[發(fā)明專利]一種鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910679116.5
• 申請(qǐng)日: 2019-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN110457789B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范興明;焦自權(quán);張?chǎng)?/a>;王超;羅奕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G01R31/392;G01R31/367;G06F119/04
• 代理公司: 南寧勝榮專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45126
• 代理人: 關(guān)文龍

本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)粒子濾波與雙指數(shù)衰退經(jīng)驗(yàn)物理模型融合的鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)方法。針對(duì)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法精度嚴(yán)重依賴于模型架構(gòu)的完善準(zhǔn)確程度問題，采用非線性最小二乘法對(duì)雙指數(shù)模型進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，運(yùn)用仿真模擬與試驗(yàn)測(cè)量等方法對(duì)特定研究對(duì)象電池進(jìn)行驗(yàn)證并優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停煌瑫r(shí)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)系數(shù)理論改良重采樣策略，利用路徑相似性程度閾值重新修正粒子權(quán)重，舍棄掉狀態(tài)平滑估計(jì)以解決標(biāo)準(zhǔn)PF算法中粒子退化問題。基于此，提出構(gòu)建一套完整基于相關(guān)系數(shù)理論的改進(jìn)粒子濾波算法與架構(gòu)科學(xué)精準(zhǔn)的參數(shù)辨識(shí)雙指數(shù)衰退經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗳诤系匿囯x子電池剩余壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)性研究方法，充分實(shí)現(xiàn)了電池健康管理的高精度和高時(shí)效性預(yù)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池健康管理與荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論改進(jìn)PF算法與參數(shù)優(yōu)化辨識(shí)雙指數(shù)衰退模型相融合的鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)性研究方法。

背景技術(shù)

隨著世界資源危機(jī)和環(huán)境污染破壞的加劇，電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)與制造受到全球各國政府和企業(yè)的重視。鋰離子電池作為電動(dòng)汽車系統(tǒng)的重要?jiǎng)恿δ茉矗湫阅苁侵萍s電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。電池荷電狀態(tài)(State ofCharge，SOC)預(yù)測(cè)是電池組管理系統(tǒng)中最核心的任務(wù)，直接影響電池可靠性、安全性和使用壽命。同時(shí)準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)的獲取汽車行駛中電池剩余電量信息是電池管理系統(tǒng)乃至電動(dòng)汽車系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問題，進(jìn)而依據(jù)電池管理系統(tǒng)提供的電池剩余容量實(shí)現(xiàn)對(duì)整車控制器分配各系統(tǒng)能量的最優(yōu)控制。鋰離子電池是一種相當(dāng)復(fù)雜的強(qiáng)非線性非高斯電化學(xué)系統(tǒng)，其內(nèi)部具體的化學(xué)反應(yīng)又很難直接監(jiān)測(cè)，應(yīng)用環(huán)境及負(fù)載工況的不確定性因素還會(huì)導(dǎo)致其性能退化狀態(tài)具有不穩(wěn)定性。因此，只能通過一定的預(yù)測(cè)估計(jì)算法間接獲得。

本發(fā)明采用的是基于模型的方法融合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的剩余壽命預(yù)測(cè)。基于模型的方法主要是根據(jù)電池的工作機(jī)理、材料屬性和負(fù)載條件，在其原理基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)估計(jì)，本文選擇雙指數(shù)容量衰退經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停欢鴶?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法不需要考慮電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)和狀態(tài)機(jī)制，根據(jù)電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，挖掘電池荷電狀態(tài)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)在線預(yù)測(cè)估計(jì)，本方法以粒子濾波算法為例，主要通過采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的樣本形式，以非參數(shù)化的Monte-Carlo模擬為特色方法，對(duì)非線性隨機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)的概率分布進(jìn)行描述，它不需要對(duì)狀態(tài)變量的概率分布作過多的約束，是目前較適合于非線性、非高斯隨機(jī)系統(tǒng)估計(jì)問題的濾波方法。由于粒子濾波在處理非線性、非高斯隨機(jī)系統(tǒng)估計(jì)問題方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)開始廣泛將其應(yīng)用于電池荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)領(lǐng)域中。但由于粒子濾波是近年來出現(xiàn)的新方法，其算法本身還不成熟，因此仍有大量的問題亟待解決，例如：粒子退化問題，該問題會(huì)造成計(jì)算資源的極大浪費(fèi)，進(jìn)而直接影響鋰離子電池荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)估計(jì)的精度水平，同時(shí)還影響預(yù)測(cè)算法的穩(wěn)定性及有效性等可靠性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鋰離子電池RUL預(yù)測(cè)采用粒子濾波算法嚴(yán)重依賴研究對(duì)象模型架構(gòu)精度以及本身算法缺陷問題(粒子退化現(xiàn)象)，進(jìn)而影響RUL預(yù)測(cè)的精度、實(shí)效和穩(wěn)定魯棒性，提出一種基于Pearson相關(guān)系數(shù)理論改進(jìn)重采樣策略的粒子濾波算法與非線性最小二乘法優(yōu)化辨識(shí)參數(shù)的雙指數(shù)容量衰退模型相融合的鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)研究方法。

本發(fā)明為解決粒子濾波算法在電池RUL預(yù)測(cè)方面出現(xiàn)的以上問題，采用基于改進(jìn)粒子濾波與參數(shù)辨識(shí)雙指數(shù)容量衰退模型相融合的技術(shù)方案。

一種鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟一：電池容量衰退實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取；

步驟二：電池容量衰退經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥?shù)辨識(shí)修正；

步驟三：電池容量衰退經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头抡媾c試驗(yàn)驗(yàn)證；

步驟四：改進(jìn)粒子濾波算法預(yù)測(cè)電池剩余壽命；

步驟五：進(jìn)行遞推迭代，直至預(yù)測(cè)完成，判斷輸出是否達(dá)到電池失效閾值，若滿足條件，則輸出最終結(jié)果。