失控后再预警，难以保障动力电池的安全性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种动力电池热失控早期预警与联动控制方法及系统，解决现有技术中动力电池热失控早期参数变化缓慢无法及时监测、现有气体检测方案存在误报漏报且无法保障动力电池安全性的问题。

2、第一方面，本发明提供一种动力电池热失控早期预警与联动控制方法。

3、一种动力电池热失控早期预警与联动控制方法，包括：

4、实时采集动力电池包内多种热失控特征气体的浓度数据；所述热失控特征气体至少包括含氟气体、氢气、一氧化碳、无机气体、烃类气体及烟雾颗粒；

5、根据当前电池工况参数，动态调整各类气体信号的权重系数；

6、对各气体浓度进行归一化处理并计算浓度变化率，联合权重系数，计算热失控风险综合评分；

7、根据综合评分判定预警等级，并联动电池管理系统和整车控制器执行对应级别的控制动作；所述控制动作至少包括调整充放电功率、调整冷却功率或断开高压继电器。

8、进一步的技术方案，利用在动力电池一侧安装的多气体传感器单元进行多种气体浓度的实时采集；

9、所述多气体传感器单元整体固定于动力电池包内靠近防爆阀一侧；所述多气体传感器单元采用三层垂直布置结构，上层布置轻质气体传感器，包括氢气传感器、含氟气体传感器、co传感器；中层布置中期扩散气体传感器，包括无机气体传感器、烃类气体传感器；下层布置颗粒传感器。

10、进一步的技术方案，所述含氟气体传感器采用独立密封腔体，所述独立密封腔体与其他传感器之间设置耐腐蚀隔离层，所述含氟气体传感器配备独立采样管路，所述独立采样管路从电池包内气体采样点直接引至含氟气体传感器腔体，以物理隔离含氟气体传感器与其他传感器。

11、进一步的技术方案，获取当前电池工况参数，包括荷电状态、环境温度、充电倍率；

12、根据当前电池工况参数，动态调整各类气体信号的权重系数，包括：

13、当荷电状态高于高荷电阈值时，上调含氟气体信号和氢气信号的权重系数；

14、当环境温度高于高温阈值时，上调烃类气体信号的权重系数；

15、当充电倍率高于快充阈值时，上调一氧化碳信号的权重系数；

16、若多个调整条件同时满足，则权重系数调整累加后再进行归一化处理。

17、进一步的技术方案，所述浓度变化率的计算方式为：

18、采集当前时刻气体浓度与预设时间间隔前的历史浓度，计算浓度变化量与时间间隔的比值；当浓度变化率超过各气体对应的变化率阈值时，为该气体信号赋予变化率权重系数，否则变化率权重系数为零。

19、进一步的技术方案，通过综合评分公式计算热失控风险综合评分；所述综合评分公式为：

20、将各气体浓度归一化值与对应权重系数的乘积、各气体浓度变化率归一化值与对应变化率权重系数的乘积进行求和运算，计算得到热失控风险综合评分。

21、进一步的技术方案，还包括：

22、根据采集的多种热失控特征气体的浓度时序数据，预测热失控蔓延趋势，包括：

23、基于存储的各气体浓度时序数据，采用线性外推模型或指数增长模型进行拟合，通过拟合优度自动选择预测模型，计算气体浓度达到紧急阈值的预测剩余时间，并定期更新预测结果。

24、进一步的技术方案，所述预警等级的判定规则为：

25、当综合评分超过第一预警阈值时触发一级预警，记录故障信息并通知电池管理系统；

26、当综合评分超过第二预警阈值或多种气体浓度同时升高时触发二级预警，联动电池管理系统降低充放电功率并提升冷却功率；

27、当综合评分超过第三预警阈值，或烟雾颗粒浓度超过预设颗粒阈值且含氟气体浓度超过预设含氟气体高阈值或氢气浓度超过预设氢气高阈值，或预测剩余时间小于紧急时间阈值时，触发紧急告警，联动电池管理系统断开高压继电器、启动最大流量冷却、解锁车门、启动声光报警并上报车联网。

28、进一步的技术方案，根据预测剩余时间执行动态响应策略，包括：

29、当预测剩余时间小于第一时间阈值时，直接向电池管理系统发送紧急告警信号；

30、当预测剩余时间大于等于第一时间阈值且小于第二时间阈值时，向电池管理系统发送二级预警信号并请求加速冷却；

31、当预测剩余时间大于等于第二时间阈值时，维持一级预警并持续监测；

32、当预测剩余时间小于第一时间阈值时，将数据上报周期从正常周期切换为加速周期。

33、第二方面，本发明提供一种动力电池热失控早期预警与联动控制系统。

34、一种动力电池热失控早期预警与联动控制系统，包括：

35、多气体传感器单元，包含多个气体传感器，用于实时采集动力电池包内多种热失控特征气体的浓度数据；

36、数据采集与信号处理单元，与多气体传感器单元电连接，用于根据当前电池工况参数，动态调整各类气体信号的权重系数；对各气体浓度进行归一化处理并计算浓度变化率，联合权重系数，计算热失控风险综合评分；

37、联动控制单元，与数据采集与信号处理单元通信连接，用于根据综合评分判定预警等级，通过通信总线向电池管理系统和整车控制器发送联动控制指令，以驱动执行对应级别的控制动作；

38、供电模块，包括主电源和辅助储能单元，用于为数据采集与信号处理单元供电。

39、进一步的技术方案，还包括低功耗休眠唤醒机制，包括：

40、当车辆静止超过静止时间阈值且无预警信号时，系统进入低功耗休眠模式；

41、在休眠模式下定期唤醒系统，执行快速巡检后重新进入休眠；当任意传感器检测到气体浓度超过第一预警阈值的预设比例时，立即触发主动唤醒进入全功率检测模式，并通过通信总线唤醒电池管理系统。

42、第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面所提出的动力电池热失控早期预警与联动控制方法。

43、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所提出的动力电池热失控早期预警与联动控制方法。

44、第五方面，本实施例提供了一种车辆，包括第二方面所提出的动力电池热失控早期预警与联动控制系统，或用于执行第一方面所提出的动力电池热失控早期预警与联动控制方法。

45、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

46、本发明提供了一种动力电池热失控早期预警与联动控制方法及系统，通过六类气体传感器协同检测覆盖了含氟气体、氢气、一氧化碳、无机气体、烃类气体及烟雾颗粒等热失控过程中释放的关键气体成分，相较于传统仅依赖单一或少数几种气体传感器的方案，可显著提升多气体识别能力和预警可靠性；通过三层垂直布置结构根据不同气体的物理特性进行分层设计，轻质气体上浮至上层传感器、中期扩散气体在中层被捕获、重质颗粒物下沉至底层传感器，优化了采样速度和检测精度同时保证了各类传感器之间的互不干扰；通过动态权重融合算法根据荷电状态、环境温度、充电倍率等工况参数自适应调整各气体信号的权重系数，结合浓度绝对值和浓度变化率进行多维度信息融合计算热失控风险综合评分，显著提高了预警的精准度和准确性有效减少了误报和漏报，同时还设计了热失控蔓延趋势预测功能，基于历史数据采用线性外推或指数增长模型预测气体浓度达到紧急阈值的剩余时间，提高应急响应的及时性；最后通过分级预警机制实现了从一级预警的信息记录、二级预警的功率调整和冷却增强、到紧急告警的断开高压和全方位安全措施的全过程覆盖，并通过通信总线与电池管理系统和整车控制器深度联动实现了快速响应和精准控制，提前抑制动力电池热失控，保障动力电池的安全性。

47、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。