[发明专利]一种针对动力电池的三级故障诊断方法

说明书

一种针对动力电池的三级故障诊断方法，包括综合性能评估级、故障特征提取级和故障机理解析级，综合性能评估级根据传感器数据评估当前电池性能衰减是否可能触发内部故障机制，如果电池整体性能衰减指标达到阈值，则认为电池存在故障风险，进入故障特征提取级；故障特征提取级根据传感器数据提取早期征兆和现场故障数据，判断当前动力电池的故障模式或潜在风险；故障机理解析级在确认故障发生后，利用故障特征向量进行基于模糊推理的故障诊断和决策，确定引发故障发生的内部故障机理。采用本发明提出的三级故障诊断方法，对应的电池系统使用寿命和安全特性将得到显著提高。

技术领域

本发明属于新能源车动力锂电池管理领域，特别涉及一种针对动力电池的三级故障诊断方法。

背景技术

动力锂电池为新能源汽车上装配的部件提供动力来源，其安全性直接影响整个系统。虽然锂电池，特别是磷酸铁锂电池，被认为是一种安全性较高的储能设备，但诸如低温充电、过充过放工况等一系列实际问题仍会给电池应用带来安全隐患。因此需要建立一个必须具备针对电池安全性能的评估与诊断功能的电池管理系统，以便实时监测电池的健康状态，评估电池的潜在故障风险，诊断和处理电池突发故障，确保整体电池应用的安全运行。当前的锂电池故障诊断系统往往基于传感器数据，如申请号为CN201811336819.X的发明专利《一种基于高维数据诊断的动力电池故障检测方法及系统》，该诊断系统通过对电压数据预处理后进行聚类处理，而后识别异常值以达到故障诊断的目的，然而这样的诊断方法缺乏对故障机理的解析，无法有效辨识电池是正常老化还是发生故障，对引发故障的内部根源也缺少机理解析，致使诊断方法无法有效检测电池故障早期征兆，进而实现故障预警。针对这一情况，本发明提出一种基于因果关系的三级故障诊断方法及系统，从电池健康状态入手，基于外部故障特征向量和内部故障机理联合实现动力电池的故障诊断。

发明内容

本发明的目的在于针对动力电池提供一种三级故障诊断方法，该诊断方法不仅能够检测外部特征明显的已发故障，还能够提取故障早期的微小征兆，及时发现故障潜在风险，实现故障预警；同时，该方法可以建立电池外部特性与内部机理的有机关联，能够辨析电池已发故障的内部机理并依据故障机理实现故障分类，为后续电池设计优化和梯次利用提供可靠支持。

本发明提出了一种针对动力电池的三级故障诊断方法，整个诊断方法体现动力电池诊断从“故障诱因-故障表现-故障机理”的因果关系，建立了故障内部机制和外部特征之间的有机联系，实现动力电池典型故障模式实时诊断和早期预警，并能够根据故障机理完成有效故障分类，具体的技术方案如下：

一种针对动力电池的三级故障诊断方法，包括综合性能评估级、故障特征提取级和故障机理解析级；

综合性能评估级根据传感器数据评估当前电池性能衰减是否可能触发内部故障机制，具体步骤为：接收用于对动力电池进行实时检测的传感器上传的数据，并根据传感器数据判断电池整体性能衰减指标是否达到预先设定的阈值，如果指标达到阈值，则认为电池存在故障风险，进入故障特征提取级；

故障特征提取级根据传感器数据提取早期征兆和现场故障数据，判断当前动力电池的故障模式或潜在风险，具体步骤为：对传感器数据进行加工处理，获得用于表征故障征兆的二次参数；再根据二次参数检测动力电池中的特定故障征兆和异常事件，确定故障的具体模式，当检测到典型故障模式时，进入故障机理解析级；

故障机理解析级在确认故障发生后，利用故障特征向量进行基于模糊推理的故障诊断和决策，确定引发故障发生的内部故障机理，具体步骤为：对二次参数进一步提取得到故障特征向量；通过预先选定的输入隶属度函数将故障特征向量转化为相关隶属度，再通过规则库将相关隶属度映射到输出，再通过输出隶属度函数进行模糊化后得到特定故障模式发生的概率，前述步骤采用公式(1)描述：

式中zⁱ—第i个规则的系统的输出；

x_j—传感器输出数值；