[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

说明书

本发明公开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，首先，基于马氏链理论建立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这四种不同拓扑结构复合电源发生故障的状态转移图；其次，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；最后，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，避免了在工程实际中的反复试验。

技术领域

本发明涉及一种车载蓄电池和超级电容器复合电源可靠性评估方法，尤其是一种基于马尔可夫链(以下简称“马氏链”)和故障树的车载复合电源可靠性评估方法。

背景技术

传统的内燃机占据了目前石油消耗量的绝大部分，带来了空气污染、温室气体排放以及全球变暖等一系列问题。纯电动汽车是未来汽车发展的必然趋势，作为纯电动汽车的基础能源设施，车辆电气化相继引起了国内外学者的广泛关注。

混合动力汽车是纯电动汽车迈进全球化的第一步，储能部件是混合动力汽车的关键部件之一，混合动力汽车的全电动范围直接取决于其储能部件的能量密度。此外，储能部件的功率密度决定了汽车在加速和再生制动模式下的瞬时功率供给和吸收。通常情况下，储能部件的能量密度增加时，其功率密度定会减小。传统蓄电池具有较高的能量密度，但其功率密度较低；而超级电容器具有较高的功率密度，但其能量密度较低。因此，如果将蓄电池和超级电容器相结合即可满足高能量密度和高功率密度的双重需求。两种储能部件的结合通常通过功率变换器进行连接，将蓄电池、超级电容器和功率变换器三者组合在一起，称为复合电源(Hybrid energy storage system,HESS)。

由于功率变换器的使用个数和放置位置的不同，直接导致HESS拓扑结构的不同。然而，在HESS可靠性评估方面的研究甚少。高可靠性是车载HESS设计与制造的关键问题之一，因此对不同拓扑结构HESS可靠性评估的对比研究具有重要的价值。

发明内容

为解决车载复合电源可靠性难以精确评估的问题，本发明提供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，该方法基于马氏链理论与故障树理论相结合，并建立四种不同拓扑结构复合电源的可靠性模型图，进而进行可靠性评估。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

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，该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。

进一步地，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。

进一步地，步骤三中得到的可靠性最强的复合电源为蓄电池位于中间位置的级联式结构复合电源和并联结构复合电源。

有益效果：

本发明基于马氏链理论和故障树理论对四种不同拓扑结构复合电源建立了可靠性模型图，获得了各拓扑结构复合电源的故障率，从而对不同拓扑结构复合电源的可靠性进行精确评估，从理论上得到了可靠性最强的复合电源，避免了在工程实际中的反复试验。

附图说明