动力电池早期故障相平面诊断方法及超前预警系统技术方案

本公开提出了动力电池早期故障相平面诊断方法及超前预警系统，包括：以电池的电压值为横坐标，用电池电压的一阶差分代替电压的导数作为纵坐标构成的相平面，称为电压相平面；将根据电池电压和电池电压的一阶差分绘制在电压相平面中的点定义为电池状态点；基于滑动窗口计算电池状态点的样本熵，利用样本熵评价电池是否故障。本故障诊断方法融合了样本熵方法和相平面，利用相平面填补了样本熵方法的不足，通过样本熵对电池状态点的复杂度进行分析，实现了全故障的诊断。实现了全故障的诊断。实现了全故障的诊断。

【技术实现步骤摘要】
动力电池早期故障相平面诊断方法及超前预警系统


[0001]本公开属于故障诊断
，尤其涉及动力电池早期故障相平面诊断方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]锂离子电池需工作在适宜的电压、电流、温度等安全区间内。当电池在使用过程中不断老化，其容量逐渐衰减、内阻不断增加，安全性变差，安全工作区间也随之改变。如管控不当，动力电池极易发生过充、过放、过流、过热等滥用行为，甚至演化为安全事故。故障诊断是保障电池安全可靠运行的监测技术。然而，电池早期微小故障具有强隐蔽性、渐变性、强传播性，导致对故障溯源和超前预警十分困难。
[0004]目前常用的基于阈值的方法具有简单、易实现等优势，能够有效检测出电池显著故障，已广泛应用于车载电池管理系统BMS。然而，随着电池老化，电池安全阈值区间将发生显著变化，基于阈值的方法易引发误报、不报等问题，且无法应用于故障电池电压、电流、温度等参数未超过阈值时的情况。
[0005]中国专利技术专利申请(专利号ZL201911024438.2)提出了一种基于修正样本熵的电池早期故障诊断方法，该方法创造性地引入了样本熵作为故障检测的参量，能够比较灵敏地检测出引起电压发生突变的故障，效果比一般的阈值检测方法好。可是由于该方法只使用了电池电压一个状态量，对于一些过于细微的电池故障检测效果并不理想。

技术实现思路

[0006]为克服上述现有技术的不足，本公开提供了动力电池早期故障相平面诊断方法，提高了电池故障的检测效果。
[0007]为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0008]第一方面，公开了动力电池早期故障相平面诊断方法，包括：
[0009]以电池的电压值为横坐标，用电池电压的一阶差分代替电压的导数作为纵坐标构成的相平面，称为电压相平面；
[0010]将根据电池电压和电池电压的一阶差分绘制在电压相平面中的点定义为电池状态点；
[0011]基于滑动窗口计算电池状态点的样本熵，利用样本熵评价电池是否故障。
[0012]进一步的技术方案，计算样本熵时，选取一个固定的长度，包括一定量的序列数据，该长度记作窗口的长度，当当前窗口的样本熵数值计算完成后，窗口向时间的正方向移动预设的步长，以进行下一次的计算，具有上述要素的窗口构成滑动窗口。
[0013]进一步的技术方案，计算电池状态点的样本熵时，具体为：
[0014]获得按时间顺序排列的电压状态点序列；
[0015]将上述序列按序组成一组维数的向量序列；
[0016]将任意两个状态点之间的距离值定义为二者在相平面上的欧式距离；
[0017]定义任意两个向量之间的距离为两向量对应元素之间距离的最大值；
[0018]基于上述距离获得状态点的样本熵。
[0019]进一步的技术方案，在进行故障诊断时，若状态点的样本熵的大于设定阈值时，则认为该电池出现了故障。
[0020]第二方面，公开了动力电池早期故障相平面诊断超前预警系统，包括：
[0021]电压相平面构建模块，被配置为：以电池的电压值为横坐标，用电池电压的一阶差分代替电压的导数作为纵坐标构成的相平面，称为电压相平面；
[0022]电池状态点定义模块，被配置为：将根据电池电压和电池电压的一阶差分绘制在电压相平面中的点定义为电池状态点；
[0023]样本熵计算模块，被配置为：基于滑动窗口计算电池状态点的样本熵，利用样本熵评价电池是否故障，并进行超前预警。
[0024]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0025]本故障诊断方法融合了样本熵方法和相平面，利用相平面填补了样本熵方法的不足，通过样本熵对电池状态点的复杂度进行分析，实现了全故障的诊断。
[0026]本方法准确度高、鲁棒性强，能有效检测出电池早期微小故障，本专利技术简单易行，无需增设另外的检测设备，仅凭现有的电压传感器即可完成诊断。同时本算法时间、空间复杂度不高，对检测系统的运算能力要求较小，节省了大量计算成本。
[0027]本公开技术方案只需要采集进行故障诊断的电池单体的电压数据即可。应用上，对于只含有一节电池单体，或者只能采样到总电压的系统，可以使用本公开技术方案进行早期诊断。
[0028]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0029]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0030]图1为本公开实施例无故障情况下电池电压相平面图；
[0031]图2(a)为本公开实施例UDDS工况下8节串联电池单体的电压波形图；
[0032]图2(b)为本公开实施例电池模组样本熵曲线图；
[0033]图3为本公开实施例模组1三维电压相平面散点图；
[0034]图4为本公开实施例模组2三维电压相平面散点图；
[0035]图5为本公开实施例模组4三维电压相平面散点图；
[0036]图6为本公开实施例模组6三维电压相平面散点图；
[0037]图7为本公开实施例电池模组的二维样本熵示意图。
具体实施方式
[0038]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0039]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0040]在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]电池故障检测的基本原理是发现
‘
不正常
’
电压序列信息，
‘
不正常
’
意味着与其他的电压序列有比较大的区别。样本熵作为一个统计学概念，能够通过描述产生新模式的概率大小来衡量时间序列复杂性，从而检测是否有
‘
不正常
’
的电压序列产生。
[0042]而电压信息的不正常不仅仅体现在电压值的不正常上，电压的变化速度不正常同样可以作为电压不正常的一个判断标准，本公开技术方案以此为出发点，引入电池电压的相平面，从电压和电压的一阶差分两个维度采用样本熵的规则进行运算，对电池的故障情况做出评估。
[0043]实施例一
[0044]本实施例公开了动力电池早期故障相平面诊断方法，具体包括：
[0045]构建电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.动力电池早期故障相平面诊断方法，其特征是，包括：以电池的电压值为横坐标，用电池电压的一阶差分代替电压的导数作为纵坐标构成的相平面，称为电压相平面；将根据电池电压和电池电压的一阶差分绘制在电压相平面中的点定义为电池状态点；基于滑动窗口计算电池状态点的样本熵，利用样本熵评价电池是否故障。2.如权利要求1所述的动力电池早期故障相平面诊断方法，其特征是，计算样本熵时，选取一个固定的长度，包括一定量的序列数据，该长度记作窗口的长度，当当前窗口的样本熵数值计算完成后，窗口向时间的正方向移动预设的步长，以进行下一次的计算，具有上述要素的窗口构成滑动窗口。3.如权利要求1所述的动力电池早期故障相平面诊断方法，其特征是，计算电池状态点的样本熵时，具体为：获得按时间顺序排列的电压状态点序列；将上述序列按序组成一组维数的向量序列；将任意两个状态点之间的距离值定义为二者在相平面上的欧式距离；定义任意两个向量之间的距离为两向量对应元素之间距离的最大值；基于上述距离获得状态点的样本熵。4.如权利要求1所述的动力电池早期故障相平面诊断方法，其特征是，在进行故障诊断时，若状态点的样本熵的大于设定阈值时，则认为该电池出现了故障。5.如权利要求1所述的动力电池早期故障相平面诊断方法，其特征是，还包括电压采样步骤，以一定的采样频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：商云龙，李京伦，张承慧，陈桂成，段彬，张奇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：