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专利号: 2020115517321
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.考虑内阻的数据驱动算法估算锂电池SOC的方法,其特征在于:具体包括以下步骤:步骤一、数据采集

对锂离子电池在不同放电条件下重复进行充放电试验,并采样记录试验过程中电池的电压、电流、温度以及内阻;

步骤二、数据预处理

根据步骤一采集得到的数据,使用安时积分法计算t时刻电池的剩余电量SOC(t),作为与预测结果对比的真实值;对步骤一采集的数据进行归一化处理,将其缩放到[0,1]之间,得到V=[V1,V2,…Vt,…Vn]、I=[I1,I2,…It,…In]、T=[T1,T2,…Tt,…Tn]、R=[R1,R2,…Rt,…Rn],其中Tt,It,Vt,Rt分别表示电池在t时刻的环境温度、放电电流、端电压和内阻;然后划分训练集和测试集;

步骤三、构建SOC估计模型

搭建双向GRU网络,包括N个隐含层,每层由M个神经元构成,网络的学习率为l;所述的双向GRU网络,在t时刻,输入xt同时提供给两个方向相反的隐含层,输出yt,由这两个单向隐含层共同决定,前向GRU层具有输入序列中t时刻以及之前时刻的信息,而后向GRU层中具有输入序列中t时刻以及之后时刻的信息;双向GRU的隐层状态传播过程为:其中 分别表示前向推算和后向推算的隐层状态; 分别表示输入在前向推算和后向推算的权重; 分别表示前一时刻隐含层状态在前向推算和后向推算的权重;

分别表示前向推算和后向推算的偏置;σ函数用于合并这两个输出;

双向GRU网络的更新门zt、重置门rt、候选输出状态 以及GRU的输出ht的计算方法为:zt=σ(Wz·[ht‑1,xt]+bz)

rt=σ(Wr·[ht‑1,xt]+br)

Wz和bz分别为重置门的权重矩阵和偏置;Wr和br分别为重置门的权重矩阵和偏置;Wh和bh分别为候选输出状态 的权重矩阵和偏置;

步骤四、模型训练优化

将向量x=[T,I,V,R]作为步骤四构建的双向GRU网络模型的输入,对模型进行训练,从模型的输出端获得电池的剩余电量SOC=[SOC1,SOC2,…SOCt,…SOCn];SOCt表示电池在t时刻电池的剩余电量;

使用NAG算法对训练后的双向GRU网络模型参数进行优化;NAG算法的更新计算公式为:m0=0

θt+1=θt‑mt

将双向GRU网络模型的双向结构看作两个具有GRU单元的、信息传递方向相反的隐含层,针对模型的双向传输结构,将NAG算法公式改写为:其中,θt’=θt‑γmt,θt为t时刻的网络参数;η代表网络的学习率; 代表损失函数的梯度矩阵;mt为动量项;γ为超参数,表示历史梯度的影响力;L(·)代表网络的损失函数:步骤五、模型性能测试

使用测试集测试步骤四训练完成的双向GRU网络模型的性能,使用RMSE和MAE两个评价指标;

其中,SOCt和SOCt’分别代表电池剩余电量的真实值和网络的预测值;

步骤六、保存模型,输出SOC

判断模型的性能测试结果是否达到所设定的要求,若未达到要求,返回步骤四调整参数重新训练;达到要求后,保存训练好的模型,用于电池SOC估计。

2.如权利要求1所述考虑内阻的数据驱动算法估算锂电池SOC的方法,其特征在于:步骤一中数据采样间隔时间为1s。

3.如权利要求1所述考虑内阻的数据驱动算法估算锂电池SOC的方法,其特征在于:步骤二中使用安时积分法计算t时刻电池剩余电量SOC(t)的公式为:其中,SOC(t0)为初始电池电量,η表示库仑效率,Cn表示电池的额定容量,I(t)为电池的瞬时放电电流。

4.如权利要求1所述考虑内阻的数据驱动算法估算锂电池SOC的方法,其特征在于:步骤二中对数据进行归一化处理的方法为:其中,xi为待处理数据,xmin和xmax分别为待处理数据的最小值和最大值。