混合动力机车动力电池的故障注入方法及系统

本申请涉及混合动力机车，具体涉及一种混合动力机车动力电池的故障注入方法及系统。

背景技术：

1、混合动力机车结合柴油发电系统和动力电池系统的优势，在降低燃油消耗、提高能量利用效率以及实现制动能量回收等方面发挥着重要作用，逐渐成为机车动力系统发展的重要方向。

2、在混合动力机车中，动力电池作为重要的储能单元，能够在牵引工况下为牵引电机提供辅助功率，在制动工况下吸收再生制动能量，并与柴油发电系统共同参与整车能量分配。动力电池的工作状态直接影响混合动力机车的牵引性能、制动能量回收能力、燃油经济性以及运行安全性。然而，动力电池在长期充放电循环和复杂运行工况下，可能出现容量衰减、内阻增大、荷电状态（state of charge，soc）估计偏差、电压传感器偏差、电流传感器偏差等故障。若动力电池发生上述故障，可能导致电池可用容量降低、端电压异常、充放电功率不足、soc估计不准确、再生制动能量无法充分回收以及能量管理策略分配失准，严重时会影响混合动力机车的牵引输出能力和运行安全。但由于混合动力机车动力电池系统结构复杂，电池故障机理与soc、温度、电流、电压、老化状态以及能量管理策略之间存在耦合关系，导致动力电池故障机理难以准确分析。

3、可见，相关技术中动力电池的故障机理存在分析难度大的问题。

技术实现思路

1、本申请旨在解决相关技术中动力电池的故障机理存在的分析难度大的问题，提供一种混合动力机车动力电池的故障注入方法及系统。

2、为解决上述问题，本申请是这样实现的：

3、第一方面，本申请提供了一种混合动力机车动力电池的故障注入方法，包括

4、根据混合动力机车动力系统原理搭建混合动力机车动力系统仿真模型，所述混合动力机车动力系统仿真模型包括动力电池模型、柴油发电系统模型、工况输入模型以及能量管理控制模型，所述动力电池模型包括动力电池正常模型和动力电池故障模型；

5、设定动力电池的故障类型、故障注入位置、故障程度、故障注入时刻和故障持续时长，并根据所述故障类型、所述故障注入位置、所述故障程度以及所述动力电池正常模型生成动力电池故障模型；其中，所述故障注入时刻和所述故障持续时长分别用于确定故障注入的执行时机和持续时长；

6、基于预设注入方式和所述动力电池故障模型生成故障信息，所述预设注入方式包括指定故障注入方式和随机故障注入方式中的至少一种；

7、基于所述故障信息执行动力电池故障注入，将所述故障信息所描述的故障状态注入至所述混合动力机车动力系统仿真模型中；并在故障注入后，所述能量管理控制模型根据所述工况输入模型提供的工况信息以及所述动力电池故障模型反馈的故障运行参数，重新确定所述动力电池模型和所述柴油发电系统模型之间的功率分配关系。

8、第二方面，本申请提供了一种混合动力机车动力电池的故障注入系统，包括：

9、搭建模块，用于根据混合动力机车动力系统原理搭建混合动力机车动力系统仿真模型，所述混合动力机车动力系统仿真模型包括动力电池模型、柴油发电系统模型、工况输入模型以及能量管理控制模型，所述动力电池模型包括动力电池正常模型和动力电池故障模型；

10、设定生成模块，用于设定动力电池的故障类型、故障注入位置、故障程度、故障注入时刻和故障持续时长，并根据所述故障类型、所述故障注入位置、所述故障程度以及所述动力电池正常模型生成动力电池故障模型；其中，所述故障注入时刻和所述故障持续时长分别用于确定故障注入的执行时机和持续时长；

11、生成模块，用于基于预设注入方式和所述动力电池故障模型生成故障信息，所述预设注入方式包括指定故障注入方式和随机故障注入方式中的至少一种；

12、注入分析模块，用于基于所述故障信息执行动力电池故障注入，将所述故障信息所描述的故障状态注入至所述混合动力机车动力系统仿真模型中；并在故障注入后，所述能量管理控制模型根据所述工况输入模型提供的工况信息以及所述动力电池故障模型反馈的故障运行参数，重新确定所述动力电池模型和所述柴油发电系统模型之间的功率分配关系。

13、第三方面，本申请提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器和存储器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。

14、第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。

15、第五方面，本申请提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现如第一方面所述的方法的步骤。

16、第六方面，本申请提供一种计算机程序产品，所述程序产品被存储在存储介质中，所述程序产品被至少一个处理器执行以实现如第一方面所述的方法的步骤。

17、与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：通过搭建包含混合动力机车动力系统仿真模型，并根据动力电池的故障类型、故障注入位置、故障程度和故障注入时刻生成动力电池故障模型，能够实现对动力电池典型故障的参数化建模和可控注入，有效降低了动力电池的故障机理的分析难度。

18、而且，通过支持指定故障注入和随机故障注入，能够根据研究需求模拟不同故障类型、不同故障位置、不同故障程度以及不同运行工况下的动力电池故障状态，从而提高故障仿真的灵活性和覆盖范围。

19、另外，通过动力电池正常模型与动力电池故障模型的切换，或者通过将目标故障参数注入动力电池正常模型，实现动力电池故障在混合动力机车动力系统仿真模型中的注入，能够获得故障状态下的动力电池端电压、电流、soc、动力电池输出功率和柴油发电系统输出功率等运行数据。

1.一种混合动力机车动力电池的故障注入方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述预设注入方式为所述随机故障注入方式的情况下，所述基于预设注入方式和所述动力电池故障模型生成故障信息，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障类型包括容量衰减故障、内阻增大故障、荷电状态soc估计偏差故障、电压传感器偏差故障或者电流传感器偏差故障。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述工况输入模型用于向所述能量管理控制模型提供混合动力机车在不同运行阶段下的工况信息，所述工况信息包括仿真时间、机车运行速度、牵引功率需求、制动功率需求以及工况切换信号中的至少一种。

6.一种混合动力机车动力电池的故障注入系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述预设注入方式为所述随机故障注入方式的情况下，所述生成模块，具体用于：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述故障类型包括容量衰减故障、内阻增大故障、荷电状态soc估计偏差故障、电压传感器偏差故障或者电流传感器偏差故障。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。