本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于GM(1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法，將電池的容量及電池的內(nèi)阻值均隨電池循環(huán)次數(shù)編碼，形成對應(yīng)的電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(0)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列R(0)；從電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(0)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列R(0)中獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色處理；對獲得的電池容量的等維遞補(bǔ)灰色二變量一階時間響應(yīng)序列，通過累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，按均方差檢驗方法對電池容量的原始序列相應(yīng)的預(yù)測模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗。該方法簡單易行、魯棒性好，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價值。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種基于GM(1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法，將電池的容量及電池的內(nèi)阻值均隨電池循環(huán)次數(shù)編碼，形成對應(yīng)的電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(0)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列R(0)；從電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(0)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列R(0)中獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色處理；對獲得的電池容量的等維遞補(bǔ)灰色二變量一階時間響應(yīng)序列，通過累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，按均方差檢驗方法對電池容量的原始序列相應(yīng)的預(yù)測模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗。該方法簡單易行、魯棒性好，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價值。【專利說明】—種基于GM (1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法
本專利技術(shù)涉及一種基于GM(1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法。
技術(shù)介紹
能源危機(jī)、環(huán)境污染以及能源安全等諸多因素再一次將電動汽車推上歷史舞臺，已成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)。車載動力電池作為電動汽車的關(guān)鍵部件，其性能對整車的動力性、經(jīng)濟(jì)性和安全性至關(guān)重要，是制約電動汽車規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵因素。鋰離子電池因具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小且無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點(diǎn)，作為動力源廣泛應(yīng)用在電動汽車和混合電動汽車中。隨著鋰離子電池應(yīng)用的日益廣泛，對電池壽命模型的研究日漸成為大家關(guān)注的課題。壽命問題包含兩個基本問題:(I)荷電狀態(tài)SOC的估計問題；(2)健康狀態(tài)SOH(Stateof Health,簡記S0H)的估計和剩余使用壽命(Remain Useful Life,簡記RUL)。大量文獻(xiàn)從老化機(jī)理的角度出發(fā)對鋰離子電池在貯存和循環(huán)中的壽命衰減進(jìn)行研究，提出了基于微觀機(jī)理的解釋。隨時間及循環(huán)使用，電極、電解液、電極與電解液接觸面的變化是引起電池老化的主要因素。電池的壽命衰減表現(xiàn)為容量的衰減與阻抗的增加，并由多種機(jī)制共同作用，其中最主要的機(jī)制為:SEI膜增長、活性物質(zhì)的減少及陽極的結(jié)構(gòu)老化。除自身老化機(jī)制外，電池壽命的衰減還受存儲及循環(huán)使用條件的外部因素影響，如高溫時電池老化加劇，而低溫充電也會對電池壽命產(chǎn)生不利影響。此外，過高的SOC狀態(tài)、惡劣的充放電制度及深度充放電窗口等條件也會降低電池性能并縮短電池壽命。國內(nèi)外對電池壽命進(jìn)行了初步研究，取得了階段性的成果。例如:基于差分方程的精確電池模型；基于擴(kuò)散理論的解析模型，可以對任意給定負(fù)載精確預(yù)測鋰離子蓄電池壽命；在美國Argonne國家實(shí)驗室和Idaho國家實(shí)驗室主導(dǎo)下的美國能源部發(fā)起的FREED0MCAR計劃中，系統(tǒng)地給出了進(jìn)行電池壽命試驗的參考步驟和相應(yīng)數(shù)據(jù)處理方法。當(dāng)前對電池壽命模型的研究還處于初步階段，沒有系統(tǒng)的理論支持，也未產(chǎn)生具有普遍價值的通用電池壽命模型。中國專利技術(shù)專利(申請?zhí)?01110298395.4)提出了一種電動車電池壽命預(yù)測方法以及延長方法，根據(jù)獲取的電池的工作溫度，充放電頻率以及司機(jī)一天駕駛所需電池能量與電池剛出廠時充滿電后的能量的比值來預(yù)測電池壽命，還提供了一種電池壽命延長方法。為鋰電池壽命的準(zhǔn)確預(yù)測提供了基礎(chǔ)；考慮駕駛員的運(yùn)行特征來預(yù)測電動車的鋰電池壽命，預(yù)測結(jié)果更加真實(shí)。但是該種方法屬于經(jīng)驗公式的預(yù)測方法，通用性較差。中國專利技術(shù)專利(申請?zhí)?01310268391.0)提出了一種基于集成模型的鋰離子電池壽命預(yù)測方法。對電池循環(huán)充放電試驗測試數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；采用Bagging算法對訓(xùn)練數(shù)據(jù)集Traindataset進(jìn)行二次重采樣；建立單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型；初始化單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接權(quán)值，重復(fù)T次，得到T個未經(jīng)訓(xùn)練的單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)子模型；設(shè)置單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型的第一自由參數(shù)集和第二自由參數(shù)集；集成單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出RULi,并采用測試數(shù)據(jù)集Test dataset驅(qū)動集成單調(diào)回聲狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得鋰離子電池剩余壽命預(yù)測值。但是該種方法的誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練方法的影響很大，需要大量的實(shí)驗數(shù)據(jù)訓(xùn)練，存在局部極小值問題，學(xué)習(xí)速度慢，理想的訓(xùn)練樣本提取困難，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不易優(yōu)化等。根據(jù)GM(1，1)模型能夠預(yù)測具有明顯指數(shù)規(guī)律的序列特性，文獻(xiàn)(章艷，曾昭華，李洪春，蘇志軍.灰色系統(tǒng)在蓄電池失效預(yù)測中的應(yīng)用.電源技術(shù)，2005，05:319-321.尹春杰，孫潔君，張承慧.一種新型的蓄電池組狀態(tài)在線檢測及故障預(yù)報算法.中國自動化學(xué)會控制理論專業(yè)委員會，2007:5.李剛，謝永成，李光升，程延偉.改進(jìn)型灰色模型在鉛蓄電池失效預(yù)測中的應(yīng)用.電子測量技術(shù)，2011，05:30-33.)提出了一種基于GM(1，1)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法，該方法利用灰色系統(tǒng)理論建立電池內(nèi)阻的GM(1，I)預(yù)測模型，再根據(jù)電池內(nèi)阻與容量間的非線性關(guān)系預(yù)測電池壽命。該方法只建立了電池內(nèi)阻的GM(1，I)模型，未考慮電池容量的變化規(guī)律，具有一定的局限性，預(yù)測精度較低。電池的壽命衰減表現(xiàn)為容量的衰減與阻抗的增加，因此電池內(nèi)阻與電池容量之間存在一定的關(guān)系。電池內(nèi)阻可間接有效地反映電池容量的變化趨勢是衡量電池性能的一個重要指標(biāo)。并且電池內(nèi)阻和電池容量都是隨電池循環(huán)次數(shù)單調(diào)指數(shù)變化的，與GM(1，N)預(yù)測模型完全相符。建立電池容量和內(nèi)阻的GM(1，N)預(yù)測模型能夠更加有效、精確的預(yù)測電池壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本專利技術(shù)公開了一種基于GM(1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法，綜合考慮電池容量和內(nèi)阻的變化趨勢，基于灰色系統(tǒng)理論建立了 GM(1，N)預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)了對電池循環(huán)壽命的準(zhǔn)確預(yù)測，精度高于傳統(tǒng)的只考慮電池內(nèi)阻的GM(1，I)模型，能夠預(yù)知電池的潛伏性故障及其發(fā)展趨勢，從而提前對電池運(yùn)行狀況做出診斷，及時對將要失效的電池進(jìn)行技術(shù)檢查，再根據(jù)實(shí)驗結(jié)果決定，是否更換電池，防止因失效電池而引起的事故。該方法簡單易行、魯棒性好，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價值。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的具體方案如下:一種基于GM(1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法，包括以下步驟:步驟一:將電池的容量及電池的內(nèi)阻值均隨電池循環(huán)次數(shù)編碼，形成對應(yīng)的電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(°)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列Rw ；步驟二:從電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(°)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列Rw中獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色處理；步驟三:根據(jù)步驟二獲得的設(shè)定次容量數(shù)據(jù)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)，計算電池容量及電池內(nèi)阻分別進(jìn)行灰色預(yù)測跟蹤所需的灰作用量，得到電池容量及電池內(nèi)阻對應(yīng)的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時間響應(yīng)序列，進(jìn)行電池內(nèi)阻和容量的灰色預(yù)測跟蹤；步驟四:對獲得的電池容量的等維遞補(bǔ)灰色二變量一階時間響應(yīng)序列，通過累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，按均方差檢驗方法對電池容量的原始序列相應(yīng)的預(yù)測模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗。所述步驟一中，所述電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(°)的公式為:C(0) = (c(l)，c(2)，…，c(j))(I)式中，k為正整數(shù)，為電池的循環(huán)次數(shù)；c(j)為電池在循環(huán)j次后的電池容量值，其中 j = 1，2，…，k-Ι ； 所述電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列Rft0的公式為:R(0) = (r(l), r(2),…，r(j)) (2)式中，k為正整數(shù)，為電池的循環(huán)次數(shù)；r(j)為電池在循環(huán)j次后的電池內(nèi)阻值，其中 j = 1，2，…，k-1。所本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于GM(1，N)灰色模型的電池壽命預(yù)測方法，其特征是，包括以下步驟：?步驟一：將電池的容量及電池的內(nèi)阻值均隨電池循環(huán)次數(shù)編碼，形成對應(yīng)的電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(0)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列R(0)；?步驟二：從電池容量的系統(tǒng)特征數(shù)據(jù)序列C(0)及電池內(nèi)阻的相關(guān)因素數(shù)據(jù)序列R(0)中獲取設(shè)定次容量數(shù)據(jù)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)，對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行灰色處理；?步驟三：根據(jù)步驟二獲得的設(shè)定次容量數(shù)據(jù)及內(nèi)阻數(shù)據(jù)，計算電池容量及電池內(nèi)阻分別進(jìn)行灰色預(yù)測跟蹤所需的灰作用量，得到電池容量及電池內(nèi)阻對應(yīng)的等維遞補(bǔ)灰色單變量一階時間響應(yīng)序列，進(jìn)行電池內(nèi)阻和容量的灰色預(yù)測跟蹤；?步驟四：對獲得的電池容量的等維遞補(bǔ)灰色二變量一階時間響應(yīng)序列，通過累減生成，還原為相應(yīng)變量的原數(shù)列值，按均方差檢驗方法對電池容量的原始序列相應(yīng)的模型模擬序列的精度進(jìn)行檢驗。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張承慧，商云龍，崔納新，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37
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