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基于熵值的动力电池大数据故障预警算法解析

 知化汽车 2023-06-24 发布于浙江

熵值主要就是计算信息熵,信息熵代表的是一种紊乱程度。下面的图就是利用熵值进行故障预警的例子。

基于熵值的故障预警示例

有电压、电流、SOC;这些图看起来很乱,无法识别规律和异常,这里需要对它进行转化,转成对应的异常系数,异常系数就这个A,然后它就可以找出其中异常的电芯,比如上面图中这个(1小时前)图的71号电芯。
就相当于它把这个(71号电芯)的特征明显化了。然后,下面的这张(一天前的)图也是一样的,它是一天之前的数据,同样发现了71号电芯有异常。

异常参数功能系数
这个车子是在2016年5月9号的09:50:16~10:10:16发生的过压报警,属于平台二级故障报警。
如果利用熵值这个方法,至少可以提前1个小时或一天发现这个问题。
所以说,模型啊,特征呀,很大一部分是让混乱的数据中能看到规律,能明显地区分出正常异常来。
然后呢,我们看下它利用这个熵值是怎么做的?

熵值算法
它首先是选择一个时间窗口,这里面包括所有电芯的电压数据,uj1,uj2,….,ujk,然后对这个时间窗口在时间纬度上划分区间,一共有l个区间。通常,我们可以选择一贞就是一个区间,你也可以选择2贞,3贞,所以这里用区间,而没有用时刻。
然后,利用熵值的计算公式Ej,计算得出每一个电芯的熵值,然后以这个窗口进行滑窗,得到一个时间段各电芯的熵值。
这个熵值的公式理解,大家可以看后面一页的backup说明,这个公式比较难懂,消化需要一定的时间。

我举个例子,大家可能会更好地理解怎么算这些电压的熵值。比如说,以50帧为一个时间窗口,那我们就以一为一个片断,相当于l=50,同样的,我们假定电池包有96个电芯。

熵值算法示例解析
好。得到每个电芯电压的熵值后,我们还要计算一个数值A,它叫做异常系数。它是用熵值 -熵值的均值,然后再除以熵值标准差。它体现的是这个电芯距离熵值均值的距离,比如A=3就相当于是3sigma,就和前面的层次筛选类似,它其实也就是在找极小概率事件 。
A在统计学上也叫做Z分数,这里给出了A评价的一个基本策略,这里的数值是通过试错法最终定出来的。
第1级:当所有单体异常系数都满足|A|≤3.5时,被检测车辆电池电压无异常,是安全状态;
第2级:当任何一个电芯异常系数满足3.5 <|A|<4时,被检测车辆的电池在二级预警状态,其中有异常电压的存在但暂时无电压故障风险;在这种情况下,继续观察几个小时,因为可能是由于车辆的运行状态突变引起的误报警;当电压异常下降到A|≤3.5时,二级预警解除;
第3级:当任何一个电芯异常系数满足|A|≥4时,被检测车辆电池发出异常报警。该电池组检测到异常电压,若不及时采取过压报警或欠压报警,有可能发生电压故障或热失控。
好。我们再把整个熵值诊断的流程梳理一下:
首先,我截取一个时间窗口,以该窗口中的单体电压为对象;然后,利用熵值计算公式得到每个单体电压在该时间窗口下的熵值 ;然后,滑动窗口,生成熵值曲线。最后,计算熵值Z分数变异系数A,再根据A的数值与阈值进行比较。
这里还有个地方要注意下,我们滑动窗口的时候要自己定义步伐,就是你一次要滑几数据。


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