[發明專利]一種基于參數辨識法的電池系統傳感器故障診斷方法

有效

• 申請號: 202011036224.X
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN111965547B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 于全慶;萬長江;金毅;王大方;楊博文;董浩崧;郝志偉;張畢;李憲營;秦夢迪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;威海天達汽車科技有限公司
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/382;G01R31/392;B60L58/10
• 代理公司: 威海聚睿知識產權代理事務所(普通合伙) 37352
• 代理人: 宋立國

本發明提供了一種基于參數辨識法的電池系統傳感器故障診斷方法。該方法為：首先根據實驗構建電池的OCV?SOC?容量三維響應面、閾值模型及容量估計模型；然后根據容量估計模型得到的容量值和安時積分法得到的SOC在三維響應面中查找到開路電壓OCV的參考值；OCV的估計值則通過在線辨識算法估計得到；再將安時積分法得到的SOC代入閾值模型得到當前SOC時的故障診斷閾值；最后將OCV的參考值和估計值之差作為殘差用于殘差評價，當殘差絕對值超過所設閾值即可判斷傳感器出現故障。本發明不僅考慮了電池老化和SOC對OCV參考值的影響，還考慮了OCV殘差在全SOC區間的差異特性，有效降低了在電池全壽命周期傳感器故障診斷的誤警率和漏警率。

技術領域

本發明涉及動力電池系統領域，尤其涉及一種基于參數辨識法的電池系統傳感器故障診斷方法。

背景技術

動力電池系統作為新能源汽車的能量載體，為確保其安全和高效運行，電池管理系統(Battery management system,BMS)需對系統內的所有可能潛在發生的故障進行及時有效的診斷。因BMS的所有功能均需依賴傳感器的采集數據進行各種監控、控制和管理，故傳感器故障診斷是BMS的核心任務之一。

目前，傳感器故障診斷實際應用較多的是基于解析模型的方法，該方法包括殘差生成和殘差評價兩步，根據殘差生成方法的不同又可進一步細分為參數辨識法、狀態估計法和等價空間法。由于電池的模型參數是電池解析模型的基礎，因此基于參數辨識的方法是傳感器故障診斷的優選。基于參數辨識法進行傳感器故障診斷的常用思路是：先利用特定實驗數據得到電池模型的參數值作為參考值，并將其儲存在BMS中。電池實際工作時，通過在線參數辨識方法對實時采集到的電流和電壓信號進行處理得到參數的估計值，電池模型參數的參考值和估計值之差可作為殘差，通過對比殘差和故障診斷閾值來判斷傳感器是否發生故障。實際上，電池模型參數分為動態特性參數和靜態特性參數。兩種特性參數都受荷電狀態(State of Charge,SOC)和老化等因素影響，且動態特性參數還受充放電電流倍率(Current rate,C)影響，因而靜態特性參數更適合用于故障診斷研究。

電池的靜態特性參數主要指電池的開路電壓(Open circuit voltage,OCV),目前利用OCV生成殘差的研究中，OCV的參考值通常是通過安時積分法得到的SOC和BMS存儲的OCV-SOC二維非線性關系式聯合得到，忽略了OCV和OCV-SOC關系式均受電池老化影響的特性。電池的老化主要體現在容量衰退上，在電池的狀態估計研究中，雖然已有研究人員為獲取更準確的OCV而建立OCV-SOC-容量的三維響應面模型，但該響應面模型中包含了冪函數項和對數函數項，這限制了電池SOC的范圍不能取0和100％及非常接近這兩個值的值，此外，響應面模型中對容量的考慮通常是建立容量的二次函數，容量插值精度低，因此，如若采用OCV-SOC-容量的三維響應面模型獲取OCV的參考值還需對傳統的響應面模型進行改進。除了改進參數參考值以提高殘差精度外，目前研究中的殘差閾值也存在問題。由于電池模型在不同SOC區間的模型精度不同，進而導致OCV估計精度在不同SOC區間也會存在明顯差異，若在整個SOC區間采用恒定單一閾值也將導致部分SOC區間的故障誤警率和漏警率高的問題。

因此，如何基于參數辨識法實現電池全壽命周期的傳感器故障診斷方法仍是當前的技術難點。

發明內容

本發明的目的在于提出基于參數辨識法的電池系統傳感器故障診斷方法。所述方法以電池OCV生成殘差，但摒棄利用安時積分法和OCV-SOC二維關系式獲取OCV參考值的傳統思路，而是充分考慮電池老化對OCV-SOC關系式的影響，通過實驗獲得不同老化階段的容量Q及OCV-SOC二維關系式進而建立OCV-SOC-容量三維響應面模型并存儲在BMS中。實際應用中，電池SOC仍采用安時積分法獲得，而容量可通過容量估計模型獲得，然后根據OCV-SOC-容量三維響應面模型獲取OCV的參考值。OCV的估計值可通過常用的參數在線辨識算法得到。考慮到OCV估計誤差在不同SOC區間的估計精度不同，故本發明還提出一種閾值更新模型，將閾值表達成SOC的函數，當殘差超過閾值即可判定傳感器出現故障。