脱蜡铸造电池系统作为电动汽车的核心部件,是电动汽车的动力来源。电池系统故障是电动汽车事故的主要来源之一,不仅会导致电池系统性能下降、使用寿命缩短,随着故障的进一步发展,还会导致电池系统的热失控、泄气或漏液、自燃或爆炸等严重安全性问题。作为电池系统的基本组成单元,电池并联模块能够提高系统电流、增大系统容量,在电池系统中得到广泛的应用。并联模块故障主要包括单体或并联模块短路、并联模块断路、单体接触不良、单体老化不一致等四种故障类型。 其中,对于前两类故障的诊断,通过对并联模块电压、电流的阈值判断即可实现。现有故障诊断的核心问题主要集中在对后两种故障的识别、分离。由于这两种故障均会引起电池内阻数值的变化,本文将采用基于内阻变化特征的并联模块故障诊断方法。一方面,这两种故障均会导致内阻增大,因此需要通过进一步研究内阻数值及分布规律的变化特征对两者进行可靠、准确地分离。
另一方面,微小内阻的在线获取也存在困难。在动态工况条件下,现有基于系统自身动态过程信息的并联故障电池模块的内阻辨识结果可能存在虚数解,从而导致错误的故障诊断结果。而
建筑证书管理在平稳工况条件下,由于缺乏激励或激励单一,无法通过获得激励与响应之间的关系实现对系统参数的有效识别,需要增加外部测量模块实现对电池内阻的在线测量。现有基于交流激励的电池内阻测量方法,同时受限于电压与电流测量误差,很难实现对毫欧级电池内阻的准确测量。
针对以上问题,本文主要研究内容如下:首先,针对并联电池模块故障诊断过程中单体接触不良故障与单体老化不一致故障无法有效分辨的问题,提出一种基于并联模块直流内阻离散性分析的电池故障识别和故障分离方法。该方法通过对电池包中并联模块直流内阻分布规律的描述,表征了不同故障类型对电池包整体特性的差异性影响,进而建立了模块内阻变化情况与其故障模式之间的对应关系。同时,结合基于并联模块电压、电流动态变化信息的内阻在线识别技术,通过增加滤波过程中递推约束条件,解决了其可能出现的辨识结果虚数发散问题,确保内阻辨识精度,进一步保证了电池包并联模块故障模式的可靠在线诊断。通过分别对存在单体接触不良故障的电池包与存在单体老化不一致故障的电池包所进行的故障诊断实验表明,所提方法在动态工况条件下不仅能够实现对故障并联模块的准确定位,同时可以实现对其所存在故障原因的可靠分离。
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其次,针对平稳工况条件下电池包故障诊断所用内阻测量模块同时受限于电压与电流测量误差的问题,提出了一种基于电压响应分时比较的电池交流内阻测量方法。该方法通过提取同一电流激励条件下电池和标准电阻电压响应的比例关系,实现了对电池内阻的准确测量,从理论上避免了激励电流发生或测量误差对最终电池内阻测量误差产生的影响。同时,通过对电池内阻和标准电阻的分时测量,避免了电路故障对电池故障判断可能造成的干扰。实验表明,在静态和1C恒流放电工况下,基于所提方法的电池内阻测量模块的测量相对误差均控制在0.3%以内,较现有方法减少了0.7%;结合并联模块交流内阻分布规律,实现了平稳工况条件下对故障并联模块的准确定位及其所存在故障原因的可靠分离。
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本文提出的并联模块故障诊断方法能有效保证电池系统安全、提升电池系统性能、降低电池系统成本,因此对电动汽车的广泛推广具有重要意义,同时对并联模块其他应用研究也有借鉴意义。矿用运人车
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