基于互联网的锂电池监控管理系统

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及基于互联网的锂电池监控管理系统。

背景技术

锂电池是一种常见的可充电电池，具有高能量密度、长寿命和轻质化等优点，随着科技的飞速发展，共享电车广泛普及，共享电车的电源来源主要是锂电池；锂电池在充放电过程中存在一定的安全风险，可能会发生过充、过放、短路等情况；因此对锂电池的监控管理尤为重要；

锂电池作为共享电车的动力电源，通常是由管理人员运输至充电站进行集中充电，充电站能够在锂电池出现过充或者搭铁(短路)等异常现象时进行自动断电，但是锂电池经过长时间的使用，易造成机械损伤或锂电池出现裂纹、变形等，目前的锂电池监控系统无法对该种情况进行及时发现和处理，造成加大共享电车充电和用户骑行的安全风险。

发明内容

本发明的主要目的在于提供基于互联网的锂电池监控管理系统，以克服上述背景技术提到的问题。

为实现上述目的，提供了基于互联网的锂电池监控管理系统，包括：共享电车端和云端处理器；云端处理器包括数据库、表观监测模块、行程监测模块和预警处理模块；

行程监测模块基于行程参数对行驶过程遭受的颠簸和撞击进行量化分析以得到颠簸指数Czm和撞击指数Gzm，并将其结合腐蚀指数Qz、形变指数Tz和裂纹指数Lz代入设定的公式Yz＝(y1×Qz+y2×Tz+y3×Lz)×(y4×Czm+y5×Gzm)计算以得到告警值Yz，其中y1、y2、y3、y4和y5分别为设定的比例系数；当告警值大于设定的告警区间中的最大值时，则生成高度风险预警信号；当告警值处于设定告警区间之内时，则生成中度风险预警信号；当告警值小于设定的告警区间中的最小值时，则生成轻微风险信号；将高度风险预警信号、中度风险预警信号和轻微风险信号记为预警信号，并将其发送至预警处理模块；

预警处理模块基于接收到的预警信号执行对应处理策略，具体为：

当接收到高度风险信号时，若用户正处于骑行状态则控制共享电车靠边停车、共享电车的车灯闪烁并进入托运模式，生成更换锂电池指令至距离当前位置最近的管理员移动端以便管理员将该共享电车运输至集中站点，将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池更换类目中；反之则直接控制共享电车进入托运模式，并将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池更换类目中；

当接收到中度风险信号时，若用户正处于骑行状态则获取共享电车此时的位置，并在数据库内调取距离当前位置最近的站点，并生成距离最短的抵达路线图，发送至用户移动端；当共享电车的定位与最近的站点一致时，则控制该共享电车进入托运模式，并将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池维修类目中；反之则直接控制共享电车进入托运模式，并将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池维修类目中；

当接收到轻微风险信号时，则调取该共享电车的告警值，并据此以得到最新的采集间隔时长；调取最近一次的采集指令生成时刻，并将其与系统当前时刻进行时间差值计算以得到实际间隔时长，当实际间隔时长等于最新的采集间隔时长时，则生成采集指令，并将其发送至共享电车端；将该共享电车的编号添加至管理员移动后台的锂电池充电类目中；

管理员按照移动后台的锂电池更换类目、锂电池维修类目和锂电池充电类目中的共享电车的编号进行对应的更换、维修和充电的处理。

进一步的，云端处理器还包括表观监测模块；

表观监测模块基于表观参数对锂电池的腐蚀、形变和裂纹进行深化分析以得到腐蚀指数、形变指数和裂纹指数；具体为：

201：调取不同采集时刻的表观图像，利用照片识别器识别表观图像中存在的腐蚀区域，并对其进行量化分析以得到腐蚀指数；

202：调取不同采集时刻的若干角度轮廓图，并将其与初始轮廓图进行重叠比对分析以得到凸起形变和凹陷形变，并对进行深化分析以得到形变指数；

203：调取不同采集时刻的表观图像，利用卷积神经网络算法识别表观图像中的裂纹以及裂纹长度、裂纹宽度和裂纹位置，并对其进行细化分析以得到裂纹指数。

进一步的，调取不同采集时刻的表观图像，利用照片识别器识别表观图像中存在的腐蚀区域，并对其进行量化分析以得到腐蚀指数；其中量化分析具体步骤如下：

统计腐蚀区域的数量记为F1，并将腐蚀区域进行涂色处理，将涂色处理后的表观图像进行放大处理形成若干个像素格，将与涂色颜色一致的像素格记为涂色像素格并统计涂色像素格的数量记为F2，将F1和F2代入设定的公式Fzj＝f1×F1+f2×F2计算以得到该采集时刻表观图像的腐蚀值，其中f1和f2分别为设定的比例系数，j＝1,2,3……m1，m1取值为正整数，m1表示的是采集时刻总数量，j为其中任意一个采集时刻的序号，由此可得每个采集时刻对应的腐蚀值；以采集时刻为横坐标，以腐蚀值为纵坐标构建腐蚀值随时间变化曲线图，将腐蚀值在坐标系中的位置记为腐蚀点；在腐蚀点作与曲线相切的切线并计算切线的斜率记为该腐蚀点的切线斜率记为Qj；以采集时刻为横坐标，以切线斜率为纵坐标构建切线斜率随时间变化关系图；计算相邻两个斜率点构成的线段的斜率记为线段斜率，将大于零的线段斜率进行求和计算以得到腐蚀速率增加度记为K1，将小于零的线段斜率进行求和计算并取绝对值以得到腐蚀速率降低度记为K2；将腐蚀值Fzj、切线斜率Qj、腐蚀速率增加度K1和腐蚀速率降低度K2代入设定的公式

进一步的，调取不同采集时刻的若干角度轮廓图，并将其与初始轮廓图进行重叠比对分析以得到凸起形变和凹陷形变，并对进行深化分析以得到形变指数；其中深化分析具体步骤如下：

任取一采集时刻的若干角度轮廓图，并将其按照对应的角度与初始轮廓图进行重叠比对分析以得到凸出形变和凹陷形变；提取凸起形变和凹陷形变的形变参数；其中形变参数包括凸起形变的凸起线高和凸起线长、凹陷形变的凹陷线长和凹陷线高；凸起线高B1、凸起线长B2、凹陷线高A1和凹陷线长进A2代入设定的公式组

将凸起形变量Bzj、凹陷形变量Azj、凸起系数TBj和凹陷系数TAj代入设定的公式

进一步的，调取不同采集时刻的表观图像，利用卷积神经网络算法识别表观图像中的裂纹以及裂纹长度、裂纹宽度和裂纹位置，并对其进行细化分析以得到裂纹指数；其中细化分析的具体步骤如下：

任取一个采集时刻，将裂纹位置与锂电池设定的所有位置进行比较匹配以得到对应的风险系数记为D1 j i，其中i＝1,2,3……m3，m3取值为正整数，m3表示的是该采集时刻裂缝的总数量，i表示的是该采集时刻的表观图像中任意一个裂纹的序号；将裂纹长度乘以裂纹宽度以得到裂纹表面积记为D2j i，并将其与风险系数D1 j i代入设定的公式

进一步的，基于行程参数对行驶过程遭受的颠簸和撞击进行量化分析以得到颠簸指数和撞击指数，具体步骤如下：

调取行程过程中所遭受的颠簸以及颠簸幅度C1、颠簸冲击值C2和颠簸持续时长C3，并将其代入设定的公式Cz＝p1×C1+p2×C2+p3×C3进行计算以得到颠簸值Cz，其中p1、p2、p3分别为设定的比例系数；将所有颠簸对应的颠簸值进行求和计算以得到颠簸指数记为Czm；

调取行程过程中所遭受的撞击以及撞击力和撞击位置；将撞击位置在三维模型图中对应位置进行标注以得到撞击坐标，并将其与锂电池点云数据集进行比较分析以得到与撞击位置最接近的点云数据坐标记为近点坐标；将撞击坐标和近点坐标利用三维欧氏距离公式计算以得到近点距离记为G1；将撞击力G2和近点距离G1代入设定的公式Gz＝p4×G1+p5×G2进行计算以得到撞击值Gz，其中p4和p5分别为设定的比例系数；将所有撞击对应的撞击值进行求和计算以得到撞击指数记为Gzm。

本发明的有益效果：

(1)通过记录行程过程中的颠簸和撞击进行量化分析以得到颠簸指数和撞击指数，能够评估电车在行驶过程中的颠簸程度和撞击程度，预测电池内部连接器绝缘材料的损伤风险，以及预测电池内部构件的损坏风险；最后，将腐蚀指数、形变指数、裂纹指数、颠簸指数和撞击指数综合计算得到告警值，并据此判断电车的锂电池是否处于严重危险状态，并生成相应的预警信号；以帮助及时发现电车在运行过程中可能存在的安全隐患，提前采取措施进行修复或替换，保障共享电车的运行安全性；

(2)通过控制高度风险信号和中度风险信号共享电车进入托运模式，并将其分别添加至管理员移动后台的锂电池更换类目和锂电池维修类目中；将轻微风险信号的共享电车添加至管理员移动后台的锂电池充电类目中，并将其对应的告警值生成采集指令，确保及时获取电池状态数据，为后续的维护和处理提供基础，有助于提高电池的寿命和可靠性，并为系统的数据分析和优化提供依据；同时依据移动后台各类目进行对应处理，能够更加高效地识别和处理出现故障的共享电车，并筛选出存在风险的锂电池，实现保障锂电池充电的安全性和保障用户骑行安全，为系统管理提供更加智能和高效的方式。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的系统模块连接示意图；

图2是本发明的实施轮廓与初始轮廓的重叠示意图；

图3是本发明的凸起形变和凹陷形变示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，基于互联网的锂电池监控管理系统包括云端处理器和共享电车端，其中云端处理器包括数据库、表观监测模块、行程监测模块、运行监测模块和预警处理模块；

共享电车端内设有采集模块，采集模块与共享电车上的传感器进行通信连接，当采集模块接收到采集指令时，则唤醒与之通信连接的传感器以获取锂电池的表观参数，以及共享电车的行程参数；其中表观参数包括锂电池的表观图像以及若干角度轮廓图；行程参数包括行驶过程中所遭受的颠簸以及颠簸参数、撞击以及撞击参数；其中颠簸参数包括颠簸幅度、颠簸冲击值和颠簸持续时长；撞击参数包括撞击力和撞击位置；采集模块通过互联网与云存储处理器通信连接以上传锂电池的表观参数，以及共享电车的行程参数；

表观监测模块通过表观参数对共享电车的锂电池表观的腐蚀、形变和纹裂进行深化分析以得到腐蚀指数、形变指数和裂纹指数，具体为：

腐蚀分析：调取不同采集时刻的表观图形，利用照片识别器识别表观图像中存在的腐蚀区域，统计腐蚀区域的数量记为F1，并将腐蚀区域进行涂色处理，需要说明的是所涂的颜色与表观图像颜色不一样以便于区分；将涂色处理后的表观图像进行放大处理形成若干个像素格，直至像素格内只存在一种颜色，识别像素格的颜色；将与涂色颜色一致的像素格记为涂色像素格，统计涂色像素格的数量，并将其记为F2，利用设定的公式Fzj＝f1×F1+f2×F2计算以得到该采集时刻表观图像的腐蚀值，其中f1和f2分别为设定的比例系数，j＝1,2,3……m1，m1取值为正整数，m1表示的是采集时刻总数量，j为其中任意一个采集时刻的序号；由此可得每个采集时刻对应的腐蚀值；以采集时刻为横坐标，以腐蚀值为纵坐标构建二维直角坐标系，将腐蚀值按照对应的采集时刻的先后顺序输入至坐标系中，将腐蚀值在坐标系中的位置记为腐蚀点，将腐蚀点依次采用圆滑的曲线进行连接以得到腐蚀值随时间变化曲线图；在腐蚀点作与曲线相切的切线并计算切线的斜率记为该腐蚀点的切线斜率Qj；即采集时刻与腐蚀点一一对应，腐蚀点和切线斜率一一对应，因此采集时刻与切线斜率为一一对应的关系；需要说明的是，切线斜率能够表示该腐蚀点的腐蚀速率，当切线斜率越大则表示该点的腐蚀速率比较大；以采集时刻为横坐标，以切线斜率为纵坐标构建二维直角坐标系，将切线斜率按照对应的采集时刻的先后顺序输入至坐标系中，将切线斜率在坐标系中的位置记为斜率点，将斜率点采用直线依次连接以得到切线斜率随时间变化关系图；计算相邻两个斜率点构成的线段的斜率记为线段斜率，将大于零的线段斜率进行求和计算以得到腐蚀速率增加度记为K1，将小于零的线段斜率进行求和计算并取绝对值以得到腐蚀速率降低度记为K2；利用设定的公式

形变分析：调取不同采集时刻的若干角度轮廓图，数据库保存有锂电池刚投入使用时的若干角度初始轮廓图；如图2所示，任取一采集时刻的若干角度轮廓图，并将其按照对应的角度与初始轮廓图进行重叠比对分析以得到凸出形变和凹陷形变；如图3所示，提取凸起形变和凹陷形变以得到凸起形变的凸起线高和凸起线长、凹陷形变的凹陷线长和凹陷线高；其中凸起线高是凸起线与凸起弧线之间的最大距离，凹陷线高是凹陷线与凹陷弧线之间的最大距离；将凸起形变的凸起线高和凸起线长分别记为B1和B2，将凹陷形变的凹陷线高和凹陷线长分别记为A1和A2；将凸起形变的凸起线高和凸起线长、凹陷形变的凹陷线长和凹陷线高记为形变参数；需要说明的是，凸起线高和凹陷线高越大，则表示凸起形变和凹陷形变的深度越大；凸起线长和凹陷线长越大，则表示凸起形变和凹陷形变的范围越大；利用设定的公式组

将凹陷形变量与设定的凹陷区间进行比较析，当凹陷形变量大于设定的分

凹陷区间中的最大值时，说明该凹陷形变比较严重，则将该凹陷形变量对应的凹陷形变记为高度凹形变；当凹陷形变量处于设定的凹陷区间之内时，则将该凹陷形变量对应的凹陷形变记为中度凹形变；当凹陷形变量小于设定的凹陷区间中的最小值时，则将该凹陷形变量对应的凹陷形变记为轻微凹形变；分为统计高度凹形变、中度凹形变和轻微凹形变的数量，并将其分别记为T4、T5和T6，利用设定的公式

将凸起形变量Bzj、凹陷形变量Azj、凸起系数TBj和凹陷系数TAj利用设定的公式

纹裂分析：调取不同采集时刻的表观图像，利用卷积神经网络算法识别表观图像中的裂纹以及裂纹长度、裂纹宽度和裂纹位置；任取一个采集时刻，设定锂电池的每个位置均对应一个风险系数，将裂纹位置与锂电池设定的所有位置进行比较匹配以得到对应的风险系数；由此可得该采集时刻的每个裂缝对应的风险系数记为D1 j i，其中i＝1,2,3……m3，m3取值为正整数，m3表示的是该采集时刻裂缝的总数量，i表示的是该采集时刻的表观图像中任意一个裂纹的序号；需要说明的是不同位置的裂纹对锂电池的危害不同；例如裂纹出现在电解液渗透的位置可能会导致电解液泄漏，进而引发热失控、短路，甚至爆炸等严重后果；

将裂纹长度乘以裂纹宽度以得到裂纹表面积记为D2j i，并将其与风险系数通过设定的公式

通过对不同采集时刻的表观图像和轮廓图形进行腐蚀、形变和裂纹分析以得到腐蚀指数、形变指数和裂纹指数，能够对锂电池的腐蚀、形变和裂纹情况进行全面的评估，有助于及时了解锂电池的状态，为共享电车的安全管理提供了重要的技术支持。

行程监测模块通过行程参数以对共享电车在行驶过程中遭受的颠簸和撞击进行深化分析以得到颠簸指数和撞击指数，并将其结合腐蚀指数、形变指数和裂纹指数进行综合分析以得到预警信号，并将其发送至预警处理模块；具体为：

调取行程过程中所遭受的颠簸以及颠簸幅度、颠簸冲击值和颠簸持续时长，并将其分别记为C1、C2和C3；需要说明的是，颠簸幅度是指共享电车在行驶过程中的发生颠簸上下起伏的幅度大小，颠簸冲击力是指共享电车在行驶过程中的发生颠簸时所承受的冲击力大小；任选其中一次的颠簸，将对应的颠簸幅度C1、颠簸冲击值C2和颠簸持续时长C3通过设定的公式Cz＝p1×C1+p2×C2+p3×C3进行计算以得到颠簸值Cz，其中p1、p2、p3分别为设定的比例系数；将所有颠簸对应的颠簸值进行求和计算以得到颠簸指数记为Czm；需要说明的是，颠簸以及颠簸产生的震动会对电池内部的连接器和绝缘材料造成压力，可能导致连接失效或绝缘破损，增加短路的风险；

调取行程过程中所遭受的撞击以及撞击力和撞击位置；数据库内保存有共享电车的三维模型图，其中三维模型图是由大量点云数据组成的，由此可得共享电车中表示锂电池的所有点云数据的坐标，并将其记为锂电池点云数据集；将撞击位置在三维模型图中对应位置进行标注以得到撞击坐标，并将其与锂电池点云数据集进行比较分析以得到与撞击位置最接近的点云数据坐标记为近点坐标；将撞击坐标和近点坐标利用三维欧氏距离公式计算以得到近点距离记为G1；将撞击力记为G2，并将其与近点距离G1利用设定的公式Gz＝p4×G1+p5×G2进行计算以得到撞击值Gz，其中p4和p5分别为设定的比例系数；需要说明的是，严重的撞击可能导致电池包受到挤压或变形，从而造成内部构件的损坏，甚至引发短路等安全隐患；

将腐蚀指数Qz、形变指数Tz、裂纹指数Lz、颠簸指数Czm和撞击指数Gzm通过设定的公式Yz＝(y1×Qz+y2×Tz+y3×Lz)×(y4×Czm+y5×Gzm)计算以得到告警值Yz，其中y1、y2、y3、y4和y5分别为设定的比例系数；将告警值与设定的告警区间进行比较分析，当告警值大于设定的告警区间中的最大值时，说明此时共享电车的锂电池处理严重危险状态，则生成高度风险预警信号；当告警值处于设定告警区间之内时，则生成中度风险预警信号；当告警值小于设定的告警区间中的最小值时，则生成轻微风险信号；将高度风险预警信号、中度风险预警信号和轻微风险信号记为预警信号，并将其发送至预警处理模块；

通过记录行程过程中的颠簸和撞击进行量化分析以得到颠簸指数和撞击指数，能够评估电车在行驶过程中的颠簸程度和撞击程度，预测电池内部连接器绝缘材料的损伤风险，以及预测电池内部构件的损坏风险；最后，将腐蚀指数、形变指数、裂纹指数、颠簸指数和撞击指数综合计算得到告警值，并据此判断电车的锂电池是否处于严重危险状态，并生成相应的预警信号；以帮助及时发现电车在运行过程中可能存在的安全隐患，提前采取措施进行修复或替换，保障共享电车的运行安全性。

预警处理模块通过依据接收到的预警信号执行对应的处理策略以保障用户骑行安全和锂电池的充电安全；具体为：

当接收到高度风险预警信号时，若用户在骑行时，则控制共享电车靠边停车、共享电车的车灯闪烁并进入托运模式，生成更换锂电池指令至距离当前位置最近的管理员移动端以便管理员将该共享电车运输至集中站点，将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池更换类目中，方便后续的更换处理；其中更换锂电池指令包括该共享电车当前位置和编号；调取距离当前位置最近的停车站点，并生成抵达路线图发送至用户以供用户前往重新更换共享电车；否则直接控制共享电车进入托运模式，并将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池更换类目中；

当接收到中度风险信号时，若用户在骑行时，则获取共享电车此时的位置，并在数据库内调取距离当前位置最近的站点，并生成距离最短的抵达路线图，发送至用户移动端以便用户前往最近的站点进行更换其他共享电车；当共享电车的定位与最近的站点一致时，则控制该共享电车进入托运模式；需要说明的是，托运模式是指该共享电车进入锁定模式，当管理员使用管理卡进行解锁时，即可解除锁定以便管理员进行运输至集中站点，将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池维修类目中，方便后续的锂电池维修处理；需要说明的移动后台是指管理员的移动设备的管理后台，每个管理员都是在共享电车管理平台注册并经过认证的；否则直接控制共享电车进入托运模式，并将该共享电车的编号添加至该管理员移动后台中锂电池更换类目中；

当接收到轻微风险信号时，则调取该共享电车的告警值，并将其乘以设定的时长转化系数以得到最新的采集间隔时长；调取最近一次的采集指令生成时刻，并将其与系统当前时刻进行时间差值计算以得到实际间隔时长，当实际间隔时长等于最新的采集间隔时长时，则生成采集指令，并将其发送至共享电车端；将该共享电车的编号添加至管理员移动后台的锂电池充电类目中；

管理员按照移动后台的锂电池更换类目、锂电池维修类目和锂电池充电类目中的共享电车的编号进行对应的处理，以实现保障用户骑行安全和锂电池充电安全；

通过控制高度风险信号和中度风险信号共享电车进入托运模式，并将其分别添加至管理员移动后台的锂电池更换类目和锂电池维修类目中；将轻微风险信号的共享电车添加至管理员移动后台的锂电池充电类目中，并将其对应的告警值生成采集指令，确保及时获取电池状态数据，为后续的维护和处理提供基础，有助于提高电池的寿命和可靠性，并为系统的数据分析和优化提供依据；将；同时依据移动后台各类目进行对应处理，能够更加高效地识别和处理出现故障的共享电车，提升维修效率，减少故障对用户使用的影响；实现保障用户骑行安全并提高锂电池的使用效能，为系统管理提供更加智能和高效的方式。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。