CN114325119A - 新能源汽车高压***电容健康度预测方法、***及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法、***及汽车，首先建立高压***电容在不同环境温度、不同工作电压条件下对应容量衰减系数模型；然后计算获得固定时间内高压***电容工作电压平均值及环境温度对应的容量衰减系数，通过迭代计算获得高压***电容剩余寿命，为确保其剩余寿命估算精度，增加修正算法对其寿命估算误差进行消除；最后通过健康管理***，将高压***电容寿命状态进行提示及预警。本发明能够有效预估电容剩余寿命，避免击穿其薄弱点产生过压、过流带来的元器件短路。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车高压***电容健康度预测技术领域，具体涉及一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法、***及汽车。
背景技术
高压***电容是新能源汽车重要元器件，具有无极性、绝缘阻抗高、频率响应宽等优点，利用其来降低母线阻抗、抑制高压电源电磁干扰及吸收来自负载的纹波电流，从而有效抑制母线电压因负载突变出现的波动。高压***电容后期失效是由于长时使用造成耗尽失效，工作电压会造成介质处的金属薄膜逐渐蒸发掉，从而影响其容量值。另一方面，若高压***电容长期处于较高温度下运行，会加速其热老化；若高压***电容长期处于较低温度下运行，很可能会在电容内部造成局部放电，从而加快其老化速度。由此可见，工作电压和环境温度是影响高压***电容寿命的关键因素，高压***电容失效会引起过压与过流，从而击穿其薄弱点，造成相关控制器部件短路。因此，高压***电容健康度实时预测对其安全工作至关重要。
目前针对高压***电容健康度估算方案主要体现在以下三个方案：方案1利用经验公式(如阿伦尼乌斯方程)对电容寿命进行估算；方案2利用加速试验衰减数据拟合寿命模型；方案3采用优化算法(如粒子群算法)计算电容退化数据的状态估计值，从而获得电容剩余寿命的概率分布。针对方案1，仅仅考虑环境温度对电容寿命影响，而忽略工作电压对寿命影响，造成电容寿命估算模型精度不高；针对方案2，仅仅对各固定环境温度、工作电压下的电容寿命进行测试，并通过容量衰减累加方式获得电容剩余寿命，但对单位时间内衰减容量进行累加会产生累计误差，造成电容寿命估算模型精度有限；针对方案3，该算法会占用大量的CPU资源，使得电机其他控制功能运算与执行速度受限。
因此，有必要开发一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法、***及汽车。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法,能有效预估电容剩余容量值，以避免击穿其薄弱点产生过压、过流带来的元器件短路。
第一方面，本发明所述的一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法，包括以下步骤：
S1：通过加速实验建立不同环境温度、不同工作电压对应的高压***电容寿命数值模型，并利用该高压***电容寿命数值模型获得给定环境温度、工作电压条件下的寿命衰减系数；
S2：根据实时工况采集的环境温度与高压***电容工作电压，对环境温度与高压***电容工作电压进行滤波处理，并计算固定时间段内环境温度的平均值和高压***电容工作电压平均值；
S3：根据环境温度的平均值和高压***电容工作电压平均值查表得到固定时间段内高压***电容容量值平均衰减系数，并计算出固定时间段内高压***电容容量总衰减系数；
S4：根据固定时间段内高压***电容容量总衰减系数计算出高压***电容剩余容量值；
S5：通过计算的高压***电容剩余容量与预设数值进行对比，根据对比结果向驾驶员发送不同程度的健康管理指示及预警。
可选地，所述S1中：
在给定环境温度范围与工作电压范围内进行加速寿命实验获得高压***电容衰减到标称容量85％所需时间，对相应环境温度、工作电压下的寿命时间取倒数计算出该工作条件下高压***电容容量值的衰减系数。
可选地，所述S2中，对环境温度与高压***电容工作电压进行一阶滤波处理，具体为：
式中：U[k]、U[k-1]分别表示高压***电容工作电压当前时刻点与前一时刻点的采样数值；T[k]、T[k-1]分别表示环境温度当前时刻点与前一时刻点的采样数值；y[k]、y[k-1]分别表示高压***电容工作电压当前时刻点与前一时刻点滤波后的计算数值；Y[k]、Y[k-1]分别表示环境温度当前时刻点与前一时刻点滤波后的计算数值；a0、a1、a2、b0、b1、b2均为滤波器系数标定变量。
可选地，所述S3中，计算固定时间段内高压***电容容量总衰减系数，具体为：
式中：Δt为相邻采样点时间间隔；tf为固定时长，相当于Δt的整数倍；λavg为固定时间段内高压***电容容量平均衰减系数；λtotal为固定时间段内高压***电容容量总衰减系数。
可选地，所述S4中，根据固定时间段内高压***电容容量总衰减系数计算出高压***电容剩余容量值，具体为：
Cnow＝Clast·(1-λtotal)
式中：Clast为上一固定时间段内计算的高压***电容剩余容量值；Cnow为当前固定时间段内计算的高压***电容剩余容量值。
可选地，所述S5中：
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于等于100％且大于等于95％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康很好；
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于95％且大于等于90％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康较好；
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于90％且大于等于85％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康一般；
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于85％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康终止。
可选地，判断是否满足修正条件，若满足修正条件，则计算高压***电容整个放电过程完成后的容量修正值Cver，用容量修正值Cver替换当前高压***电容剩余容量值Cnow并存储到EEPROM中作为下一次上电时高压***电容的初始剩余容量值；
可选地，所述修正条件为高压***满足下电请求且母线电压下降到60v以下。
第二方面，本发明所述的一种新能源汽车高压***电容健康度预测***，包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如本发明所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法的步骤。
第三方面，本发明所述的一种汽车，采用如本发明所述的新能源汽车高压***电容健康度预测***。
本发明具有以下优点：本发明首先建立高压***电容在不同环境温度、不同工作电压条件下对应容量衰减系数模型；然后计算获得固定时间内高压***电容工作电压平均值及环境温度对应的容量衰减系数，通过迭代计算获得高压***电容剩余寿命，为确保其剩余寿命估算精度，增加修正算法对其寿命估算误差进行消除；最后通过健康管理***，将高压***电容寿命状态进行提示及预警。本发明能够有效预估电容剩余容量值，避免击穿其薄弱点产生过压、过流带来的元器件短路。
附图说明
图1为本实施例中高压***电容剩余寿命计算架构示意图；
图2为本实施例中高压***电容剩余寿命实验示意图；
图3为本实施例中高压***电容容量值衰减系数示意图；
图4为本实施例中高压***电容放电回路示意图；
图5为本实施例中高压***电容健康度监控与提示示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例中，一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法，具体包括以下步骤：
S1：通过加速实验建立不同环境温度、不同工作电压对应的高压***电容寿命数值模型，并利用该高压***电容寿命数值模型获得给定环境温度、工作电压条件下的寿命衰减系数；
S2：根据实时工况采集的环境温度与高压***电容工作电压，对环境温度与高压***电容工作电压进行滤波处理，并计算固定时间段内环境温度的平均值和高压***电容工作电压平均值；
S3：根据环境温度的平均值和高压***电容工作电压平均值查表得到固定时间段内高压***电容容量值平均衰减系数，并计算出固定时间段内高压***电容容量总衰减系数；
S4：根据固定时间段内高压***电容容量总衰减系数计算出高压***电容剩余容量值；
S5：建立四级健康管理***，通过计算的高压***电容剩余容量与预设数值进行对比，根据对比结果向驾驶员发送不同程度的健康管理指示及预警。
以下对各步骤进行详细的说明：
步骤S1：由于环境温度、工作电压与高压***电容寿命强相关，本发明专利在给定环境温度范围(T1～T2，每隔ΔT间隔点)与工作电压范围(U1～U2，每隔ΔU间隔点)内进行加速寿命实验获得高压***电容衰减到标称容量85％所需时间(如图2所示)，然后对相应环境温度、工作电压下的寿命时间取倒数计算出该工作条件下高压***电容容量值的衰减系数，如图3所示。
步骤S2：为确保环境温度与高压***电容工作电压数据采集的稳定性，首先采对两参数进行一阶滤波处理，如公式(1)所示。
式中：U[k]、U[k-1]分别表示高压***电容工作电压当前时刻点与前一时刻点的采样数值；T[k]、T[k-1]分别表示环境温度当前时刻点与前一时刻点的采样数值；y[k]、y[k-1]分别表示高压***电容工作电压当前时刻点与前一时刻点滤波后的计算数值；Y[k]、Y[k-1]分别表示环境温度当前时刻点与前一时刻点滤波后的计算数值；a0、a1、a2、b0、b1、b2均为滤波器系数标定变量。
然后通过计算固定时间段内环境温度与高压***电容工作电压的平均值来减少计算过程中电容容量值衰减的累计误差，如公式(2)所示。
式中：Tenv表示固定时间段内各采样点采集的实时环境温度；Ucap表示固定时间段内各采样时刻点获得的高压***电容工作电压；n表示固定时间段内采样点数量。
步骤S3：根据步骤S2对各采样点计算的平均环境温度与高压***电容平均工作电压查表(如图3所示)求出固定时间段内高压***电容容量值平均衰减系数，利用公式(3)计算出固定时间段结束时刻点总的衰减系数。
式中：Δt为相邻采样点时间间隔；tf为固定时长，相当于Δt的整数倍；λavg为固定时间段内高压***电容容量平均衰减系数；λtotal为固定时间段内高压***电容容量总衰减系数。
步骤S4：通过公式(3)求取固定时间段内高压***电容容量总衰减系数，再综合考虑该时间段内总的容量损失，从而获得高压***电容当前剩余容量值，如公式(4)所示。
Cnow＝Clast·(1-λtotal) (4)
式中：Clast为上一固定时间段内计算的高压***电容剩余容量值；Cnow为当前固定时间段内计算的高压***电容剩余容量值，可作为下一固定时间段高压***电容初始剩余容量值。
步骤S5：高压***电容健康度主要表现为当前剩余容量与标称容量百分比程度，如公式(7)所示。在高压***电容健康度概念提出基础上，构建四级健康管理***对高压***电容健康度进行监控与提示。如图5所示，当高压***电容剩余容量与标称容量百分比小于等于100％且大于等于95％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康很好；当高压***电容剩余容量与标称值的容量百分比小于95％且大于等于90％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康较好；当高压***电容剩余容量与标称容量值百分比小于90％且大于等于85％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康一般；当高压***电容剩余容量与标称值的容量百分比小于85％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康终止。
式中：Crate为高压***电容出厂时的标称容量值，H为高压***电容剩余容量与标称容量百分比。
本实施例中，为了减少高压***电容剩余容量值计算的累计误差，本实施例中通过设计高压***电容放电回路(如图4所示)来实现其容量修正值Cver的计算。当高压***满足下电请求(主继电器S断开)且母线电压下降到60v下完成放电(放电终止时长为tend)，此过程高压***电容(包含电机薄膜电容、直流降压变压器DCDC电容以及充电机OBC电容)放出的电流分别经过被动放电电阻R以及经过电机控制器消耗在电机定子绕组上，因此整个回路电流满足公式(6)。
式中：Ir为流过被动电阻R的电流(可计算获得)；Isen为母线电流(可测量获得)；Idis_cap为薄膜电容流出的电流；Idis_dcdc为直流降压变压器DCDC电容流出的电流；Idis_obc为充电机OBC电容流出的电流；Um为母线电压(可测量获得)；R为被动放电电阻(可测量获得)。
接着通过公式(7)计算高压***电容整个放电过程完成后的容量修正值，最后将容量修正值Cver替换当前高压***电容剩余容量值Cnow并存储到EEPROM中作为***下一次上电时高压***电容的初始剩余容量值。
式中：固定时长tf须小于等于放电终止时长tend。
本实施例中，一种新能源汽车高压***电容健康度预测***，包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如本实施例中所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法的步骤。
本实施例中，一种汽车，采用如本实施例中所述的新能源汽车高压***电容健康度预测***。
Claims (10)
1.一种新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过加速实验建立不同环境温度、不同工作电压对应的高压***电容寿命数值模型，并利用该高压***电容寿命数值模型获得给定环境温度、工作电压条件下的寿命衰减系数；
S2：根据实时工况采集的环境温度与高压***电容工作电压，对环境温度与高压***电容工作电压进行滤波处理，并计算固定时间段内环境温度的平均值和高压***电容工作电压平均值；
S3：根据环境温度的平均值和高压***电容工作电压平均值查表得到固定时间段内高压***电容容量值平均衰减系数，并计算出固定时间段内高压***电容容量总衰减系数；
S4：根据固定时间段内高压***电容容量总衰减系数计算出高压***电容剩余容量值；
S5：通过计算的高压***电容剩余容量与预设数值进行对比，根据对比结果向驾驶员发送不同程度的健康管理指示及预警。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：所述S1中：
在给定环境温度范围与工作电压范围内进行加速寿命实验获得高压***电容衰减到标称容量85％所需时间，对相应环境温度、工作电压下的寿命时间取倒数计算出该工作条件下高压***电容容量值的衰减系数。
3.根据权利要求2所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：所述S2中，对环境温度与高压***电容工作电压进行一阶滤波处理，具体为：
式中：U[k]、U[k-1]分别表示高压***电容工作电压当前时刻点与前一时刻点的采样数值；T[k]、T[k-1]分别表示环境温度当前时刻点与前一时刻点的采样数值；y[k]、y[k-1]分别表示高压***电容工作电压当前时刻点与前一时刻点滤波后的计算数值；Y[k]、Y[k-1]分别表示环境温度当前时刻点与前一时刻点滤波后的计算数值；a0、a1、a2、b0、b1、b2均为滤波器系数标定变量。
4.根据权利要求3所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：所述S3中，计算固定时间段内高压***电容容量总衰减系数，具体为：
式中：Δt为相邻采样点时间间隔；tf为固定时长，相当于Δt的整数倍；λavg为固定时间段内高压***电容容量平均衰减系数；λtotal为固定时间段内高压***电容容量总衰减系数。
5.根据权利要求4所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：所述S4中，根据固定时间段内高压***电容容量总衰减系数计算出高压***电容剩余容量值，具体为：
Cnow＝Clast·(1-λtotal)
式中：Clast为上一固定时间段内计算的高压***电容剩余容量值；Cnow为当前固定时间段内计算的高压***电容剩余容量值。
6.根据权利要求5所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：所述S5中：
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于等于100％且大于等于95％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康很好；
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于95％且大于等于90％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康较好；
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于90％且大于等于85％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康一般；
当高压***电容剩余容量与标称容量值的百分比小于85％时，健康管理***提示高压***电容寿命健康终止。
7.根据权利要求6所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：还包括：判断是否满足修正条件，若满足修正条件，则计算高压***电容整个放电过程完成后的容量修正值Cver，用容量修正值Cver替换当前高压***电容剩余容量值Cnow并存储到EEPROM中作为下一次上电时高压***电容的初始剩余容量值。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法，其特征在于：所述修正条件为高压***满足下电请求且母线电压下降到60v以下。
9.一种新能源汽车高压***电容健康度预测***，其特征在于：包括存储器和控制器，所述存储器内存储有计算机可读程序，所述计算机可读程序被调用时能执行如权利要求1至8任一所述的新能源汽车高压***电容健康度预测方法的步骤。
10.一种汽车，其特征在于，采用如权利要求9所述的新能源汽车高压***电容健康度预测***。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing Applicant after: Deep Blue Automotive Technology Co.,Ltd. Address before: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing Applicant before: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |