动力电池故障诊断及智能评价系统研究

作     者：杨曦晨 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张承慧;段彬

授予年度：2021年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电动汽车 动力电池 电池建模 故障诊断 智能评价 

摘      要：化石能源过度利用所引发的气候变化和环境污染问题日益严峻,各国为降低碳排放设定了目标,我国更是制定了“碳达峰、碳中和方案。为优化产业结构,促进能源转型,电动汽车成为国家战略重点支持领域。锂离子电池凭借高能量密度、长循环寿命的优良性能,成为新一代电动汽车的理想动力源,近年来始终保持高速增长趋势。但蓬勃发展的背后隐藏着不容忽视的安全危机,电动汽车自燃、爆炸事故频发,其中超过70%与动力电池管控系统有关。事实上,锂离子电池是一类高度非线性的时变系统,内部机理复杂,在电池建模、参数辨识、状态估计和故障诊断等方面存在诸多科学难题,尤其是提高电池故障诊断和智能评价水平迫在眉睫。为此,本文开展了如下研究:针对实际工况下温度及电池健康状态变化直接影响模型精度的问题,首先针对三元锂离子电池建立了二阶等效电路模型,辨识其开路电压和RC参数;进而研究宽温度范围、全生命周期下的电池参数辨识方法,通过建立RC参数与温度、SOH的三维关系,实现了宽温度范围-全生命周期建模,提高了参数辨识精度。针对传统故障诊断方法使用单一阈值鲁棒性差的缺点,基于所建立的电池模型,提出温度-老化自适应的短路故障诊断方法。新方法设计了温度、电池老化自适应的诊断阈值,实现了宽温度范围-全生命周期下电池内、外短路故障的诊断,所构建的电池等效短路故障试验验证了新方法的精度和可靠性。针对电池评测软件智能化、自动化程度低的问题,研发了动力电池智能评价软件,并融合上述研究成果,设计了短路故障自适应诊断功能,可实时离线/在线短路故障状态监测,实现成果应用。评价软件分别从界面层、算法层和数据层进行综合设计,实现了多项电池指标的独立评价;优化了数据读写模块,大幅提高软件评估效率和可移植性。