[发明专利]基于信号处理的电池组多故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于信号处理的混合工况下电池组多故障诊断方法，其特征在于，包括：

步骤1、根据锂离子电池组双线制电压测量拓扑结构，获得测量电压与电池单体、电压传感器、电池间连接电阻之间不同的对应关系；

步骤2、对锂离子电池组进行混合工况测试实验以得到测试数据集；

步骤3、测试数据处理及参数选定，具体包括：

3.1)引入遗忘机制，以削弱故障诊断过程中大量的历史运行数据对诊断速度和精度的影响，并根据步骤2)中所得的测试数据集，确定滑动窗口的长度；

3.2)对测量电压叠加方波信号以削弱小电流情况下测量噪声对诊断的影响，并根据步骤2)中所得的测试数据集，确定方波信号的幅值和周期；

3.3)根据步骤2)中所得的测试结果数据库，确定故障诊断中所选择的故障指示参数的阈值、电流相关阈值以及电压相关阈值；

步骤4、基于电压间相关系数对电池组中电压传感器故障、电池间短连接故障以及电池短路故障进行检测与分离；

所述的锂离子电池组双线制电压测量拓扑结构是指：n个电池串联的锂离子电池组，

所述的对应关系是指：其中：U_i为电压传感器i的测量值,U为电压传感器n+1测量的电池组总电压；V_i为电池单体i的电压,I为流经电池组的电流，R_i,i+1为电池单体i与电池单体i+1之间的连接导线的电阻值，w表示电压传感器的测量噪声；

所述的混合工况包括：城市功率驾驶工况(Urban Dynamometer Driving Schedule,UDDS)，美国联邦城市驾驶工况(Federal Urban Driving Schedule，FUDS)；

所述的检测与分离，具体包括：

4.1)加载传感器测量数据；

4.2)当前后两个相邻采样时刻的电流变化超过相应的阈值，更新电池内阻，对个别异常采样点进行预处理；

4.3)考虑内阻不一致性计算电池组中单体电压间的相关系数，形成数据集合M1；

4.4)考虑内阻不一致性计算电池组中所有单体电压之和与电池组电压之间的相关系数M2；

4.5)根据相关系数计算结果进行故障检测：当M1，M2中有元素超出阈值，则检测到故障发生，否则说明电池组内无故障发生；

4.6)当检测到故障，进一步根据异常元素的相对位置进行故障的定位与故障类型的区分：当两个异常元素不相邻，且二者之间间隔一个元素，则该位置处发生了连接故障；当相邻两个元素出现异常，则故障位置可确定，并判断步骤4.4)中相关系数是否超出阈值，当超出阈值则该故障为传感器故障，否则为短路故障；

所述的数据集合M1，通过以下方式得到：计算电池组中每两个相邻单体间的电压相关系数r_i，j(i＝1,2,…,n-1)以及r_n，1,形成数据集合M₁＝{r_1，2，r_2，3，…r_n-1，n，r_n，1}，其中：r_i，j＝r(U_i，U_j-IΔR_i，j)，ΔR_i，j＝R_j-R_i；定义向量并初始化：对于k＝0,定义向量α_k＝x_ky_k，β_k＝x_k，γ_k＝y_k，ε_k＝x_k²，δ_k＝y_k²r(X，Y)_k＝1，其中：变量X和Y分别为两个电压向量U_i以及U_i+1，x_k与y_k分别为X向量和y向量中第k时刻时的元素，r(X,Y)为X和Y之间的相关系数；

当时刻k小于移动窗口长度m时：中间值更新为：α_k＝α_k-1+x_ky_k，β_k＝β_k-1+x_k，γ_k＝γ_k-1+y_k，ε_k＝ε_k-1+x_k²，δ_k＝δ_k-1+y_k²；计算相关系数当时刻k大于移动窗口长度m时：中间值更新为：α_k＝α_k-1+x_ky_k-x_k-my_k-m，β_k＝β_k-1+x_k-x_k-m，γ_k＝γ_k-1+y_k-y_k-m，ε_k＝ε_k-1+x_k²-x_k-m²，δ_k＝δ_k-1+y_k²-y_k-m²；计算相关系数

所述的相关系数M2，通过以下方式得到：计算电池组中所有单体电压之和与电池组电压之间的相关系数r_t1，t2，得到M₂＝{r_t1，t2}，其中：r_t1，t2＝r(U_t，U-IΔR_t1，t1)，ΔR_t1，t2＝R_t2-R_t1。