[發(fā)明專利]一種基于交替最小二乘法的鋰電池SOH估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010099155.0
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN111274539B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧軍鋒;姜勁;鄒政耀
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: G06F17/16
• 分類號: G06F17/16;G06F17/18;G01R31/392;G01R31/367
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

1.基于交替最小二乘法的鋰電池SOH估計(jì)方法，具體步驟如下，其特征在于,

步驟1：搭建鋰電池實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺可以實(shí)時測量鋰電池工作數(shù)據(jù)，包括：電池充放電的電壓、電流、阻抗和環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可對鋰電池進(jìn)行循環(huán)充放電實(shí)驗(yàn)；

步驟2：通過鋰電池實(shí)驗(yàn)平臺分別測量電池充放電狀態(tài)下的電壓、電流、阻抗和環(huán)境溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

步驟3：提取鋰電池實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的等壓升充電時間、等流降充電時間、等壓降放電時間、等時間電壓差四個特征,并將樣本對應(yīng)的特征分為訓(xùn)練樣本和測試樣本；

步驟3中電池?cái)?shù)據(jù)特征計(jì)算如下：

在恒流充電階段時，電池端電壓上升所需的充電時間被稱為等壓升充電時間，如公式1所示：

t_Vi＝|t_VH-t_VL|?(1)

其中，t_Vi是第i次循環(huán)周期下的等壓升充電時間，t_VL是電池電壓達(dá)到某一低電壓所經(jīng)歷的充電時間，t_VH是電池電壓達(dá)到某一高電壓所經(jīng)歷的充電時間；

在恒壓充電階段時，電池工作電流下降所需的充電時間被稱為等流降充電時間，如公式2所示：

t_Ii＝|t_IL-t_IH|?(2)

其中，t_Ii是第i次循環(huán)周期下的等流降充電時間，t_IL是電池電流達(dá)到某一低電流的充電時間，t_IH是電池電流達(dá)到某一高電流的充電時間；

在電池正常工作放電時，電池工作電壓下降所需的放電時間被稱為等壓降放電時間，如式3所示：

T_Vi＝|T_VL-T_VH|?(3)

其中，T_Vi是第i次循環(huán)周期下的等壓降放電時間，T_VL是電池放電電壓達(dá)到某一低電壓的放電時間，T_VH是電池放電電壓達(dá)到某一高電壓的放電時間；

在電池正常工作放電時，在相同時間內(nèi)，電池工作電壓的差值被稱為等時間電壓差，如式4所示：

V_ti＝|V_tmax-V_tmin|?(4)

其中，V_ti是第i次循環(huán)周期下的等時間電壓差，V_tmax是電池放電至最大時間時的工作電壓，V_tmin是電池放電至最小時間時的工作電壓；

步驟4：用訓(xùn)練樣本訓(xùn)練交替最小二乘法模型，并將測試樣本輸入到訓(xùn)練完成的交替最小二乘法模型中，交替最小二乘法模型輸出SOH估計(jì)結(jié)果；

步驟4中交替最小二乘法計(jì)算電池SOH值如下：

設(shè)訓(xùn)練樣本和測試樣本共計(jì)m個，將測試樣本的特征和SOH值和訓(xùn)練樣本的特征和SOH值組合成混合矩陣R_m*n，n值為5，測試樣本中待估計(jì)的SOH值用空值代替，則可以將混合矩陣近似設(shè)為：

X_m*k和是R_m*n分解出的低維矩陣，參數(shù)k是低維矩陣的維數(shù)，為了使等式兩邊盡可能相等，交替最小二乘法構(gòu)造了平方誤差損失函數(shù)；

L(X,Y)是平方誤差損失函數(shù)，此時矩陣分解問題可轉(zhuǎn)化為求解平方誤差損失函數(shù)最小：

交替最小二乘法算法的關(guān)鍵是要找到最優(yōu)的X_m*k和使得L(X,Y)最小，因?yàn)閄_m*k和是未知的，所以式8的求解問題式非凸的，交替最小二乘法算法的思路是固定其中一個矩陣，再去求解另一個矩陣，具體算法如下：

1)先取隨機(jī)值固定X_u；

2)對L(X,Y)求解Y_i的偏導(dǎo)，并令偏導(dǎo)為0，可求解Y_i

Y_i＝(X^TX+λI)^-1X^TR_i?(9)

3)再將上式求解的Y_i固定，同理可求出X_u

X_u＝(Y^TY+λI)^-1Y^TR_u?(10)

4)不斷重復(fù)2)和3)，知道L(X,Y)達(dá)到目標(biāo)值或者達(dá)到最大迭代次數(shù)；

起初X_u和Y_i是隨機(jī)矩陣，交替最小二乘法通過不斷的交替迭代，修改X_u和Y_i，從而得到最終的X_u和Y_i的值；求解出X_u和Y_i后，通過式6重構(gòu)混合矩陣，重構(gòu)后的混合矩陣含有待求解的測試樣本電池SOH估計(jì)值。