基于车联网的车载蓄电池失效预警系统及方法与流程

本发明涉及车联网信息技术，尤其涉及一种基于车联网的车载蓄电池失效预警系统及方法。

背景技术：

车载蓄电池用于启动汽车发动机和为车内电控系统供电。目前大部分汽车使用的是铅酸蓄电池，随着使用时间的增加，铅酸蓄电池的极表面会发生硫化、腐蚀、活性材料脱落，从而造成铅酸蓄电池老化和性能失效；当铅酸蓄电池的电池容量下降到额定容量的80％时，铅酸蓄电池的电池容量可能会急剧下降，随时可能报废。

对蓄电池进行检测和失效预警，能降低车辆抛锚的概率。通常使用的检测方法包括以下几种：一是通过放电来检测车载蓄电池的实际容量；二是通过电导仪测量蓄电池的电导，判断蓄电池是否失效；三是基于车载传感器测量电池参数，如获取车载蓄电池的充放电状态、电池电压、电池电流、电池温度、电池容量、电池损耗，根据电池参数与预设权重，判断蓄电池是否失效；四是通过预先设计系统稳定时间和系统稳定电压之间的关系，通过测量电池电压及电池电压的变化、系统稳定时间的变化来预测电池失效趋势和电池剩余寿命。

但是，通过放电检测车载蓄电池的实际容量，在测试过程中会发出大量的热，无法连续测试多个电池，且被检测的电池在检测后，必须重新充电，才能再次测量，多次测量无法得到相同结果；通过电导仪测量蓄电池的电导，对于普通车主而言太过专业，难以实现；基于车载传感器获取电池参数的方案，由于当前已有的车载传感器仅能够测量电池电压信息，若要测量其他信息，需要额外增加多种传感器，因此并不实用；通过测量电池电压及电池电压的变化、 系统稳定时间的变化来预测电池失效趋势和电池剩余寿命，需要获取大量的蓄电池的负峰值电压和系统稳定电压的数值，获取这些数值需要大量的用户或车队配合，并且在一些故障如极板硫化的情况下，蓄电池在充电过程中电压上升速度很快，在这种情况下，获得的预测结论会有误差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种基于车联网的车载蓄电池失效预警系统及方法，能在车载蓄电池失效时，实时、便捷、准确的对用户进行预警。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种基于车联网的车载蓄电池失效预警系统，所述系统包括：车联网车载诊断系统OBD终端、用户终端以及车联网服务器；其中，

所述车联网OBD终端，用于获取所述车载蓄电池的电压信息，并将所述电压信息发送给所述车联网服务器；

所述车联网服务器，用于接收所述电压信息，并根据预设算法、所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，判断所述车载蓄电池是否失效，在判断出所述车载蓄电池失效时，向所述用户终端发送预警信息。

上述系统中，所述车联网服务器，具体用于：根据所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，计算所述车载蓄电池的放电速率方差、放电速率方差变化率、充电速率方差和充电速率方差变化率；

将所述放电速率方差和/或所述充电速率方差与预设方差阈值进行比较，将所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率与预设变化率阈值进行比较，根据比较结果判断所述车载蓄电池是否失效。

上述系统中，所述车联网服务器将所述放电速率方差和/或所述充电速率方差与预设方差阈值进行比较，将所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率与预设变化率阈值进行比较，根据比较结果判断所述车载蓄电池是否失效，包括：

当所述放电速率方差和/或所述充电速率方差大于所述预设方差阈值时，所 述车联网服务器判断所述车载蓄电池失效；或者，

当所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率大于所述预设变化率阈值时，所述车联网服务器判断所述车载蓄电池失效。

上述系统中，所述车联网OBD终端，还用于获取车辆位置信息和车辆状态信息，根据所述车辆状态信息和所述车辆位置信息获取车辆的OBD诊断信息。

一种基于车联网的车载蓄电池失效预警方法，所述方法包括：

车联网OBD终端获取所述车载蓄电池的电压信息，并将所述电压信息发送给车联网服务器；

所述车联网服务器接收所述电压信息，并根据预设算法、所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，判断所述车载蓄电池是否失效，在判断出所述车载蓄电池失效时，向用户终端发送预警信息。

上述方法中，所述车联网服务器接收所述电压信息，并根据预设算法、所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，判断所述车载蓄电池是否失效，包括：

所述车联网服务器根据所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，计算所述车载蓄电池的放电速率方差、放电速率方差变化率、充电速率方差和充电速率方差变化率；

所述车联网服务器将所述放电速率方差和/或所述充电速率方差与预设方差阈值进行比较，将所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率与预设变化率阈值进行比较；

当所述车联网服务器的比较结果为所述放电速率方差和/或所述充电速率方差大于所述预设方差阈值时，判断出所述车载蓄电池失效；或者，当所述车联网服务器的比较结果为所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率大于所述预设变化率阈值时，判断出所述车载蓄电池失效。

上述方法中，所述车联网服务器计算所述车载蓄电池的放电速率方差包括：

所述车联网服务器根据计算所述车载蓄电池的所述放电速率方差

其中，Dis_v(i)表示时刻i时所述车载蓄电池的放电速率，Dis_v(i)＝(V(i)-V_stop(i-1))/ΔT_i，V(i)表示启动时所述车载蓄电池的电压或休眠时所述车载蓄电池的电压，V_stop(i-1)表示车辆上次停止时所述车载蓄电池的电压，表示时刻i时所述车载蓄电池的平均放电速率，ΔT_i表示车辆本次启动/休眠的时刻与车辆上次熄火的时刻之间的时间间隔。

上述方法中，所述车联网服务器计算所述车载蓄电池的放电速率方差变化率包括：

所述车联网服务器根据计算所述车载蓄电池的所述放电速率方差变化率Var_Disn；

其中，Dis_v(i)表示时刻i时所述车载蓄电池的放电速率，表示时刻i时所述车载蓄电池的平均放电速率，表示放电速率方差。

上述方法中，所述车联网服务器计算充电速率方差包括：所述车联网服务器根据计算所述车载蓄电池的所述充电速率方差

其中，Charge_v(i)表示车载蓄电池的充电速率，Charge_v(i)＝(V_Now(i)-V₀(i))/ΔT_i，V_Now(i)表示车辆启动后当前时刻i时所述车载蓄电池的电压，V₀(i)表示车辆本次启动后所述车载蓄电池的最低电压，ΔT_i表示当前时刻i与车辆启动后所述车载蓄电池的最低电压对应的时刻之间时间间隔，表示所述车载蓄电池的平均充电速率，

上述方法中，所述车联网服务器计算充电速率方差变化率包括：

所述车联网服务器根据计算所述车载蓄电池的所述充电速率方差变化率Var_Chargen；

其中，Charge_v(i)表示所述车载蓄电池的充电速率，表示所述车载蓄电池的平均充电速率，表示所述车载蓄电池的充电速率方差。

本发明实施例提供的基于车联网的车载蓄电池失效预警系统及方法，通过车联网车载诊断系统(On-Board Diagnostic，OBD)终端获取车载蓄电池的电压信息，并将所述电压信息发送给所述车联网服务器；车联网服务器根据预设算法、所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，判断所述车载蓄电池是否失效，在判断出所述车载蓄电池失效时，向所述用户终端发送预警信息；如此，能够在车载蓄电池失效时，实时、便捷、准确的对用户进行预警。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于车联网的车载蓄电池失效预警系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于车联网的车载蓄电池失效预警方法的流程图。

具体实施方式

在本发明的各实施例中，通过车联网OBD终端在不同时刻获得车载蓄电池的电压信息，并传递至车联网服务器，车联网服务器根据接收到的电压信息以及接收到电压信息的时刻，按照预设算法对接收到的信息进行处理，并将处理结果与预设阈值进行比较，在超出预设阈值时向用户终端发出预警信息，以提示用户车载蓄电池失效。

需要说明的是，车联网是采用通信技术实现车车、人车、路车的互通与协同系统，它通过装载在车辆上的传感器或车载终端获取车辆运行状态信息、人的驾驶行为信息以及周边道路路况信息，并对数据进行采集、分析、提取、分享和决策，对车辆和驾驶人提供综合服务。

图1为本发明实施例提供的基于车联网的车载蓄电池失效预警系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的基于车联网的车载蓄电池失效预警系统具体可以包括：车联网OBD终端10、用户终端20以及车联网服务器30。

其中，所述车联网OBD终端10包括传感器模块11、数据存储器12和第一通信模块13；所述传感器模块11用于获取所述车载蓄电池的电压信息；所述数据存储器12用于存储所述电压信息，所述第一通信模块13用于将所述电压信息发送给所述车联网服务器30；

所述用户终端20包括第二通信模块21和显示模块22；所述第二通信模块21用于接收所述车联网服务器30发送的所述预警信息和其他信息；所述显示模块22用于向用户显示所述电压信息和所述预警信息；

所述车联网服务器30包括第三通信模块31、存储器32及第一处理器33；所述第三通信模块31用于接收所述电压信息，在所述第一处理器33判断所述车载蓄电池失效时，向所述用户终端20发送预警信息；所述存储器32用于存储所述电压信息及接收到所述电压信息的时刻；所述第一处理器33用于根据预设算法、所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，判断所述车载蓄电池是否失效。

在实际应用中，所述车联网OBD终端10还包括：全球定位系统(Global Positioning System，GPS)定位模块、OBD车辆信息获取模块和第二处理器；所述GPS定位模块用于获取车辆位置信息；所述OBD车辆信息获取模块用于获取车辆状态信息；所述第二处理器用于获取所述OBD诊断信息。

具体的，车联网OBD终端10可以通过OBD接口读取车辆总线上的数据，通过内部集成的传感器识别车辆状态，并通过4G网络将采集到的信息发送给车联网服务器30；用户可以在用户终端20上下载相应的应用程序(Application，APP)，车联网OBD终端10发送的电压信息、车辆位置信息、车辆状态信息和车辆的OBD诊断信息均传送至车联网服务器30，用户打开该APP即可查看相应的电压信息、车辆位置信息、车辆状态信息和车辆的OBD诊断信息，进一步地，该APP还可以向用户提供社交服务、保险、维修、位置信息等服务。

具体的，车联网服务器30可以实现业务管理和计费管理的功能，其中，业务管理包括但不限于车联网OBD终端10所获得的信息的管理、存储、分析和分析结果的下发；该车联网服务器30还可以设定车联网OBD终端10信息上传的频率，主动或定时获得车联网OBD终端10上传的信息，其中，车联网OBD终端10上传的信息可以包括紧急报警信息、OBD行车数据、车辆故障信息、车辆状态信息和基本位置信息；车联网服务器30的计费管理功能可以包括通信费和信息费的计费和结算。

需要说明的是，在车辆运行的各个阶段，对于电压为12V的车载蓄电池来说，电压值的变化情况如下。

在车辆启动前，电压小于V1，车辆无法启动，电压在V1～V2之间时，车辆难以启动，电压在V2～V3之间时，车辆可以正常启动，通常的，V1＝10.8V，V2＝11.8V，V3＝12.8V。

在车辆启动时，车载蓄电池给发动机提供瞬时大电流，车载蓄电池的电压快速下降到V0，通常V0＝8.4V。

在车辆启动后，车载蓄电池和发电机并联，由发电机向车载蓄电池供电；在车辆启动20～30分钟后，电压在V4～V5之间时，认为车载蓄电池的电压正常，电压低于V4时，认为车载蓄电池的电压过低，通常V4＝13.2V，V5＝14.8V。

每次车辆启动时，车联网OBD终端10自动向车联网服务器30发送电压信息后，每隔预设时间间隔，例如每60秒，向车联网服务器30发送一次车载蓄电池的电压信息，在车辆停止后，车联网OBD终端10自动休眠，并每隔预设时间间隔，例如每隔2小时，自动向车联网服务器30发送一次车载蓄电池的电压信息。

本实施例中，所述第一处理器33具体用于：根据所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，计算所述车载蓄电池的放电速率方差、放电速率方差变化率、充电速率方差和充电速率方差变化率；将所述放电速率方差和/或所述充电速率方差与预设方差阈值进行比较，将所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率与预设变化率阈值进行比较，根据比较结果判断所述车载蓄电 池是否失效。

具体的，当所述放电速率方差和/或所述充电速率方差大于所述预设方差阈值时，所述第一处理器33判断所述车载蓄电池失效；或者，当所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率大于所述预设变化率阈值时，所述第一处理器33判断所述车载蓄电池失效。

其中，所述第一处理器33可以通过公式(1)计算所述车载蓄电池的所述放电速率方差

其中，Dis_v(i)表示时刻i时所述车载蓄电池的放电速率，Dis_v(i)＝(V(i)-V_stop(i-1))/ΔT_i，V(i)表示启动时所述车载蓄电池的电压或休眠时所述车载蓄电池的电压，V_stop(i-1)表示车辆上次停止时所述车载蓄电池的电压，表示时刻i时所述车载蓄电池的平均放电速率，ΔT_i表示车辆本次启动/休眠的时刻与车辆上次熄火的时刻之间的时间间隔。

其中，所述第一处理器33可以通过公式(2)计算所述车载蓄电池的所述放电速率方差变化率Var_Disn；

其中，Dis_v(i)表示时刻i时所述车载蓄电池的放电速率，表示时刻i时所述车载蓄电池的平均放电速率，表示放电速率方差。

其中，所述第一处理器33可以通过公式(3)计算所述车载蓄电池的所述充电速率方差

其中，Charge_v(i)表示车载蓄电池的充电速率，Charge_v(i)＝(V_Now(i)-V₀(i))/ΔT_i，V_Now(i)表示车辆启动后当前时刻i时所述车载蓄电池的电压，V₀(i)表示车辆本次 启动后所述车载蓄电池的最低电压，ΔT_i表示当前时刻i与车辆启动后所述车载蓄电池的最低电压对应的时刻之间时间间隔，表示所述车载蓄电池的平均充电速率，

其中，所述第一处理器33可以通过公式(4)计算所述车载蓄电池的所述充电速率方差变化率Var_Chargen；

其中，Charge_v(i)表示所述车载蓄电池的充电速率，表示所述车载蓄电池的平均充电速率，表示所述车载蓄电池的充电速率方差。

实际应用过程中，可以将预设方差阈值设置为将预设变化率阈值设置为3，下面对于第一处理器33判断所述车载蓄电池是否失效的过程进行详细解释。

对于上述公式(1)和公式(2)中的ΔT_i，当车载蓄电池的电压下降到一定程度后，会保持不变，因此，在计算Dis_v(i)时，若当前电压是最低电压，则ΔT_i是第一次降低到最低电压时刻与上次熄火时刻之间的时间间隔。

在车联网OBD终端10休眠时，向车联网服务器30上报车载蓄电池的电压，若电压小于V2，电压偏低，车联网服务器30的第一处理器33计算当前时刻车载蓄电池的放电速率Dis_v(i)，并计算放电速率方差变化率Var_Disn。通常，车载蓄电池的正常的放电速率符合正态分布，放电速率方差小于的概率为0.9974，若放电速率方差大于则很有可能电池发生故障或已经开始失效，则车联网服务器30的第三通信模块31向用户终端20发送报警信息，以提示用户车载蓄电池可能失效。

若电压小于V1+0.2V，第一处理器33计算放电速率方差变化率Var_Disn，若放电速率方差变化率Var_Disn值大于预设变化率阈值3，说明车载蓄电池可能损坏，则车联网服务器30的第三通信模块31向用户终端20发送报警信息，以提示用户车载蓄电池可能失效。

车辆启动时，若车载蓄电池的电压在V1和V2之间，汽车启动困难，第一处理器33计算Dis_v(i)和Var_Disn，若Var_Disn值大于预设变化率阈值3，说明车载蓄电池可能损坏，则车联网服务器30的第三通信模块31向用户终端20发送报警信息，以提示用户车载蓄电池可能失效；若Var_Disn值小于预设变化率阈值3，则车联网服务器30的第三通信模块31可以向用户终端20发送提示信息，告之可能是停车时间过长。

对于上述公式(3)和公式(4)中的ΔT_i，若当前车载蓄电池的电压为饱和电压，则ΔT_i为第一次到达饱和电压时刻和启动后最低电压时刻之间的差值。

车辆启动后，车联网OBD终端10定时上传车载蓄电池的电压V_Now(i)，计算充电速率Charge_v(i)和Var_Chargen，若充电速率方差变化率大于预设变化率阈值3，则认为充电速度过快，结合放电速率综合考虑，如果放电速率较快，可判断出车载蓄电池可能存在板极硫化等问题，车联网服务器30的第三通信模块31可以向用户终端20发送报警信息，以提示用户车载蓄电池可能存在极板硫化等问题，导致车载蓄电池失效；若充电速率方差变化率过小，例如小于-3，则认为充电速率过慢，车联网服务器30的第三通信模块31可以向用户终端20发送报警信息，提示电池可能损坏。

本实施例的技术方案，可以在车联网的框架下，根据车辆运行的各个阶段车载蓄电池的电压信息，实时、便捷、准确的分析车载蓄电池是否失效，并根据分析结果通过用户终端对用户进行预警。

图2为本发明实施例提供的基于车联网的车载蓄电池失效预警方法的流程图。如图2所示，本实施例提供的方法具体可以包括：

步骤201、车联网OBD终端获取所述车载蓄电池的电压信息，并将所述电压信息发送给车联网服务器。

步骤202、所述车联网服务器接收所述电压信息，并根据预设算法、所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，判断所述车载蓄电池是否失效，在判断出所述车载蓄电池失效时，向用户终端发送预警信息。

具体的，本步骤中，所述车联网服务器可以根据所述电压信息和接收到所述电压信息的时刻，计算所述车载蓄电池的放电速率方差、放电速率方差变化率、充电速率方差和充电速率方差变化率；将所述放电速率方差和/或所述充电速率方差与预设方差阈值进行比较，将所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率与预设变化率阈值进行比较。

当所述车联网服务器的比较结果为所述放电速率方差和/或所述充电速率方差大于所述预设方差阈值时，判断出所述车载蓄电池失效；或者，当所述车联网服务器的比较结果为所述放电速率方差变化率和/或所述充电速率方差变化率大于所述预设变化率阈值时，判断出所述车载蓄电池失效。

所述车联网服务器计算所述车载蓄电池的放电速率方差包括：所述车联网服务器可以根据计算所述车载蓄电池的所述放电速率方差其中，Dis_v(i)表示时刻i时所述车载蓄电池的放电速率，Dis_v(i)＝(V(i)-V_stop(i-1))/ΔT_i，V(i)表示启动时所述车载蓄电池的电压或休眠时所述车载蓄电池的电压，V_stop(i-1)表示车辆上次停止时所述车载蓄电池的电压，表示时刻i时所述车载蓄电池的平均放电速率，ΔT_i表示车辆本次启动/休眠的时刻与车辆上次熄火的时刻之间的时间间隔。

所述车联网服务器计算所述车载蓄电池的放电速率方差变化率包括：所述车联网服务器具体根据计算所述车载蓄电池的所述放电速率方差变化率Var_Disn；其中，Dis_v(i)表示时刻i时所述车载蓄电池的放电速率，表示时刻i时所述车载蓄电池的平均放电速率，表示放电速率方差。

所述车联网服务器计算充电速率方差包括：所述车联网服务器根据计算所述车载蓄电池的所述充电 速率方差其中，Charge_v(i)表示车载蓄电池的充电速率，Charge_v(i)＝(V_Now(i)-V₀(i))/ΔT_i，V_Now(i)表示车辆启动后当前时刻i时所述车载蓄电池的电压，V₀(i)表示车辆本次启动后所述车载蓄电池的最低电压，ΔT_i表示当前时刻i与车辆启动后所述车载蓄电池的最低电压对应的时刻之间时间间隔，表示所述车载蓄电池的平均充电速率，

所述车联网服务器计算充电速率方差变化率包括：所述车联网服务器可以根据计算所述车载蓄电池的所述充电速率方差变化率Var_Chargen；其中，Charge_v(i)表示所述车载蓄电池的充电速率，表示所述车载蓄电池的平均充电速率，表示所述车载蓄电池的充电速率方差。

在实际应用中，用户终端接收到预警信息后，可以通过显示屏向用户显示所述预警信息，以及时提醒用户车载蓄电池失效。

本实施例的技术方案，可以在车联网的框架下，根据车辆运行的各个阶段车载蓄电池的电压信息，实时、便捷、准确的分析车载蓄电池是否失效，并根据分析结果通过用户终端对用户进行预警。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或 其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。