用于汽车动力电池的温度传感器的故障诊断方法与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种用于汽车动力电池的温度传感器的故障诊断方法。

背景技术：

现阶段，电动汽车或混合动力汽车各项技术逐渐趋于成熟。动力电池系统是各类电驱动汽车的主动力或辅助动力源，其正常工作需要依靠电池管理系统准确估计动力电池的当前soc/soh状态。而动力电池管理系统则必须依靠其系统中的电压/电流/温度等传感器的数据来估计电池的状态。因此，这些传感器信号的可靠程度直接影响动力电池状态的准确估计。

当前许多电池管理系统为了确保传感器信号的可靠度，大多采用多传感器冗余布置的方式。即，采用两个或更多传感器测量同一组信号，以进行结果的相互验证。这是一种有效的方法，但是也无疑增加了系统的成本。而汽车行业是大规模制造行业，对硬件成本极为敏感，哪怕是很小的零部件更换或添加都将引起汽车制造企业的成本上升。

本领域技术人员期望获得一种能够简单、可靠地对温度传感器进行故障检测的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种温度传感器的故障诊断方法，其能够在避免错误判断电池状态的同时，不增加电动汽车的硬件成本。

为实现上述目的，本发明提供一种技术方案如下：

一种用于汽车动力电池的温度传感器的故障诊断方法，包括如下步骤：a)、建立单体电池集总参数热模型，热模型至少表示电池外壳预估温度与电池外壳实测温度、电池内部实测温度之间的函数关系；其中，温度传感器用于测量电池外壳实测温度；b)、利用递推最小二乘法来计算某一时刻下电池外壳预估温度；c)、计算该时刻下电池外壳预估温度与电池外壳实测温度之间的差值；d)、重复步骤b)及步骤c)，若在一连续时间段内差值的绝对值大于第一阈值的次数超过阈值次数，则判定温度传感器可能出现故障。

优选地，电池以空气或液体为换热介质。

优选地，电池内阻re取决于电池内部实测温度以及电池的荷电状态。

优选地，步骤d)还包括：若在连续时间段内某一时刻，差值的绝对值小于第二阈值，则重置连续时间段，其中第一阈值远大于第二阈值。

优选地，温度传感器为热敏电阻式温度传感器。

本发明各实施例所提供的温度传感器的故障诊断方法，能够对温度传感器故障进行有效诊断，避免错误判断电池状态，同时不需要设置冗余传感器，上述方法能够通过软件来执行，而软件可以预置在电动汽车的电池管理系统中，从而不增加电动汽车的硬件成本，该方法适合在行业内推广应用。

附图说明

图1示出本发明第一实施例提供的温度传感器的故障诊断方法的流程示意图。

图2示出根据本发明的圆形单体电池集总参数热模型。

具体实施方式

需要说明的是，本发明各实施例中，温度传感器设置于电池外壳处，用于测量电池外壳实测温度。温度传感器通常为热敏电阻式温度传感器，对电池外壳处的温度变化较为敏感。

如图1所示，本发明第一实施例提供一种用于汽车动力电池的温度传感器的故障诊断方法。该方法包括如下步骤：

步骤s10、建立单体电池集总参数热模型，该热模型至少表示电池外壳预估温度与电池外壳实测温度、电池内部实测温度之间的函数关系。

其中，建立单体电池集总参数热模型是通过进行多次试验和仿真来进行的。

具体地，通过试验和仿真预先确定电池热阻rc、电池换热界面热阻ru；电池的热容cc、电池换热界面热容cs以及电池内阻re。其中，rc和cc取决于电池本身属性(电芯特性)，它们基本上为常数；ru和cs的数值与换热介质类型及流体速度有关，实际应用时可通过查表获得。本发明中，换热介质可以采用空气或任何其他常用液体。

电池内阻re取决于电池内部实测温度以及电池的荷电状态soc。根据多次试验数据形成下述表1，表1记录电池内阻re与电池内部实测温度以及电池的荷电状态soc之间的关系。其中，电池内阻re的单位为毫欧。

表1

为简单起见，表1仅示出相关数据的一部分，实际中，表1可以包括更多行、更多列，从而记载各种温度下、各种荷电指数下的电池内阻re。此外，根据多次试验的结果，也可以进行仿真来推导出电池内阻re与电池内部实测温度以及电池的荷电状态soc之间的函数关系，利用这种方式同样可以基于电池内部实测温度和soc来确定电池内阻re的具体数值。

此外，在试验及仿真中，为简便起见，不论单体电池的形状如何，均以流动的传热介质与其接触的面为主要换热面，而忽略其他方向上的热流。图2示出一种简单圆形单体电池的集总参数热模型。其中，热阻包括电池热阻rc、电池换热界面热阻ru，电池内部温度表示为tc以及电池外部温度表示为ts。

基于多次试验及仿真，同时考虑其他可能形状的单体电池，所建立的热模型可完整地表示为：

其中，为电池内部预估温度，为电池外壳预估温度，tc为电池内部实测温度，ts为电池外部实测温度，i为流经电池的电流，tf为热流温度。

该热模型表明：电池内部预估温度与电池内部实测温度tc及电池外部实测温度ts密切相关；电池外壳预估温度也与电池内部实测温度tc及电池外部实测温度ts密切相关。

进一步地，根据该热模型，在测出当前时刻下的电池内部实测温度tc及电池外部实测温度ts后，可以估算下一时刻下的电池内部预估温度以及估算下一时刻下的电池外壳预估温度

步骤s11、利用递推最小二乘法来计算某一时刻下电池外壳预估温度。

在该步骤中，利用本领域技术人员所熟知的递推最小二乘法，基于上述热模型，以逐次逼近方式来确定某一时刻下的电池外壳预估温度

步骤s12、计算该时刻下电池外壳预估温度与电池外壳实测温度之间的差值。

在该步骤s12中，量得该时刻下电池外壳实测温度，并计算该时刻下电池外壳预估温度与电池外壳实测温度ts之间的差值。

步骤s13，统计在一连续时间段内差值的绝对值大于第一阈值的次数。

具体地，在发现某一时刻下电池外壳预估温度与电池外壳实测温度ts之间的差值的绝对值大于第一阈值时，可以设立一个连续时间段滑动窗口，在这个连续时间段滑动窗口内，统计各时刻下这种差值的绝对值大于第一阈值的次数，计数为ct。

步骤s14、确定上述计数ct是否超过阈值次数，若否，则回到步骤s11继续执行；若是，则进行下一步骤。

这表示，在上述连续时间段滑动窗口内，若发现上一步骤确定的计数ct超过阈值次数(例如，第一阈值取为1摄氏度，滑动窗口时长设为10秒，阈值次数设为6次)，则向下进行下一步骤s15。

在实际执行过程中，在上述连续时间段结束之前，若发现计数ct超过阈值次数，则可立即进入到下一步骤s15。而在连续时间段结束之前，计数ct未超过阈值次数，则继续滑动窗口(表示时间来到下一时刻)，同时回到步骤s11以便循环执行(启动下一时刻的温度预估)，直到该连续时间段结束。

步骤s15、判定温度传感器可能出现故障。

在该步骤s15中，初步判定温度传感器可能出现故障。并可以就此向监控人员发出警报。

在进一步改进的情况下，上述方法还包括执行下述步骤：判断所述电池的风机、水泵是否存在故障；判断所述电池的电芯是否存在故障；若前述两个子步骤的结果均为否，则肯定地判定温度传感器出现故障。

该第一实施例提供的温度传感器的故障诊断方法，实施简单，能够对温度传感器故障进行有效诊断，避免错误判断电池状态。该方法能够节省现有技术中设置冗余传感器所带来的硬件成本，该方法可以采用软件形式预置在电动汽车的电池管理系统中。

本发明的第二实施例对上述第一实施例进行了改进，具体地，其类似地包括上述步骤s11-s15。但不同之处在于，在步骤s13中，还包括一子步骤：若在连续时间段内某一时刻，发现电池外壳预估温度与电池外壳实测温度ts之间差值的绝对值小于第二阈值，则重置连续时间段(重置连续时间段滑动窗口)，重置后，流程回到步骤s11继续执行。这种情况表示对电池外壳温度的预估极为准确。可以理解，第一阈值远大于第二阈值，例如第一阈值取为1摄氏度，第二阈值取为0.1摄氏度。

需要说明的是，虽然在第一实施例中，在一连续时间段结束之前，在计数ct未超过阈值次数的情况下会回到步骤s11循环执行，但此时并未重置连续时间段滑动窗口，而是延续该连续时间段滑动窗口。

该第二实施例提供的改进方案，将对电池外壳温度的预估极为准确的情况考虑在内，可以有效地避免因第一阈值设置得过小而引起的误报。

上述说明仅针对于本发明的优选实施例，并不在于限制本发明的保护范围。本领域技术人员可作出各种变形设计，而不脱离本发明的思想及附随的权利要求。