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专利号: 202310463105X
申请人: 淮阴工学院
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:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种锂离子电池健康状态估计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:收集不同工况下锂离子电池单体充放电的电压、电流、温度、容量数据,利用离群因子检测LOF方法对异常数据进行剔除;

步骤2:使用K折交叉法对数据进行划分,构建Stacking集成模型训练的数据集合;

步骤3:构建堆叠集成学习模型,并搭建基学习器和元学习器双层结构,将AST‑GRU和CNN‑RVFL作为基学习器,随机森林作为元学习器,把训练基学习器产生的元特征数据,输入到元学习器中进行学习;

步骤4:对堆优化算法HBO进行改进,采用singer混沌映射方法对种群进行初始化,引入维度学习的方法增强间接层的信息交互,得到IHBO算法;

步骤5:利用IHBO算法对步骤3中基学习器和元学习器的超参数进行优化,获得最优超参数,利用优化后的的堆叠集成学习模型对电池健康状态进行估计,得到锂电池健康状态的估计结果。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池健康状态估计方法,其特征在于,所述步骤1中采用离群因子检测LOF方法对采集到的原始数据进行处理,包括以下步骤:步骤1.1:计算每个数据点的第k距离邻域内各点的第k可达距离,其公式为:reach_distk(o,p)=max{dk(o),d(o,p)}    (1)其中,dk(o)为领域点o的第k距离,d(o,p)为邻域点o到点p的距离;

步骤1.2:计算每个点的局部第k局部可达密度,其公式为:

其中,Nk(p)为p点的第K距离邻域;

步骤1.3:计算每个数据点的第k局部离群因子:

步骤1.4:根据步骤1.3中计算得到的每个数据点的局部离群因子LOFk(p),对最大的n个局部离群因子所述的数据点进行判断,如果数据点的LOFk(p)远大于1,表明该数据点跟其它数据点疏远,为一个异常点,并将异常点剔除。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池健康状态估计方法,其特征在于,所述步骤2中采用K折交叉法对数据进行划分,构建Stacking集成模型训练的数据集合,包括以下步骤:步骤2.1:利用步骤1处理后的数据,建立电池健康状态数据集,并按照7:3的比例划分为训练集和测试集;

步骤2.2:将训练集均分为k份互斥的子数据集{train_1,train_2,…,train_k};

步骤2.3:将第i份子数据集train_i作为验证集,剩余k‑1个子数据集作为新训练集Ntrain_i。

4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池健康状态估计方法,其特征在于,所述步骤3中构建堆叠集成学习模型,搭建基学习器和元学习器双层结构,包括以下步骤:步骤3.1:使用步骤2.3中处理好的Ntrain_i对基学习器层的两个模型AST‑GRU和CNN‑RVFL进行训练,将train_i作为验证集输入到经过Ntrain_i训练好的模型中得到估计结果Pi,将步骤2.1中的测试集输入到Ntrain_i训练好的模型得到估计结果Yi;

步骤3.2:重复步骤3.1,直到i>k结束此操作,得到每个基学习器层模型对验证集的结果{P1,P2,…,Pk}和对测试集的结果{Y1,Y2,…,Yk},将两个基学习器层模型对测试集的结果{Y1,Y2,…,Yk}进行加权平均分别生成集合T1和T2;

步骤3.3:将步骤3.2中得到的{P1,P2,…,Pk}合并成为元学习器的训练集Xtrain,此时Xtrain为一个包含两个特征值的集合,将{T1,T2}组合成集合Xtest输入到训练好的元学习器中得到预测值。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池健康状态估计方法,其特征在于,所述步骤4中对堆优化算法HBO进行改进,包括以下步骤:步骤4.1:设置HBO算法的种群大小和迭代次数,以及搜索空间的上下限;

步骤4.2:采用singer混沌映射策略初始化算法的种群位置,改进后的公式如下所示:

2 3 4

Wh+1=φ(7.86Wh‑23.31Wh+28.75Wh‑13.302875Wh),φ∈(0.9,1.08)    (4)步骤4.3:HBO算法的在进行堆更新时,位置更新公式如下所示:其中,z是当前迭代次数,h是一个解向量的第h个分量,E是当前个体的直接领导,n1,n2,n3被定义为:步骤4.4:在维度学习的搜索策略中,首先通过常规的堆优化搜索策略,将计算出的个体位置作为候选位置WHBO(h+1),建立个体的当前位置的邻域Ni(t),其公式如下:Ni(t)={Wj(h)|Li(Wi(h),Wj(h))≤Si(h),Wj(h)∈Pop}    (7)其中,Li为Wi(h)到Wj(h)的欧氏距离,Si(t)为个体当前位置与WHBO(h+1)之间的欧式距离;

步骤4.5:利用维度学习搜索策略计算出维度学习位置WDL(h+1),公式如下所示:WDL,d(h+1)=Wi,d(h)+rand×(Wn,d(h)‑Wr,d(h))    (8)其中,Wi,d(h)是步骤4.4得到的邻域Ni(t)中的随机个体位置,Wr,d(h)是个体矩阵内随机个体位置;

步骤4.6:通过加入维度学习的搜索策略,对堆优化算法位置更新进行改进,改进后的位置更新公式如下:

6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池健康状态估计方法,其特征在于,所述步骤5中对利用IHBO算法对步骤3中构建的基学习器和元学习器的超参数进行优化,包括以下步骤:步骤5.1:初始化堆优化算法的相关参数,包括个体种群、维度、最大迭代次数、搜索空间的上下限和当前迭代次数;

步骤5.2:计算经过堆叠集成学习模型训练的预测值Ypi和样本实际值Ovi间的均方根误差,将其作为堆优化算法中每个个体的适应度值Fit:步骤5.3:根据随机数n确定个体更新策略,并计算出每个个体位置,利用公式(5)计算出个体的适应度值,并对其进行排序;

步骤5.4:利用维度学习策略重新对个体位置进行计算,使用公式(6)计算个体适应位置,将其与步骤5.3得到的个体适应度值进行比较,选出最优适应度值对应的最优位置;

步骤5.5:判断是否达到最大迭代次数,若达到,则输出最优解,并从中提取出基学习器和元学习器的超参数,否则返回步骤5.2;

步骤5.6:将元特征数据输入到优化后的堆叠集成模型中进行估计,得到最终的锂电池健康状态估计结果。