本发明涉及电动汽车电池管理领域，具体涉及一种电池包系统及电池安全智能监测与防护装置。
背景技术：
1、随着新能源汽车技术的快速发展，电动汽车的续航里程和充电设施的建设尚未满足消费者对长距离行驶和快速充电的需求。为了解决这一问题，车载充电宝和可移动的电动汽车续航充电装置应运而生。然而，这些设备通常需要在驻车状态下为电动汽车电池充电，无法实现边充电边行驶。此外，电动汽车电池在低温环境下性能下降，容量降低，严重影响续航里程。虽然市场上已有尝试使用充电桩提供电能进行电池包加热或利用电动车本身的锂电池包电能进行预热的方法，但这些方案存在诸多局限性。
2、在电动汽车的动力电池系统中，电池管理系统（bms）是核心技术之一。现有的电动车bms解决方案通常采用前端专用ad采集芯片，通过菊花链式级联与mcu进行spi通讯，但这种方案成本高、灵活性差。同时，电动汽车中的继电器在使用频率高，极易出现故障，故障诊断变得尤为重要。然而，有时由于电池管理系统总压检测通道有限，无法实现对所有继电器的故障诊断。
3、此外，随着电动汽车的高压电压平台不断提高，传统的400v低压充电桩难以兼容800v高压平台车型的充电需求。同时，在电量需求较大的车辆中，通常需要多个高压电池包，这些电池包的串联和并联方式不仅增加了物料成本和安装难度，还限制了电动汽车的整体性能和安全性。因此，亟需一种能够实时监测、故障预测、热管理并提供安全保护的电池包系统，以提高电动汽车的整体性能和安全性。
4、关于解决电池包系统实时监测、故障预测、热管理和安全保护的问题，目前已经有了一些发明专利。例如：
5、cn106740203a公开了一种电动汽车便携式移动电池包，包括蓄电池组、主正继电器、主负继电器、霍尔传感器、电池管理系统和车辆插头。该专利提供了一种通用的与电动汽车的接口和控制方式，体积小、质量轻，便于携带，可作为通用的电动汽车应急补充电源。然而，该专利仍存在电池包续航能力和实用性不足的问题。
6、cn115675183a公开了一种基于动力电池包的电气控制结构及其冷却系统，包括电池模块组、电流传感器、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻。该专利通过散热方式更均匀，对于增强动力电池系统稳定性、提升寿命有很大帮助。但是，该专利仍然存在电气控制结构中缺乏对电池包温度和状态的全面监控的问题。
7、现有技术存在以下缺点：
8、1、现有的电动汽车电池管理系统缺乏对电池包温度和状态的全面监控能力，无法实时掌握电池包的实际工作状况，容易导致电池性能下降，影响续航里程。
9、2、传统的电池包系统在故障诊断方面存在局限性，难以实现对所有继电器的有效故障监测和诊断，影响系统的可靠性和安全性。
10、3、现有的电池包系统缺乏智能化的充电和放电策略，无法根据电池包的实际电量状态和需求进行优化充电和放电操作，降低了电池包的使用效率和寿命。
11、4、目前的电池包系统在热管理方面仍有不足，缺乏精确的温度控制和散热能力，无法有效防止电池包过热导致的故障和安全隐患。
12、5、现有的电池包系统缺乏对电池包电压、电流等关键参数的高精度采集和处理能力，无法实现对电池包状态的实时监测和精确控制，影响了电池系统的稳定性和可靠性。
技术实现思路
1、现有技术中存在电池包系统缺乏对电池包温度和状态的全面监控能力，无法实时掌握电池包的实际工作状况，导致电池性能下降、故障诊断不全面以及热管理不佳等问题。因此，本发明为了解决上述问题，提供了一种具有多维度监测、故障预测和热管理功能的电池包系统。
2、一种电池包系统，包括主控单元bcu、分流器、继电器组件和电池包；
3、所述主控单元bcu用于收集各个电池包的电压、电流及其他电池数据；所述继电器组件用于控制电池包充电、供电的通断；
4、所述继电器组件包括预充继电器、总正继电器、总负继电器及充电继电器；所述预充继电器用于控制电池包的预充状态，实现预充操作，避免上电冲击；所述总正继电器用于控制电池包的输出，实现对外部装置或设备的供电；所述总负继电器用于控制电池包总负端与外部回路的通断，配合总正继电器实现供电/充电回路的整体开关；所述充电继电器，用于控制充电机与电池包的充电回路通断；所述预充继电器、总正继电器、总负继电器及充电继电器均通过状态反馈线与主控单元bcu连接；
5、所述分流器，用于过流保护、电流采集、接触电阻监测及故障预测，串联于电池包总负端与总负继电器输入端之间；
6、所述电池包作为储能电源实现供电或者由外部的充电机进行充电。
7、优选的，主控单元bcu采用loihi2架构snn芯片，总神经元数量130k，按4:3:2:1比例分配专用神经元群，分别处理电压（52k神经元）、温度（39k神经元）、应力（26k神经元）和电化学阻抗（13k神经元）四维物理场信号。
8、优选的，所述分流器通过霍尔传感器阵列实现无损电流测量，利用磁场分布特征进行接触电阻在线监测和故障预测；分流器采用sic mosfet管脚与固态功率继电器组合的阵列设计，与继电器组件的固态继电器阵列为独立功能组件。
9、优选的，所述预充继电器、总正继电器、总负继电器及充电继电器均采用固态功率继电器与sic mosfet构成的阵列设计，导通电阻<1mω，额定通断电流≥500a，响应时间<5ms。
10、优选的，所述电池包包含从控单元bmu、多个单体电芯及若干采集线；电池包配备12位adc阵列，通过异步脉冲时序编码技术将不同物理场信号转换为专属脉冲序列；所述从控单元bmu的采集端通过采集线对接各单体电芯，输出端通过can总线与主控单元bcu连接，将编码后的信号上传至bcu；主控单元bcu按4:3:2:1比例分配的专用神经元群进行处理。
11、优选的，所述电池包系统还包括整车控制器、充电机和诊断上位机；
12、所述整车控制器，用于通过整车can与主控单元bcu连接，接收电池系统数据，实现对电动车的整体控制，配合电池包系统提供驱动力；
13、所述充电机，用于为电池包系统的单体电芯进行充电；
14、所述诊断上位机，用于对电池包系统故障识别、性能监测。
15、优选的，所述主控单元bcu通过总电压检测线连接电池包总正端与总负端；分流器输入端检测线和分流器输出端检测线与分流器连接，基于分流器固定电阻值，通过采集两端电压差值计算回路电流，从而采集输入输出电流；
16、主控单元bcu通过can总线、can-fd总线（5mbps）和时间敏感网络（tsn）以太网实现与电池包、整车控制器、充电机和诊断上位机的通信；双冗余切换机制为：通过周期100ms的心跳包检测通信状态，当can/can-fd通信连续3个心跳包丢失或通信延迟超过2ms时，自动切换至tsn以太网通信，切换过程中采用环形缓存机制暂存关键数据（缓存容量≥10kb），切换完成后优先传输缓存数据。
17、主控单元bcu还包括采样模块、处理模块、电量显示模块、温度检测模块、应力检测模块和电化学阻抗检测模块；
18、所述采样模块用于实现对电池包数据的采集，采样模块设有多个采样输入端，连接电池组，用于采集每个单体电池的电压并对其进行保护；
19、电量显示模块与处理模块连接，用于显示电池容量；
20、温度检测模块用于实时检测电池组温度；
21、应力检测模块，用于应力传感器采集单体电芯应力数据；
22、电化学阻抗检测模块，用于电化学阻抗传感器采集单体电芯电化学阻抗数据。
23、一种电池安全智能监测与防护装置，所述电池设于上述的电池包系统，智能监测与防护系统包括数据采集与处理模块、决策与响应模块，所述数据采集与处理模块包括多维度数据采集单元和信号编码与融合单元；
24、所述多维度数据采集单元，用于通过分流器集成的霍尔阵列传感器及两端检测线、电池包的采集线、应力传感器、电化学阻抗传感器分别采集单体电芯电压、温度、应力及电化学阻抗数据；
25、所述信号编码与融合单元，用于针对四维物理场信号的专属脉冲序列，输入bcu对应专用神经元群处理；通过跨尺度stdp学习规则（时间窗口[-20ms, +20ms]，权重更新步长0.01-0.1），无监督调整突触权重（权重范围0-255），自动学习四维物理场的时空关联模式，融合电压波动梯度、温度异常上升、内阻突变、应力变化阈值、电化学阻抗异常；
26、所述决策与响应模块，包括分层脉冲决策树和三级响应模块；
27、分层脉冲决策树:
28、第一层，包括100个神经元，用于处理正常-异常二分类，筛选异常信号；
29、第二层，包括500个神经元，用于识别故障模式；
30、第三层，包括200个神经元，量化故障严重度，通过脉冲发放频率-故障等级映射关系实现可解释性；
31、所述三级响应模块，用于根据故障类型与严重度，进行相应的防护处理：
32、三级响应模块逻辑包括：
33、l1级：本地均衡调节，针对轻微参数偏移自主修正，无需上报；
34、l2级：向bcu发送can报警帧，附带故障类型与严重度评分，以便整车系统协同处理；
35、l3级：直接触发继电器断路；
36、优选的，还包括预测与预警模块，所述预测与预警模块包括故障预测模型、热失控预警单元；
37、故障预测模型：用于采用液体状态机（liquid state machine）架构，配置800个储备池神经元，捕捉电池老化的非线性演化轨迹；实验条件为：充放电倍率1c，温度25±2℃，老化失效标准为容量衰减至初始容量的80%，实现提前30-50个循环周期的故障前兆检测，预测误差<2.5%；
38、热失控预警单元：用于通过电化学阻抗传感器采集阻抗变化，结合电压波动数据，建立阻抗-电压-sei膜厚度的映射模型（数学关联公式：d=k×(z/z0)×(u0/u)，其中d为sei膜厚度，k为校准系数，z为实时阻抗，z0为初始阻抗，u为实时电压，u0为初始电压），捕捉sei膜生长（厚度变化>5nm）与宏观电压波动（<2mv）的关联。
39、有益效果
40、1、本发明通过主控单元bcu集成事件驱动型类脑计算架构与智能电源管理单元（ipmu）功能，实现了对电池包的全方位监控和管理，克服了现有技术中电池包监控能力不足的问题，能够实时掌握电池包的实际工作状况，有效提高了电池系统的稳定性和可靠性；
41、2、本发明采用分流器集成电流保险与多维度检测一体化模块，通过霍尔阵列传感器实现无损电流测量和接触电阻监测，替代传统电流检测方式，大大强化了电池系统的保护功能，有效降低了故障发生的概率；
42、3、本发明通过四类固态功率继电器（ssr）与sic mosfet构成的固态继电器阵列，实现了电池包充电和供电的精准控制，消除了机械触点磨损，提高了系统的使用寿命和可靠性；
43、4、本发明采用12位adc阵列和高精度传感器，实现了电池包电压、电流、温度等参数的高精度采集和监测，能够及时发现电池包异常情况，有效防止了因参数偏移导致的电池故障；
44、5、本发明通过分层脉冲决策树和三级响应策略，实现了对电池包故障的准确诊断和及时处理，提高了系统的故障诊断效率和处理速度，显著提升了电池系统的安全性和可靠性。