一种电池包碰撞检测装置及方法与流程

1.本发明涉及新能源车辆技术领域，尤其涉及一种电池包碰撞检测装置及方法。


背景技术：

2.随着社会的高度发展，新能源车辆(主要指电动车)技术逐渐成熟，新能源汽车的数量也有了巨大的增长，作为新能源汽车的动力源电池包的保护也变得尤为重要。在新能源汽车的运行过程中，可能会发生一些小事故，比如：碰撞，或路面颠簸引起的震动等，这使得新能源汽车表面看起来还能使用，但电池包可能因碰撞或震动事故的发生产生了潜在的故障风险。
3.为此，汽车一般会配置车辆碰撞安全监测系统。但是，发明人在实现本发明创造的过程中发现：由于电池包与车辆上用于安装电池包的部位接触区域较大，当车辆受到震动或碰撞时，导致电池包可能受到碰撞的区域也较大，较难具体确定电池包受到碰撞的位置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种电池包碰撞检测装置，可以较为具体的确定出电池包受到碰撞的位置。
5.为实现上述发明目的，本发明实施例提供的电池包碰撞检测装置，包括：多个碰撞传感器和处理器；
6.多个所述碰撞传感器与所述处理器分别连接，用于采集电池包的加速度信息；
7.所述处理器，至少用于接收多个所述碰撞传感器发送的来自电池包多个监测位置的加速度信息，并根据多个监测位置的加速度信息，基于碰撞位置检测算法确定出所述电池包受到的碰撞位置。
8.结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述处理器包括：第一数据处理模块、第一计算模块及第一确定模块；
9.所述第一数据处理模块，用于对各碰撞传感器发送的电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行滤波处理，得到对应的加速度；
10.第一计算模块，用于对各个所述加速度进行积分，得到各监测点预定时间内的速度变化量；
11.第一确定模块，用于基于至少两个第一方向的相邻监测点的速度变化量计算得到碰撞点在第一方向的相对坐标，以及基于至少两个第二方向的相邻监测点的速度变化量计算得到碰撞点在第二方向的相对坐标；其中，两个第一方向的相邻监测点与两个第二方向的相邻监测点中至少有一个共同监测点。
12.结合第一方面及第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中，所述第一确定模块，具体用于根据公式计算得到碰撞点在第一方
向的相对坐标；以及，用于根据公式计算得到碰撞点在第二方向的相对坐标；其中，a为碰撞点在第一方向的相对坐标，b为碰撞点在第二方向的相对坐标；及为三个监测点的速度变化量，χ和μ分别为碰撞点位置修正系数，在0-1之间。
13.结合第一方面，第一方面的第一种及第二种实施方式，在第一方面的第三种实施方式中，所述处理器还包括：比较模块，用于在得到各监测点预定时间内的速度变化量后，比较各监测点的速度变化量的大小；
14.根据所述速度变化量的大小，从大到小选取至少三个监测点用于计算碰撞点位置。
15.结合第一方面，第一方面的第一种、第二种及第三种实施方式，在第一方面的第四种实施方式中，所述处理器还包括：第二计算模块，用于根据至少三个所述监测点的加速度进行曲线拟合得到电池包碰撞点在第一时间点的第一加速度。
16.结合第一方面，第一方面的第一种、第二种、第三及第四种实施方式，在第一方面的第五种实施方式中，所述第二计算模块，还用于计算电池包碰撞点在第二时间点的第二加速度；所述第一时间点与第二时间点为相邻的两帧采样点；
17.所述处理器还包括：碰撞强度确定模块，用于根据电池包碰撞点在预定时间内的至少相邻两帧采样点的加速度计算得到电池包受到的碰撞强度。
18.结合第一方面，第一方面的第一至第五种任一实施方式，在第一方面的第六种实施方式中，所述碰撞强度确定模块，具体用于根据碰撞强度计算公式计算得到电池包受到的碰撞强度；其中，u
accp
(t)为电池包受到的碰撞强度，acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，所述t为车辆碰撞发生时的时间点，n为采样帧数，ω1，ω2，ω3分别为标定的表征电池包耐受程度随碰撞发生后时间变化的常量；或者，所述碰撞强度确定模块，具体用于根据局部速度的变化量计算公式：
19.计算得到电池包的局部速度变化量；其中，acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，为局部速度变化量，t为车辆碰撞发生时的时间点；
20.根据所述局部速度变化量确定出所述电池包受到的碰撞强度；或者，
21.所述碰撞强度确定模块，具体用于根据局部位移变化量计算公式：
22.计算得到电池包的局部位移变化量；
23.根据所述局部位移变化量确定出所述电池包受到的碰撞强度；
24.其中，acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，所述t为车辆碰撞发生时的时间点；或者，
25.所述碰撞强度确定模块，具体用于根据加速度计算确定出电池包的比功率、局部速度变化量以及局部位移变化量；
26.根据所述比功率、局部速度变化量以及局部位移变化量综合确定电池包受到的碰
撞强度。
27.结合第一方面，第一方面的第一至第六种任一实施方式，在第一方面的第七种实施方式中，所述碰撞传感器为加速度传感器，多个所述碰撞传感器阵列布设于电池包的表面。
28.结合第一方面，第一方面的第一至第七种任一实施方式，在第一方面的第八种实施方式中，所述电池包：包括壳体及电芯模组，所述电芯模组封装于所述壳体内，多个所述碰撞传感器呈矩形阵列布设于所述壳体的内侧及夹层内；或者，
29.所述电池包：包括壳体及电芯模组，所述电芯模组封装于所述壳体内，所述电芯模组包括多个层叠布设的电芯，多个所述碰撞传感器呈矩形阵列布设于电芯之间的夹层内。
30.本发明实施例提供的电池包碰撞检测装置及方法，通过设置碰撞传感器，可以实时监测到电池包本身的加速度信息，并将所述加速度信息发送至处理器，处理器根据所述加速度信息，基于碰撞位置检测算法确定出所述电池包受到的碰撞位置。这样，由于碰撞传感器是采集的电池包自身的加速度信息，并根据所述电池包的加速度信息，通过碰撞碰撞位置检测算法，可以较为具体的确定出电池包受到碰撞的位置。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
32.图1为本发明电池包碰撞检测装置一实施例结构示意框图；
33.图2为本发明提供的一实施例碰撞传感器在电池包上的布设示意图；
34.图3为本发明电池包碰撞检测装置另一实施例结构示意框图；
35.图4为本发明电池包碰撞检测装置一实施例工作流程示意图；
36.图5为本发明电池包碰撞检测装置另一实施例工作流程示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
38.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明实施例提供的电池包碰撞检测装置，可应用于安全驾驶场景中，尤其适用于安装在电动汽车上，以实现对电动汽车的驱动电源在车辆行驶过程中的安全监测，提高电动汽车自身的安全性。其中，碰撞是电池包受损伤的一个因素，而碰撞发生时，电池包具体碰撞位置的确定对电池包的受损程度鉴定至关重要。
40.参看图1及图2所示，所述电池包碰撞检测装置包括：包括：多个碰撞传感器100和处理器200，在一些实施例中，所述碰撞传感器为加速度传感器，应用时，多个所述碰撞传感器阵列布设于电池包的表面；这样，相比于碰撞传感器布设于车体上或其它远离电池包的位置的方案，该实施例由于碰撞传感器是直接采集的电池包自身的加速度信息，可以较为
准确地确定出电池包是否被碰撞到，并根据所述电池包的加速度信息进一步准确地确定电池包的碰撞位置及碰撞强度。
41.多个所述碰撞传感器与所述处理器分别连接，用于采集电池包的加速度信息；具体的，多个所述碰撞传感器与所述处理器通过线路电连接。
42.所述处理器，至少用于接收多个所述碰撞传感器发送的来自电池包多个监测位置的加速度信息，并根据多个监测位置的加速度信息，基于碰撞位置检测算法确定出所述电池包受到的碰撞位置。
43.可以理解的是，电池包发生碰撞变形将可能影响电池包的使用安全性，电池包碰撞强度的大小则可以反映电池内部是否受到损伤或破坏指标，因此，对电池包碰撞强度及碰撞位置进行检测是预防电池安全问题的重要措施。
44.当前，判断电池包碰撞位置所在是一个难题。本发明实施例中，通过布设多个用于采集电池包加速度信息的碰撞传感器，处理器根据采集的电池不同部位的加速度信息，基于碰撞位置检测算法可以确定出所述电池包受到的碰撞位置。这样，由于碰撞传感器是采集的电池包自身的加速度信息，并根据所述电池包的加速度信息，通过碰撞碰撞位置检测算法，可以较为具体的确定出电池包受到碰撞的位置。
45.基于与本实施例相同的技术构思，还提供了一种电池包碰撞检测方法，如图4所示，所述方法包括步骤：采集电池包多个监测位置的加速度信息；根据所述多个监测位置的加速度信息，基于碰撞位置检测算法确定出所述电池包受到的碰撞位置。
46.以下为了便于叙述，以电池包碰撞检测装置为例展开描述，就不再对电池包碰撞检测方法展开说明，由于技术构思基本相同，可以相互参看和援引。
47.所述碰撞传感器100可以为：电容式、电感式、应变式、压阻式或压电式加速度传感器中的任意一种。
48.当碰撞传感器100与处理器200安装于车辆上时，为了方便车辆上布设的各种繁杂线路间的通信，整个装置中的元器件可以通过控制局域网络((controller area network,can)总线通信协议方式实现各电子元气件间的通信，处理器200可以为微控制器(microcontroller unit；mcu)，例如单片机，也可以为具有数据处理能力的微型计算机，以及树莓派(raspberry pi)等。
49.所述碰撞传感器为加速度传感器，多个所述碰撞传感器阵列布设于电池包的表面。
50.为了提高电池包碰撞检测的准确性，前期的数据准确性影响后续的检测，因此，在一些实施例中，所述电池包包括：壳体及电芯模组，所述电芯模组封装于所述壳体内，多个所述碰撞传感器呈矩形阵列布设于所述壳体的内侧及夹层内；或者，
51.所述电池包：包括壳体及电芯模组，所述电芯模组封装于所述壳体内，所述电芯模组包括多个层叠布设的电芯，多个所述碰撞传感器呈矩形阵列布设于电芯之间的夹层内。
52.本实施例中，通过将多个碰撞传感器布设于电池包壳体内部，采集的数据可以直接反映出电池包的加速度信息，而非车体的其它位置的加速度信息间接反应电池包的状况数据，有利于提高电池包碰撞检测的准确性。
53.如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，所述处理器包括：第一数据处理模块、第一计算模块及第一确定模块；
54.所述第一数据处理模块，用于对各碰撞传感器发送的电池包在预定时间的加速度信息的电信号进行滤波处理，得到对应的加速度；
55.示例性地，处理器(也可以称作控制器)通过碰撞传感器实时采集碰撞传感器安装点(电池包不同监测位置)的加速度信号accn(t)，通过对accn(t)进行滤波，得到重构的加速度acc
′n(t)。
56.在一些实施例中，根据均值滤波公式对采集的包含加速度信息的原始电信号进行均值滤波处理，得到重构的加速度acc
′n(t)。其中，均值滤波公式为：
57.式中，n为碰撞传感器信号的序号，表示第n个碰撞传感器信号，j为均值滤波参数。
58.第一计算模块，用于对各个所述加速度进行积分，得到各监测点预定时间内的速度变化量。
59.第一计算模块，具体用于根据重构以后的加速度信号，在积分窗口内根据各加速度传感器得到的加速度信号，求解各加速度传感器所在监测位置的速度变化量。其中，速度变化量计算公式为：式中m为积分窗口起始时间，l为积分窗口的时间宽度，即上述的预定时间。
60.第一确定模块，用于基于至少两个第一方向的相邻监测点的速度变化量计算得到碰撞点在第一方向的相对坐标，以及基于至少两个第二方向的相邻监测点的速度变化量计算得到碰撞点在第二方向的相对坐标；其中，两个第一方向的相邻监测点与两个第二方向的相邻监测点中至少有一个共同监测点。
61.如图2所示，以参与计算的监测点为3个，分别为3、5和6三个相邻的监测点为例，对碰撞点位置具体确定方式进行示例说明：
62.所述第一确定模块，具体用于根据公式计算得到碰撞点在第一方向的相对坐标；以及，用于根据公式计算得到碰撞点在第二方向的相对坐标；其中，a为碰撞点在第一方向的相对坐标，b为碰撞点在第二方向的相对坐标；及为三个监测点的速度变化量，χ和μ分别为碰撞点位置修正系数。
63.其中，χ和μ分别是用于修正碰撞点横向位置坐标和纵向位置坐标的标定系数，该修正系数的值根据对电池包进行碰撞测试和球击测试得到，其和电池包壳体结构、材料等相关；根据测试得到的碰撞点位置和理论计算得到的碰撞位置进行一致性比较，得到相应壳体结构及材料的电池包的上述碰撞点位置修正系数。
64.可以理解的是，电池包碰撞位置的速度变化量一般相对其它位置较大，在一些实施例中，所述处理器还包括：比较模块，用于在得到各监测点预定时间内的速度变化量后，比较各监测点的速度变化量的大小；
65.根据所述速度变化量的大小，从大到小选取至少三个监测点用于计算碰撞点位
置。
66.如前述以三个监测点为例对碰撞点位置的具体确定步骤进行了详细说明，还可以选取三个以上的点，每三个监测点根据前述碰撞点位置确定公式进行计算，得到多个碰撞点位置，进而可以综合得到电池包的碰撞位置区域。
67.进一步地，如图5所示，为了准确确定电池包碰撞位置的受损程度，在一些实施例中，在得到电池包的碰撞点位置之后，根据电池包的碰撞点位置的加速度对电池包碰撞点受到的碰撞强度进行确定，具体确定方式示例性如下文描述，当然也可以采用其它碰撞强度确定方案。
68.在一些实施例中，所述处理器还包括：第二计算模块，用于根据至少三个所述监测点的加速度进行曲线拟合得到电池包碰撞点在第一时间点的第一加速度。
69.具体的，碰撞点加速度acc
p
拟合方法为：
[0070][0071]
其中ρ1，ρ2，β1，β2，λ1，λ2是和电池包壳体结构、材料以及非线性特征相关的修正系数，其具体确定方式也是根据实际的电池包碰撞试验进行标定得到，为突出本发明创新主旨所在，具体标定方法就不再赘述，和前述χ和μ的标定方法类同。
[0072]
具体地，所述第二计算模块，还用于计算电池包碰撞点在第二时间点的第二加速度；所述第一时间点与第二时间点为相邻的两帧采样点；
[0073]
所述处理器还包括：碰撞强度确定模块，用于根据电池包碰撞点在预定时间内的至少相邻两帧采样点的加速度计算得到电池包受到的碰撞强度。
[0074]
所述碰撞强度确定模块，具体用于根据碰撞强度计算公式(即碰撞强度检测算法)
[0075][0076]
算得到电池包受到的碰撞强度；其中，u
accp
(t)为电池包受到的碰撞强度，acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，所述t为车辆碰撞发生时的时间点，n为采样帧数，ω1，ω2，ω3分别为标定的表征电池包耐受程度随碰撞发生后时间变化的常量。其中，ω1，ω2，ω3也通过电池包碰撞测试得到，其中，测试用电池包的壳体结构、材料等与车辆上安装的电池包壳体结构及材料尽量选用相同，以保证该标定常量的准确性，进而提高实际电池包碰撞强度检测的准确性。
[0077]
碰撞强度的计算也可以通过局部速度的变化量计算，计算公式如下：
[0078]
acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，所述t为车辆碰撞发生时的时间点。
[0079]
也可以用局部的位移量计算局部形变。计算公式如下：
[0080]
acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，所述t为车辆碰撞发生时的时间点。
[0081]
还可以用比功率、局部速度变化量以及局部形变等参数组合确定。
[0082]
具体的，所述碰撞强度确定模块，具体用于根据局部速度的变化量计算公式：
计算得到电池包的局部速度变化量；其中，acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，为局部速度变化量，t为车辆碰撞发生时的时间点；根据所述局部速度变化量确定出所述电池包受到的碰撞强度。
[0083]
或者，所述碰撞强度确定模块，具体用于根据局部位移变化量计算公式：
[0084]
计算得到电池包的局部位移变化量；根据所述局部位移变化量确定出所述电池包受到的碰撞强度；其中，acc
p
(t)为电池包碰撞点在某一时间点的加速度，所述t为车辆碰撞发生时的时间点。
[0085]
或者，所述碰撞强度确定模块，具体用于根据加速度计算确定出电池包的比功率、局部速度变化量以及局部位移变化量；根据所述比功率、局部速度变化量以及局部位移变化量综合确定电池包受到的碰撞强度。这样，相对于单一性指标，通过多个指标进行综合确定，可以提高判断的准确性。
[0086]
其中，可以理解的是，电池包的比功率、局部速度变化量以及局部位移变化量越大，则碰撞强度越剧烈。
[0087]
在另一个实施例中，处理器200还可以根据确定的电池包所受的碰撞的位置和强度信息判断电池包是否发生损坏及损坏等级，并进而发送控制指令给相应的操作设备或部件，以进行相应的安全防护。
[0088]
本发明实施例的电池包碰撞检测装置中，处理器还可以包括无线传输模块，通过该模块与终端设备，例如手机，进行通信，以将碰撞强度及位置等结果信息发送给管理人员或其他用户。
[0089]
本发明实施例的电池包碰撞检测装置，通过创造性地建立基于多碰撞传感器的碰撞点定位算法，可以更好的识别确定出电池包受到碰撞的具体位置；另外，还建立了基于多碰撞传感器的碰撞强度检测算法，可以更准确的确定出电池包的碰撞强度；从而为电池包的更换、维修、断电、灭火等提供支持。
[0090]
本发明还实施例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一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述实施例任一所述的碰撞检测装置执行的工作流程步骤。
[0091]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、装置、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0092]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
[0093]
为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0094]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例装置中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各装置的实施例的流程。其中，所述的存储介质还可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
[0095]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。