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专利号: 2020108487302
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
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:

1.一种考虑老化情况下的锂离子电池电量预测方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)采集数据:对电池进行充放电实验,使用传感器获得电池的电压、电流、温度,以及评价老化指标的数据参数内阻并记录历史充放电循环次数,使用安时积分法计算电池的每时刻电量,作为目标值,建立数据集;

2)使用经验小波分解对电池数据进行分解,将电池在放电过程中的容量再生部分与整体退化分割开,电池电量整体下降的部分是低频的,局部再生的部分是高频的;

3)使用步骤2)获得的分解数据训练CNN-GRU-ATTENTION网络,CNN捕捉输入数据之间的空间关系,GRU提取输入数据之间的时间关系,完成数据的特征捕捉;注意力机制完成权重分配,将更多注意力权重分配给关键特征并减少干扰;

4)将测试集数据按照步骤2)分解并输入到训练好的网络得到高频和低频的预测结果;

5)将预测的结果进行组合重构,得到最终的预测结果。

2.根据权利要求1所述的一种考虑老化情况下的锂离子电池电量预测方法,其特征在于:所述步骤2)中,对数据进行经验小波分解包含以下步骤:

2.1)构造经验小波函数ψi(ω)和经验尺度函数

其中w表示频率,wi为相邻极大值点的均值,γ为常数,β(x)为辅助函数,需满足如下条件:

2.2)将序列分为j层,通过分解方程得到不同比例的低频信号A和高频信号D;

其中j是分解尺度,k和m是转换变量,h是低通滤波器,g是高通滤波器。

3.根据权利要求1所述的一种考虑老化情况下的锂离子电池电量预测方法,其特征在于:所述步骤3)中网络对高频和低频的数据分别进行训练;网络的第一层由CNN组成;CNN层接收与电量有关的各种参数,并建模提取特征;网络使用一维卷积提取数据的特征,通过选择卷积核的权重和窗口的宽度,提取不同的数据特征;将卷积运算应用于输入的多元时间序列,并将结果传递到下一层GRU层;从输入层前向传播到卷积层输出的向量hcnn表示为:hcnn=σ(Xk*Wcnn+bcnn)

Xk是输入向量,Wcnn是权重的权重内核,bcnn是偏重,σ是激活函数;

GRU是CNN层的下层,存储有关通过CNN提取的电量预测所需特征的时间信息;CNN层的输出值将传递到门单元;GRU网络两个门单元分别是更新门和重置门;GRU的存储单元会随着每个门单元的激活而更新其状态,每个门单元的激活被控制为介于0和1之间的连续值;

GRU单元的隐藏状态ht每t步更新一次;更新门r用于控制前一时刻的状态信息保留到当前状态中的程度,更新门的值越大说明前一时刻的状态信息保留的越多;重置门z控制前一时刻的状态信息有多少被写入到当前的候选状态 上,重置门越小,前一状态的信息保留的越少;前向传播公式为:rt=σ(Wr·[ht-1,xt])

zt=σ(Wz·[ht-1,xt])

其中Wr表示更新门的权重矩阵,Wz表示重置门的权重矩阵, 表示状态更新时的权重矩阵;

注意力层完成权重分配,先将上层输入进行转置,再对每一维进行softmax,得到每一维的注意力权重,最后合并成单独特征的注意力权重;最后全连接层进一步进行数据的缩放转换,提高模型的处理非线性数据的能力。

4.根据权利要求1所述的一种考虑老化情况下的锂离子电池电量预测方法,其特征在于:所述步骤5)中对于预测的结果进行重构,使其恢复到原始的空间尺度;重建方程描述为:其中,其中j是分解尺度,k和m是转换变量,h*和g*分别是低通滤波器和高通滤波器的反函数。