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摘要：對(duì)電池組故障進(jìn)行診斷是電池管理系統(tǒng)的重要功能。根據(jù)鋰離子電池組故障和外部特性之間的關(guān)系，建立了電池組故障診斷專家系統(tǒng)的模型，并給出了專家系統(tǒng)所用規(guī)則、歷史檔案數(shù)據(jù)內(nèi)容以及電池組運(yùn)行性能評(píng)估的算法，最后通過(guò)試驗(yàn)對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：電池組;專家診斷;監(jiān)控系統(tǒng)
隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)能源、電力、交通、通信、環(huán)保等領(lǐng)域現(xiàn)代化要求也在不斷提高。作為后備能源的蓄電池系統(tǒng)正在被大量使用，對(duì)所有不允許斷電的供電電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，蓄電池組都是一個(gè)不可缺少的后備電源系統(tǒng)。而且，蓄電池系統(tǒng)在各行業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。蓄電池運(yùn)行狀態(tài)是否正常，直接影響著應(yīng)用領(lǐng)域中各種設(shè)備的正常、可靠和安全運(yùn)行。特別是無(wú)人值守的現(xiàn)場(chǎng)及電子商務(wù)中心、銀行的后備電池就顯得尤為重要。
經(jīng)測(cè)試及優(yōu)選分組的電池組中的各個(gè)單體電池之間仍然存在性能差異，這些差異在電池的長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中因環(huán)境的微小差別(如溫度差)能夠不同程度地產(chǎn)生新的差異。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，個(gè)別電池性能明顯下降，嚴(yán)重影響電池組性能，甚至造成事故，需要早期診斷出單電池的性能下降和早期故障。另外，單電池的性能下降及故障會(huì)降低電池組的SOC(荷電狀態(tài))值，因?yàn)樾阅懿畹囊粋�(gè)單體電池的電量決定了整個(gè)電池組的荷電狀態(tài)。一個(gè)電池組一般是由數(shù)個(gè)單體電池或電池模塊串聯(lián)組成;性能落后的單體電池可能會(huì)使整個(gè)電池組提前終止放電。因而需要配備電池故障早期診斷專家系統(tǒng)。通過(guò)診斷系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電池故障和隱患的早期預(yù)報(bào)，從而能有效地增加電動(dòng)車電池組的續(xù)駛里程及無(wú)故障工作時(shí)間，使維護(hù)工作量降到最低，由此保證了電動(dòng)車能可靠運(yùn)行。
(3)過(guò)充和過(guò)放時(shí)最大電壓、電流、溫度的記錄;
(6)最近10個(gè)周期內(nèi)小電流充電時(shí)電壓差別;
(7)自放電時(shí)間間隔;
(8)上一次診斷的健康程度(SOH)結(jié)果。
在系統(tǒng)運(yùn)行的第一次，對(duì)歷史檔案進(jìn)行初始化。初始化的原則是除了一些已知的基本參數(shù)外，其他部分都設(shè)置為最佳狀態(tài)。在以后的運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)地把與電池有關(guān)的重大事件記錄下來(lái)，對(duì)歷史檔案進(jìn)行修改。如果電池組中的某一個(gè)電池被撤換下來(lái)，則應(yīng)對(duì)剛換上的電池的歷史檔案進(jìn)行初始化。對(duì)歷史檔案中的使用總安時(shí)數(shù)、總充放電周期數(shù)、過(guò)充、過(guò)放及充電不足等影響電池健康和使用壽命的記錄采用長(zhǎng)期記憶并進(jìn)行累加的辦法;對(duì)于另外表現(xiàn)性能的歷史數(shù)據(jù)則采用定期刷新的方法。
歷史檔案的具體實(shí)現(xiàn)方案是：在系統(tǒng)中采用長(zhǎng)期記憶芯片EEPROM來(lái)保存歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)在系統(tǒng)中加一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)供電電池為歷史數(shù)據(jù)提供時(shí)間信息。
3.5 故障定義及處理流程
本系統(tǒng)采用四級(jí)故障報(bào)警定義，分別為一級(jí)溫差故障，溫度極高故障，單體電壓極高故障;二三四級(jí)溫差故障，壓差故障，溫度過(guò)高故障，單體電壓極高故障，單體電壓過(guò)低故障。
當(dāng)系統(tǒng)上電后，電池組數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)在電池組充放電過(guò)程中，每隔一定時(shí)間循環(huán)采集電池組單體的電壓，溫度等信息。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)記錄并標(biāo)定故障單體序號(hào)。當(dāng)標(biāo)定序號(hào)單體的故障次數(shù)累計(jì)到一定數(shù)量時(shí)，調(diào)用規(guī)則庫(kù)對(duì)電池性能進(jìn)行評(píng)定，同時(shí)將評(píng)定結(jié)果記錄到該單體的歷史檔案中。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
本實(shí)驗(yàn)采用的鋰離子電池組模塊為電動(dòng)汽車用電池組模塊，采用磷酸鐵鋰電池組，單機(jī)模塊系統(tǒng)由12節(jié)30Ah單體電池串聯(lián)而成。電池組模塊裝配有電池管理數(shù)據(jù)采集模塊，模塊通過(guò)CAN總線將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。經(jīng)過(guò)CAN232接口轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)由CAN數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成PC機(jī)能夠識(shí)別的格式，通過(guò)RS232接口傳遞給上位機(jī)人機(jī)交互界面進(jìn)行顯示。系統(tǒng)連接如圖3所示。
圖4為實(shí)際對(duì)一組電池組進(jìn)行若干次充放電循環(huán)后采集到的數(shù)據(jù)。由于電池單體間的差異，7號(hào)單體端電壓與其他單體的差距較大，已經(jīng)發(fā)生了二級(jí)壓差故障和單體電壓過(guò)低故障報(bào)警。
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