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电动汽车电池组连接松脱故障诊断

杨洋;杨林;李冬冬;邓忠伟

【摘要】提出一种基于相关系数法进行连接松脱故障诊断的算法,通过计算相邻单

体电池电压采样数列的相关系数进行连接松脱故障诊断,结合数学推导和模型仿真,

对算法的灵敏度、有效性、适用性和通用性作出分析.试验结果表明,该算法能准确

及时地对电池组不同类型的连接松脱故障进行报警和定位且无硬件冗余,具有完全

的通用性和适用性,且满足车载应用对实时性的要求,可在实车电池管理系统中应用.

【期刊名称】《汽车技术》

【年(卷),期】2019(000)005

【总页数】6页(P43-48)

【关键词】电动汽车;连接松脱;相关系数;故障定位

【作者】杨洋;杨林;李冬冬;邓忠伟

【作者单位】上海交通大学汽车电子技术研究所,上海200240;上海交通大学汽车

电子技术研究所,上海200240;上海交通大学汽车电子技术研究所,上海200240;上

海交通大学汽车电子技术研究所,上海200240

【正文语种】中文

【中图分类】U469.7

1前言

车载电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS）作为新能源汽车的

关键部件之一[1]，电池故障诊断是其重要功能[2]。为防止电池过度使用致使车辆

安全事故频发，需要进行诊断的故障主要包括电池过充故障、过放故障、连接松脱

故障、电池内部短路故障等。典型的连接松脱故障指电池包中单体电池间连接螺母

较初始位置松动半圈及以上，此时连接电阻由约1mΩ异常跳变到5mΩ以上的

现象，由于该故障具有很强的不确定性、随机性，无法直接测量，且其引起的电压

变化与单体电池电压耦合在一起，诊断难度尤其大。若该故障未能及时被诊断并排

除，可能导致车辆无法正常运行、电池功率衰退[3]、充电异常中断、电池热失控

[4]等安全问题，后果尤为严重。而且，电动汽车电池组一般由100多个单体电池

模块组成，逐个排查的工作量也十分巨大，导致维修极为不便。因此，实时诊断车

辆电池组连接松脱故障并定位故障点，对于车辆功能安全和动力电池安全管理具有

重要意义[5]。

目前，连接松脱故障诊断方法主要分为阈值法和模型法。阈值法是指设置特定电压

阈值，如电池包以1C电流持续放电固定时长后的电压变化值，通过对比设定值

和实测值作出诊断[6]。其优点是针对特定电池诊断快速准确，缺点是适用性差，

电池的不一致性可能造成故障误报和漏报，以及应用范围窄，难以在行车中实时应

用。模型法是指搭建电池和相应故障模型，通过模型输出结果进行故障诊断，如在

构建电池模型后，用最小二乘法对电池内阻进行辨识并基于此进行故障诊断[7]。

其优点是诊断准确率高，缺点是初期建模、训练等工作造成软件冗余，难以做到实

时诊断，且由于电池特性不同，不同电池需要重新建模、训练，所以该类方法通用

性较差。

为解决上述诊断方法通用性和适用性差、软硬件冗余导致成本高、实时性差等缺点，

本文提出一种基于电压采样数列相关系数进行连接松脱故障诊断的算法，并通过数

学推导和Simulink仿真，分析该算法的灵敏度和通用性，最后通过试验验证了该

算法对电池组连接松脱故障进行报警和定位的有效性。

2相关系数法通用性论证

2.1相关系数概述

数学家卡尔·皮尔逊定义了统计指标——相关系数，该指标反映变量之间相关关系

密切程度，弥补了相关图和相关表无法确切表明两变量之间相关程度的缺点[8]。

相关系数通过积差方法计算，以不同变量与各自均值的离差为基础，通过两离差的

乘积反映两变量之间的相关程度。具体计算公式为：

式中，rx,y为{xi}、{yi}两数列的相关系数；σx,y为{xi}、{yi}两数列的协方差；σx、

σy分别为数列{xi}、{yi}的方差；、分别为{xi}、{yi}两数列的均值；n为数列{xi}、

{yi}的长度。

相关系数的取值范围为[-1,1]。当0＜|rx,y|＜1时，{xi}、{yi}两数列中的变量存在

一定程度的线性相关性。|rx,y|越接近1，{xi}、{yi}两数列中的变量间的线性关系越

密切；|rx,y|越接近0，{xi}、{yi}两数列中的变量间的线性关系越弱[9]。

2.2通用性论证

锂离子电池有众多建模方法，如电化学模型、等效电路模型、基于机器学习搭建的

电池模型等[10]。其中，等效电路模型利用基本电路元件组成网络，如电阻、电容

等，并用这些基本元器件描述电池端电压和工作电流等外特性间的关系，并且可以

用数学方程表达锂离子电