車(chē)載鋰離子電池的熱故障診斷

汽車(chē)中使用的鋰離子電池系統(tǒng)應(yīng)該是安全、可靠和持久的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。與電池系統(tǒng)的表面溫度相比，電池的內(nèi)部溫度更高,這會(huì)對(duì)電池的性能影響很大，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部熱故障。因此，需要這會(huì)對(duì)鋰離子電池的內(nèi)部溫度進(jìn)行估計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行故障診斷以避免電池過(guò)熱導(dǎo)致系統(tǒng)故障。一般利用傳感器和建立電池的單態(tài)熱模型對(duì)鋰離子電池進(jìn)行故障診斷,而本研究建立了鋰離子電池的等效模型（即中心為熱源的放射性模型,包括中心溫度和表面溫度），設(shè)計(jì)一種基于熱動(dòng)態(tài)模型的Luenberger觀測(cè)器來(lái)觀測(cè)電池等效模型熱動(dòng)力參數(shù)的變化（包括開(kāi)環(huán)電壓和內(nèi)部電阻），以檢測(cè)和隔離鋰離子電池的不同內(nèi)部熱故障（熱失控、對(duì)流冷卻電阻故障和內(nèi)部熱電阻故障），并估計(jì)故障對(duì)電池系統(tǒng)的影響。介紹了鋰離子電池的生熱機(jī)理，分析了在不同行駛條件下鋰離子電池以不同倍率充放電時(shí)的溫度場(chǎng)，以及鋰離子電池的熱特性。利用Luenberger觀測(cè)器生成兩個(gè)初級(jí)殘余信號(hào)，用于檢測(cè)和隔離不同的熱故障。基于誤差動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)兩個(gè)檢測(cè)濾波器,首先將Luenberger觀測(cè)器產(chǎn)生的一次殘差饋送到所設(shè)計(jì)的兩個(gè)濾波器中產(chǎn)生二次殘差,以估計(jì)故障對(duì)系統(tǒng)的影響；然后對(duì)所設(shè)計(jì)的基于熱動(dòng)態(tài)模型的Luenberger觀測(cè)器獲得的結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的觀測(cè)器能夠精確診斷鋰離子電池的故障，并能估計(jì)不同熱故障對(duì)電池系統(tǒng)的影響。未來(lái)還需要將該觀測(cè)器應(yīng)用到實(shí)車(chē)模型中進(jìn)行試驗(yàn)做并做進(jìn)一步完善。

刊名：IFAC（英）

刊期：2016年第5期

作者：Satadru Dey et al

編譯：朱會(huì)