本發(fā)明屬于電池壽命預(yù)測(cè)的，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鋰離子電池rul預(yù)測(cè)方法及裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在電池管理系統(tǒng)中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池剩余使用壽命（rul）是關(guān)鍵技術(shù)之一。鋰離子電池廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備，其性能和安全性直接影響到設(shè)備的可靠性和使用體驗(yàn)。電池容量退化是不可避免的過(guò)程，通常由多種因素如充放電循環(huán)、溫度變化等引起。為了有效管理電池的使用和維護(hù)，研究人員發(fā)展了多種預(yù)測(cè)方法。

2、傳統(tǒng)方法依賴于統(tǒng)計(jì)學(xué)模型和經(jīng)驗(yàn)公式，但這些方法往往難以處理復(fù)雜的退化模式和非線性特征。近年來(lái)，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，逐漸成為電池壽命預(yù)測(cè)的重要工具。lstm能夠捕捉時(shí)間序列數(shù)據(jù)中的長(zhǎng)短期依賴關(guān)系，通過(guò)對(duì)電池退化模式的深入學(xué)習(xí)，提高預(yù)測(cè)精度和系統(tǒng)的可靠性。然而，lstm模型的精度受數(shù)據(jù)質(zhì)量和特征選擇的影響較大，如果輸入數(shù)據(jù)中存在噪聲、特征選擇不當(dāng)或數(shù)據(jù)預(yù)處理不足，可能會(huì)影響模型的學(xué)習(xí)效果，導(dǎo)致模型的預(yù)測(cè)性能下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鋰離子電池rul預(yù)測(cè)方法及裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)，以克服現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題。

2、為此，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的鋰離子電池rul預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、步驟一、選取鋰電池容量作為壽命預(yù)測(cè)健康因子，對(duì)電池進(jìn)行放電特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)獲取電池容量原始數(shù)據(jù)，并繪制得到鋰離子電池容量退化曲線圖；

4、步驟二、建立鋰離子電池rul預(yù)測(cè)方程，利用fourier函數(shù)對(duì)所述電池容量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到退化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)的容量序列；

5、步驟三、采用ceemdan方法將所述容量序列進(jìn)行分解平滑處理得到殘差和個(gè)模態(tài)分量；

6、步驟四、將所述殘差作為lstm模型的輸入值，建立容量前期和后期的映射關(guān)系，對(duì)未知的電容容量序列進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)迭代預(yù)測(cè)得到容量達(dá)到閾值時(shí)的循環(huán)次數(shù)，計(jì)算得到電池rul。

7、在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟一的具體流程如下：

8、步驟1-1、將鋰離子電池放置到恒溫箱內(nèi)并設(shè)置預(yù)定溫度；

9、步驟1-2、對(duì)鋰離子電池采用恒流模式進(jìn)行充電直至電壓值達(dá)到第一電壓閾值；鋰離子電池繼續(xù)以恒壓模式進(jìn)行充電直至充電電流降至第一電流閾值，充電結(jié)束；

10、步驟1-3、對(duì)鋰離子電池采用恒流模式進(jìn)行放電直至放電電流為第二電流閾值、電壓達(dá)到第二電壓閾值；

11、步驟1-4、按照時(shí)間間隔為0.5-1小時(shí)的間隔重復(fù)步驟1-2和步驟1-3，直至達(dá)到電池允許的循環(huán)次數(shù)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)并繪制鋰離子電池容量退化曲線圖。

12、在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟二中的rul預(yù)測(cè)方程的建立流程如下：

13、首先建立rul觀測(cè)方程：；式中，表示鋰離子電池循環(huán)充放電的初始周期，表示鋰離子電池實(shí)際充放電情況下電池壽命結(jié)束時(shí)所在周期，表示用周期個(gè)數(shù)來(lái)指代鋰離子電池壽命；

14、基于所述rul觀測(cè)方程建立rul預(yù)測(cè)方程：；式中，表示鋰離子電池在預(yù)測(cè)情況下電池壽命結(jié)束時(shí)所在周期，表示預(yù)測(cè)鋰離子電池壽命。

15、在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟二中的fourier函數(shù)表示為：

16、；

17、式中，表示循環(huán)充放電周期次數(shù)，參數(shù)值，可通過(guò)擬合得到。

18、在進(jìn)一步的實(shí)施例中，還包括對(duì)fourier函數(shù)的指標(biāo)評(píng)價(jià)，具體包括：

19、采用平均絕對(duì)誤差和均方根誤差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，其公式為：

20、；

21、；

22、式中，表示時(shí)序長(zhǎng)度，表示實(shí)際電池容量，表示預(yù)測(cè)電池容量，表示循環(huán)充放電周期次數(shù)。

23、在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟三中的殘差和個(gè)模態(tài)分量的獲取流程如下：

24、向鋰離子電池容量衰減數(shù)據(jù)中加入高斯白噪聲得到白噪聲容量數(shù)據(jù)，其中為白噪聲初始振幅，表示第次添加的服從高斯分布的白噪聲，表示循環(huán)充放電周期次數(shù)；

25、使用emd對(duì)加入白噪聲的電池容量數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，；得到第一個(gè)階段的個(gè)模態(tài)分量，接著對(duì)取平均值得到第一個(gè)，其公示如下：

26、；

27、；

28、計(jì)算電池容量數(shù)據(jù)的第一個(gè)殘差：；

29、計(jì)算第二個(gè)模態(tài)分量：；

30、計(jì)算第k個(gè)殘差：；

31、對(duì)第個(gè)模態(tài)再次進(jìn)行分解，得到第個(gè)模態(tài)分量：；

32、如此反復(fù)直至無(wú)法繼續(xù)分解得到最終的殘差：

33、；

34、式中，表示經(jīng)過(guò)k次emd分解的電池容量數(shù)據(jù)，為模態(tài)分量的總個(gè)數(shù)，模態(tài)分量反映了鋰離子電池容量數(shù)據(jù)局部特性，殘差是電池容量數(shù)據(jù)分解后的剩余部分，包含了容量數(shù)據(jù)的整體特征。

35、在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟四中電池rul的計(jì)算過(guò)程為：

36、將殘差輸入lstm模型的遺忘門，遺忘門決定了上一時(shí)刻的單元狀態(tài)有多少保留到當(dāng)前時(shí)刻，其輸出矩陣計(jì)算公式如下所示：

37、；

38、式中，單元狀態(tài)是由輸入數(shù)據(jù)的特征動(dòng)態(tài)生成，時(shí)刻變化；指的是sigmoid激活函數(shù)，當(dāng)sigmoid=1表示要全部保存，當(dāng)sigmoid=0則表示完全忘記；為遺忘門的權(quán)重矩陣；為上一時(shí)刻輸出的電池壽命結(jié)果；指的是當(dāng)前時(shí)刻輸入的電池容量殘差；為遺忘門偏置矩陣，用于調(diào)整門控機(jī)制的開關(guān)狀態(tài)和輸出；

39、輸入門決定了上一時(shí)刻的輸出以及當(dāng)前時(shí)刻的輸入有多少保存到單元狀態(tài)中，其計(jì)算公式如下：

40、；

41、；

42、；

43、式中，表示輸入門輸出矩陣，和分別表示遺忘門的權(quán)重和偏置矩陣，為用函數(shù)構(gòu)造的一個(gè)新的單元狀態(tài)殘差，和分別表示函數(shù)的權(quán)重和偏置矩陣；

44、輸出門決定了最終要輸出的結(jié)果，其計(jì)算公式如下：

45、；

46、；

47、式中，和分別表示輸出門的權(quán)重和偏置矩陣；

48、將lstm模型的輸出結(jié)果代入預(yù)測(cè)方程得到rul：

49、。

50、一種裝置，包括：處理器和存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的鋰離子電池rul預(yù)測(cè)方法。

51、一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有多條指令，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行如上所述的鋰離子電池rul預(yù)測(cè)方法。

52、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明利用fourier函數(shù)平滑處理方法，確保了容量數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性，減少了噪聲對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的干擾。其次，ceemdan方法進(jìn)一步分解了容量序列，提取了關(guān)鍵的退化趨勢(shì)和模態(tài)分量，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)的可靠性。最后，通過(guò)將平滑處理后的殘差輸入到lstm模型中，能夠精確建模電池容量的變化，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池的剩余使用壽命（rul），優(yōu)化了電池管理策略，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)，并延長(zhǎng)了電池的有效使用周期，從而顯著提高了設(shè)備的整體可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。