摘要：《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

电工理论

旋转升频结构磁致伸缩振动能量收集器输出电压模型与机-磁设计

作者：黄文美；薛天祥；冯晓博；翁玲；李明明

摘要：传统的升频结构振动能量收集器在收集人体行走振动能量时存在输出电压低、有效功率低的问题。该文提出一种旋转升频结构磁致伸缩振动能量收集器。它由旋转升频结构、磁致伸缩结构、线圈和偏置磁铁组成。旋转升频结构能够同时引发磁致伸缩金属片的激励振动和自由振动。该设计将人体行走的低频振动转换为旋转的高频激励振动,同时简化了阻抗匹配过程。基于机-磁-电耦合关系建立了分布式动态模型来描述该能量收集器的输出电压。实验结果表明,该装置具有较好的输出特性,最大峰峰值电压为58.60V,最大方均根电压为9.53V,最大方均根功率为56.20mW。

深地探测用大功率电磁发射机控制系统小信号分析与设计

作者：王颖杰；陈永发；胡秋恺；郭文中

摘要：大功率电磁发射机发射波形的好坏严重影响着深地电磁探测的准确性。为解决大功率电磁发射机动态性能低导致的发射波形质量差的问题,提出输入并联输出串联外+中点钳位（IPOS+NPC）型大功率电磁发射机结构及控制策略,建立IPOS组合供电小信号模型,对其电流内环、均压环、总电压外环及负载电流反馈控制环等进行环路设计优化,并设计两种假负载接入方式下NPC三电平发射桥调制策略,分析并提出基于时间补偿的中点电位平衡方法。最后,研发一台1500V/110kW IPOS+NPC型大功率电磁发射机样机,通过仿真和样机野外测试证明了该控制策略及设计的有效性。

基于辅助拾取模块的感应耦合能量传输系统电流谐波抑制方法

作者：杨继鑫；史黎明；殷正刚；范满义；李耀华

摘要：为抑制感应耦合能量传输（ICPT）系统中高频逆变器的输出电流谐波,提出一种基于辅助拾取模块的电流谐波抑制方法。首先,建立ICPT系统的数学模型,分析了电流谐波的产生机理和影响因素。其次,以抑制3次电流谐波为例,详细分析了辅助拾取模块抑制电流谐波的原理,通过合理设计辅助拾取模块的品质因数,可防止拾取线圈之间的交叉干扰。最后,通过仿真和实验验证了提出方法的有效性。仿真与实验结果表明,提出的方法可有效降低3次电流谐波幅值,减小电流总谐波畸变率（THD）,并且轻载工况下系统效率可得到进一步提高。

阵列式无线电能传输系统自适应区域划分定位策略

作者：闻枫；王磊；张翔；谭林林；方鑫

摘要：无线电能传输系统中,发射线圈和接收线圈间不可预知的偏移会显著地降低系统的传输性能。通过阵列式系统的精确定位和功率定向,能够有效地缓解偏移带来的不利影响。该文提出一种基于自适应区域划分的平面阵列式无线电能传输系统接收线圈定位策略。该策略不需要额外的检测线圈或位置传感器,仅通过建立发射线圈电流与接收线圈坐标之间的关系模型,就能推导出坐标计算公式。

根据预设定位精度,对随机放置接收线圈的区域进行划分,并动态优化各区域的最佳参考点。通过比较接收线圈在待测定位点与最佳参考点时发射线圈电流的变化量,确定相应坐标的变化量,从而实现对接收线圈的精确定位。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明,在329mm×329mm的区域内,平均定位误差为9.98mm,满足预设的10mm定位精度。

电机及其系统

考虑材料非线性覆铜实心转子感应电机转子阻抗参数的二维解析计算

作者：朱利伟；邓智泉

摘要：覆铜实心转子感应电机的转子阻抗参数计算是实心转子感应电机的难点。实心转子铁心材料非线性造成转子磁导率非恒定值,同时非线性导致了电磁场畸变,增加了转子阻抗的计算难度。对此,该文在双层转子模型子域解析的基础上,提出了一种考虑转子材料非线性,利用等效磁化曲线进行阻抗计算的方法,能够对非线性转子铁心在不同转差率下的磁导率进行计算,减小了由转子材料非线性造成的阻抗计算误差。通过二维时谐场有限元仿真验证了该方法的计算精度,并在该方法基础上提出一种考虑温度变化的转子阻抗简化计算方法,能够在转子温度变化情况下快速估算电机性能。

基于改进复相对磁导函数的开槽轴向磁通永磁电机气隙磁场解析模型

作者：佟文明；杜绍雨；贾建国；黄芮

摘要：齿槽效应会对气隙磁场产生较大影响,针对现有保角映射法无法考虑实际槽形以及精确子域法通用性受限的问题,该文基于改进复相对磁导函数提出一种计及定子槽宽、槽深和静态偏心影响的开槽轴向磁通永磁电机气隙磁场通用解析模型。建模时首先将求解域划分为气隙子域和永磁体子域,依据各子域的边界条件求解拉普拉斯方程,借助标量磁位求得无槽空载气隙磁场解析表达式,并引入改进复相对磁导函数考虑齿槽效应。然后分析静态偏心的作用规律,建立计及静态偏心影响的气隙磁场解析模型,在此基础上计算了不同偏心率下的气隙磁通密度、空载反电动势及齿槽转矩,有限元和实验证明了该解析模型的有效性。相较有限元分析,该解析模型具有建模耗时少、计算速度快和求解精度相近的特点,为相关电机的优化设计提供了有益参考。

一种计及定转子磁极磁阻的单绕组无轴承开关磁阻电机新型数学模型

作者：石凡；王宏华；李昊；周潼

摘要：该文提出一种计及定转子磁极磁阻的单绕组无轴承开关磁阻电机（SWBSRM）新型数学模型,以解决此电机现有虚位移法建模中存在的径向悬浮力误差较大、定转子齿极中线对齐位置处电磁转矩波形不连续和径向悬浮力波形凹陷以及不便于建立磁饱和模型问题。

首先,建立SWBSRM定转子极交叠区线性数学模型：提出一种高精度的计算椭圆形边缘气隙磁路长度的解析方法,解决定转子齿极中线对齐位置处存在的转矩波形不连续和悬浮力波形凹陷问题;此外,提出在建立定转子极交叠区无磁饱和数学模型时计及定转子磁极磁阻,并将气隙磁压表示为关于绕组磁动势的线性函数以更精确地计算气隙磁压,可显著减小悬浮力误差。其次,建立计及磁饱和的SWBSRM定转子极交叠区数学模型：采用分段线性函数拟合气隙磁压和绕组磁动势之间的非线性关系,提出具有高拟合精度的分段点选取规律,可较精确地计算悬浮力和转矩。然后,建立适用于多工况的SWBSRM定转子极非交叠区数学模型,从而与定转子极交叠区数学模型构成一个相周期内的完整数学模型。最后,通过与SWBSRM现有虚位移法模型和有限元模型的计算结果对比,验证了所建模型的优良性能。

不同定子绕组结构双定子轴向磁通开关磁阻电机性能对比研究

作者：于丰源；陈昊；王星；王冠钧

摘要：轴向磁通开关磁阻电机（AFSRM）的磁通路径和旋转轴方向平行,具有轴向长度短、气隙面积大、转矩密度高等优势,被认为是提升开关磁阻电机性能的有效方式,而双定子AFSRM（DSAFSRM）因具有平衡的轴向磁拉力和较大的定子绕组散热面积,是AFSRM结构中最具潜力的研究对象。电机运行性能与定子绕组结构密切相关,为了分析不同定子绕组结构对DSAFSRM性能的影响,该文对三台分别采用集中式绕组、单齿绕线绕组和整距绕组的电机性能进行对比研究。

首先,详细分析了三种结构电机的磁通路径,基于相同的外径和轴长尺寸设计了三台样机。其次,利用有限元方法比较了三台样机的静、动态性能。最后,加工制造了采用单齿绕线绕组和整距绕组的两台DSAFSRM样机,实测了电机性能。结果表明,相较于传统集中式绕组结构,采用单齿绕线绕组和整距绕组的DSAFSRM结构提升了电机的输出转矩和转矩密度,不过在效率上有所降低。

基于电流平方量约束的新型开关磁阻电机转矩调制方法

作者：孙庆国；吕广宇；刘旭；李珊瑚；牛峰

摘要：针对开关磁阻电机转矩脉动大,现有开关磁阻电机的转矩脉动抑制方案通常依赖于大量电机电磁特性数据的问题,该文提出一种基于电流平方量约束的新型开关磁阻电机转矩调制方法,既可以有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也大大降低了控制过程中对于电机电磁特性数据的依赖。首先,基于开关磁阻电机瞬时转矩公式得出一阶电流平方量对于转矩产生的作用;其次,分析了二阶电流平方量的影响,通过一、二阶电流平方量的协同作用得出最小化开关磁阻电机转矩脉动的约束条件;再次,采用极值点确定法得出电流平方量的最优给定值,对于误差转矩脉动采用瞬时转矩补偿法进行分相直接抑制;最后,基于一台150W、三相12/8极开关磁阻电机进行了实验,验证了所提方法的可行性与有效性。

考虑静态端部效应的城轨交通用同心笼次级直线双馈电机矢量控制

作者：葛健；包振；徐伟；唐一融；廖凯举

摘要：同心笼次级直线双馈电机是由同心笼转子无刷双馈电机演变而来的一种新型直线电机,具有功率因数可调、可靠性高、中高速区平均推力下降较小、轨道建设成本较低等优点。然而,因物理结构特殊、工作原理复杂等,对同心笼次级直线双馈电机的静态端部效应控制方法的研究仍不够深入,严重限制了该类电机的进一步发展和应用。为此,该文提出了一种带静态端部效应补偿的功率绕组电压定向矢量控制策略。

首先,分析了静态端部效应作用规律和补偿方法,建立了考虑静态端部效应的三相静止坐标系数学模型和简化的两相旋转坐标系数学模型;然后,推导了功率绕组电压定向条件下的初、次级电流数学关系,实现了电磁推力方程中两套初级绕组的解耦控制;最后,大量的仿真和实验分析表明,新方法可通过静态端部效应补偿有效提升电机驱动性能,实现平稳运行。

电力电子

一种基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型变换器

作者：王立乔；臧朔；李翀；王皓玉

摘要：该文提出一种对称半桥功率解耦拓扑。该解耦拓扑串联在变换器直流侧可以起到补偿二倍频脉动电压、减小电感值、降低成本和减小体积的作用。通过对两个解耦电感进行耦合磁集成,进一步减小电路元件和解耦电感的值,使得减小电感值的效果更加显著。该功率解耦拓扑的直流侧输出电流间接闭环控制方法直接对直流侧电流进行采样,无需外加传感器,不需要复杂调节器和计算,在实际应用中更为灵活。最后搭建了基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型PWM整流器仿真与实验平台,验证了所提拓扑的可行性。

一种基于分裂源的双输出T型三电平逆变器

作者：王汝田；王浩；袁帅；邵鑫铭；刘闯

摘要：该文提出了一种基于分裂源的双输出T型三电平逆变拓扑结构。所提出的拓扑结构具有直流环节和逆变环节,其中直流环节提供升压能力,逆变环节提供三相双输出三电平逆变功能,并介绍了提出的拓扑结构及其工作原理。然后分析了在正弦脉宽调制方案中,同频同相、同频异相和异频工作模式下,调制参数的可选择值域,保证了电容电压平衡、正确的升压能力和双输出功能的实现,并在分析电感电流的基础上,通过对调制方案的讨论,对电感和电容的性能进行了优化,包括3次谐波注入法以及两种空间矢量调制的载波化调制方法,以使对电感值和电容值的需求最小化。建立了低功耗实验样机,并给出了实验结果,验证了所提拓扑结构的可行性,以及同等硬件参数、不同调制方案下对电感纹波电流、电容纹波电压的改善。

非对称方波调制下模块化多电平固态变压器传输功率建模与特性分析

作者：潘建宇；杜翊豪；林文琦；陈伟根

摘要：相比于双有源桥级联式固态变压器,模块化多电平换流器H桥（MMC-H）固态变压器仅用单个高频隔离变压器且控制灵活,故障容错率高。但现有MMC-H固态变压器主要采用方波-方波调制,存在系统dv/dt应力和电流谐波大的问题。MMC灵活的非方波调制技术具有优化电压和电流性能良好的前景,但其传输模型和特性未知,极大地限制了MMC-H固态变压器的应用。

该文提出正弦-方波、三角-方波两类非对称方波调制下的MMC-H固态变压器的精准功率传输建模和控制方法,揭示其功率传输和电流变化特性,确定最大传输功率点。此外,详细对比两类非方波调制和传统方法下的传输特性差异并阐明原因。结果表明,所提两类非对称调制波和控制方法下的传输功率模型平均误差分别为2.8%和3.4%,准确度高;所提正弦-方波调制和控制方法下在最大传输功率、传输电流峰值、谐波量和器件损耗等方面具有综合最优性能,并具有良好的动态稳定性和快速响应能力。

一种非对称级联H桥三相逆变器的功率均衡混合随机脉宽调制方法

作者：刘剑锋；龚仁喜；张圆圆

摘要：为了降低电压比为1:1:1:3的非对称级联H桥三相逆变器输出线电压的脉宽调制（PWM）噪声峰值,该文提出一种融合阶梯波调制、同相载波层叠调制、随机调制及功率均衡的功率均衡混合随机脉宽调制（PB-HRPWM）方法。

该方法可概述为：①通过高压H桥单元的调制波与参考电位相比较,产生高压H桥单元的驱动脉冲和低压H桥单元的调制波;②通过同相层叠随机载波与低压H桥单元的调制波相比较,产生随机脉冲;③通过脉冲逻辑运算方法对随机脉冲按照0.5Tah进行循环分配,得到低压H桥单元的驱动脉冲;④使用高低压H桥单元的驱动脉冲控制三相逆变器的运行。

仿真和实验结果表明：该方法可以降低线电压PWM噪声峰值,同时实现低压H桥单元之间的功率均衡。相比传统的随机和非随机PWM方法,所提PB-HRPWM方法具有更低的线电压PWM噪声峰值和更小的线电压总谐波畸变率（THD）。最后,通过仿真对比和实验验证了所提PB-HRPWM方法的有效性和可行性。

一种改进的T型三电平逆变器序列模型预测控制策略

作者：田亚卓；刘辰伟；张勇军；肖雄

摘要：为解决T型三电平逆变系统多控制目标模型预测控制权重系数设计困难的问题,该文提出一种基于串联-并联混合结构的改进序列模型预测控制策略。该策略以序列模型预测控制为基础,结合对共模电压和开关频率的控制需求,构建包含多控制目标的改进代价函数。基于对各控制目标优先级的充分考虑,设计一种串联-并联混合结构,采用并联结构同步优化具有相似优先级的目标,串联结构顺序控制不同优先级的目标,从而避免了权重系数设计。实验结果验证了此策略具有良好的动静态性能,并能有效抑制共模电压和降低平均开关频率。

四开关三电平半桥LLC变换器的控制策略与效率优化

作者：陈杰；刘昌咏；邓文明；高宇；阮新波

摘要：四开关三电平半桥LLC变换器在宽电压范围输入场合应用时具有突出优势。该文首先分析该变换器在定频双模式控制下的工作模态,基于变换器输出增益提出一种模式软切换控制策略,有效地抑制了模式切换过程中的暂态电流过冲现象;进而提出一种均压策略,抑制了输入侧电容电压不均衡现象。为了提升四开关三电平半桥LLC变换器的变换效率,建立变换器损耗模型,并采用布谷鸟搜索算法对变换器的谐振参数进行智能寻优,得到了最优参数。最后,研制了一台500W的原理样机,验证了所提出控制策略和参数优化方法的正确性和有效性。

弱电网下基于比例权重的控制环参数自适应调整并网逆变器稳定性提升方法

作者：高家元；黄帅；姜飞；涂春鸣；肖凡

摘要：针对弱电网下并网逆变器（GCI）与电网阻抗交互易失稳的问题,以dq域下控制的GCI为例,构建考虑等效电流源稳定性的GCI的单输入单输出（SISO）阻抗模型,该模型将等效电流源中控制器参数变换到GCI的等效输出阻抗模型中,并将锁相环（PLL）引发的阻抗回路折算到电网侧,实现等效电流源与控制器参数解耦,为控制环参数自适应调整控制策略下GCI的稳定性分析奠定了模型基础。在此基础上,提出一种基于比例权重的控制环参数自适应调整控制方法,并基于所构建阻抗模型实现比例权重系数的分析与设计,该自适应控制方法能够保证GCI在弱电网范围内具有30°以上的充足稳定裕度,促使GCI具有良好的稳态与动态性能。最后,通过仿真和实验验证了该文理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。

基于虚拟同步发电机控制的并网逆变器切换型振荡及其非光滑分岔特性

作者：纪君奇；杨黎晖；马西奎

摘要：在大扰动下,基于虚拟同步发电机（VSG）控制的并网逆变器因限幅环节饱和发生的切换型振荡对电力系统的安全稳定运行构成威胁,其振荡机理和影响因素复杂。为此,该文研究大扰动下由VSG限幅环节饱和引发的切换型振荡的机理,并分析限幅环节的类型、限幅值大小和系统参数对切换型振荡特性的影响。

首先,介绍切换型振荡和非光滑分岔理论,以及基于VSG控制的并网逆变器及其限幅环节;其次,分析大扰动下VSG并网逆变器切换型振荡现象,并基于相图法揭示其动力学本质是系统发生了非光滑分岔;再次,分析非光滑分岔与限幅环节的类型和限幅值大小的关系,指出非光滑分岔是由多个限幅环节共同作用引发的;最后,分析VSG控制参数和外部参数对系统非光滑分岔特性的影响。结果表明,限幅值越小和故障程度越严重,系统越容易发生切换型振荡。

电力系统与综合能源

光伏和储能植入铁路牵引供电系统的拓扑架构与控制策略研究综述

作者：陈冲；贾利民；赵天宇；邵晨虎；王扬慧

摘要：为引导铁路牵引供电趋于绿色低碳、弹性自洽发展,开展了光伏和储能植入铁路牵引供电系统的分析、归纳、总结和展望工作,以期对形成以新能源为主体的铁路新型牵引供电系统体系有一定裨益。首先,按照三相式、单相式、两相式、同相式、直流式五种接入方案系统地归纳了光伏和储能植入铁路的拓扑架构,并从不同维度对比了不同拓扑结构技术特点;其次,以能量层和变流层两个视角系统地阐述了光伏植入、储能植入、光伏和储能协同三种情况下的光伏与储能植入铁路牵引供电系统的控制策略;最后,从电气拓扑、能量管理、变流控制三个方面展望了光伏与储能植入的铁路牵引供电系统。

基于I-w响应关联特征的新能源电力系统暂态功角稳定判别方法

作者：刘铖；李守超；张宇驰；张艳军

摘要：基于响应驱动的暂态功角稳定分析方法具有不依赖模型和参数、计算量小、能够实时量测和实时判别等突出优势。首先,该文针对单机无穷大系统挖掘出发电机电流和角速度蕴含的暂态功角稳定信息,建立了故障后电流与角速度的关联关系,揭示了两电气量存在的暂态稳定性特征;其次,利用信息量测技术得到发电机电流与角速度的关系曲线,通过分析关系曲线特性,提取出系统功角稳定和功角失稳关键特征,并探究了风机接入后对关系曲线特性的影响,提出了一种暂态功角稳定新判据;最后,通过比较故障清除后机端母线电压相位差变化率的大小识别临界机群,将该文方法应用于多机系统暂态稳定性判别。仿真算例结果表明了所提方法能够简单快速地判断出暂态功角稳定态势。

基于背靠背变流器柔性互联微电网群的分层分布式协同控制及其稳定分析

作者：孟潇潇；尤泽豪；张茂凡；邵冰冰

摘要：在基于背靠背变流器柔性互联的交流微电网群中,传统的分层控制架构可以实现各微电网（MG）单元内的频率/电压无差恢复和功率均分的控制目标,但无法实现微电网群全局层面的有功均分控制目标,因此,亟须提出柔性互联微电网群的分层协同控制方法,并分析其小信号稳定性。该文提出一种柔性互联微电网群全新的分层分布式协同控制架构,各背靠背变流器可通过两侧MG单元有效交互实现集群层面的全局控制目标,实现全局层面的有功均分。进一步建立分层分布式控制架构下微电网群系统的小信号模型,分析其稳定性的主导失稳模态,并与已有文献方法进行了功率传输稳定性的比较分析。最后,利用Matlab/Simulink搭建了仿真模型,验证了控制策略的有效性和优越性。

电能存储与应用

带降噪自编码器和门控递归混合神经网络的电池健康状态估算

作者：陈媛；段文献；何怡刚；黄小贺

摘要：准确的电池健康状态估计可以保证锂离子电池可靠安全运行,减少系统不必要的维护成本。采用机器学习算法虽然能够获得精确的电池健康状态（SOH）,但是其估计精度严重依赖于算法中的参数,普适性差,且会受到传感器噪声的影响。

该文提出一种结合降噪自编码器（DAE）和门控递归单元的递归神经网络（GRU-RNN）的混合模型进行电池的SOH估计,以提高算法估计精度及抗干扰能力。首先,利用电压-容量模型来重构电池恒流充电和放电阶段的电压曲线,以减小传感器噪声对SOH估计的影响;其次,从电压曲线和增量容量（IC）曲线中提取相关特征作为SOH估计模型的输入;再次,利用DAE对带有噪声的输入特征进行无监督的训练,可以增强模型的鲁棒性;最后,在输入特征含有噪声的情况下,利用提出的DAE-GRU-RNN算法与其他SOH估计算法进行对比验证。

结果表明,该文提出的算法精度更高,相对误差比GRU-RNN和深度神经网络（DNN）模型小6.39%~23.23%。利用部分电压曲线获得的特征数据进行电池SOH预测时,该算法依然具有较高的电池SOH估计精度。

基于改进开路电压模型和自适应平方根无迹卡尔曼滤波的锂离子电池宽温度多工况SOC估计

作者：王新栋；董政；王书华；荆峰；邹兵

摘要：锂离子电池荷电状态（SOC）的准确估计对于电池管理系统（BMS）的性能和可靠性至关重要。现有研究广泛关注电池模型、参数辨识及滤波算法的优化,对于电池开路电压（OCV）与SOC关系的准确映射研究较少,这限制了宽温度多工况下的SOC估计精度。

该文创新性地提出一种针对宽温度的OCV-SOC映射修正策略,并构建基于支持向量机回归（SVR）的开路电压模型。该模型能准确地捕捉不同电池温度下的电池行为,提升SOC估计的稳定性、鲁棒性和初始误差修正能力。继而结合二阶RC等效电路模型、动态遗忘因子递归最小二乘法（DFFRLS）及自适应平方根无迹卡尔曼滤波（ASRUKF）实现SOC精确估计。在20%初始误差的条件下,所提方法在宽温度（包含极端温度）及多工况（包含复杂工况）测试中的方均根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）均小于1.8%,该方法的适应性与准确性高,且算法复杂度未显著增加,为BMS中SOC的高精度估计提供了新的途径。

基于超声的锂离子电池微过充循环老化特性

作者：张闯；高浪涛；刘素贞；张家安；刘文杰

摘要：由于锂离子电池单体之间的不一致性、充电器故障以及电池管理系统失效等问题,导致电池在使用过程中可能发生微过充电循环,加速电池老化。超声检测技术因其检测速度快、成本低、检测精度高等优点,在电池检测领域已得到广泛应用。

该文通过超声飞行时间和幅值的变化,研究锂离子电池在不同微过充电压（4.6、4.65、4.7 V）循环下的老化特性。实验结果表明,电池容量随着过充电深度和循环次数的增加而显著下降。在循环过程中,飞行时间和振幅对过充电引起电池老化的状态表现的十分敏感,并且飞行时间受温度影响较大。随着过充电程度和循环次数的增加,超声信号逐渐衰减、幅值降低、飞行时间增大。不同程度的微过充电引起电池老化的机理也不相同。结果表明,超声信号与不同过充电程度引起的电池老化状态关系紧密,同时也可为电池健康状态估计以及过充电预警提供参考。

基于数据挖掘与大数据分析的电池故障诊断与异常检测

作者：申江卫；岩川；刘永刚；沈世全；陈峥

摘要：为充分挖掘电动汽车大数据监控平台海量数据应用潜力,提升锂离子电池组传统故障诊断方法在异常检测、故障电池定位和故障诊断等方面的效率,该文提出一种基于数据挖掘和大数据分析的电动汽车高效单体电池异常检测、定位与电池系统故障诊断方法。

首先,使用t-SNE对采集的动力电池历史运行数据可视化降维,利用K均值聚类算法结合Z分数方法设计电压异常诊断系数,完成异常单体的准确检测和异常定位,并结合熵权-变异系数法进行单体电池性能评估,实现不同单体电池异常程度的综合评定;其次,采用3σ-MSS算法以概率形式计算电池组中单体电池端电压的异常变化,并通过不同电池故障概率统计分析,利用数理统计方法实现电池系统故障与突发故障的统计分类,在时间维度上进行电池系统的故障诊断;最后,基于该文所提出的故障诊断与异常检测方法,对监控平台上四辆电动汽车三年的运行数据进行了异常特性诊断,并按照春、夏、秋、冬四季对其故障特征进行了分析。

诊断结果显示,在四个季节故障概率分布中,电动汽车各单体电池最高故障概率分别为1.99%、4.95%、3.67%、9.52%,平均故障概率为1.54%、4.31%、3.07%、4.59%,夏、冬两季电池故障发生概率高于春、秋两季。相关诊断结果可为动力电池稳定运行提供维护建议,为提升电动汽车的可靠性和优化设计提供参考。

来源：电气新科技