用于热失控监测的电动汽车电池管理系统的制作方法

本发明涉及电动汽车电池管理与安全监测，具体为用于热失控监测的电动汽车电池管理系统。

背景技术：

1、随着电动汽车技术的不断发展，动力电池系统的热安全管理复杂性显著增加，导致多维度物理量综合监测和热异常识别的难度显著增加；

2、目前，一般通过电池管理系统采集单一传感器的绝对数值来评估电芯状态，利用设定的固定阈值进行安全预警，并记录每次异常触发的发生情况；然而，传统的单一物理量监测方法依赖固定基准和孤立信号，难以区分电池包正常充放电引起的整体升温与局部电芯异常升温；这些方法虽然能够提供基础的温度或电压状态信息，但通常准确性和可靠性较低，容易受到传感器噪声和工况波动的干扰导致误报，且单纯依靠绝对温度会导致异常发现滞后；

3、因此，如何及时且准确地发现动力电池的热失控风险并预测热传播演变，成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于热失控监测的电动汽车电池管理系统，避免因单一传感器噪声和工况波动导致误报与滞后，且更易区分整体升温与局部异常，从而及时准确发现热失控风险并预测热传播演变；本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

2、用于热失控监测的电动汽车电池管理系统，包括：数据采集模块，用于采集电芯温度、电芯电压、电池包电流、模组气体浓度、气体传感器湿度、气体传感器温度、冷却液温度及冷却液流量；

3、数据有效性判断模块，用于生成数据有效标志；

4、内阻基准与气体校正模块，用于确定内阻参考值并校正气体浓度；

5、监测参数计算模块，用于计算温升速率、温度离群量、内阻相对变化量及校正气体浓度；

6、状态判断模块，用于确定异常源候选电芯，并确定正常、异常预警、高危或传感失效状态；

7、热传播时间计算模块，用于根据状态判断模块确定的异常源候选电芯及与异常源候选电芯具有物理邻接关系的邻接电芯计算目标热传播剩余时间；

8、控制模块，包括采样通信控制模块、热管理控制模块和电气隔离控制模块，用于输出相应控制指令；

9、动作反馈与状态锁存模块，用于获取控制指令的执行反馈，并根据执行反馈维持或解除状态锁存。

10、作为优选，数据采集模块向数据有效性判断模块发送带有采样时刻和通道标识的原始数据；

11、数据有效性判断模块针对同一通道或同一电芯，将量程越界、开路、短路、与上一有效采样点的差值绝对值大于通道预设跳变阈值、相邻采样点变化率大于预设变化率阈值、时间戳不连续、通信校验错误或气体传感器未完成预热的数据标记为无效；

12、当电流阶跃幅值小于预设幅值、阶跃前后形成电流保持稳定的稳态时间窗且稳态时间窗小于预设时长，或稳态时间窗内电流变化率大于预设稳定度阈值时，将本次内阻计算所需的数据标记为无效；

13、在异常预警状态或高危状态下冻结气体零点基线。

14、作为优选，监测参数计算模块获取具有数据有效标志的有效温度样本，并对有效温度样本进行滤波处理得到有效滤波温度样本，选取覆盖0.5s至2s时间窗的3至7个有效滤波温度样本，按照采样时刻进行线性拟合，以拟合斜率作为温升速率；

15、针对任一电芯作为待评价电芯，从待评价电芯所在模组的其他电芯中排除已锁存为高危状态的电芯，以剩余有效电芯的有效滤波温度样本中位数作为参考温度，并将待评价电芯的有效滤波温度样本与参考温度之差作为温度离群量；

16、当剩余有效电芯数量少于模组电芯总数的50%且少于3个时，将温度离群量标记为无效。

17、作为优选，监测参数计算模块分别计算电流阶跃前、后的稳态时间窗内的平均电芯电压和平均电池包电流，并按照，确定内阻相对变化量；

18、其中，为稳态时间窗内的平均电芯电压的差值，为稳态时间窗内的平均电池包电流的差值，根据荷电状态、健康状态和电芯温度通过标定表查表或分段线性插值获得；

19、按照确定校正气体浓度，其中，为原始换算气体浓度，为气体零点基线，为在气体传感器标定湿度范围和标定温度范围内通过查表或分段线性插值得到的湿度校正系数，为在气体传感器标定湿度范围和标定温度范围内通过查表或分段线性插值得到的温度校正系数。

20、作为优选，状态判断模块将预先选定的一种或多种热失控特征气体作为目标热失控特征气体，目标热失控特征气体包括一氧化碳、二氧化碳、氢气或烃类气体中的至少一种，并依据目标热失控特征气体的种类及浓度单位从对应的气体标定阈值表中确定气体阈值；

21、在温升速率不低于0.5℃/s且温度离群量不低于5℃时，确定存在强热异常证据；

22、在温升速率不低于0.2℃/s或温度离群量不低于3℃时，确定存在弱热异常证据；

23、在内阻相对变化量不大于−20%且有效滤波温度样本不低于45℃时，确定存在内阻异常证据；

24、在目标热失控特征气体的校正气体浓度不低于对应气体阈值时，确定存在模组气体异常证据。

25、作为优选，数据采集模块还采集模组压力和泄压开关状态；

26、状态判断模块从热管理控制模块获取目标冷却液流量，并获取实测冷却液流量；状态判断模块在满足以下任一条件时确定为异常预警状态：弱热异常证据持续至少0.5s；

27、弱热异常证据与内阻异常证据的首次出现时刻之差不大于预设关联时间，预设关联时间为1s至3s范围内的某一固定值；

28、模组气体异常证据与温升速率不低于0.1℃/s或有效滤波温度样本不低于40℃的条件同时出现；

29、同一模组内至少两个具有直接物理邻接关系的电芯的温度离群量在1s至10s的趋势时间窗内的拟合斜率均大于0.1℃/s；

30、或者实测冷却液流量低于目标冷却液流量的80%，且监测参数计算模块根据同一模组内有效滤波温度样本计算得到的模组平均有效滤波温度样本在连续1s内的拟合斜率大于零；

31、在满足以下任一条件时确定为高危状态：强热异常证据连续取得至少两个有效滤波温度样本；

32、内阻异常证据与弱热异常证据的首次出现时刻之差不大于预设关联时间；

33、有效滤波温度样本达到紧急温度阈值；模组压力变化率不低于预设压力变化率阈值；泄压开关动作；或者目标热传播剩余时间低于紧急时间阈值；

34、当关键温度、内阻、气体、压力或通信数据不满足有效性条件时，状态判断模块将相应特征标记为无效，并依据无效传感器数量及其所在区域确定是否进入传感失效状态；

35、高危状态优先于传感失效状态，传感失效状态优先于异常预警状态，未满足上述条件时确定为正常状态。

36、作为优选，状态判断模块将满足强热异常证据或弱热异常证据的电芯确定为异常源候选电芯，并根据预存的物理邻接表及各物理邻接电芯之间的热耦合系数，结合异常源候选电芯与物理邻接电芯的有效滤波温度样本之差及邻接电芯的温升速率，确定各物理邻接电芯的热传播剩余时间；其中，当物理邻接电芯的温升速率小于零时按零处理，当异常源候选电芯的有效滤波温度样本不高于物理邻接电芯的有效滤波温度样本时，有效滤波温度样本之差按零处理；

37、热传播时间计算模块将各物理邻接电芯的热传播剩余时间中的最小值确定为目标热传播剩余时间。

38、作为优选，采样通信控制模块按照电芯状态为正常状态电芯的温度和电压分配0.5hz至1hz的采样频率，为异常预警状态电芯分配2hz至5hz的采样频率，为高危状态电芯及高危状态电芯的一阶物理邻接电芯分配10hz至20hz的采样频率，其中一阶物理邻接电芯为在物理邻接表中与处于高危状态的电芯图距离为1的电芯；

39、图距离大于或等于2的电芯为远邻接电芯；

40、通信容量不足时，优先降低正常状态电芯的上报频率，再降低与高危状态电芯对应的远邻接电芯中，处于异常预警状态电芯的上报频率，同时保持高危状态电芯及目标热传播剩余时间最短的邻接电芯的采样频率不低于10hz；

41、在数据采集模块由切换前的第一采样周期切换至切换后的第二采样周期的切换间隔内，保存最后一个有效滤波温度样本、对应采样时刻和温升速率，并按照计算预测温度，其中，为最后一个有效滤波温度样本，为最后一个有效滤波温度样本对应的采样时刻，为温升速率，为当前预测时刻；预测温度不用于解除异常预警状态或高危状态。

42、作为优选，热管理控制模块与冷却泵及冷却支路切换阀的控制端连接，在异常预警状态下使冷却泵以额定转速的20%至40%运行，在高危状态下使冷却泵以额定转速的80%至100%运行，并将冷却液切换至高危状态电芯所在模组对应的冷却支路；

43、电气隔离控制模块停止高危状态电芯及高危状态电芯所在模组内电芯的均衡操作，向整车控制器发送降低电流请求并停止充电，当高危状态电芯位于可独立隔离支路时优先断开对应支路接触器，否则在电池包电流不高于接触器允许分断电流时断开主接触器；

44、动作反馈与状态锁存模块在冷却控制指令发出后的1s至5s动作反馈验证时间内，检测到实测冷却液流量低于目标冷却液流量的80%、接触器辅助触点未发生对应变化或母线电流未下降至预设安全电流以下时，维持高危状态，并触发电气隔离、扩大至高危状态电芯所在模组的高频采样范围或发出停车警告；

45、高危状态仅在接收到整车控制器在完成下电且确认母线电流低于预设安全电流、绝缘电阻不低于绝缘阈值的条件下发送的授权复位指令，并且全部有效电芯温度低于35℃至45℃的恢复温度、校正气体浓度低于对应气体阈值的50%后解除状态锁存。

46、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

47、1.本发明通过采集多维度数据并利用有效电芯的温度中位数计算温度离群量与温升速率，系统能够精准区分正常充放电引起的整体升温与局部电芯异常发热，克服了传统方案单纯依赖绝对温度造成的异常发现严重滞后问题；

48、2.本发明通过将温度、内阻相对变化和校正气体浓度结合，形成分层级的多维异常证据链进行综合研判，有效避免了单一传感器波动引起的误报警，提高了系统可靠性；

49、3.本发明基于真实的物理邻接关系、当前温差及热耦合系数，系统能够动态估算周边邻接电芯的热传播剩余时间并锁定最紧迫目标；该机制将空间维度的热扩散风险转化为时间指标，实现对热传播演变的预测。