基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法和装置与流程

本发明涉及燃料电池，具体涉及基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法和装置。

背景技术：

1、燃料电池汽车（fuel cell electric vehicle, fcev）的高压系统通常由燃料电池系统（fcs）、动力电池（bat）和直流-直流变换器（dc/dc）等多个高压源构成。与纯电动汽车不同，燃料电池汽车的高压系统存在多高压源电气耦合、电化学反应产水导致的湿度动态变化、冷却液电导率随运行时间逐渐升高，以及绝缘状态受温度、负载和环境湿度显著影响等特殊性，形成了“电-水-热耦合”的复杂绝缘影响机制。

2、目前，燃料电池汽车绝缘检测主要包括单点绝缘检测、多状态测量和简单补偿三类方法。其中，单点绝缘检测通过绝缘监测装置测量高压母线对车身的绝缘电阻值，并与固定阈值比较；多状态测量通过切换高压接触器获取不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，尝试分离各子系统的绝缘贡献；简单补偿方法则引入温度传感器对测量值进行一阶线性修正。然而，现有方法仅能输出单一绝缘电阻值或报警信号，无法区分冷却液电导率升高、冷凝水积聚、绝缘材料击穿或系统接线异常等不同故障原因；多高压源并联耦合导致测量结果被“稀释”，易产生漏报警；固定阈值难以适应高功率运行时绝缘电阻的自然降低，误报警频繁；且现有技术缺乏与燃料电池控制器、整车控制器的协同诊断机制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中绝缘故障诊断不准确、缺乏多源协同的问题，本发明提供基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法和装置。所述技术方案如下：

2、根据本发明的第一方面，提供的基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法，所述方法包括：

3、实时获取燃料电池汽车的多源信息，所述多源信息包括绝缘特征数据、高压系统运行参数以及环境及介质参数；

4、根据所述高压系统运行参数主动控制高压系统的拓扑切换，并基于所述绝缘特征数据获取至少三种不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，根据所述绝缘电阻测量值利用并联等效电路模型解耦得到各高压子系统的独立绝缘电阻；

5、根据所述环境及介质参数，对解耦得到的独立绝缘电阻进行补偿，得到补偿后的绝缘电阻，并根据所述高压系统运行参数动态调整绝缘报警阈值；

6、提取补偿后的绝缘电阻的时序特征，并结合所述高压系统运行参数和所述环境及介质参数形成诊断特征向量，将补偿后的绝缘电阻与所述绝缘报警阈值进行比较，基于预设的分类规则判定绝缘状态类型；

7、根据所述绝缘状态类型执行分级安全控制策略。

8、本发明提供的基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法，首先实时获取燃料电池汽车的多源信息，多源信息包括绝缘特征数据、高压系统运行参数以及环境及介质参数；然后根据高压系统运行参数主动控制高压系统的拓扑切换，并基于绝缘特征数据获取至少三种不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，根据绝缘电阻测量值利用并联等效电路模型解耦得到各高压子系统的独立绝缘电阻；再根据环境及介质参数，对解耦得到的独立绝缘电阻进行补偿，得到补偿后的绝缘电阻，并根据高压系统运行参数动态调整绝缘报警阈值；提取补偿后的绝缘电阻的时序特征，并结合高压系统运行参数和环境及介质参数形成诊断特征向量，将补偿后的绝缘电阻与绝缘报警阈值进行比较，基于预设的分类规则判定绝缘状态类型；最后根据绝缘状态类型执行分级安全控制策略。本发明方法通过多状态采集与解耦算法分离各高压子系统的独立绝缘状态，结合环境参数动态补偿与自适应阈值调整，能够适应燃料电池汽车运行工况的实时变化，降低动态工况下的误报率；在此基础上，通过提取时序特征并融合绝缘监测数据、高压电气参数及冷却系统参数等多源信息进行分类诊断，能够区分冷却液导电型、冷凝水型、硬击穿型及系统异常型等不同绝缘状态类型，从而提升诊断的准确性和可靠性。同时，基于绝缘状态类型执行分级安全控制，可在保证行车安全的前提下减少不必要的功率限制，改善用户使用体验。

9、作为本发明再进一步的方案：所述高压系统运行参数包括燃料电池堆功率，高压接触器状态、dc/dc变换器状态以及整车运行模式；

10、所述根据所述高压系统运行参数主动控制高压系统的拓扑切换，并基于所述绝缘特征数据获取至少三种不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，根据所述绝缘电阻测量值利用并联等效电路模型解耦得到各高压子系统的独立绝缘电阻，具体包括：

11、根据所述高压接触器状态和dc/dc变换器状态主动控制高压接触器和dc/dc变换器的通断，构造至少三种不同的拓扑状态，包括燃料电池堆与动力电池与dc/dc全并联状态、燃料电池堆与dc/dc并联且动力电池断开状态、动力电池单独接入状态以及燃料电池堆单独接入状态；

12、在各状态下分别测量等效绝缘电阻，建立并联等效方程组，求解得到燃料电池堆子系统、动力电池子系统以及dc/dc与其他高压部件的独立绝缘电阻；

13、在解耦之后，将解耦结果代入并联等效模型进行交叉验证，若相对误差小于预设阈值则判定解耦有效，否则标记为解耦无效，并降级为系统级等效分析

14、作为本发明再进一步的方案：所述环境及介质参数包括冷却液温度、冷却液电导率和环境相对湿度；

15、所述根据所述环境及介质参数，对解耦得到的独立绝缘电阻进行补偿，得到补偿后的绝缘电阻，具体包括：

16、根据所述冷却液温度确定温度补偿系数；

17、根据所述冷却液电导率确定电导率补偿系数；

18、根据所述环境相对湿度确定湿度补偿系数；

19、根据所述温度补偿系数、所述电导率补偿系数、所述湿度补偿系数确定补偿后的绝缘电阻；

20、所述补偿后的绝缘电阻，通过以下公式计算：

21、r_comp = r_sub × k_t × k_σ × k_rh；

22、k_t = exp[α_t × (t_ref - t_coolant)]；

23、k_σ = 1 + β_σ × (σ_coolant - σ_ref)；

24、k_rh = 1 + γ_rh × (rh - rh_ref)/100；

25、其中，r_comp为补偿后的绝缘电阻，r_sub为解耦得到的独立绝缘电阻，k_t为温度补偿系数，k_σ为电导率补偿系数，k_rh为湿度补偿系数，α_t为温度影响系数，t_ref为参考温度，t_coolant为冷却液温度，β_σ为电导率影响系数，σ_coolant为冷却液电导率，σ_ref为参考电导率，γ_rh为湿度影响系数，rh为环境相对湿度，rh_ref为参考湿度。

26、作为本发明再进一步的方案：所述根据所述高压系统运行参数动态调整绝缘报警阈值，具体包括：

27、根据所述燃料电池堆功率确定负载修正系数；

28、根据所述整车运行模式确定模式修正系数；

29、根据所述负载修正系数和所述模式修正系数确定所述绝缘报警阈值；

30、所述绝缘报警阈值通过以下公式计算：

31、r_threshold = r_base × k_load × k_mode；

32、其中，r_threshold为绝缘报警阈值，r_base为预设的基础阈值，k_load为负载修正系数，k_mode为模式修正系数。

33、作为本发明再进一步的方案：所述诊断特征向量至少包括以下特征中的三个：

34、补偿后绝缘电阻、补偿后绝缘电阻变化率、补偿后绝缘电阻变化率的标准差、补偿后绝缘电阻与燃料电池功率的相关系数、补偿后绝缘电阻与冷却液温度的相关系数、冷却液电导率变化趋势、各子系统绝缘差异度。

35、作为本发明再进一步的方案：所述基于预设的分类规则判定绝缘状态类型，具体包括：

36、若所述补偿后绝缘电阻大于所述绝缘报警阈值且所述补偿后绝缘电阻变化率的绝对值小于预设的稳定阈值，则判定为正常型；

37、若所述补偿后绝缘电阻小于或等于所述绝缘报警阈值、冷却液电导率在预设时间内持续升高、所述补偿后绝缘电阻与燃料电池功率的相关系数的绝对值低于预设的低相关性阈值、且所述各子系统绝缘差异度小于差异阈值，则判定为冷却液导电型；

38、若所述补偿后绝缘电阻小于或等于所述绝缘报警阈值、所述补偿后绝缘电阻与冷却液温度的相关系数高于预设的高相关性阈值、所述补偿后绝缘电阻变化率的绝对值介于预设的第一速率阈值与预设的第二速率阈值之间、所述补偿后绝缘电阻与燃料电池功率的相关系数介于预设的低相关性阈值与预设的高相关性阈值之间，则判定为冷凝水型；

39、若所述补偿后绝缘电阻小于或等于所述绝缘报警阈值、所述补偿后绝缘电阻变化率的绝对值大于突变速率阈值、所述补偿后绝缘电阻变化率的标准差小于预设的一致性阈值，且所述补偿后绝缘电阻与燃料电池功率的相关系数小于预设的低相关性阈值，则判定为硬击穿型；

40、若不满足上述任何规则，或解耦标记为无效，或所述各子系统绝缘差异度大于高差异阈值，则判定为系统异常型。

41、作为本发明再进一步的方案：当判定为冷凝水型时，持续跟踪所述补偿后绝缘电阻的恢复趋势，若在预设恢复时间内所述补偿后绝缘电阻恢复至所述绝缘报警阈值以上，则更新判定为正常型并解除预警。

42、作为本发明再进一步的方案：所述根据所述绝缘状态类型执行分级安全控制策略，具体包括：

43、对于所述正常型，不采取控制动作；

44、对于所述冷却液导电型，输出维护提示信息；

45、对于所述冷凝水型或所述系统异常型，输出预警信息，并在所述补偿后绝缘电阻持续低于所述绝缘报警阈值超过第一预设时间时执行降功率运行；

46、对于所述硬击穿型，输出严重报警，执行降功率策略，并在所述补偿后绝缘电阻低于紧急阈值时断开高压接触器。

47、作为本发明再进一步的方案：所述获取至少三种不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，还采用被动采集模式，具体为：

48、利用车辆运行过程中的自然状态变化，记录不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，当累积的有效数据组数达到预设阈值时触发解耦分析。

49、根据本发明的第二方面，提供的基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断装置，其特征在于，包括：获取模块、处理模块、补偿模块、诊断模块以及控制模块；

50、所述获取模块，用于实时获取燃料电池汽车的多源信息，所述多源信息包括绝缘特征数据、高压系统运行参数以及环境及介质参数；

51、所述处理模块，用于根据所述高压系统运行参数主动控制高压系统的拓扑切换，并基于所述绝缘特征数据获取至少三种不同拓扑状态下的绝缘电阻测量值，根据所述绝缘电阻测量值利用并联等效电路模型解耦得到各高压子系统的独立绝缘电阻；

52、所述补偿模块，用于根据所述环境及介质参数，对解耦得到的独立绝缘电阻进行补偿，得到补偿后的绝缘电阻，并根据所述高压系统运行参数动态调整绝缘报警阈值；

53、所述诊断模块，用于提取补偿后的绝缘电阻的时序特征，并结合所述高压系统运行参数和所述环境及介质参数形成诊断特征向量，将补偿后的绝缘电阻与所述绝缘报警阈值进行比较，基于预设的分类规则判定绝缘状态类型；

54、所述控制模块，用于根据所述绝缘状态类型执行分级安全控制策略。

55、本发明装置通过多状态采集与解耦算法分离各高压子系统的独立绝缘状态，结合环境参数动态补偿与自适应阈值调整，能够适应燃料电池汽车运行工况的实时变化，降低动态工况下的误报率；在此基础上，通过提取时序特征并融合绝缘监测数据、高压电气参数及冷却系统参数等多源信息进行分类诊断，能够区分冷却液导电型、冷凝水型、硬击穿型及系统异常型等不同绝缘状态类型，从而提升诊断的准确性和可靠性。同时，基于绝缘状态类型执行分级安全控制，可在保证行车安全的前提下减少不必要的功率限制，改善用户使用体验。

56、根据本发明的第三方面，提供基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断设备，所述基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条计算机指令，所述指令由所述处理器加载并执行以实现上述任一项所述的基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法中所执行的步骤。

57、根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条计算机指令，所述指令由处理器加载并执行以实现上述任一项所述的基于多源信息融合的燃料电池汽车绝缘诊断方法中所执行的步骤。

58、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。