[发明专利]一种基于马氏链和故障树的车载复合电源可靠性评估方法

权利要求书

1.一种基于马氏链和故障树的车载复合电源可靠性评估方法，其特征在于，所述方法基于马氏链理论和故障树理论相结合，包括以下步骤：

步骤一，基于马氏链理论建立四种不同拓扑结构复合电源发生故障的状态转移图；

步骤二，根据四种不同拓扑结构复合电源发生故障的状态转移图，基于故障树理论建立最终导致复合电源产生故障以致系统处于瘫痪状态的故障树模型图；

步骤三，根据所建立的故障树模型图，计算求得四种不同拓扑结构复合电源的故障率，并进行对比分析，进而进行可靠性评估，得到可靠性最强的复合电源；

所述四种不同拓扑结构复合电源分别为超级电容器位于中间位置的级联式结构复合电源、蓄电池位于中间位置的级联式结构复合电源、并联结构复合电源和多输入功率变换器结构复合电源；

在超级电容器位于中间位置的级联式结构复合电源中，第一双向DC/DC功率变换器位于蓄电池和超级电容器之间，第二双向DC/DC功率变换器位于超级电容器和电机驱动之间，蓄电池和超级电容器的荷电状态可单独控制；最终导致超级电容器位于中间位置的级联式结构HESS系统故障的因素为蓄电池、第一双向DC/DC功率变换器和第二双向DC/DC功率变换器三者任一出现故障；故障率P₁可表示为：

P₁＝1-(1-λ_batt)(1-λ_BC1)(1-λ_BC2)

＝λ_batt+λ_BC1+λ_BC2-λ_battλ_BC1-λ_battλ_BC2-λ_BC1λ_BC2+λ_battλ_BC1λ_BC2

其中，λ_batt为蓄电池的故障率，λ_BC1和λ_BC2分别为第一双向DC/DC功率变换器和第二双向DC/DC功率变换器的故障率；

在蓄电池位于中间位置的级联式结构复合电源中，第一双向DC/DC功率变换器位于蓄电池和超级电容器之间，第二双向DC/DC功率变换器位于蓄电池和电机驱动之间；第二超级电容器通过第一双向DC/DC功率变换器连接至蓄电池；最终导致蓄电池位于中间位置的级联式结构HESS系统故障的因素为蓄电池和第二双向DC/DC功率变换器两者任一出现故障；故障率P₂可表示为：

P₂＝1-(1-λ_batt)(1-λ_BC2)＝λ_batt+λ_BC2-λ_battλ_BC2；

在并联结构复合电源中，蓄电池和超级电容器分别通过第二双向DC/DC功率变换器和第一双向DC/DC功率变换器并联连接至直流母线电压；超级电容器和第一双向DC/DC功率变换器负责调节并稳定直流母线电压，蓄电池和第二双向DC/DC功率变换器提供驱动电机的需求功率；最终导致并联结构HESS系统故障的因素为蓄电池和第二双向DC/DC功率变换器两者任一出现故障；故障率P₃可表示为：

P₃＝1-(1-λ_batt)(1-λ_BC2)＝λ_batt+λ_BC2-λ_battλ_BC2；

在多输入功率变换器结构复合电源中，蓄电池和超级电容器经过一个多输入双向DC/DC功率变换器相连接；最终导致多输入功率变换器结构HESS系统故障的因素为蓄电池和多输入双向DC/DC功率变换器两者任一出现故障；故障率P₄可表示为：

P₄＝1-(1-λ_batt)(1-λ_MIC)＝λ_batt+λ_MIC-λ_battλ_MIC；

其中，λ_MIC为多输入双向DC/DC功率变换器的故障率；

假设不同拓扑结构中相同功率变换器的故障率一致，即：

λ_BC1＝λ_BC2＝λ_BC

拥有越多电子元器件的功率变换器，其可靠性越差，所以有：

λ_BC＜λ_MIC

λ_MIC＜2λ_BC

综合以上因素得到：

P₂＝P₃＜P₄＜P₁

超级电容器位于中间位置的级联式结构HESS可靠性最差，其次是多输入功率变换器结构HESS，蓄电池位于中间位置的级联式结构HESS和并联结构HESS的可靠性最强。