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专利号: 2020100991550
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于交替最小二乘法的锂电池SOH估计方法,具体步骤如下,其特征在于,步骤1:搭建锂电池实验平台,该平台可以实时测量锂电池工作数据,包括:电池充放电的电压、电流、阻抗和环境温度等实验数据,可对锂电池进行循环充放电实验;

步骤2:通过锂电池实验平台分别测量电池充放电状态下的电压、电流、阻抗和环境温度等实验数据,并对数据进行预处理;

步骤3:提取锂电池实验数据的等压升充电时间、等流降充电时间、等压降放电时间、等时间电压差四个特征,并将样本对应的特征分为训练样本和测试样本;

步骤4:用训练样本训练交替最小二乘法模型,并将测试样本输入到训练完成的交替最小二乘法模型中,交替最小二乘法模型输出SOH估计结果。

2.根据权利要求1基于交替最小二乘法的锂电池SOH估计方法,其特征在于;步骤1中锂电池实验平台系统组成如下:实验平台包括软件系统和硬件系统;软件系统通过PCI数据总线、RS232等接口方式将计算机与硬件测试设备连接,以完成电压、电流等实时数据的采集、存储和显示,以及锂电池的测试工况控制;硬件系统主要由计算机、电源、恒温箱、电子负载、PCI数据采集卡接口电路以及充放电状态控制电路组成。

3.根据权利要求1基于交替最小二乘法的锂电池SOH估计方法,其特征在于;步骤2中锂电池充电方案如下:使用恒温箱将环境温度设置为某一固定温度,以固定的放电倍率在恒定电流模型下对锂电池充电;直至电池的工作电压达到最大截止电压时,转为在恒定电压模式下充电,当电池工作电流下降到某一固定电流时,终止充电,并静置一段时间。

4.根据权利要求1基于交替最小二乘法的锂电池SOH估计方法,其特征在于;步骤2中锂电池放电方案如下:将电池环境温度设定为某一固定温度,以固定的放电倍率在恒定电流模式下对锂电池放电,当电池的工作电压下降到最小截止电压时,终止放电,并静置一段时间。

5.根据权利要求1基于交替最小二乘法的锂电池SOH估计方法,其特征在于;步骤3中电池数据特征计算如下:在恒流充电阶段时,电池端电压上升所需的充电时间被称为等压升充电时间,如公式1所示:tVi=|tVH-tVL|                        (1)其中,tVi是第i次循环周期下的等压升充电时间,tVL是电池电压达到某一低电压所经历的充电时间,tVH是电池电压达到某一高电压所经历的充电时间;

在恒压充电阶段时,电池工作电流下降所需的充电时间被称为等流降充电时间,如公式2所示:tIi=|tIL-tIH|                        (2)其中,tIi是第i次循环周期下的等流降充电时间,tIL是电池电流达到某一低电流的充电时间,tIH是电池电流达到某一高电流的充电时间;

在电池正常工作放电时,电池工作电压下降所需的放电时间被称为等压降放电时间,如式3所示:TVi=|TVL-TVH|                       (3)其中,TVi是第i次循环周期下的等压降放电时间,TVL是电池放电电压达到某一低电压的放电时间,TVH是电池放电电压达到某一高电压的放电时间;

在电池正常工作放电时,在相同时间内,电池工作电压的差值被称为等时间电压差,如式4所示:Vti=|Vtmax-Vtmin|                     (4)其中,Vti是第i次循环周期下的等时间电压差,Vtmax是电池放电至最大时间时的工作电压,Vtmin是电池放电至最小时间时的工作电压。

6.根据权利要求1基于交替最小二乘法的锂电池SOH估计方法,其特征在于;步骤4中交替最小二乘法计算电池SOH值如下:设训练样本和测试样本共计m个,将测试样本的特征和SOH值和训练样本的特征和SOH值组合成混合矩阵Rm*n,n值为5,测试样本中待估计的SOH值用空值代替,则可以将混合矩阵近似设为:Xm*k和 是Rm*n分解出的低维矩阵,参数k是低维矩阵的维数,为了使等式两边尽可能相等,交替最小二乘法构造了平方误差损失函数;

L(X,Y)是平方误差损失函数,此时矩阵分解问题可转化为求解平方误差损失函数最小:交替最小二乘法算法的关键是要找到最优的Xm*k和 使得L(X,Y)最小,因为Xm*k和是未知的,所以式8的求解问题式非凸的,交替最小二乘法算法的思路是固定其中一个矩阵,再去求解另一个矩阵,具体算法如下:

1)先取随机值固定Xu;

2)对L(X,Y)求解Yi的偏导,并令偏导为0,可求解Yi

Yi=(XTX+λI)-1XTRi                    (9)

3)再将上式求解的Yi固定,同理可求出Xu

Xu=(YTY+λI)-1YTRu                   (10)

4)不断重复2)和3),知道L(X,Y)达到目标值或者达到最大迭代次数;

起初Xu和Yi是随机矩阵,交替最小二乘法通过不断的交替迭代,修改Xu和Yi,从而得到最终的Xu和Yi的值;求解出Xu和Yi后,通过式6重构混合矩阵,重构后的混合矩阵含有待求解的测试样本电池SOH估计值。