一种动力电池包内湿度检测方法及系统与流程

1.本发明属于电动汽车动力电池技术领域，具体涉及一种动力电池包内湿度检测方法及系统。


背景技术：

2.电动汽车动力电池由于其自身的设计状况，湿度过高或过低都会影响电池性能的发挥，造成安全问题。动力电池的普遍最佳工作温度是在20-40℃，伴随着电池内部环境的变化，动力电池的充放电过程中，会产生热量，导致内部温度的升高。同时，由于电池周边环境的变化，如停止或者周边温度过低，电池内部温度还会不规律的降低。在这种冷热交替的条件下，可能在电池内部产生水汽凝露，水汽凝露发生在电池内部不同位置会产生不同的影响。如果发生在相关电阻元器件上，如关键电阻铜排导线等，会极大的导致绝缘电阻变化，进而会导致热堆积，热堆积到一定程度会导致热失控，进而形成热扩散，甚至产生燃烧爆炸等事故。因此，电池内部湿度变化对电池安全性能造成极大的安全隐患。
3.为了更好的解决电池内部的除湿，需要先对电池内部湿度进行有效的监控。现有技术公开了一种燃料电池系统供应空气的湿度测量方法及系统，方法包括：采集目标测试点的空气温度和空气压力，目标测试点设置在增湿器向燃料电池堆输送空气的通道中；利用目标测试点的空气温度和空气压力，确定目标测试点的空气相对湿度；将目标测试点的空气相对湿度作为燃料电池堆的进口空气湿度。测量方法是通过测试空气温度和空气压力来间接测试氛围内湿度。但是，其对动力电池内部湿度变化检测并不适用。传统的湿度探测大多采用电学模式进行探测，需要专业的测试仪器，检测过程繁琐，也不便于监控。还可以利用化学反应，改变检测材料相关化学性质，进而通过检测化学性质变化得到湿度变化，但会导致检测材料的不可逆老化和有限的寿命。
4.湿致变色材料的发展，为湿度探测提供了一种新的思路，可以通过裸眼观察来判断环境湿度的变化，如能将其应用于动力电池包内湿度检测是一种新的尝试，具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于提供一种动力电池包内湿度检测方法，还提供一种应用上述检测方法的动力电池包内湿度检测系统，以解决利用湿度变色材质吸光度随湿度增加变化特性，测试吸光度来检测湿度变化的问题。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.一种动力电池包内湿度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.a、利用湿度变色材料的吸光度随湿度增加变化特性，通过监测吸光度，利用吸光度与湿度的线性关系，建立吸光度与检测湿度下湿度变色材料的映射电流值的映射关系，拟合成经验对标曲线，数据转化并存储；
9.b、通过对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，即可得出对应的变
色材料的湿度，同时判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先的设置的阈值电流，当达到阈值电流时，给整车控制系统的控制单元模块发出信号，提醒控制单元模块进行下一步动作。
10.进一步地，步骤a，具体包括以下步骤：
11.a1、通过湿度检测模块测试出不同湿度下湿度变色材料的映射电流值，进而得出大量基础数据；
12.a2、通过最小二乘法，将湿度变色材料的湿度和映射电流值，经过线性回归变化，blu特性验证分析，拟合成经验对标曲线。
13.a3、经验对标曲线通过数据转化，存储在存储模块中，存储模块可以是常规存储设备，还可以是云存储设备。
14.更进一步地，步骤a1，所述湿度变色材料包括但不限于nii2、nii2/(ch3)4ni。
15.进一步地，步骤b，具体包括以下步骤：
16.b1、信号分析模块通过映射电流值在存储模块中的拟合经验对标曲线上的位置，即可得出对应的变色材料的湿度；材料的湿度也即环境的湿度；这种湿度变色材料具有化学结构稳定性。
17.b2、湿度分析模块将信号分析模块反馈的湿度值，与预先设定的n级湿度阈值电流比较，如果达到对应湿度阈值电流，则给信号传输模块发对应指令。
18.b3、信号传输模块收到指令后，采用无线传输信号，传输数据信息给上级管理系统，如收到达到最高湿度阈值电流的指令，则发出数据预警信号给整车控制系统的控制单元模块发出信号，提醒控制单元模块进行下一步动作。
19.更进一步地，步骤b3，所述无线传输信号，包括但不限于蓝牙、wifi、zigbee信号。
20.一种动力电池包内湿度检测系统，包括湿度检测模块、湿度分析模块和湿度信号传输模块；
21.所述湿度检测模块，主要由光源模块、湿度变色材料、材料采样盒、光电转化模块以及无线传输模块组成，用于湿度对应的光度参数获取，；所述光源模块发出的光经过湿度变色材料改变自身的吸光度，通过光电转换模块转换成电数据信号后，由无线传输模块无线传输给分析模块分析；
22.所述湿度分析模块，包括数据存储模块、数据比对模块，用于湿度对应的吸光度变化值与预设最高湿度对应阈值电流比对判断；
23.所述湿度信号传输模块，包括信号传输模块、数据预警模块，与整车控制系统相连，用于最高湿度阈值电流信号输出。
24.进一步地，还包括容纳湿度变色材料的材料采样盒。
25.进一步地，所述光源模块、湿度变色材料、材料采样盒、光电转化模块以及无线传输模块均位于电池包内部。
26.进一步地，所述湿度分析模块通过数据比对模块对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，得出对应的变色材料的湿度，同时判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先的设置的阈值电流。
27.进一步地，所述湿度信号传输模块光电转换模块输出的电流在达到阈值电流时，能够给整车控制系统的控制单元模块发出信号，提醒控制单元模块进行下一步动作。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1、本发明利用湿度变色材质的吸光度随湿度增加变化特性；通过监测吸光度，利用吸光度与湿度的一次方程线性关系，进而通过其他手段测试湿度的变化，由于二者的强相关性，明显提高了湿度测试的准确性；
30.2、检测方法精度高，同时检测设备体积小，便于检测，适用于紧凑空间；这种方法相比目前其他湿度测试的方法，具有精度高，体积小，便于监测等优点；
31.3、可以有效测试湿度，尤其适合湿度有限环境的具体湿度测试，置信精度高，空间利用率高；
32.4、可以最大程度实现对电池或者其他密闭空间内的湿度的简化测量分析。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
34.图1为电池包内湿度检测装置图；
35.图2为湿度检测模块工作步骤示意图；
36.图3为湿度分析模块工作步骤示意图；
37.图4为湿度信号传输模块工作步骤示意图。
具体实施方式
38.下面结合实施例对本发明作进一步说明：
39.如图1所示，本发明动力电池包内湿度检测方法，包括以下步骤：
40.1、利用湿度变色材料的吸光度随湿度增加变化特性，通过监测吸光度，利用吸光度与湿度的一次方程线性关系，建立吸光度与检测湿度下湿度变色材料映射电流值的映射关系，拟合成经验对标曲线，数据转化并存储。
41.其中，吸光度与湿度的一次方程线性关系为：
42.a＝lg(1/t)＝χc，其中，a为吸光度，t为透光度，χ为经验转换常数，c为湿度。
43.具体包括以下步骤：
44.s1、通过湿度检测模块测试出不同湿度下湿度变色材料的映射电流值，进而得出大量基础数据；所述湿度变色材料包括但不限于nii2、nii2/(ch3)4ni等。
45.s2、通过最小二乘法，将湿度变色材料的湿度和映射电流值，经过线性回归变化，blu特性验证分析，拟合成经验对标曲线。
46.推导过程如下：
47.假设映射线性关系如下：
[0048][0049]
将通过实验积累的大量映射数据，在整体的优化方案中，最小化每个方程结果的残差平方和，即最小二乘法(least squares)。
[0050]
其目标函数为：
[0051][0052]
公示表述如下：
[0053]
采用普通最小二乘法，即求得一个使得全局残差平方和最小的参数。
[0054]
普通最小二乘法要求残差满足gauss-markov假设，即
[0055]
e(β0)＝0
[0056]
cov(β0)＝σ2i
[0057]
cov(β0，x)＝0
[0058]
通过上述计算，确定相关参数，拟合成经验对标曲线。
[0059]
s3、经验对标曲线通过数据转化，存储在存储模块中。存储模块可以是常规存储设备；存储模块还可以是云存储设备。
[0060]
2、通过对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，即可得出对应的变色材料的湿度，同时判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先的设置的阈值电流(该阈值电流，通过前期电池控制领域根据实际情况确定)，当达到阈值电流时，给控制单元模块发出信号，提醒控制单元模块进行下一步动作，具体包括以下步骤：
[0061]
s4、信号分析模块通过映射电流值在存储模块中的拟合经验对标曲线上的位置，即可得出对应的变色材料的湿度；材料的湿度也即环境的湿度；这种湿度变色材料具有化学结构稳定性。
[0062]
s5、湿度分析模块将信号分析模块反馈的湿度值，与预先设定的n级湿度阈值电流比较，如果达到对应湿度阈值电流，则给信号传输模块发对应指令。
[0063]
s6、信号传输模块收到指令后，采用无线传输信号，传输数据信息给上级管理系统，如收到达到最高湿度阈值电流的指令，则由电池控制系统发出数据预警信号给整车控制系统，整车段根据具体情况进行下一步分析处置。所述无线传输信号，包括但不限于蓝牙、wifi、zigbee信号。
[0064]
本发明动力电池包内湿度检测方法，最大程度实现对电池或者其他密闭空间内的湿度的简化测量分析。其利用湿度变色材质的吸光度随湿度增加变化特性，进而通过测试吸光度来检测湿度变化，来检测电池内部湿度的变化。检测方法精度高，同时检测设备体积小，便于检测，适用于紧凑空间。
[0065]
如图4所示，本发明动力电池包内湿度检测系统，包括湿度检测模块、湿度分析模块和湿度信号传输模块。
[0066]
所述湿度检测模块，用于湿度对应的光度参数获取，主要由光源模块、湿度变色材料、光电转化模块以及无线传输模块组成，还包括容纳湿度变色材料的材料采样盒。所述光源模块、湿度变色材料、光电转化模块和无线传输模块均位于电池包内部；光源模块发出的光经过湿度变色材料改变自身的吸光度，通过光电转换模块转换成电数据信号后，由无线传输模块无线传输给湿度分析模块分析。
[0067]
所述湿度变色材料，包括但不限于于nii2、nii2/(ch3)4ni，吸收环境中的水分达到湿度平衡后，改变自身的吸光度。
[0068]
所述湿度变色材料，其材料分子具有吸收水分子后，改变吸光度的特性；这种湿度
变色材料的吸光度变化是由于材料吸收水分子后导致的，是一种物理变化，不属于化学结构变化，吸湿后，材料湿度和环境湿度最终达成湿度平衡态。
[0069]
所述湿度分析模块，用于湿度对应的光度变化值与预设光度湿度比对判断，包括数据存储模块、数据比对模块。
[0070]
所述湿度分析模块通过数据比对模块对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，即可得出对应的变色材料的湿度，同时判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先的设置的阈值电流。
[0071]
所述湿度信号传输模块用于对应阈值电流判断输出，包括，信号传输模块、数据预警模块。当达到最高湿度对应阈值电流时，通过湿度信号传输模块给整车控制系统的控制单元模块发出信号，提醒控制单元模块进行下一步动作。
[0072]
本发明动力电池包内湿度检测系统，能够有效的监控电池内部的湿度变化，进而实现最大程度的对电池单体热失控、燃烧起火的抑制作用。
[0073]
实施例1
[0074]
称取若干质量碘化镍(nii2)，置于测试红旗ev动力电池中，一部分碘化镍(nii2)随着湿度变化，其吸光度变化。通过光电转换模块转换成电数据信号后，通过光电转换模块转换成电数据信号后，无线传输给湿度分析模块分析。湿度分析模块通过对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，即可得出对应的变色材料的湿度。同时，判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先设置的阈值电流，即红旗ev动力电池内环境经验预警湿度对应的阈值电流，达到阈值电流通过信号传输模块报警。
[0075]
实施例2
[0076]
称取若干质量nii2/(ch3)4ni中，置于测试hev动力电池中，一部分nii2/(ch3)4ni随着湿度变化，其吸光度变化。通过光电转换模块转换成电数据信号后，通过光电转换模块转换成电数据信号后，无线传输给湿度分析模块分析。湿度分析模块通过对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，即可得出对应的变色材料的湿度。同时，判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先设置的阈值电流，即hev动力电池内环境经验预警湿度对应的阈值电流，达到阈值电流通过信号传输模块报警。
[0077]
实施例3
[0078]
称取若干质量ch3nh3pbbr3中，置于测试(phev动力电池)中，一部分ch3nh3pbbr3随着湿度变化，其吸光度变化。通过光电转换模块转换成电数据信号后，通过光电转换模块转换成电数据信号后，无线传输给分析模块分析。分析模块通过对比吸光度和存储设备中的拟合经验对标曲线和位置，即可得出对应的变色材料的湿度。同时，判断光电转换模块输出的电流是否达到参比数据存储模块中预先设置的阈值电流，即phev动力电池内环境经验预警湿度对应的阈值电流，达到阈值电流通过信号传输模块报警。
[0079]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。