[發(fā)明專利]一種面向單個(gè)鋰離子電池的自適應(yīng)在線剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210065461.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114417686B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張九思;李翔;羅浩;蔣宇辰;霍明夷;田紀(jì)倫;尹珅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/25
• 分類號(hào): G06F30/25;G06F30/27;G06F111/10;G06F111/08;G06F119/02;G06F119/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 時(shí)起磊

一種面向單個(gè)鋰離子電池的自適應(yīng)在線剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明涉及電池的自適應(yīng)在線剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有單個(gè)電池工作過(guò)程中的剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法需要大量歷史數(shù)據(jù)，在一定程度上會(huì)受到強(qiáng)馬爾可夫特性的制約，以及電池在退化過(guò)程中的隨機(jī)性難以得到量化的問(wèn)題。過(guò)程為：一：提取電池第k次工作過(guò)程中的容量數(shù)據(jù)；二：構(gòu)建電池的退化模型；三：構(gòu)建自適應(yīng)估計(jì)退化模型參數(shù)；四：計(jì)算電池的剩余使用壽命；判斷第k次工作循環(huán)下的電池的荷電狀態(tài)SOC是否低于80％，如果SOC高于80％，則令k＝k+1，執(zhí)行一至四，否則電池報(bào)廢；五：評(píng)估剩余使用壽命的在線預(yù)測(cè)效果。本發(fā)明用于電池使用壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池的剩余使用壽命預(yù)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析相結(jié)合的學(xué)科交叉領(lǐng)域，具體涉及面向單個(gè)鋰離子電池的自適應(yīng)在線剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池由于其電化學(xué)特性穩(wěn)定、能量密度高、充放電速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸、航空航天、電力存儲(chǔ)、機(jī)械制造等領(lǐng)域。

在鋰離子電池的工作過(guò)程中，由于其內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境條件的影響，電池的容量會(huì)逐漸下降，這將對(duì)實(shí)際的用電系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性和安全性產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生災(zāi)難性的事故。因此，在用電設(shè)備的電池管理系統(tǒng)(BatteryManagement System，BMS)中，準(zhǔn)確地獲得鋰離子電池的退化信息是至關(guān)重要的。剩余使用壽命(Remaining useful Life，RUL)是衡量鋰離子電池退化趨勢(shì)的重要性指標(biāo)。剩余使用壽命指的是系統(tǒng)首次從當(dāng)前狀態(tài)到完全失效時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)鋰離子的剩余使用壽命可以充分發(fā)揮電池的動(dòng)力性能，提高電池使用的安全性，其意義在于及時(shí)掌握電池的運(yùn)行情況，協(xié)助操作人員及時(shí)對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)和更換，降低電力系統(tǒng)或者設(shè)備的運(yùn)行成本。

目前鋰離子電池的剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法從總體上可以分為基于物理化學(xué)模型的方法、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法和基于混合經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒?。由于電池的?nèi)部工作機(jī)理復(fù)雜、退化機(jī)理尚不明晰，基于物理化學(xué)模型的方法在預(yù)測(cè)剩余使用壽命時(shí)存在著一定的困難。另一方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法在本質(zhì)上是黑箱模型，需要大量的歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法模型，并且不能量化電池在退化過(guò)程中的不確定性。不僅如此，在線數(shù)據(jù)還被要求遵循與歷史數(shù)據(jù)相似的分布，否則學(xué)習(xí)類的方法很難保證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性?；诨旌辖?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒▌t是將先驗(yàn)知識(shí)融入到算法模型中，根據(jù)實(shí)際情況，可以通過(guò)構(gòu)建電池的容量和電流、電壓以及循環(huán)次數(shù)等參數(shù)之間的算法模型，然后對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，進(jìn)而完成剩余使用壽命的預(yù)測(cè)任務(wù)，具備很強(qiáng)的解釋性和可靠性。

值得一提的是，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法需要大量的歷史數(shù)據(jù)，如何僅僅使用單個(gè)電池工作過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行剩余使用壽命預(yù)測(cè)存在著一定的挑戰(zhàn)。不僅如此，現(xiàn)有的一些預(yù)測(cè)方法在一定程度上會(huì)受到強(qiáng)馬爾可夫特性的制約，如何以自適應(yīng)的方式利用電池從初始運(yùn)行到當(dāng)前工作循環(huán)的數(shù)據(jù)有待于進(jìn)一步的研究。最后，電池在退化過(guò)程中的隨機(jī)性往往難以得到量化，如何很好地描述退化過(guò)程中的不確定性需要深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有單個(gè)電池工作過(guò)程中的剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法需要大量歷史數(shù)據(jù)，在一定程度上會(huì)受到強(qiáng)馬爾可夫特性的制約，以及電池在退化過(guò)程中的隨機(jī)性難以得到量化等問(wèn)題，而提出一種面向單個(gè)鋰離子電池的自適應(yīng)在線剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法。

一種面向單個(gè)鋰離子電池的自適應(yīng)在線剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法具體過(guò)程為：

步驟一：提取電池第k次工作過(guò)程中的容量數(shù)據(jù)；

步驟二：基于步驟一構(gòu)建電池的退化模型；

步驟三：基于步驟二構(gòu)建自適應(yīng)估計(jì)退化模型參數(shù)；

步驟四：基于步驟三計(jì)算電池的剩余使用壽命；