一种大功率SiC电动汽车的充电安全监测系统及预警系统的制作方法

本发明涉及新能源电动汽车的充电安全，是一种大功率sic电动汽车的充电安全监测系统及预警系统。

背景技术：

1、目前，碳化硅材料(sic)由于具有较高的热导率决定了其高电流密度的特性，因此其具有高温工作、高阻断电压、低损耗、开关速度等优点，从而在相同的功率等级下，设备中功率器件的数量、散热器的体积、滤波元件体积都能大大减小，同时效率也有大幅度的提升。现有一些新能电动汽车采用上述碳化硅材料制成部分碳化硅元件，如中国专利文献中披露的申请号202110242856.x，申请公布日2021.05.25，发明名称“一种宽输入范围的高效率sic电动汽车电源变换器系统”；这些新能电动汽车的碳化硅元件易产生热失控故障的部件，容易发现故障隐患。另外，现有对于大功率电动汽车充放电的安全监测，如中国专利文献刊载的申请号202110659399.4，授权公告日2022.09.16，发明名称“基于规模化大功率电动汽车充放电的配电网综合评价方法、设备、系统及存储介质”；但上述现有大功率电动汽车的充电安全监测系统及预警较少针对碳化硅元件的特殊性进行充电安全监测系统及预警，较少通过结合当地气候环境存在高温、高湿和高盐的数据，并通过联网的充电桩，进一步地对电动汽车的充电进行安全监测及预警。

技术实现思路

1、为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种大功率sic电动汽车的充电安全监测系统及预警系统，使其主要解决现有充电桩或电动汽车缺少对大功率sic电动汽车的充电安全监测系统设计和预警系统的科学设计，特别是缺少当地气候环境存在高温、高湿和高盐的数据结合，以及较少通过联网的充电桩对电动汽车的充电进行安全监测及预警的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

2、一种大功率sic电动汽车的充电安全监测系统，该充电安全监测系统根据电动汽车与充电桩连接充电时建立交互信息识别，交互信息识别设置于充电信息监测终端，充电信息监测终端设置于充电桩或电动汽车内，充电信息监测终端的交互信息识别包括出行模式数据和充电模式数据，出行模式数据和充电模式数据包括充电前一刻的行驶里程数量、充电时长、充电前一刻的剩余电量、充电开始时间和充电结束时间；其特征在于所述充电信息监测终端的交互信息识别结合当地气候环境存在高温、高湿和高盐的数据，电动汽车设置电池剩余寿命，得出车辆安全阈值，当所述电动汽车充电危险程度达到车辆安全阈值时，所述充电桩或电动汽车停止充电，并通过充电桩的摄像头对电动汽车进行拍摄，得到充电画面，提取并识别所述充电画面中的车牌号码，电动汽车发出车辆检修报警；当所述电动汽车充电危险程度低于车辆安全阈值时，所述充电桩或电动汽车开始充电，并记录充电信息，充电信息包括充电时间、充电时长、充电量、充电功率和充电温度变化。

3、所述充电信息监测终端的交互信息识别采用cnn-lstm电动汽车充电负荷估算模型；

4、步骤s1，cnn模型计算公式为：ct＝f(wcnn×nt+bcnn)，其中，wcnn表示电动汽车大功率充电数据卷积中滤波器的权重系数，即卷积核；nt表示t时刻的电动汽车充电数据；bcnn表示电动汽车充电数据卷积运算的偏差系数；ct为经过卷积之后提取的电动汽车充电数据序列；f表示电动汽车充电数据卷积运算的激活函数；

5、lstm模型计算公式为：

6、其中，ht、hi分别表示单lstm的前向、后向隐藏层的状态，隐含层单元数量为n，经过lstm处理后，在lstm的隐含层单元数量为n，最后隐含层输出n×m的特征向量；

7、步骤s2，所述充电模式的计算，包括充电开始、充电结束时间和充电地点；公式为：

8、

9、其中，△t为时间精度，设为半个小时，δ(li(u)，lj(v))是一个重合性公式，当两个用户的充电桩重合时，值为1，否则为0；如果col大于1/3，那么说明电动汽车在同一个充电桩内进行充电，假设有n个用户在某个△t为时间精度内充电；

10、步骤s3，所述剩余电量的计算，在充电模式下，剩余电量与日行驶距离；

11、公式为：qr,u(t)＝q0,u-du(t)wu；

12、其中，q0,u其实电池电量，qr,u(t)充电前一个时刻的剩余电量；接着，通过大数据的方法，统计每一周每一个时刻，以半小时为一个统计周期；

13、某一个充电桩的所有电动汽车充电前一个时刻的平均剩余电量；

14、公式为：

15、某一个充电桩的站点在某一个时刻的充电负荷统计，获取该充电桩的开始充电到该时刻结束时用户充电的平均时长；公式为：

16、其中，c表示△t时间精度结束时刻时n个用户电池的平均容量，当△t取30分钟，每个△t开始时刻认为i是1，每个△t结束时刻认为是30得出结束时刻时n个用户电池的平均容量；η时充电桩的充电效率，pc是充电桩的平均功率；

17、步骤s4，根据上述数据，得出公式：上述fmap为车辆安全阈值，rulσ为电动汽车的电池剩余寿，ir-j为温度、湿度、盐度对阻性电流的实测值。

18、所述电动汽车的电池剩余寿命包括电池容量、内阻和电池应力：公式为：

19、rult＝a×rulc+b×rulr+c×rulσ

20、s.t.a+b+c＝1

21、其中，a、b、c权重系数，根据不同场合进行选择，rulc和rulr分别为以容量和内阻定义的电池剩余寿命，rulσ为电池寿命定义。

22、所述当地气候环境存在高温、高湿和高盐的数据中温度、湿度、盐度对阻性电流的公式为：

23、ir(a,t,h,p)＝a0+a1t+a2h+a3th+a4thp+a5ea1t+a6ea2h+a7ea3th+a8ea4thp

24、其中，a＝[a0,a1,...,a7]为常系数矩阵，t、h、p和ir为分别为温度、湿度、盐度和阻性电流实际测值；将阻性电流实测值ir-j与拟合值做差；并得到的阻性电流偏差δir-j为：其中，ir-j为阻性电流的第j个实测值，δir-j为阻性电流的第j个偏差值。

25、所述充电信息监测终端的交互信息识别通过迭代法soc精度修正的充电风险，迭代法soc精度修正的上限为98％，车充电过程超过存在充电风险，否则充电过程不存在过充风险。上述迭代法soc精度修正的计算于判断充电电流能防止析锂发生，降低大充电电流加速电池老化的问题，以及降低放电电流减小，防止电池过放现象的问题的，提高了电池的使用寿命，减小了电动汽车安全隐患。

26、所述充电信息监测终端的交互信息识别包括充电桩的充电电压数据和充电电流数据，当充电电压数据和充电电流数据超大安全区间时，充电桩或电动汽车启动紧急制动并停止充电过程。上述为保证充电安全的紧急制动处理措施，排查问题后才能重新启动该充电安全监测系统。

27、该充电安全监测系统的安全预警系统，所述充电桩包括通信设备、充电设备、数据接收器、处理器和显示器；所述处理器分别与所述通信设备、所述充电设备、所述数据接收器、所述显示器电连接；所述通信设备，用于接收来自电网服务器的充电信息，所述充电信息包括待充电电动车的车牌号和车辆型号；所述充电设备，用于根据所述车辆标准充电参数向所述待充电电动车输送电能；所述数据接收器，用于获取所述待充电电动车的车辆实时充电参数；所述处理器，用于根据所述车辆型号获取所述待充电电动车的车辆标准充电参数；所述车辆实时充电参数和所述车辆标准充电参数输入预先训练好的基于人工神经网络的车辆安全阈值的分析模型；其特征在于所述充电桩通过联网构建充电基础设施信息管理平台，建立充电桩数据在线监测体系，在采集电动汽车充电过程中，通过充电桩的实时高精度数据，对典型状态进行模式解析，提取特征向量，通过聚类智能分析算法对电池充电过程中的健康度和安全状态进行判定，并建立预警监测体系，为电动汽车充电提供安全保障。

28、所述充电桩的充电设备设有电压传感器和电流传感器，及紧急制动开关。从而通过对充电桩的电压电流数据的实时采集与监测，并基于数据分析算法对电动汽车的电池进行安全状态分析，并建立预警体系。

29、本发明的建模方式科学，模型精度高，结合当地气候环境存在高温、高湿和高盐的数据，及电池剩余寿命，符合使用者充电安全监测和预警；其适合作为大功率sic电动汽车的充电安全监测系统及预警系统，及其同类模型和方法的技术改进。