一種電動汽車動力電池碰撞防護方法與流程
2023-10-09 23:15:04
本發明涉及一種電動汽車動力電池碰撞防護方法。
背景技術：
近年來，隨著我國城鎮居民消費水平的提高，轎車可謂是走進了千家萬戶，我國的汽車行業因此蓬勃發展。但在汽車行業高速發展的背後，卻隱藏著汽車排放所引起的環境汙染問題，在這一背景下，國家通過經濟手段、行政手段對汽車市場進行宏觀調控，引導和鼓勵發展節能環保型汽車，電動環保汽車因此迎來了發展的春天。推動電動汽車的發展已經得到了國家政策的大力支持，在各項優惠政策不斷出臺的形勢下，電動汽車勢必有著廣闊的市場前景。
電動汽車的碰撞安全問題，特別是高壓電部件如動力電池組、pcu(電機控制器)、dcdc(直流轉換器)以及高壓電線部分在碰撞中的電安全性風險，一直是阻礙電動汽車發展的主要問題。電動汽車相比於傳統汽車在碰撞中的特殊性體現在兩方面，一是高能量、大質量的動力電池在碰撞中受到擠壓損傷時可能會引起起火、爆炸；二是高電壓的電驅動系統碰撞後可能會與乘員發生直接或間接接觸從而引發電擊傷害。
由於大多數電動汽車是由內燃機原型車改裝而來，其高壓電部件往往通過螺栓連接在固定支架上，所以車輛碰撞時產生的過大衝擊載荷會引起連接螺栓的強度失效，從而導致高壓電部件脫離連接。另外，碰撞中固定支架的強度不足也會使高壓電部件相對於連接位置產生較大位移。
高壓電部件在碰撞中可能會受到其它部件的擠壓，使其外殼發生嚴重變形，進而造成對部件內部的侵入，破壞其完整性。高壓電部件內部電路結構複雜，工作電壓較高，外部侵入可能造成內部短路風險。在碰撞過程中，當車身部件受到巨大衝擊時，會造成動力電池內部結構的破壞，以至發生內部短路甚至起火爆炸的危險。因此，電動汽車的碰撞電安全性越來越受到關注。
技術實現要素：
本發明設計開發了一種電動汽車動力電池碰撞防護方法，在發生碰撞時根據不同碰撞力和動力電池升溫情況對動力電池進行冷卻，防止動力電池發生短路起火。
本發明提供的技術方案為：
一種電動汽車動力電池碰撞防護方法，包括如下步驟：
步驟一、使用安裝在車輛上的碰撞傳感器實時採集減速度a的大小，使用安裝在動力電池上的溫度傳感器實時檢測動力電池表面的溫度t，並實時計算動力電池的升溫速率
步驟二、當滿足時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度α＝1；
當滿足時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且a≥30時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且a＜30時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足時，液氮儲存罐出口端閥門開度α＝0。
優選的是，還包括：
步驟三、使用放電電路對動力電池進行放電。
優選的是，所述放電電路包括放電電阻，通過將動力電池與放電電阻導通，使放電電阻產生熱量，將動力電池的電量消耗掉。
優選的是，通過放電電路進行放電至動力電池動力電壓為0v。
優選的是，在動力電池每個表面上布置多個溫度傳感器，並取多個溫度傳感器測量平均值作為電池表面的溫度t。
優選的是，所述溫度傳感器為貼片式溫度傳感器。
一種電動汽車動力電池碰撞防護方法，包括如下步驟：
步驟一、按照採樣周期，通過碰撞傳感器採集減速度a的大小、通過溫度傳感器採集動力電池表面的升溫速率
步驟二、依次將a、進行規格化，確定三層bp神經網絡的輸入層向量x＝{x1,x2}，其中x1為減速度係數、x2為升溫係數；
步驟三、所述輸入層向量映射到中間層，所述中間層向量y＝{y1,y2,…,ym}；m為中間層節點個數；
步驟四、得到輸出層向量o＝{o1}；o1為用於對動力電池冷卻的液氮儲存罐出口端閥門開度。
步驟五、控制液氮儲存罐出口端閥門開度α＝o1。
優選的是，所述中間層節點個數m滿足：其中n為輸入層節點個數，p為輸出層節點個數。
優選的是，步驟二中，將a進行規格化的公式為：
amax和amin分別為測量值中的最大值和最小值。
優選的是，步驟二中，將進行規格化的公式為：
和分別為測量值中的最大值和最小值。
本發明的有益效果為：本發明提供的電動汽車動力電池碰撞防護方法，能夠在發生碰撞時，及時對動力電池進行冷卻，避免動力電池發生短路起火等安全隱患，保證了車輛和人員的安全。同時，能夠根據不同的碰撞強度和動力電池升溫速率，調節不同的閥門開度，防止過度的冷卻對動力電池造成不可逆的損害。
具體實施方式
下面對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
本發明提供了一種電動汽車動力電池碰撞防護方法，用於當電動汽車發生碰撞時，對動力電池進行冷卻，防止因動力電池因衝擊、碰撞造成損壞，進而發生短路、起火等危害，防止對汽車本身以及車內人員造成傷害。
在汽車上安裝有碰撞傳感器，根據碰撞傳感器採集的碰撞信號，能夠分析判斷出汽車是否發生碰撞以及碰撞的程度。所述碰撞傳感器採集汽車的減速度信號，根據減速度數值判斷汽車是否發生碰撞。通過所述碰撞傳感器能夠實時採集減速度a的大小，a始終為非負數。
在汽車動力電池上設置有溫度傳感器，實時檢測動力電池表面的溫度t，並根據動力電池表面的溫度計算動力電池的升溫速率即單位時間內溫度升高的值，其單位為℃/s。
作為一種優選的，在動力電池的每個面上設置有5個溫度傳感器，這5個溫度傳感器分別布置在四個邊角處和中心處。將所有的溫度傳感器的實時測量值取平均，作為動力電池表面的溫度t。所述溫度傳感器為貼片式溫度傳感器。
所述動力電池放置在電池箱內，電池箱與液氮儲存罐通過電控閥門連接，所述電控閥門能夠設定在不同的開度上。當閥門打開時，液氮經流出，在大氣中液氮氣化吸熱，將動力電池表面的熱量帶走，從而降低動力的溫度。通過改變閥門的開度α，能夠調節液氮流出的流量，也就能夠調節製冷量。
本發明提供的電動汽車動力電池碰撞防護方法，其具體步驟如下：
步驟一、使用安裝在車輛上的碰撞傳感器實時採集減速度a的大小，使用安裝在動力電池上的溫度傳感器實時檢測動力電池表面的溫度t，並實時計算動力電池的升溫速率
步驟二、當滿足時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度α＝1；
當滿足且時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且a≥40時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且且a≥30時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且a＜30時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且30≤a＜40時，使用液氮對動力電池進行冷卻，並使液氮儲存罐出口端閥門開度
當滿足且a＜30時，液氮儲存罐出口端閥門開度α＝0；
步驟三、當滿足時，使用放電電路對動力電池進行放電。
作為一種優選的，所述放電電路包括放電電阻，通過將動力電池與放電電阻導通，使放電電阻產生熱量，將動力電池的電量消耗掉，通過放電電路進行放電至動力電池動力電壓為0v。
本發明還提供了一種基於bp神經網絡的電動汽車動力電池碰撞防護方法，具體步驟如下：
步驟一：建立bp神經網絡模型。
本發明採用的bp網絡體系結構由三層組成。
第一層為輸入層，共2個節點，對應了表示減速度a和升溫速率兩個檢測信號；
第二層為隱層，共m個節點，由網絡的訓練過程以自適應的方式確定。
第三層為輸出層，共1個節點。
該網絡的數學模型為：
輸入向量：x＝(x1,x2)t
中間層向量：y＝(y1,y2,...,ym)t
輸出向量：o＝(o1)
本發明中，輸入層節點數為n＝2，輸出層節點數為p＝1。隱藏層節點數m由下式估算得出：
輸入信號6個參數分別表示為：x1為減速度係數、x2為升溫係數。
由於傳感器獲取的數據屬於不同的物理量，其量綱各不相同。因此，在數據輸入人工神經網絡之前，需要將數據規格化為0-1之間的數。
規格化的公式為：
amax和amin分別為測量值中的最大值和最小值。
和分別為測量值中的最大值和最小值。
輸出信號o1表示為用於對動力電池冷卻的液氮儲存罐出口端閥門開度。
步驟二、進行bp神經網絡的訓練。
建立好bp神經網絡節點模型後，即可進行bp神經網絡的訓練。根據產品的歷史經驗數據獲取訓練的樣本，並給定輸入節點i和隱含層節點j之間的連接權值wij，隱層節點j和輸出層節點k之間的連接權值wjk，隱層節點j的閾值θj，輸出層節點k的閾值θk、wij、wjk、θj、θk均為-1到1之間的隨機數。
在訓練過程中，不斷修正wij和wjk的值，直至系統誤差小於等於期望誤差時，完成神經網絡的訓練過程。
在bp神經網絡中，誤差信號反向傳遞傳播。假設輸出層的所有結果為dj，誤差函數如下
而bp神經網絡的主要目的是反覆修正權值和閥值，使得誤差函數值達到最小。學習規則是通過沿著相對誤差平方和的最速下降方向，連續調整網絡的權值和閥值，根據梯度下降法，權值矢量的修正正比於當前位置上e(w,b)的梯度，對於第j個輸出節點有
假設選擇激活函數為
對激活函數求導，得到
那麼接下來針對wij有
其中有
同樣對於bj有
通過改變神經元之間的連接權值來減少系統實際輸出和期望輸出的誤差。
上面是對隱含層和輸出層之間的權值和輸出層的閥值計算調整量，而針對輸入層和隱含層和隱含層的閥值調整量的計算更為複雜。假設wki是輸入層第k個節點和隱含層第i個節點之間的權值，那麼有
其中有
利用上述公式，根據梯度下降法，那麼對於隱含層和輸出層之間的權值和閥值調整如下
而對於輸入層和隱含層之間的權值和閥值調整同樣有
給定一組訓練樣本對神經網絡進行訓練。
步驟三、採集運行參數輸入神經網絡得到調控係數。
採用訓練好的bp神經網絡進行調控，給定初始輸出參數。
通過將輸入參數規格化，得到bp神經網絡的初始輸入向量通過bp神經網絡的運算得到初始輸出向量
步驟四s240、控制輸出參數。
得到初始輸出向量後，即可進行閥門開度的調控，
通過傳感器獲取第i個採樣周期的輸入參數，通過進行格式化得到第i個採樣周期的輸入向量通過bp神經網絡的運算得到到第i個採樣周期的輸出向量然後控制調節閥門開度，使在第i+1個採樣周期時輸出參數為：
通過上述設置，通過傳感器實時檢測減速度a和升溫速率通過採用bp神經網絡算法，實現了閥門開度的自動控制。
本發明提供的電動汽車動力電池碰撞防護方法，能夠在發生碰撞時，及時對動力電池進行冷卻，避免動力電池發生短路起火等安全隱患，保證了車輛和人員的安全。同時，能夠根據不同的碰撞強度和動力電池升溫速率，調節不同的閥門開度，防止過度的冷卻對動力電池造成不可逆的損害。
儘管本發明的實施方案已公開如上，但其並不僅僅限於說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用於各種適合本發明的領域，對於熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下，本發明並不限於特定的細節。