本發(fā)明屬于儲能鋰電池應(yīng)用，具體涉及一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警模型。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池因其高能量密度、長壽命和環(huán)保特性，在電動汽車、便攜式電子設(shè)備及大型儲能系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，鋰離子電池在遭受過充、過放、物理損傷、短路或過熱等條件時(shí)，可能發(fā)生熱失控，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸，嚴(yán)重威脅公共安全。因此，提高鋰離子電池的使用安全性成為電池技術(shù)研究的重要方向。

2、目前，電池管理系統(tǒng)中采用的熱失控預(yù)警技術(shù)主要依賴于傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測和電化學(xué)阻抗譜（）分析。盡管這些技術(shù)能夠在一定程度上預(yù)測和診斷熱失控事件，但仍存在響應(yīng)時(shí)間慢、預(yù)警準(zhǔn)確性不足等局限性。特別是在電池系統(tǒng)復(fù)雜多變的實(shí)際應(yīng)用中，現(xiàn)有的預(yù)警系統(tǒng)往往難以有效適應(yīng)電池狀態(tài)的快速變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：如何提高動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警的準(zhǔn)確性，縮短響應(yīng)時(shí)間。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，包括以下步驟：

3、步驟一，建立動力電池頻域等效電路模型，用于模擬電池在不同工作條件下的電化學(xué)行為；

4、所述動力電池頻域等效電路包括串聯(lián)連接的4個(gè)組件：

5、組件一：電感；

6、組件二：電阻一；

7、組件三：并聯(lián)連接的電容一和膜阻抗；

8、組件四：轉(zhuǎn)移電荷阻抗與擴(kuò)散阻抗串聯(lián)連接后與電容二并聯(lián)；

9、所述電感l(wèi)用于描述高頻響應(yīng)，電阻一用于描述歐姆區(qū)域，電容一和電容二用于描述中頻響應(yīng)的常相位，擴(kuò)散阻抗用于描述低頻區(qū)域，采用元件；

10、步驟二，使用非線性最小二乘法，基于測量的電化學(xué)阻抗譜（）數(shù)據(jù)識別動力電池頻域等效電路模型的參數(shù)，獲得精確的動力電池頻域等效電路模型參數(shù)辨識結(jié)果；

11、步驟三，基于動力電池頻域等效電路模型中的轉(zhuǎn)移電荷阻抗或參數(shù)電感、電阻一、膜阻抗，提取熱失控特征參數(shù)；

12、步驟四，計(jì)算各熱失控特征參數(shù)的權(quán)重，并結(jié)合權(quán)重和熱失控特征參數(shù)建立最終的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警模型。

13、前述的一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，在步驟二中，包括以下步驟：

14、使用非線性最小二乘法對電化學(xué)阻抗譜數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)辨識，建立包含個(gè)參數(shù)的復(fù)數(shù)阻抗模型，復(fù)數(shù)阻抗模型中的阻抗通過角頻率和參數(shù)集表示，表達(dá)式為：

15、

16、式中，和代表復(fù)數(shù)的實(shí)數(shù)部分和虛數(shù)部分，為阻抗，為角頻率，為參數(shù)；

17、在電化學(xué)阻抗譜測量過程中，測得個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所述數(shù)據(jù)點(diǎn)同樣采用復(fù)數(shù)形式表示，基于測量數(shù)據(jù)定義一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，即測量數(shù)據(jù)與模型預(yù)測數(shù)據(jù)之間差值的平方和，目標(biāo)函數(shù)表達(dá)為：

18、

19、其中是第個(gè)由復(fù)數(shù)阻抗模型計(jì)算出的阻抗值，是第個(gè)在實(shí)驗(yàn)中測量得到數(shù)據(jù)點(diǎn)的阻抗值；

20、參數(shù)辨識的目標(biāo)為尋找一組參數(shù)，使得目標(biāo)函數(shù)最小，首先，確定參數(shù)的初始估計(jì)值，計(jì)算模型預(yù)測阻抗與實(shí)驗(yàn)中測量得到的阻抗之間的差值，使用泰勒級數(shù)展開表達(dá)所述差值，在每次迭代中，通過求解以下線性方程組來更新參數(shù)估計(jì)：

21、

22、其中，矩陣和向量根據(jù)當(dāng)前參數(shù)估計(jì)計(jì)算得到，表示參數(shù)的更新量，用于更新模型參數(shù)；

23、通過迭代更新參數(shù)估計(jì)，如果目標(biāo)函數(shù)的變化小于設(shè)置值，則達(dá)到收斂，此時(shí)的參數(shù)即為最終的動力電池頻域等效電路模型參數(shù)辨識結(jié)果；

24、通過連續(xù)迭代過程，逐步減小參數(shù)初始值與最佳辨識結(jié)果之間的誤差，當(dāng)誤差小于設(shè)置值，則獲得精確的動力電池頻域等效電路模型參數(shù)。

25、前述的一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，在步驟三中，在提取老化因子過程中，通過冪運(yùn)算擬合得到健康狀態(tài)估計(jì)的表達(dá)式：

26、

27、其中表示電池衰退參數(shù)，、、分別為擬合參數(shù)一、擬合參數(shù)二、擬合參數(shù)三；

28、在提取過充因子過程中，通過多項(xiàng)式擬合得到過充程度的表達(dá)式，式中過充表示過充程度：

29、

30、其中是電池過充參數(shù)；

31、在提取溫度因子過程中，通過二次函數(shù)擬合得到溫度估計(jì)的表達(dá)式

32、

33、其中指的是電池溫升參數(shù)。

34、前述的一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，在步驟四中，包括以下步驟：

35、1）收集動力電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用電化學(xué)阻抗譜測量動力電池的電氣參數(shù)，所述電氣參數(shù)包括電荷轉(zhuǎn)移電阻；

36、2）對收集的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去除因設(shè)備故障或外界干擾產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)；

37、3）采用-分?jǐn)?shù)方法對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式如下：

38、

39、其中代表原始數(shù)據(jù)值，和分別代表數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

40、4）利用部分標(biāo)準(zhǔn)化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)做為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對雙向長短期記憶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到關(guān)鍵特征提取模型，利用關(guān)鍵特征提取模型處理標(biāo)準(zhǔn)化后的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，提取電池運(yùn)行參數(shù)中的關(guān)鍵特征，得到熱失控特征參數(shù)；

41、5）在關(guān)鍵特征提取過程中，利用注意力機(jī)制動態(tài)調(diào)整溫升參數(shù)、過充參數(shù)、電池衰退參數(shù)的權(quán)重；

42、6）對熱失控特征參數(shù)進(jìn)行歸一化處理；

43、7）結(jié)合歸一化溫升參數(shù)、過充參數(shù)、電池衰退參數(shù)和相應(yīng)權(quán)重，計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)：

44、

45、表明綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其中、、分別為溫升參數(shù)、過充參數(shù)、電池衰退參數(shù)的權(quán)重。

46、前述的一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，在步驟6）中，包括：

47、溫升參數(shù)歸一化公式定義為：

48、

49、指歸一化后的溫升參數(shù)，其中25℃為常規(guī)操作下限，45℃為高風(fēng)險(xiǎn)上限；

50、由于超過100%即表示過充，過充參數(shù)歸一化公式為：

51、

52、指歸一化后的過充參數(shù)，100%為充電上限，110%為極端風(fēng)險(xiǎn)閾值，當(dāng)?shù)陀?00%時(shí)，歸一化值等于0；

53、電池衰退參數(shù)歸一化公式為：

54、

55、指歸一化后的電池衰退參數(shù)，電池衰退參數(shù)80%為老化臨界值。

56、前述的一種動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，在步驟四中，包括以下步驟：

57、1）收集動力電池的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用電化學(xué)阻抗譜測量動力電池的電氣參數(shù)，所述電氣參數(shù)是電感、電阻一、電容一、膜阻抗、擴(kuò)散阻抗或電容二；

58、2）對收集的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，去除因設(shè)備故障或外界干擾產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)點(diǎn)；

59、3）采用-分?jǐn)?shù)方法對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式如下：

60、

61、其中代表原始數(shù)據(jù)值，和分別代表數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

62、4）利用部分標(biāo)準(zhǔn)化處理后的運(yùn)行數(shù)據(jù)做為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對雙向長短期記憶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到關(guān)鍵特征提取模型，利用關(guān)鍵特征提取模型處理標(biāo)準(zhǔn)化后的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，提取電池運(yùn)行參數(shù)中的關(guān)鍵特征，得到熱失控特征參數(shù)；

63、5）在關(guān)鍵特征提取過程中，利用注意力機(jī)制動態(tài)調(diào)整溫升參數(shù)、過充參數(shù)、電池衰退參數(shù)的權(quán)重；

64、6）對熱失控特征參數(shù)進(jìn)行歸一化處理；

65、7）結(jié)合歸一化溫升參數(shù)、過充參數(shù)、電池衰退參數(shù)和相應(yīng)權(quán)重，計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)：

66、

67、表明綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，其中、、分別為溫升參數(shù)、過充參數(shù)、電池衰退參數(shù)的權(quán)重。

68、一種計(jì)算機(jī)裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)前述方法的步驟。

69、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述方法的步驟。

70、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述方法的步驟。

71、本發(fā)明達(dá)到的有益效果：本發(fā)明的動態(tài)權(quán)重驅(qū)動的動力電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法，通過建立詳盡的電化學(xué)阻抗模型，進(jìn)行參數(shù)辨識和動態(tài)權(quán)重分析，實(shí)現(xiàn)了對電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)、精確預(yù)測，集成至電池管理系統(tǒng)中的模型實(shí)時(shí)監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)自動觸發(fā)熱失控預(yù)警，當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)超過預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)并采取措施，如降低充電速度、調(diào)整操作溫度或斷開電池連接，提高了預(yù)警系統(tǒng)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性，有效提高電池使用的安全性。