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专利号: 2022108544094
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于真实数据的动力电池故障在线检测方法,其特征在于,所述方法包括:设置滑动窗口的长度并采集滑动窗口内的包括有充电电压数据V[]的电池实时数据,并根据所述电池实时数据确定汽车电池单体的使用状态,所述使用状态包括:充电状态和放电状态;

根据所述电池实时充电状态数据提取所述电池充电电压数据进行数据清洗,获得清洗处理数据;

根据所述清洗处理数据判断当前滑动窗口首次充电前是否发生不一致性故障得到第一判断结果,并获得处理数据;

根据所述处理数据计算本滑动窗口内每个采样点的最大压差并标记该情况下最小电压单体编号,得到编号一;

根据各电池单体的所述处理数据确定各单体电压曲线和中位电压曲线的 Hausdorff 距离,并根据各所述电池单体的 Hausdorff 距离确定各电池单体的 Hausdorff 距离的改进Z‑分数;标记大于设定阈值的Z分数对应的单体编号二;

若编号一和二为同一编号则对应编号单体电池发生故障,否则,重新采集下一滑动窗口MW的充电电压数据,中位电压曲线为当前滑动窗口中每个采样时间下N个电芯端电压中的中位电压构成的曲线;

在当前滑动窗口读取电池系统的实时状态后识别电池状态,若当前窗口内均为充电状态则进行数据清洗,若存在放电状态则重新采集下一滑动窗口内的数据并进行识别,至窗口内均为充电数据;电池状态的识别方法是根据电流值的正负来划分充电状态与放电状态;

根据所述清洗处理数据判断当前滑动窗口首次充电前是否发生不一致性故障得到第一判断结果,并获得处理数据,具体包括:判断当前滑动窗口是否为首次充电的滑动窗口,得到第七判断结果;

当第七判断结果表示为当前滑动窗口不是首次充电的滑动窗口,则直接将处理数据的值赋给处理数据;

当第七判断结果表示为当前滑动窗口是首次充电的滑动窗口,则计算当前滑动窗口中各电芯充电过程中的中位电压值 ,中位电压值中的最大值 、最小值和中位数 以及电芯间最大中位电压差 ,计算公式如下:

电芯间最大中位电压差 ;

判断最大中位电压差 是否大于等于阈值1,得到第一判断结果;

当第一判断结果表示所述最大中位电压差 大于等于阈值1,表示所述电池单体的充电电压数据在当前滑动窗口首次充电前存在不一致性故障,则将 所在电压曲线起点平移至 所在电压曲线的起点,获得处理数据;

当第一判断结果表示所述最大中位电压差 小于阈值1,表示所述电池单体的充电电压数据在当前滑动窗口首次充电前不存在不一致性故障,则将所述处理数据作为处理数据;

根据各电池单体的所述处理数据确定各单体电压曲线和中位电压曲线的 Hausdorff 距离,具体包括:计算处理数据中各电芯电压曲线与中位电压曲线的 Hausdorff 距离,中位电压曲线即本滑动窗口中每个采样时间下N个电芯端电压中的中位电压构成的曲线;距离值的编号与电芯编号相同,即电芯1电压曲线与中位电压曲线的 Hausdorff 距离编号为1,记做, Hausdorff 距离的计算公式如下:其中,点集A为各单体电压曲线, 表示点集A中的各点,点集B为中位电压曲线, 表示点集B中的各点, 是点集间的 Euclidean 距离, 表示集合A到集合B的单向Hausdorff距离, 表示集合B到集合A的单向Hausdorff距离, 表示 和中的较大者,称为双向Hausdorff距离;

根据各所述电池单体的 Hausdorff 距离确定各电池单体的 Hausdorff 距离的改进Z‑分数,对应计算公式如下:其中, 表示HD的改进平均数, 表示HD中的最大值, 表示HD的方差;

根据各所述电池单体的Hausdorff 距离的改进Z‑分数判断是否发生故障,具体包括:判断各所述电池单体的改进Z‑分数是否大于等于阈值2,获得第八判断结果;

当第八判断结果表示所述改进Z‑分数值小于阈值2,则确定电池单体未发生故障;

当第八判断结果表示所述改进Z‑分数值大于等于阈值2,则标记该情况下电压单体编号,得到编号二;

判断所述编号一与编号二是否相同,获得第九判断结果;

当第九判断结果表示所述编号相同时,则确定电池单体发生故障;

当第九判断结果表示所述编号不同时,则确定电池单体发生采样错误。

2.根据权利要求1所述的一种基于真实数据的动力电池故障在线检测方法,其特征在于,电池实时数据包括总电压Vpack[]、总电流I[]、单体电压V[]和串联单体数量N,其中总电压、总电流、单体电压描述为数组形式[]。

3.根据权利要求2所述的一种基于真实数据的动力电池故障在线检测方法,其特征在于,所述电池充电电压数据进行数据清洗,获得处理数据,具体包括:判断所述电池充电电压数据中是否存在相邻两行数据完全相同,得到第二判断结果;

当第二判断结果表示为存在相邻两行数据完全相同,则视为重复记录,删除后一行数据,获得处理数据;

当第二判断结果表示为不存在相邻两行数据完全相同,则直接获得处理数据;

判断所述电池充电电压数据中是否超过预设电压范围2V‑5V,得到第三判断结果;

当第三判断结果表示为存在超过预设电压范围的数据,则删除该采样时刻所有数据,获得处理数据;

当第三判断结果表示为不存在超过预设电压范围的数据,则直接获得处理数据;

判断所述电池充电电压数据中是否存在缺失,得到第四判断结果;

当第四判断结果表示为存在电池充电电压数据缺失,则对所述电池充电电压数据进行处理,获得处理数据;

当第四判断结果表示为不存在电池充电电压数据缺失,则直接获得处理数据。

4.根据权利要求3所述的一种基于真实数据的动力电池故障在线检测方法,其特征在于,所述当第四判断结果表示为存在电池充电电压数据缺失,则对所述电池充电电压数据进行处理,获得处理数据,具体包括:判断各所述电池充电电压数据中是否存在连续1min内存在采样数据的缺失,获得第五判断结果;

当第五判断结果表示为存在连续1min内存在采样数据的缺失,则直接将缺失时间中的所有数据清除,获得处理数据;

当第五判断结果表示为不存在连续1min内存在采样数据的缺失,则判断是否连续出现三个单体数据缺失,获得第六判断结果;

当第六判断结果表示为连续出现三个单体数据缺失,则删除该采样时间的所有数据,获得处理数据;

当第六判断结果表示为非连续缺失或仅连续缺失两个数据时,则采用相邻单体平均值插补的方法进行缺失值插补,获得处理数据。

5.一种基于真实数据的动力电池故障在线检测系统,适用于权利要求1所述检测方法,其特征在于,包括:第一模块:被配置为用于设置滑动窗口的长度并采集滑动窗口内的包括有充电电压数据V[]的电池实时数据,并根据电池实时数据确定汽车电池单体的使用状态,所述使用状态包括:充电状态和放电状态;

第二模块:被配置为用于数据清洗,具体是根据所述电池实时充电状态数据提取所述电池充电电压数据进行数据清洗,获得清洗处理数据;

第三模块:被配置为用于判断数据结果,具体是根据所述清洗处理数据判断当前滑动窗口首次充电前是否发生不一致性故障得到第一判断结果,并获得处理数据;

根据所述处理数据计算本滑动窗口内每个采样点的最大压差并标记该情况下最小电压单体编号,得到编号一;

根据各电池单体的所述处理数据确定各单体电压曲线和中位电压曲线的 Hausdorff 距离,并根据各所述电池单体的 Hausdorff 距离确定各电池单体的 Hausdorff 距离的改进Z‑分数;标记大于设定阈值的Z分数对应的单体编号二;

若编号一和二为同一编号则对应编号单体电池发生故障,否则,重新采集下一滑动窗口MW的充电电压数据。