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专利号: 2021108014746
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于特征迁移学习的锂电池健康状况监测方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:基于特征迁移学习混合模型的构建;

S2:基于特征迁移学习混合模型的应用;

所述S1包括以下步骤:

S11:电池数据特征提取;

针对一维锂电池序列特点,以1d‑CNN为特征提取器,用于提取源域与目标域电池数据的有效特征;对于第n层CNN模型,n∈1,2,...N,令 与 表示一维卷积层的输入数据与输出特征,U1代表锂电池输入数据;其中Z与V分别代表数据的样本数与通道数;第n层卷积核 的个数为 第n层卷积神经网络的输出为:其中,σ代表激活函数; 代表卷积核的大小; 代表第n层卷积第cj卷积核的偏置, 代表卷积核元素的位置坐标;

代表提取特征的位置坐标;表示γ代表卷积步长大小;经过n层卷积过后,输入最大池化层,具体公式如下所示:

其中, 代表池化输出,它也可代表n+1层卷积的输入;d代表池化步长;

代表池化输出坐标; 代表池化核大小;

当提取源域数据特征时, 当提取目标域数据特征时, 其中, 与 分别是源域与目标域的输入样本,并且源域与目标域的输入样本类型,样本长度,即通道数V与数据长度Z需保持一致;最终得到源域数据特征 目标域数据特征S12:特征MMD值计算;

令源域电池数据特征 的特征点数为ns,目标域电池数据特征 的特征点数为nt;最大均值差异MMD是迁移学习中的重要参数,可有效衡量两个域特征之间的分布差异;当MMD=0时,代表两个域特征的分布相同;反之,MMD值越大,代表分布差异也就越大;源域与目标域之间MMD的定义为两域数据点在再生核希尔伯特空间RKHS的RKHS距离;其定义公式为S T其中,x与x分别代表源域与目标域特征的数据点,φ(·)代表将数据映射到RKHS非线S T S T性函数;Hk代表RKHS;φ(·)无法确定,根据核技巧k(x ,x)=<φ(x),φ(x)>,公式(3)等价于:其中,k被定义为m个核{ku}的凸组合,公式为:在公式(5)中,βu为超参数;得到源域与目标域的MMD值为:其中,核{ku}被定义为高斯核;

S13:源域目标域损失函数计算;

从CNN输出的源域与目标域特征值在计算MMD的同时,并输送进BILSTM网络中,用以得到源域与目标域电池数据的预测值;对于第l层BI‑LSTM神经网络,l∈1,2,...L,令代表t时刻的输入,|·|代表维度运算符; 代表第l层BILSTM模块在t‑1时刻的输出,其中,E是神经元数;显而易见,ul+1,t=hl,t;一个BILSTM模块包含一个前向层以及一个反向层;t时刻第l层BILSTM的前向层输出 为:其中, 定义了非线性函数,代表LSTM算法;

t时刻第l层BILSTM的反向层输出 表示为:t时刻第l层BILSTM的输出为:

其中,η(·)表示非线性函数,用于合并前反向层的输出;

最后,L层BILSTM神经网络的输出 为:

yL+1=wL+1hL,t            (10)其中, 代表全连接层的权重;

对于运用L层BILSTM神经网络得到源域预测值,即 得到预测值 当预测目S

标域数据时, 得到预测值 令源域数据的真实值为y ,目标域数据的真实值为Ty;得到源域与目标域数据的损失函数分别为 与S14:损失函数组合;

根据源域与目标域特征计算出的MMD值以及BILSTM得到的源域与目标域损失函数,基于特征迁移的神经网络模型损失函数如下所示:其中,λ代表超参数。

2.根据权利要求1所述的基于特征迁移学习的锂电池健康状况监测方法,其特征在于:所述S2包括以下步骤:

根据目标锂电池数据集以及所选择的源域电池数据集,利用基于特征迁移的CNN‑BILSTM混合神经网络模型实现锂电池的健康状态监测,即SOH估计与RUL预测;

SOH估计问题表示为:

其中,代表基于迁移学习的CNN‑BILSTM模型,C0代表目标锂电池的额定容量;pt代表估计开始时的循环数,即pt之前的循环数据用于网络训练,pt之后的数据用于网络估计;ps代表源域数据截止循环数,即ps之前的源域数据用于迁移; 代表目标锂电池第pt+i循环的电压V,电流I和采样时间t; 代表第pt+i循环的SOH估计值;第 代表目标锂电池第pt个充放电循环的历史容量; 代表提供源域数据集锂电池第ps个充放电循环的电压V,电流I、采样时间t; 代表已知的第ps个充放电循环历史容量;wSOH代表训练完成后得到的神经网络权值; 代表网络损失函数;

对于RUL预测问题,锂电池寿命终止时的容量值为C0×70%,qeol代表容量值达到C0×

70%的循环次数,则RUL的定义为:

RUL=qeol‑qt         (13)其中,qt代表预测开始时的循环次数;当运用基于迁移学习的CNN‑BILSTM模型预测出锂电池寿命终止容量值时,就可得到qeol,从而计算出RUL:其中,0≤i≤qeol‑qt,0≤jT≤qt‑sw,0≤js≤qs‑sw,qs代表选择qs循环之前的源域数据集进行迁移;sw代表滑动窗口大小, 代表目标锂电池第qt+i循环的容量; 代表提供源域数据集锂电池第sw+js循环的容量;wRUL代表用于预测RUL的神经网络权重。