[發(fā)明專利]一種鋰離子電池剩余壽命預測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910679116.5
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110457789B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設計）人: 范興明;焦自權;張鑫;王超;羅奕
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01R31/392;G01R31/367;G06F119/04
• 代理公司: 南寧勝榮專利代理事務所(特殊普通合伙) 45126
• 代理人: 關文龍

1.一種鋰離子電池剩余壽命預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：電池容量衰退實驗數(shù)據(jù)選取；

步驟二：電池容量衰退經(jīng)驗模型參數(shù)辨識修正；

步驟三：電池容量衰退經(jīng)驗模型仿真與試驗驗證；

步驟四：基于參數(shù)辨識優(yōu)化的電池容量衰退經(jīng)驗模型進行改進粒子濾波算法預測電池剩余壽命；

步驟五：進行遞推迭代，直至預測完成，判斷輸出是否達到電池失效閾值，若滿足條件，則輸出最終結果；

步驟二中電池容量衰退經(jīng)驗模型為雙指數(shù)容量衰退經(jīng)驗模型，退化狀態(tài)方程為

Cap＝a*exp(b*k)+c*exp(d*k)

式中，Cap為鋰離子電池容量(Ah)，k為充放電循環(huán)次數(shù)，未知噪聲參數(shù)a和c與內(nèi)阻相關，b和d是由衰退速率決定；

步驟二中針對步驟一中電池容量衰退原始數(shù)據(jù)，采用非線性最小二乘法對雙指數(shù)容量衰退經(jīng)驗模型進行參數(shù)辨識進而修正更新，具體步驟如下：

(1)根據(jù)參數(shù)對象，選擇雙指數(shù)容量衰退經(jīng)驗模型為辨識函數(shù)Cap(a,b,c,d,k)；

(2)參考辨識函數(shù)的具體形式，求解偏導數(shù)

式中w為參數(shù)集合，即

w＝{w₁,w₂,w₃,w₄}＝{a,b,c,d}

(3)初始化辨識函數(shù)系數(shù)

{Cap(0,b,c,d,k)，Cap(a,0,c,d,k)，Cap(a,b,0,d,k)，Cap(a,b,c,0,k)}

(4)求解辨識函數(shù)系數(shù)矩陣X和列矩陣Y

Y＝(y₀,y₁,y₂,…,y_n)^T n＝1,2,3,4

式中Cap₀(w，k)為辨識參數(shù)初始化時的函數(shù)值，k為充放電循環(huán)次數(shù)，Z_k為k循環(huán)次數(shù)狀態(tài)時所對應的真實觀測值；

(5)解方程，求出過程噪聲參數(shù)集合增益δw的值

δw＝(δa,δb,δc,δd)

w＝X^-1×Y

式中δa,δb,δc,δd分別代表過程噪聲a,b,c,d參數(shù)增益，X^-1為辨識函數(shù)系數(shù)矩陣X的逆矩陣；

(6)判斷|δw_i|是否小于預定閾值ε，若滿足max|δw_i|＜ε條件，則迭代計算結束，否則轉(zhuǎn)向(7)；

(7)重新初始化w_i(0)，并轉(zhuǎn)向(4)，直至滿足(6)所設條件；

w_i(0)＝w_i(0)+δw_i。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋰離子電池剩余壽命預測方法，其特征在于，步驟三中驗證方法包括貝葉斯模擬仿真驗證和充放電實驗對比驗證。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種鋰離子電池剩余壽命預測方法，其特征在于，仿真實驗采用貝葉斯算法的狀態(tài)跟蹤能力仿真模擬驗證步驟二非線性最小二乘法參數(shù)辨識后的模型精度水平，并依據(jù)均方根誤差(RMSE)和確定系數(shù)(Rsqu)評價指數(shù)來優(yōu)化修正參數(shù)辨識模型；具體步驟如下：

①參數(shù)初始化；

②重要性采樣；

③重采樣過程；

④容量狀態(tài)估計；

⑤跟蹤訓練優(yōu)化。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種鋰離子電池剩余壽命預測方法，其特征在于，實驗對比驗證采用間隔放電工況進行模型驗證，具體充放電試驗步驟如下：

①對新電池進行1C恒流放電，當電壓達到2.75V停止，擱置10分鐘；

②1C恒流充電：當電壓達到4.2V停止；

③4.2V恒壓充電：當電流小于20mA停止，測量記錄滿電容量，擱置30分鐘；

④1C恒流放電：當電壓達到2.7V停止，測量記錄剩余容量，擱置30分鐘；

⑤重復步驟②③④，直至電池滿電容量下降至額定容量的80％，停止實驗。