汽车安全与节能学报 ›› 2023, Vol. 14 ›› Issue (2): 173-181.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2023.02.004
收稿日期:
2022-09-14
修回日期:
2023-01-19
出版日期:
2023-04-30
发布日期:
2023-04-27
作者简介:
柳炽伟(1970—),男(汉),广东,副教授。E-mail: luke1011@sohu.com。
基金资助:
Received:
2022-09-14
Revised:
2023-01-19
Online:
2023-04-30
Published:
2023-04-27
摘要:
提出一种评估电动汽车动力电池热管理系统的可靠性分析算法。构建了电池热管理系统T-S动态故障树,转化为离散时间Bayes网络(DTBN)模型。同时将T-S动态门规则转化为网络节点的条件概率表。依据所建可靠性模型和部件的故障率,计算得到动力电池热管理系统在任务时间内的故障概率值为0.453,并获得各部件的后验概率、概率重要度和关键重要度。结果表明:对比Monte Carlo仿真方法,本方法的故障概率计算值误差小于5%,概率重要度靠前的是单体电池温度传感器、电池冷却液泵、电池冷却液管路等部件。该方法能克服传统故障树分析难以构建Bayes网络条件概率表等问题。
中图分类号:
柳炽伟, 郭美华. 基于DTBN与T-S故障树的电池热管理系统可靠性分析[J]. 汽车安全与节能学报, 2023, 14(2): 173-181.
LIU Chiwei, GUO Meihua. Reliability analysis of battery thermal management system based on DTBN and T-S fault tree[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2023, 14(2): 173-181.
规则 | X1 | X2 | X3 | P(Yq = Wh|X1, X2, X3) | ||
---|---|---|---|---|---|---|
h =1 | h =2 | h =3 | ||||
1 | 1 | 1 | 1 | P(Y1,1) | P(Y1,2) | P(Y1,3) |
2 | 1 | 1 | 2 | P(Y2,1) | P(Y2,2) | P(Y2,3) |
… | … | … | … | … | … | … |
l | k1 | k2 | k3 | P(Yl,1) | P(Yl,2) | P(Yl,3) |
… | … | … | … | … | … | … |
27 | 3 | 3 | 3 | P(Y27,1) | P(Y27,2) | P(Y27,3) |
规则 | X1 | X2 | X3 | P(Yq = Wh|X1, X2, X3) | ||
---|---|---|---|---|---|---|
h =1 | h =2 | h =3 | ||||
1 | 1 | 1 | 1 | P(Y1,1) | P(Y1,2) | P(Y1,3) |
2 | 1 | 1 | 2 | P(Y2,1) | P(Y2,2) | P(Y2,3) |
… | … | … | … | … | … | … |
l | k1 | k2 | k3 | P(Yl,1) | P(Yl,2) | P(Yl,3) |
… | … | … | … | … | … | … |
27 | 3 | 3 | 3 | P(Y27,1) | P(Y27,2) | P(Y27,3) |
代码 | 事件含义 | 代码 | 事件含义 | 代码 | 事件含义 |
---|---|---|---|---|---|
T | 电池温度控制故障 | X1 | 座舱冷却液加热器故障 | X22 | 空调控制线束故障 |
Y1 | 电池冷却液吸热故障 | X2 | 气候控制总成换热器芯故障 | X23 | 空调控制单元故障 |
Y2 | 电池冷却液循环故障 | X3 | 气候控制间接冷凝器故障 | X24 | 空调压缩机损坏 |
Y3 | 电池冷却液散热故障 | X4 | 座舱膨胀水箱组件故障 | X25 | 空调制冷剂隔离阀故障 |
Y4 | 座舱冷却液加热不良 | X5 | 座舱冷却液管路泄漏变形 | X26 | 回收热交换器电子膨胀阀故障 |
Y5 | 座舱冷却液循环不良 | X6 | 电池冷却液换向阀故障 | X27 | 制冷剂孔管堵塞 |
Y6 | 座舱-电池换热器换热故障 | X7 | 座舱冷却液换向阀故障 | X28 | 制动剂回路蓄能器故障 |
Y7 | 座舱冷却液流速异常 | X8 | 座舱-电池热交换器故障 | X29 | 压缩机出口温压传感器故障 |
Y8 | 电池冷却液流速异常 | X9 | 环境温度传感器故障 | X30 | 压缩机进口温压传感器故障 |
Y9 | 电池冷却液不足 | X10 | 座舱冷却液泵损坏 | X31 | 冷凝器出口温压传感器故障 |
Y10 | 电池冷却液泵工作异常 | X11 | 座舱冷却回路控制线束故障 | X32 | 蒸发器出口温压传感器故障 |
Y11 | 电池管理模块温度信号异常 | X12 | 电池冷却液泵损坏 | X33 | 冷凝器散热风扇故障 |
Y12 | 电池冷却液冷却器换热不良 | X13 | 电池冷却液膨胀水箱故障 | X34 | 回收热交换器脏污不良 |
Y13 | 电池冷却液散热器不良 | X14 | 电池冷却液换向阀故障 | X35 | 蒸发器脏污故障 |
Y14 | 制冷剂循环不良 | X15 | 电池冷却液管路故障 | X36 | 电池冷却器调温膨胀阀故障 |
Y15 | 制冷剂散热不良 | X16 | 电池管理控制器故障 | X37 | 电池冷却器隔离阀故障 |
Y16 | 电池冷却液冷却器故障 | X17 | 电池冷却系统控制线束故障 | X38 | 电池冷却器故障 |
Y17 | 空调压缩机工作异常 | X18 | 电池进口温度传感器故障 | X39 | 电池冷却液散热风扇故障 |
Y18 | 制冷剂回路控制故障 | X19 | 电池出口温度传感器故障 | X40 | 电池冷却液散热器脏污故障 |
Y19 | 空调输入信号故障 | X20 | 单体电池温度传感器故障 | X41 | 系统使用维护不当 |
Y20 | 电池冷却液换热不良 | X21 | 制冷剂管路泄漏 | X42 | 冷却液质量变差 |
代码 | 事件含义 | 代码 | 事件含义 | 代码 | 事件含义 |
---|---|---|---|---|---|
T | 电池温度控制故障 | X1 | 座舱冷却液加热器故障 | X22 | 空调控制线束故障 |
Y1 | 电池冷却液吸热故障 | X2 | 气候控制总成换热器芯故障 | X23 | 空调控制单元故障 |
Y2 | 电池冷却液循环故障 | X3 | 气候控制间接冷凝器故障 | X24 | 空调压缩机损坏 |
Y3 | 电池冷却液散热故障 | X4 | 座舱膨胀水箱组件故障 | X25 | 空调制冷剂隔离阀故障 |
Y4 | 座舱冷却液加热不良 | X5 | 座舱冷却液管路泄漏变形 | X26 | 回收热交换器电子膨胀阀故障 |
Y5 | 座舱冷却液循环不良 | X6 | 电池冷却液换向阀故障 | X27 | 制冷剂孔管堵塞 |
Y6 | 座舱-电池换热器换热故障 | X7 | 座舱冷却液换向阀故障 | X28 | 制动剂回路蓄能器故障 |
Y7 | 座舱冷却液流速异常 | X8 | 座舱-电池热交换器故障 | X29 | 压缩机出口温压传感器故障 |
Y8 | 电池冷却液流速异常 | X9 | 环境温度传感器故障 | X30 | 压缩机进口温压传感器故障 |
Y9 | 电池冷却液不足 | X10 | 座舱冷却液泵损坏 | X31 | 冷凝器出口温压传感器故障 |
Y10 | 电池冷却液泵工作异常 | X11 | 座舱冷却回路控制线束故障 | X32 | 蒸发器出口温压传感器故障 |
Y11 | 电池管理模块温度信号异常 | X12 | 电池冷却液泵损坏 | X33 | 冷凝器散热风扇故障 |
Y12 | 电池冷却液冷却器换热不良 | X13 | 电池冷却液膨胀水箱故障 | X34 | 回收热交换器脏污不良 |
Y13 | 电池冷却液散热器不良 | X14 | 电池冷却液换向阀故障 | X35 | 蒸发器脏污故障 |
Y14 | 制冷剂循环不良 | X15 | 电池冷却液管路故障 | X36 | 电池冷却器调温膨胀阀故障 |
Y15 | 制冷剂散热不良 | X16 | 电池管理控制器故障 | X37 | 电池冷却器隔离阀故障 |
Y16 | 电池冷却液冷却器故障 | X17 | 电池冷却系统控制线束故障 | X38 | 电池冷却器故障 |
Y17 | 空调压缩机工作异常 | X18 | 电池进口温度传感器故障 | X39 | 电池冷却液散热风扇故障 |
Y18 | 制冷剂回路控制故障 | X19 | 电池出口温度传感器故障 | X40 | 电池冷却液散热器脏污故障 |
Y19 | 空调输入信号故障 | X20 | 单体电池温度传感器故障 | X41 | 系统使用维护不当 |
Y20 | 电池冷却液换热不良 | X21 | 制冷剂管路泄漏 | X42 | 冷却液质量变差 |
序号 | X36 | X37 | X38 | P(Y16[q] = 1|X36, X37, X38) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3 | 1 | 1 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
… | … | … | … | … | … | … | … | … |
124 | 5 | 5 | 4 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
125 | 5 | 5 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
序号 | X36 | X37 | X38 | P(Y16[q] = 1|X36, X37, X38) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||||
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
3 | 1 | 1 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
… | … | … | … | … | … | … | … | … |
124 | 5 | 5 | 4 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
125 | 5 | 5 | 5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Xi | P1h / 10-6 | Xi | P1h / 10-6 | Xi | P1h / 10-6 |
---|---|---|---|---|---|
X1 | 1.08 | X15 | 8.65 | X29 | 4.61 |
X2 | 0.31 | X16 | 1.18 | X30 | 4.61 |
X3 | 0.47 | X17 | 6.47 | X31 | 3.36 |
X4 | 0.45 | X18 | 2.36 | X32 | 3.36 |
X5 | 2.87 | X19 | 2.36 | X33 | 7.32 |
X6 | 3.21 | X20 | 11.45 | X34 | 4.15 |
X7 | 3.16 | X21 | 6.24 | X35 | 1.32 |
X8 | 0.78 | X22 | 5.87 | X36 | 4.23 |
X9 | 2.86 | X23 | 0.83 | X37 | 3.76 |
X10 | 6.13 | X24 | 3.28 | X38 | 0.77 |
X11 | 4.96 | X25 | 3.98 | X39 | 8.46 |
X12 | 7.66 | X26 | 4.54 | X40 | 0.52 |
X13 | 0.86 | X27 | 7.36 | X41 | 6.13 |
X14 | 3.64 | X28 | 0.56 | X42 | 4.45 |
Xi | P1h / 10-6 | Xi | P1h / 10-6 | Xi | P1h / 10-6 |
---|---|---|---|---|---|
X1 | 1.08 | X15 | 8.65 | X29 | 4.61 |
X2 | 0.31 | X16 | 1.18 | X30 | 4.61 |
X3 | 0.47 | X17 | 6.47 | X31 | 3.36 |
X4 | 0.45 | X18 | 2.36 | X32 | 3.36 |
X5 | 2.87 | X19 | 2.36 | X33 | 7.32 |
X6 | 3.21 | X20 | 11.45 | X34 | 4.15 |
X7 | 3.16 | X21 | 6.24 | X35 | 1.32 |
X8 | 0.78 | X22 | 5.87 | X36 | 4.23 |
X9 | 2.86 | X23 | 0.83 | X37 | 3.76 |
X10 | 6.13 | X24 | 3.28 | X38 | 0.77 |
X11 | 4.96 | X25 | 3.98 | X39 | 8.46 |
X12 | 7.66 | X26 | 4.54 | X40 | 0.52 |
X13 | 0.86 | X27 | 7.36 | X41 | 6.13 |
X14 | 3.64 | X28 | 0.56 | X42 | 4.45 |
Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1 | 16.794 | X7 | 48.630 | X13 | 13.387 | X19 | 36.464 | X25 | 5.423 | X31 | 4.592 | X37 | 5.128 |
X2 | 4.839 | X8 | 12.147 | X14 | 55.884 | X20 | 169.139 | X26 | 6.168 | X32 | 4.592 | X38 | 1.066 |
X3 | 7.330 | X9 | 28.810 | X15 | 100.583 | X21 | 8.407 | X27 | 9.861 | X33 | 9.810 | X39 | 83.081 |
X4 | 7.019 | X10 | 92.956 | X16 | 12.922 | X22 | 7.923 | X28 | 0.776 | X34 | 5.649 | X40 | 5.312 |
X5 | 44.231 | X11 | 75.652 | X17 | 63.552 | X23 | 1.149 | X29 | 6.261 | X35 | 1.822 | X41 | 2.651 |
X6 | 49.387 | X12 | 115.283 | X18 | 36.464 | X24 | 4.485 | X30 | 6.261 | X36 | 5.756 | X42 | 2.651 |
Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 | Xi | P / 10-3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1 | 16.794 | X7 | 48.630 | X13 | 13.387 | X19 | 36.464 | X25 | 5.423 | X31 | 4.592 | X37 | 5.128 |
X2 | 4.839 | X8 | 12.147 | X14 | 55.884 | X20 | 169.139 | X26 | 6.168 | X32 | 4.592 | X38 | 1.066 |
X3 | 7.330 | X9 | 28.810 | X15 | 100.583 | X21 | 8.407 | X27 | 9.861 | X33 | 9.810 | X39 | 83.081 |
X4 | 7.019 | X10 | 92.956 | X16 | 12.922 | X22 | 7.923 | X28 | 0.776 | X34 | 5.649 | X40 | 5.312 |
X5 | 44.231 | X11 | 75.652 | X17 | 63.552 | X23 | 1.149 | X29 | 6.261 | X35 | 1.822 | X41 | 2.651 |
X6 | 49.387 | X12 | 115.283 | X18 | 36.464 | X24 | 4.485 | X30 | 6.261 | X36 | 5.756 | X42 | 2.651 |
Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 | Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 | Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 | Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1 | 101.07 | 1.70 | X12 | 693.82 | 79.99 | X23 | 6.77 | 0.09 | X34 | 34.32 | 2.18 |
X2 | 29.12 | 0.14 | X13 | 80.57 | 1.08 | X24 | 26.42 | 1.33 | X35 | 11.07 | 0.23 |
X3 | 44.12 | 0.32 | X14 | 336.33 | 18.80 | X25 | 32.28 | 1.97 | X36 | 34.96 | 2.26 |
X4 | 42.25 | 0.30 | X15 | 605.35 | 60.89 | X26 | 36.72 | 2.55 | X37 | 3.115 | 1.80 |
X5 | 266.20 | 11.77 | X16 | 75.44 | 0.97 | X27 | 58.70 | 6.51 | X38 | 6.48 | 0.08 |
X6 | 297.23 | 14.68 | X17 | 371.01 | 23.58 | X28 | 4.62 | 0.04 | X39 | 515.48 | 65.37 |
X7 | 292.68 | 14.23 | X18 | 206.48 | 7.53 | X29 | 35.79 | 2.52 | X40 | 32.96 | 0.27 |
X8 | 73.10 | 0.89 | X19 | 206.48 | 7.53 | X30 | 35.79 | 2.52 | X41 | 16.44 | 1.53 |
X9 | 168.19 | 4.85 | X20 | 957.78 | 162.00 | X31 | 26.24 | 1.36 | X42 | 16.44 | 1.12 |
X10 | 542.67 | 50.44 | X21 | 51.07 | 4.83 | X32 | 26.24 | 1.36 | |||
X11 | 441.64 | 33.41 | X22 | 46.68 | 4.16 | X33 | 59.59 | 6.58 |
Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 | Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 | Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 | Xi | PrI / 10-3 | CrI / 10-3 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
X1 | 101.07 | 1.70 | X12 | 693.82 | 79.99 | X23 | 6.77 | 0.09 | X34 | 34.32 | 2.18 |
X2 | 29.12 | 0.14 | X13 | 80.57 | 1.08 | X24 | 26.42 | 1.33 | X35 | 11.07 | 0.23 |
X3 | 44.12 | 0.32 | X14 | 336.33 | 18.80 | X25 | 32.28 | 1.97 | X36 | 34.96 | 2.26 |
X4 | 42.25 | 0.30 | X15 | 605.35 | 60.89 | X26 | 36.72 | 2.55 | X37 | 3.115 | 1.80 |
X5 | 266.20 | 11.77 | X16 | 75.44 | 0.97 | X27 | 58.70 | 6.51 | X38 | 6.48 | 0.08 |
X6 | 297.23 | 14.68 | X17 | 371.01 | 23.58 | X28 | 4.62 | 0.04 | X39 | 515.48 | 65.37 |
X7 | 292.68 | 14.23 | X18 | 206.48 | 7.53 | X29 | 35.79 | 2.52 | X40 | 32.96 | 0.27 |
X8 | 73.10 | 0.89 | X19 | 206.48 | 7.53 | X30 | 35.79 | 2.52 | X41 | 16.44 | 1.53 |
X9 | 168.19 | 4.85 | X20 | 957.78 | 162.00 | X31 | 26.24 | 1.36 | X42 | 16.44 | 1.12 |
X10 | 542.67 | 50.44 | X21 | 51.07 | 4.83 | X32 | 26.24 | 1.36 | |||
X11 | 441.64 | 33.41 | X22 | 46.68 | 4.16 | X33 | 59.59 | 6.58 |
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