【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電動(dòng)車(chē)的能量全部或部分來(lái)自?xún)?chǔ)能電池。 制約電動(dòng)車(chē)技術(shù)發(fā)展和電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè) 化的一個(gè)主要問(wèn)題是儲(chǔ)能電池及其應(yīng)用問(wèn)題。 電池使用中的一個(gè)突出問(wèn)題就是各 電池之間的差異，存在著不一致性，因此早期發(fā)現(xiàn)電池的不一致性和故障就成為 非常關(guān)鍵的技術(shù)難題。需要研制一個(gè)電池組的早期故障專(zhuān)家診斷系統(tǒng)。通過(guò)專(zhuān)家 診斷系統(tǒng)，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不健康電池的早期診斷，也使剩余電量估計(jì)模型能更 準(zhǔn)確，這樣能夠延長(zhǎng)電池的使用壽命并進(jìn)一步降低電池的使用成本，增加電動(dòng)車(chē) 的續(xù)駛里程，提高車(chē)輛行駛的可靠性。該系統(tǒng)及技術(shù)的研究具有理論價(jià)值和促進(jìn) 電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的重大意義。 2 專(zhuān)家診斷系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 根據(jù)國(guó)際電工學(xué)會(huì)(IEC)在 1995 年制定的電池管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的要求， 電動(dòng)車(chē) 用電池管理系統(tǒng)必須具備一定的電池診斷功能， 包括不健康電池早期報(bào)警和提供 電池老化信息。在這 10 多年里，國(guó)外各大公司均對(duì)此進(jìn)行大力攻關(guān)研究，并在 其運(yùn)行使用的電池管理系統(tǒng)中加入了一定的電池診斷功能。 其中代表性的公司有 德國(guó) Mentzer Electronic GmbH 和 Werner Retzlaff 為首設(shè)計(jì)的 BADICOaCH 系統(tǒng)； 美國(guó) Aerovironmevt 公司開(kāi)發(fā)的 SmartGuard 系統(tǒng)(LongLife Battery Using Intelligent Modular Control System)。 （1）BADICOaCH 系統(tǒng) BADICOaCH 系統(tǒng)是 BADICHEQ 系統(tǒng)的改進(jìn)，它具有的電池診斷相關(guān)功能：對(duì) 最近 24 個(gè)充放電周期的詳細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯并允許在對(duì)電池好壞作判斷時(shí)進(jìn)行快 速查找電池基本信息和錯(cuò)誤使用情況。 （2）SmartGuard 系統(tǒng) SmartGuard 系統(tǒng)具有的電池診斷相關(guān)功能主要有提供放電極性反向報(bào)警和電 池歷史記錄和歸檔。 國(guó)內(nèi)對(duì)電池故障診斷也有一定的研究，如春蘭研究院，清華大學(xué)，但大部分 研究還處于起步階段。 本文對(duì)電池故障診斷的研究主要是尋找電池性能故障與電池某個(gè)或 N 個(gè)參 數(shù)的相互關(guān)系，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、比較同一電池組的不同單體電池間的參數(shù)變化并 考慮一些其他因素來(lái)進(jìn)行綜合診斷。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，已歸結(jié)出了一個(gè)初步可行 的算法并在電動(dòng)車(chē)跑車(chē)實(shí)驗(yàn)用于電池診斷。 其思想在于同一個(gè)電池組的各個(gè)單體 電池在相同的充放電電流下，各個(gè)單體電池的性能大多數(shù)是相近的，但還有一些 電池的性能存在不一致。 通過(guò)綜合考慮各個(gè)電池在此段時(shí)間內(nèi)對(duì)平均電壓的偏移 及各個(gè)電池在此段時(shí)間內(nèi)的電壓變化可以估計(jì)出電池性能的好壞。 單電池電壓偏 移小且電壓變化小的電池性能相對(duì)好。 因?yàn)闆](méi)有一種電池的故障是表現(xiàn)為充電時(shí) 電壓上升慢，放電時(shí)電壓下降慢。 3 專(zhuān)家故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專(zhuān)家系統(tǒng)簡(jiǎn)介 專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專(zhuān)門(mén)知識(shí)的程序系統(tǒng)。 它可以根據(jù)所提供的某特殊 領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行推理，模擬人類(lèi)某一領(lǐng)域?qū)＜易鳑Q策的過(guò)程，解決那些需要專(zhuān)家 才能解決的復(fù)雜問(wèn)題。 專(zhuān)家系統(tǒng)主要由知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、工作存儲(chǔ)區(qū)、知識(shí)獲取子系統(tǒng)和解釋界面 等五個(gè)部分組成。其中，知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)是專(zhuān)家系統(tǒng)的核心。知識(shí)庫(kù)主要用來(lái)存 放領(lǐng)域?qū)＜宜峁┑膶?zhuān)門(mén)知識(shí)，它包括事實(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)。推理機(jī)的功能是根據(jù)一 定的推理策略從知識(shí)庫(kù)中選擇有關(guān)知識(shí)，對(duì)用戶(hù)提供的證據(jù)進(jìn)行推理，直到得出 相應(yīng)的結(jié)論[1]。 另外，一些專(zhuān)家系統(tǒng)還具有自動(dòng)知識(shí)獲取的功能。一方面從外部通過(guò)與專(zhuān)家 的問(wèn)答獲取知識(shí)，另一方面系統(tǒng)在運(yùn)行中可以自己不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從內(nèi)部獲取知 識(shí)。 總體設(shè)計(jì) 針對(duì)目前電動(dòng)汽車(chē)正在開(kāi)發(fā)使用的磷酸鐵鋰電池的工作原理及其在電動(dòng)車(chē) 上的使用進(jìn)行深入了解，并分析電池使用專(zhuān)家的電池診斷經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)電池的診斷 規(guī)則。同時(shí)應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的知識(shí)，初步提出一個(gè)合理、實(shí)用的電池組故障診斷模 型。 根據(jù)電池組故障診斷模型對(duì)電池使用狀態(tài)數(shù)據(jù)的需求， 開(kāi)發(fā)電池組數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)及相應(yīng)的上位機(jī)人機(jī)交互界面。 隨后按照專(zhuān)家系統(tǒng)的架構(gòu)構(gòu)建電池故障專(zhuān)家 診斷系統(tǒng)。包括： １ ２ ３ ４ ５ 建立全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù) 建立電池歷史檔案數(shù)據(jù)庫(kù) 建立規(guī)則庫(kù) 開(kāi)發(fā)推理調(diào)度程序模塊 開(kāi)發(fā)人機(jī)交互程序模塊。 最后利用電池故障專(zhuān)家診斷系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)車(chē)上使用的電池進(jìn)行診斷試驗(yàn)， 在試 驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)對(duì)電池診斷模型參數(shù)的調(diào)整，使之不斷趨于完善?？傮w設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。 圖 1 電池組診斷專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 電池診斷模糊專(zhuān)家系統(tǒng)所用規(guī)則 我們對(duì)電池專(zhuān)家提供的電池故障診斷規(guī)則、 電池診斷和維護(hù)的資料進(jìn)行分析 整理后寫(xiě)入專(zhuān)家系統(tǒng)。然后經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)取舍和增加[2]。以鋰離子電池為 例，系統(tǒng)中的規(guī)則主要有： （1）放電電壓下降快、電壓低，充電電壓上升快、電壓高，則電池容量變 小； （2）靜置時(shí)電池端電壓下降快，長(zhǎng)期放置電壓低，則自放電過(guò)大； （3）放電時(shí)電池端電壓下降很快，電壓比平均電壓低 1 伏左右，則有單元 電池?fù)p壞； （4）蓄電池開(kāi)路電壓很低、不能帶負(fù)載，則電池?fù)p壞或連接不正常； （5）充電時(shí)電壓偏高，放電時(shí)電壓偏低，則該單體電池內(nèi)阻過(guò)大； （6）充電時(shí)電壓極高，則蓄電池內(nèi)部開(kāi)路； （7）電池自開(kāi)始放電起，其電壓就一直比別的電池略低，其放電平臺(tái)性能 正常，則電池可能充電不足； （8）電池在放電過(guò)程中，某節(jié)單體電池溫度比其他單體電池溫度高 3℃以 上，則該電池內(nèi)阻過(guò)大。 歷史檔案數(shù)據(jù)內(nèi)容及其建立 以本實(shí)驗(yàn)采用的磷酸鐵鋰電池為例，保存在歷史檔案中的數(shù)據(jù)主要有： （1）電池出廠時(shí)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如出廠日期、標(biāo)稱(chēng)容量、開(kāi)路電壓等）； （2）使用的總安時(shí)數(shù)； （3）過(guò)充和過(guò)放時(shí)最大電壓、電流、溫度的記錄； （4）最近 10 個(gè)充放電周期內(nèi)充電周期屬于電壓最高的次數(shù)和放電周期屬于 電壓最低的次數(shù)； （5）最近 10 個(gè)周期內(nèi)充電時(shí)溫度升降數(shù)據(jù)和充電效率； （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