基于数据驱动的锂电池剩余使用寿命预测研究

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随着全球绿色环保理念的形成和发展,新能源行业得到大力的发展,锂电池作为新能源行业的代表之一,以其能量密度高、寿命长、稳定性高、可循环使用等优点被广泛的应用到各个行业。因此,对锂电池的安全管理也提出了更高的要求,锂电池剩余使用寿命(Remaining Useful Life,RUL)预测成为研究领域的重点。本文基于数据驱动方法,采用深度学习算法从直接预测和间接预测两个角度对电池的RUL进行预测分析。本文对锂电池的健康状态(State Of Health,SOH)和RUL国内外研究现状进行总结,介绍了影响锂电池寿命的内外因素及退化机理。在锂电池RUL直接预测方法中,针对锂电池容量退化中的非线性问题,提出了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法,对于分解后得到的高频模态(Intrinsic Mode Functions,IMF)和低频残差(Residual,Res),分别采用高斯回归(Gaussian Process Regression,GPR,GPR)和长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)算法结合注意力机制(Attention Mechanism,AM)对不同的分量进行针对性预测,取得了较高的精确度。在锂电池RUL间接预测方法中,针对锂电池容量难以在线实时获取问题,提出了等时间电压差(Equal Time Voltage Difference,ETVD)方法构建健康因子(Health Indicator,HI),并使用BOX-COX正态变换和Pearson相关性分析方法处理数据,最终得到与锂电池原始容量序列相关性达99.5%的健康因子序列,可以代替锂电池的原始容量序列作为目标特征进行模型训练。提出了优化网格算法(Improved Grid Search,IGS)优化SVM模型参数,验证提取HI的有效性,实现锂电池RUL在线实时预测目的。本文从锂电池RUL直接预测和间接预测两个角度进行分析,采用深度学习算法构建训练模型,验证本文提出的ETVD构建HI方法的有效性以及可靠性,为锂电池RUL在线实时预测提供新的研究方法。
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