[發(fā)明專利]一種基于參數(shù)辨識(shí)法的電池系統(tǒng)傳感器故障診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011036224.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111965547B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于全慶;萬(wàn)長(zhǎng)江;金毅;王大方;楊博文;董浩崧;郝志偉;張畢;李憲營(yíng);秦夢(mèng)迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）;威海天達(dá)汽車(chē)科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R31/367
• 分類號(hào): G01R31/367;G01R31/382;G01R31/392;B60L58/10
• 代理公司: 威海聚睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37352
• 代理人: 宋立國(guó)

1.一種基于參數(shù)辨識(shí)法的電池系統(tǒng)傳感器故障診斷方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：建立OCV-SOC-容量響應(yīng)面及閾值模型

確定電動(dòng)汽車(chē)所用鋰離子動(dòng)力電池的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)，對(duì)動(dòng)力電池展開(kāi)老化循環(huán)實(shí)驗(yàn)，并等循環(huán)間隔進(jìn)行電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)；電池特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)包括容量測(cè)試、OCV測(cè)試、混合脈沖測(cè)試和動(dòng)態(tài)工況測(cè)試，獲取電池在不同老化階段下的容量值和OCV-SOC關(guān)系式，建立OCV-SOC-容量三維響應(yīng)面模型；利用混合脈沖測(cè)試數(shù)據(jù)構(gòu)建電池模型，結(jié)合參數(shù)辨識(shí)算法建立動(dòng)態(tài)的閾值模型，閾值模型是SOC的函數(shù)；OCV-SOC-容量三維響應(yīng)面模型及閾值模型存儲(chǔ)在BMS中；

建立OCV-SOC-容量三維響應(yīng)面模型的具體方法為：

根據(jù)第0個(gè)循環(huán)后的OCV實(shí)驗(yàn)建立OCV與SOC的如下關(guān)系式：

OCV(z)＝α₀+α₁z+α₂z²+α₃z³+α₄z⁴+α₅z⁵+α₆z⁶+α₇z⁷+α₈z⁸+α₉z⁹+α₁₀z¹⁰

式中，α₀,α₁,…,α₁₀為關(guān)系式系數(shù)，可通過(guò)OCV測(cè)試數(shù)據(jù)擬合得到，z為電池SOC，其值在電池完全充滿時(shí)為100％，完全放光時(shí)為0，其他時(shí)刻的值可通過(guò)如下安時(shí)積分法計(jì)算：

式中，下標(biāo)k表示第k個(gè)采樣時(shí)刻，I為電流值，Δt為電池的采樣間隔；

對(duì)每50個(gè)老化循環(huán)后的基礎(chǔ)特性測(cè)試中的OCV實(shí)驗(yàn)進(jìn)行處理得到每50個(gè)循環(huán)對(duì)應(yīng)容量的OCV(z)關(guān)系式，然后將系數(shù)α₀,α₁,…,α₁₀解析成容量Q的三次函數(shù),得到電池全壽命周期下的OCV(z)：

式中，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，Λ為11×4系數(shù)矩陣。

據(jù)此，建立OCV-SOC-容量三維響應(yīng)面模型，在該模型中，將OCV解析成SOC的十階多項(xiàng)式，十階多項(xiàng)式的系數(shù)進(jìn)一步解析成容量的三次多項(xiàng)式；

建立閾值模型的具體方法為：

用第0個(gè)循環(huán)后的混合脈沖測(cè)試數(shù)據(jù)和遺傳算法得到電池端電壓U_t的誤差ΔU_t隨SOC的變化曲線，通過(guò)該曲線得到下式的擬合系數(shù)：

ΔU_t＝β₀+β₁z+β₂z²+β₃z³+β₄z⁴+β₅z⁵+β₆z⁶+β₇z⁷+β₈z⁸+β₉z⁹+β₁₀z¹⁰

式中，β₀,β₁,...,β₁₀為擬合系數(shù)，將該擬合系數(shù)代入下式得到閾值模型：

J＝1.1×(β₀+β₁z+β₂z²+β₃z³+β₄z⁴+β₅z⁵+β₆z⁶+β₇z⁷+β₈z⁸+β₉z⁹+β₁₀z¹⁰)；

步驟二：建立容量估計(jì)模型

對(duì)動(dòng)力電池開(kāi)展加速老化實(shí)驗(yàn)，獲得電池在不同溫度T和電池倍率C下的老化數(shù)據(jù)，建立電池的容量估計(jì)模型，儲(chǔ)存在BMS中；

電池溫度T應(yīng)至少包括-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃和50℃，電池倍率C應(yīng)至少包括0.5C、1C、2C和3C，容量估計(jì)模型如下：

式中，Q₀為新電池的最大可用容量，T為電池表面溫度，N為充放電循環(huán)數(shù)，χ，a,b和c為擬合系數(shù)，可通過(guò)對(duì)應(yīng)放電倍率下老化實(shí)驗(yàn)得到的容量及循環(huán)數(shù)曲線擬合得到；通過(guò)改變電池倍率C，得到一系列的χ值，然后建立χ和C的二次函數(shù)，確定二次函數(shù)系數(shù)γ₀，γ₁和γ₂；

步驟三：OCV參考值獲取

在實(shí)際充放電循環(huán)過(guò)程中，根據(jù)電池的電流I計(jì)算出其電池倍率C：

然后將當(dāng)前的溫度T，循環(huán)數(shù)N和電池倍率C，代入容量估計(jì)模型得到電池容量Q_k，

然后根據(jù)安時(shí)積分法計(jì)算當(dāng)前k時(shí)刻的SOC值z(mì)_k,，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)OCV-SOC-容量三維響應(yīng)面可獲得OCV的參考值OCV_r,k；

步驟四：OCV估計(jì)值獲取

對(duì)所用動(dòng)力電池建立電池等效電路模型，將OCV作為待辨識(shí)參數(shù)向量中的一個(gè)元素，通過(guò)帶遺忘因子的遞推最小二乘法獲得OCV的估計(jì)值；

步驟五：故障診斷閾值更新

將安時(shí)積分法計(jì)算的SOC代入閾值模型得到用于當(dāng)前時(shí)刻故障診斷的閾值J。

步驟六：故障檢測(cè)

將OCV的參考值和估計(jì)值之差作為殘差，與閾值進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷傳感器是否發(fā)生故障。