[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于自動(dòng)編碼器的電池狀態(tài)評(píng)估方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110321919.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113076689A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡濤;謝佳;韓云飛;段善旭;程時(shí)杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;G01R31/3842;G06F119/04
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于自動(dòng)編碼器的電池狀態(tài)評(píng)估方法，包括S1獲取電池的在線(xiàn)運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)運(yùn)行參數(shù)獲得電池的電壓容量曲線(xiàn)；S2根據(jù)預(yù)先設(shè)定的特征提取的電壓區(qū)間，在電池的電壓容量曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)電壓區(qū)間中選擇N個(gè)容量點(diǎn)作為模型的輸入特征；S3根據(jù)電池的輸入特征建立自動(dòng)編碼器模型，并采用電池從初始狀態(tài)至當(dāng)前狀態(tài)的所有數(shù)據(jù)對(duì)自動(dòng)編碼器模型進(jìn)行訓(xùn)練；S4根據(jù)訓(xùn)練后的自動(dòng)編碼器模型的輸入和輸出獲得重構(gòu)誤差，并根據(jù)所述重構(gòu)誤差的大小評(píng)估電池的老化狀態(tài)。本發(fā)明不需要對(duì)電池進(jìn)行完整的充放電循環(huán)確定容量。在線(xiàn)測(cè)試電池的電壓和電流，選擇特征輸入模型，計(jì)算模型的重構(gòu)誤差就能評(píng)估電池的老化狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池儲(chǔ)能領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于無(wú)監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)模型的電池狀態(tài)評(píng)估方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具備高能量密度、無(wú)記憶效應(yīng)、長(zhǎng)循環(huán)壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車(chē)、電網(wǎng)儲(chǔ)能等不同領(lǐng)域都取得了廣泛應(yīng)用。電池在充放電循環(huán)過(guò)程中逐漸老化，其可用容量逐漸衰減，定義電池的健康狀態(tài)(State of Health，SOH)為電池的當(dāng)前最大可用容量與初始額定容量的比值，當(dāng)電池SOH下降到80％時(shí)認(rèn)為電池壽命終止，繼續(xù)使用會(huì)存在安全隱患。電池狀態(tài)的健康監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)對(duì)于確保系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

目前的電池狀態(tài)估計(jì)應(yīng)用主要分為模型驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。模型驅(qū)動(dòng)的方法又分為電化學(xué)模型和等效電路模型。電化學(xué)模型從鋰離子擴(kuò)散，歐姆效應(yīng)，電化學(xué)動(dòng)力學(xué)等角度描述電池的失效機(jī)理，具有較高的精度，然而求解模型的偏微分方程需要大量的計(jì)算，難以將其應(yīng)用在在線(xiàn)的電池管理系統(tǒng)中。等效電路模型主要關(guān)注電池的電氣外特性，包括開(kāi)路電壓、歐姆內(nèi)阻、極化內(nèi)阻、極化電容等參數(shù)。電氣參數(shù)能一定程度反映電池的健康特性，且參數(shù)易獲取，在電池管理系統(tǒng)中有一定應(yīng)用。但參數(shù)與老化的關(guān)系不夠直觀(guān)。近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)算力的提升及機(jī)器學(xué)習(xí)算法的發(fā)展，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型有望成為電池狀態(tài)估計(jì)的解決方案。

目前針對(duì)電池的狀態(tài)評(píng)估的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法可以從輸入和輸出上進(jìn)行分類(lèi)。

輸入上可分為電池的原始數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)包括運(yùn)行的電池電壓、電流、溫度，現(xiàn)有技術(shù)1提出了一種采用電池的原始數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)電池的SOH的方法。原始數(shù)據(jù)輸入的方法雖然不用進(jìn)行特征提取，但采用原始數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和計(jì)算量更大。特征數(shù)據(jù)為能表征電池老化狀態(tài)的參數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)2提出了一種采用電池阻抗譜作為輸入的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型估計(jì)電池的容量，該方法雖然不需要大量數(shù)據(jù)訓(xùn)練，但阻抗譜的測(cè)試需要專(zhuān)業(yè)的測(cè)試設(shè)備，不適合在線(xiàn)應(yīng)用。

輸出上可分為需要目標(biāo)真實(shí)值的監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)方法和不需要目標(biāo)真實(shí)值的無(wú)監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)方法。目前的大部分研究采用的是監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)模型，現(xiàn)有技術(shù)3提出了一種監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)的電池健康診斷方法，模型的輸出為電池的真實(shí)容量，然而模型的真實(shí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的收集需要對(duì)電池在全壽命周期內(nèi)進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，這一過(guò)程的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本是高昂的。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中電池的可用容量受到充放電倍率、溫度等的影響，實(shí)際工況與上述現(xiàn)有技術(shù)中的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件不同，電池理論上的當(dāng)前最大可用容量需要在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試。在在線(xiàn)應(yīng)用中電池的最大可用容量往往是無(wú)法獲得的。這給監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)模型的建立造成了障礙。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電池狀態(tài)評(píng)估方法訓(xùn)練數(shù)據(jù)真實(shí)值難以獲得或是測(cè)試的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本高昂的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于無(wú)監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)的自動(dòng)編碼器模型，不需要在線(xiàn)測(cè)試真實(shí)的最大容量，從電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)選擇特征作為輸入，通過(guò)模型輸入和輸出的重構(gòu)誤差反映電池的老化狀態(tài)。

本發(fā)明提供了一種基于自動(dòng)編碼器的電池狀態(tài)評(píng)估方法，包括下述步驟：

S1：獲取電池的在線(xiàn)運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)所述運(yùn)行參數(shù)獲得電池的電壓容量曲線(xiàn)；

S2：根據(jù)預(yù)先設(shè)定的特征提取的電壓區(qū)間，在電池的電壓容量曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)電壓區(qū)間中選擇N個(gè)容量點(diǎn)作為模型的輸入特征；