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储能系统技术 电池管理系统BMS 故障诊断 ★ 5.0

基于累积概率分布的锂离子电池组快速准确故障诊断方法

A Rapid-Accurate Fault Diagnosis Method Based on Cumulative Probability Distribution for Lithium-Ion Battery Packs

作者 Zhen Zhang · Xin Gu · Ziheng Mao · Jinglun Li · Xiangjun Li · Yunlong Shang
期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics
出版日期 2024年10月
技术分类 储能系统技术
技术标签 电池管理系统BMS 故障诊断
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 锂离子电池组 故障诊断 累积概率分布 早期故障 诊断效率与精度
语言:

中文摘要

作为电池管理系统中的一项关键技术,故障诊断方法的迭代创新与发展正受到越来越多的关注。然而,早期故障相关的异常特征并不明显,通过传统诊断技术难以识别。为此,本文提出了一种基于累积概率分布(CPD)的锂离子电池组快速准确故障诊断方法。CPD算法可将电池电压序列转换为非时间序列。基于CPD算法设计了两种故障诊断子方法,包括以长期电压数据为输入的快速预检测方法A和以短期电压数据为输入的准确诊断方法B。此后,这些提出的方法在诊断效率和准确性之间取得了平衡。实验结果表明,所提出的方法能够检测电池早期故障并估算故障发生时间。更重要的是,高故障检测率(99%)和检测准确率(98.02%)验证了该方法的有效性和通用性。本文的研究成果具有良好的发展前景,凸显了概率分布在电池故障诊断中的应用潜力。

English Abstract

The iterative innovation and development of fault diagnosis methods have attracted more and more attention as a crucial technology in battery management systems. Nevertheless, the anomalous characteristics associated with early faults are not obvious, which are challenging to identify through conventional diagnosis techniques. For this reason, this article proposes a rapid-accurate fault diagnosis method based on cumulative probability distribution (CPD) for lithium-ion battery packs. The CPD algorithm can transform the battery voltage sequence into a nontime series. Two fault diagnosis submethods are designed based on the CPD algorithm, including rapid predetection method A with long-term voltage data as input, and accurate diagnosis method B with short-term voltage as input. Thereafter, these proposed methods maintain a balance between diagnosis efficiency and accuracy. The experimental results demonstrate that the proposed method can detect battery early faults and estimate the occurrence time. More importantly, the high fault detection rate (99%) and detection accuracy rate (98.02%) validate the effectiveness and universality. The research findings in this article have excellent development prospects and highlight the application potential of probability distribution for battery fault diagnosis.
S

SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于累积概率分布的锂电池故障诊断技术具有重要的工程应用价值。当前储能系统的安全性和可靠性是制约行业发展的关键瓶颈,而该技术通过将电池电压序列转换为非时间序列的创新方法,实现了早期故障的快速准确识别,这与我们在大规模储能电站运维中的实际需求高度契合。

该方法的双重诊断机制设计颇具实用性:方法A采用长期电压数据进行快速预检测,适合集成到我们的智能运维平台中实现海量电池包的实时监控;方法B基于短期电压数据进行精确诊断,可作为二级诊断工具,在预警触发后快速定位故障单元。99%的故障检测率和98.02%的准确率表明该技术已具备较高的成熟度,可有效降低储能系统的误报率和漏检率。

对于阳光电源而言,该技术的应用潜力体现在多个层面:首先,可显著提升PowerStack、PowerTitan等储能产品的BMS智能化水平,增强市场竞争力;其次,能够延长电池系统使用寿命,降低运维成本,这对工商业储能和电网侧储能项目的经济性至关重要;再者,早期故障预测能力可为预防性维护策略提供数据支撑,减少非计划停机损失。

技术挑战主要在于算法在不同化学体系电池(磷酸铁锂、三元锂等)和复杂工况下的泛化能力验证,以及与现有BMS架构的集成适配。建议开展联合研发,利用我们全球超30GWh的储能装机数据进行算法训练和优化,加速技术产业化进程。