[發(fā)明專利]基于最大期望-無跡粒子濾波的電池剩余使用壽命預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210415333.5
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114779088B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張九思;李翔;羅浩;蔣宇辰;吳詩夢;田紀倫;尹珅
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/392
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 時起磊

基于最大期望?無跡粒子濾波的電池剩余使用壽命預(yù)測方法，本發(fā)明涉及電池剩余使用壽命預(yù)測方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電池容量突然的增加將對電池的剩余使用壽命預(yù)測產(chǎn)生很大的誤差的問題。過程為：1、提取第k次工作過程中的電池容量數(shù)據(jù)；2、構(gòu)建基于無跡粒子濾波的動態(tài)電池退化模型；3、采用基于最大期望算法自適應(yīng)地估計電池退化模型中的過程噪聲和測量噪聲；過程噪聲和測量噪聲用于第k+1次工作過程中，構(gòu)建基于無跡粒子濾波的動態(tài)電池退化模型；4、判斷第k次工作過程是否發(fā)生容量再生現(xiàn)象；5、求解電池剩余使用壽命和電池容量的置信區(qū)間；本發(fā)明用于電池的剩余使用壽命預(yù)測領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及狀態(tài)空間理論、統(tǒng)計分析和鋰離子電池的剩余使用壽命預(yù)測相結(jié)合的學(xué)科交叉領(lǐng)域，具體涉及電池剩余使用壽命預(yù)測方法。

背景技術(shù)

作為重要的儲能設(shè)備，鋰離子電池以其能量密度高、工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢成為電動汽車的重要部件。隨著鋰離子電池充放電次數(shù)的增加，電池的容量將會逐漸下降，這將大大降低系統(tǒng)或者設(shè)備的可靠性，甚至在嚴重時容易發(fā)生災(zāi)難性事故。因此，準(zhǔn)確地預(yù)測鋰離子電池的剩余使用壽命(Remaining?useful?Life，RUL)，換句話說，準(zhǔn)確地估計電池從當(dāng)前時刻到完全失效時所經(jīng)歷的時間對于系統(tǒng)的安全性和可靠性具有至關(guān)重要的作用。其意義在于能夠減少用電設(shè)備的維修成本，降低故障發(fā)生的概率，實現(xiàn)視情維修。

目前鋰離子電池的剩余使用壽命預(yù)測方法從總體上可以分為基于物理失效模型的方法、數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法和基于混合經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷姆椒āＳ捎诰_的電池機理建模存在著很大的困難，因此基于物理失效模型的方法存在著一定的局限性。另一方面，數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法無需事先了解電池的物理化學(xué)知識，通過電池工作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)便可以預(yù)測剩余使用壽命。然而，數(shù)據(jù)驅(qū)動的學(xué)習(xí)類方法要求在線數(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)測的準(zhǔn)確性。基于混合經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷姆椒ň邆浜軓姷慕忉屝院涂煽啃裕ㄟ^將先驗知識融入到模型中，構(gòu)建電池健康因子和電流、電壓以及循環(huán)次數(shù)等參數(shù)之間的算法模型，然后采用擴展卡爾曼濾波(Extended?Kalman?Filter，EKF)、無跡卡爾曼濾波(Unscented?Kalman?Filter，UKF)以及粒子濾波(Particle?Filter，PF)等算法進行參數(shù)辨識，從而完成剩余使用壽命預(yù)測任務(wù)。

雖然數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法在電池的剩余使用壽命預(yù)測領(lǐng)域得以廣泛的運用，但是這些學(xué)習(xí)類的方法在本質(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程中的不確定性。值得注意的是，從總體上而言，鋰離子電池的容量隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加是逐漸降低的。然而，當(dāng)電池處于靜置狀態(tài)時，電池中的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物會減少，電化學(xué)性能將發(fā)生短暫的恢復(fù)，這便是電池容量的再生現(xiàn)象。電池容量突然的增加將對電池的剩余使用壽命預(yù)測產(chǎn)生很大的誤差。因此，準(zhǔn)確判斷電池容量的再生點至關(guān)重要。與此同時，現(xiàn)有的一些基于混合經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷姆椒ㄖ心Ｐ偷倪^程噪聲和測量噪聲都需要人為設(shè)定，如何采用自適應(yīng)的方式對噪聲進行估計需要深入的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電池容量突然的增加將對電池的剩余使用壽命預(yù)測產(chǎn)生很大的誤差的問題，而提出基于最大期望-無跡粒子濾波的電池剩余使用壽命預(yù)測方法。

最大期望-無跡粒子濾波的電池剩余使用壽命預(yù)測方法具體過程為：

步驟1、提取第k次工作過程中的電池容量數(shù)據(jù)；

步驟2、根據(jù)步驟1中提取的第k次工作過程中的電池容量數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于無跡粒子濾波的動態(tài)電池退化模型；

步驟3、采用基于最大期望算法自適應(yīng)地估計電池退化模型中的過程噪聲和測量噪聲；

過程噪聲和測量噪聲用于第k+1次工作過程中，構(gòu)建基于無跡粒子濾波的動態(tài)電池退化模型；

步驟4、判斷第k次工作過程是否發(fā)生容量再生現(xiàn)象；