基于数据分析的车用锂电池火灾监测预警系统的制作方法

本发明涉及车用锂电池火灾监测，尤其涉及基于数据分析的车用锂电池火灾监测预警系统。

背景技术：

1、目前主流的锂离子动力电池因其长寿命、耐宽温、高可靠、多功能等优点逐渐获得市场青睐；而在锂电池动力汽车的推广和应用中，锂电池热失控及火灾安全问题受到广泛关注，由于锂电池自身具备高活性化学成分及高能量密度等特点，受到电、热、机械等滥用方式触发，极易诱发电池热失控及火灾，一旦预警报警不及时，对人员生命安全和周边车辆构成严重威胁；

2、目前在新能源电池箱领域，多采用合金材质的金属电池箱，大量单体电池集中放置在密闭的金属电池箱里使用，但是，在现有技术中，无法对锂电池进行安全监管和及时预警，使得锂电池在使用过程中热失控危险程度大大增加，进而降低锂电池的管理效率和起火风险，且无法根据锂电池预警情况进行合理的抑制匹配管理，进而造成锂电池火灾扩散，进而造成不必要的经济损失；

3、针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于数据分析的车用锂电池火灾监测预警系统，去解决上述提出的技术缺陷，本发明通过从内部和外部以及结合历史潜在损伤的角度对锂电池进行监管分析，以提高锂电池的管理效率和预警及时性，通过对遗留阻碍数据进行电池损伤监管反馈操作，以了解锂电池潜在损伤情况，以便为后续锂电池监管提供数据分析，提高数据分析的全面性，且对状态风险数据进行状态风险评估反馈分析，以判断锂电池热失控风险是否过高，以保证锂电池的安全性，同时根据信息反馈情况对锂电池及时的做出合理、有针对性的处理，以降低锂电池热失控风险。

2、优选的，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于数据分析的车用锂电池火灾监测预警系统，包括安全监管平台、数据调取单元、扩散干扰单元、持续干扰单元、起火监管评估单元、抑制管控单元以及执行响应单元；

3、当安全监管平台生成运管指令时，将运管指令发送至数据调取单元和扩散干扰单元，数据调取单元在接收到运管指令后，立即调取车用锂电池的遗留阻碍数据和状态风险数据，遗留阻碍数据包括过充风险值、管理风险值以及损伤倍率值，状态风险数据包括告警风险值、电阻浮动值以及沉积风险率，将遗留阻碍数据和状态风险数据分别发送至持续干扰单元和起火监管评估单元，持续干扰单元在接收到遗留阻碍数据后，立即对遗留阻碍数据进行电池损伤监管反馈操作，将得到的电池受损评估系数q发送至起火监管评估单元；

4、起火监管评估单元在接收到电池受损评估系数和状态风险数据后，立即对状态风险数据进行状态风险评估反馈分析，将得到的告警信号发送至执行响应单元和抑制管控单元；

5、扩散干扰单元在接收到运管指令后，立即采集锂电池的预警风险数据，预警风险数据包括传输风险值和预警优化值，并对预警风险数据进行预警影响监管分析，将得到的稳定信号和波动信号发送至执行响应单元；

6、抑制管控单元在接收到告警信号后，立即采集锂电池的扩散风险数据，扩散风险数据包括烟雾浓度特征曲线和环境温度特征曲线，并对扩散风险数据进行风险扩散管理匹配分析，将得到的低级响应信号和高级响应信号发送至执行响应单元；

7、优选的，所述持续干扰单元的电池损伤监管反馈操作过程如下：

8、s1：设置监测周期，并将其设定为时间阈值，获取到时间阈值内车用锂电池的历史过充次数与过充持续总时长经数据归一化处理后得到的积值，将其设定为过充风险值，同时获取到历史单次过充持续时长内车用锂电池的最大温度值超出预设温度值阈值的部分，并将其设定为过充损伤值，获取到时间阈值内过充损伤值的总和，将过充损伤值的总和与过充风险值经数据归一化处理后得到的积值设定为热失控潜在值；

9、s2：获取到时间阈值内车用锂电池的历史亏电次数与亏电间隔时长均值经数据归一化处理后得到的比值，并将其设定为管理风险值，同时获取到时间阈值内车用锂电池的单次亏电次数所对应的亏电持续时长，构建亏电持续时长所对应的集合a，获取到集合a的和值，将集合a的和值与管理风险值经数据归一化处理后得到的积值设定为损伤倍率值，将热失控潜在值和损伤倍率值分别标号为rk和sb；

10、s3：根据公式得到电池受损评估系数，其中，a1和a2分别为热失控潜在值和损伤倍率值的预设比例因子系数，a3为预设修正因子系数，a1、a2以及a3均大于零，q为电池受损评估系数。

11、优选的，所述起火监管评估单元的状态风险评估反馈分析过程如下：

12、t1：将锂电池内部区域划分为i个子区域块，i为大于零的自然数，获取到时间阈值内锂电池内部各个子区域块内的压力值和最大温度值，将各个子区域块内的压力值和最大温度值经数据归一化处理后得到的积值设定为告警风险值，将告警风险值与存储的预设告警风险值阈值进行比对分析，将告警风险值大于预设告警风险值阈值所对应的子区域块个数设定为失控风险值；

13、t2：获取到时间阈值内锂电池内部各个子区域块内的电阻值，获取到电阻值的最大值和最小值，将电阻值的最大值和最小值之间的差值设定为电阻浮动值，同时获取到时间阈值内锂电池正极部位的容量值，将容量值与预设容量值阈值进行比对分析，将容量值大于预设容量值阈值的部分设定为沉积风险率，将电阻浮动值与沉积风险率经数据归一化处理后得到的积值设定为堆积风险值，将失控风险值和堆积风险值分别标号为sk和dj；

14、t3：根据公式得到风险响应评估系数，其中，f1、f2、f3以及f4分别为失控风险值、堆积风险值、电池受损评估系数以及外部干扰系数的预设权重因子系数，f1、f2、f3以及f4均大于零，r为风险响应评估系数，p为外部干扰系数，将风险响应评估系数r与其内部录入存储的预设风险响应评估系数阈值进行比对分析：

15、若风险响应评估系数r与预设风险响应评估系数阈值之间的比值小于1，则不生成任何信号；

16、若风险响应评估系数r与预设风险响应评估系数阈值之间的比值大于等于1，则生成告警信号。

17、优选的，所述外部干扰系数p的分析过程如下：

18、将锂电池外表面划分为g个子区域块，g为大于零的自然数，获取到时间阈值内各个子区域内的粉尘堆积值，粉尘堆积值表示粉尘颗粒体积超出预设阈值所对应粉尘颗粒的占用面积，进而获取到粉尘堆积值的总和，并将其设定为热积供应值，将热积供应值与预设热积供应值阈值进行比对分析，将热积供应值大于预设热积供应值阈值的部分设定为外部干扰系数p。

19、优选的，所述扩散干扰单元的预警影响监管分析过程如下：

20、ss1：获取到时间阈值内锂电池网络的传输风险值，传输风险值表示数据读写速率变动值超出预设阈值的部分，再与数据传输延误率经数据归一化处理后得到的积值，数据读写速率变动值表示数据读写速率最大值与数据读写速率最小值之间的差值，数据传输延误率表示数据采集时刻到数据分析结束时刻之间的时长超出预设阈值的部分与预设阈值之间的比值；

21、ss2：获取到时间阈值内锂电池的提前预警率与延误预警率之间的比值，并将设定为预警优化值，提前预警率表示预警时刻到分析起点之间的时长大于预设阈值所对应次数的占比率，延误预警率表示预警时刻到分析起点之间的时长小于预设阈值所对应次数的占比率；

22、ss3：将传输风险值和预警优化值与其内部录入存储的预设传输风险值阈值和预设预警优化值阈值进行比对分析：

23、若传输风险值小于预设传输风险值阈值，且预警优化值小于预设预警优化值阈值，则生成稳定信号；

24、若传输风险值大于等于预设传输风险值阈值，或预警优化值大于等于预设预警优化值阈值，则生成波动信号。

25、优选的，所述抑制管控单元的风险扩散管理匹配分析过程如下：

26、以锂电池为圆心，d1为半径，将围绕锂电池进行画圆得到的区域设定为监测区域，获取到时间阈值内监测区域内的烟雾浓度特征曲线和环境温度特征曲线，获取到烟雾浓度特征曲线的起点时刻，并将其设定为分析起点，从分析起点开始每个t时长采集一次烟雾浓度值，t为大于零的自然数，获取到相连烟雾浓度值之间的差值，并将其设定为增幅值，进而获取到增幅值的均值，并将增幅值的均值设定为烟雾聚集率，获取到环境温度特征曲线与预设环境温度特征曲线首次相交所形成的锐角度数，并将其设定为过温趋势值；

27、将烟雾聚集率和过温趋势值与其内部录入存储的预设烟雾聚集率阈值和预设过温趋势值阈值进行比对分析：

28、若烟雾聚集率小于预设烟雾聚集率阈值，且过温趋势值小于预设过温趋势值阈值，则生成低级响应信号；

29、若烟雾聚集率大于等于预设烟雾聚集率阈值，或过温趋势值大于等于预设过温趋势值阈值，则生成高级响应信号。

30、优选的，所述执行响应单元在接收到告警信号后，立即做出告警信号所对应的设定预警操作；

31、当执行响应单元在接收到稳定信号的前提下，则做出低级响应信号和高级响应信号所对应的设定锂电池抑制操作；

32、当执行响应单元在接收到波动信号的前提下，做出高级响应信号所对应的设定锂电池抑制操作。

33、本发明的有益效果如下：

34、(1)本发明通过从内部和外部以及结合历史潜在损伤的角度对锂电池进行监管分析，以提高锂电池的管理效率和预警及时性，通过对遗留阻碍数据进行电池损伤监管反馈操作，以了解锂电池潜在损伤情况，以便为后续锂电池监管提供数据分析，提高数据分析的全面性，且对状态风险数据进行状态风险评估反馈分析，以判断锂电池热失控风险是否过高，以保证锂电池的安全性，同时根据信息反馈情况对锂电池及时地做出合理、有针对性的处理，以降低锂电池热失控风险；

35、(2)通过深入式的方式对预警风险数据进行预警影响监管分析，以了解延误对锂电池风险扩散影响情况，以便合理地调整预警等级，以提高锂电池的预警及时性，同时提高管理匹配精度，而对扩散风险数据进行风险扩散管理匹配分析，以判断锂电池风险扩散等级，以便根据信息反馈情况进行合理的锂电池抑制匹配管理，同时降低因延误对锂电池起火抑制管理的影响，以提高锂电池的管理效率，进而降低锂电池火灾影响扩散风险，避免造成不必要的经济损失。