【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于電池剩余壽命預(yù)測(cè)，涉及一種基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，尤其是基于電池eis特征的dae-transformer模型預(yù)測(cè)變電站電池rul方法。
技術(shù)介紹
1、隨著可再生能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的快速發(fā)展，鋰離子電池的廣泛應(yīng)用使得對(duì)電池健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與管理變得尤為重要。電池的剩余使用壽命(rul)是評(píng)估電池性能和制定維護(hù)策略的關(guān)鍵指標(biāo)。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)rul可以幫助優(yōu)化電池管理系統(tǒng)(bms)，提升電池使用效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。
2、電化學(xué)阻抗譜(eis)作為一種有效的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，能夠提供電池內(nèi)部狀態(tài)的深層次信息。通過(guò)對(duì)eis數(shù)據(jù)的分析，可以揭示電池的電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和老化機(jī)制，從而為rul預(yù)測(cè)提供可靠的特征基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)的基于模型的rul預(yù)測(cè)方法往往依賴于復(fù)雜的電池物理模型，難以處理非線性特性和多變的環(huán)境因素，且模型參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)常常面臨挑戰(zhàn)。
3、近年來(lái)，深度學(xué)習(xí)方法在時(shí)間序列預(yù)測(cè)領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)越的性能。去噪自編碼器(dae)作為一種無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)模型，能夠有效地從噪聲數(shù)據(jù)中提取特征，提升數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。結(jié)合transformer模型的自注意力機(jī)制，可以進(jìn)一步捕獲eis數(shù)據(jù)中的長(zhǎng)時(shí)依賴性，從而提高rul預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是針對(duì)傳統(tǒng)基于模型的rul預(yù)測(cè)方法的不足之處，提供一種基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，本方法通過(guò)dae對(duì)eis數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和特征提取，利用transformer模型進(jìn)
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、一種基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
4、步驟1，采集電池eis數(shù)據(jù)；
5、步驟2，對(duì)采集的eis數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及歸一化；
6、步驟3，利用去噪自編碼器(dae)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)去噪、提取特征，所述輸入數(shù)據(jù)為經(jīng)過(guò)步驟2處理后的數(shù)據(jù)；
7、步驟4，將去噪自編碼器提取的特征輸入到transformer模型中，通過(guò)多頭自注意力機(jī)制捕獲輸入序列的長(zhǎng)時(shí)依賴性，訓(xùn)練模型；
8、步驟5，對(duì)步驟4訓(xùn)練后的儲(chǔ)能電池rul預(yù)測(cè)模型進(jìn)行誤差評(píng)估，當(dāng)電池rul預(yù)測(cè)模型誤差小于預(yù)設(shè)值時(shí)，結(jié)束預(yù)測(cè)；否則，返回至上述步驟3進(jìn)行優(yōu)化，重復(fù)進(jìn)行步驟4～步驟5，直至預(yù)測(cè)模型通過(guò)評(píng)估。
9、進(jìn)一步的，在步驟1中進(jìn)行電池eis數(shù)據(jù)采集的具體方法為：利用電化學(xué)工作站進(jìn)行電池的電化學(xué)阻抗譜(eis)測(cè)試，通過(guò)頻率范圍、頻率分辨率、電壓范圍和電流范圍等信息來(lái)采集數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包括溶液電阻、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴(kuò)散阻抗或阻抗、雙電層電容、擴(kuò)散電化學(xué)阻抗和電池的相角等參數(shù)，這些參數(shù)可以通過(guò)對(duì)eis進(jìn)行等效電路模型擬合得到，用于評(píng)估電池的性能和健康狀態(tài)。
10、進(jìn)一步的，在步驟2中，對(duì)采集的eis數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及歸一化的具體過(guò)程為：
11、步驟2-1，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，并將數(shù)據(jù)劃分為訓(xùn)練集和測(cè)試集；
12、步驟2-2，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理及歸一化，采用最小-最大標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換，將結(jié)果值映射到[0,1]之間；其中，樣本數(shù)據(jù)為eis數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換表達(dá)式為：
13、x′＝(x-xmin)/(xmax-xmin)
14、上式中，x為樣本數(shù)據(jù)的實(shí)際值，x′為樣本數(shù)據(jù)的歸一化后的值，xmin為樣本數(shù)據(jù)集中的最小值，xmax為樣本數(shù)據(jù)集中的最大值。
15、進(jìn)一步的，在步驟3中，所述重構(gòu)去噪、提取特征的方法為：
16、步驟3-1，去噪自編碼器在對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮前，向輸入數(shù)據(jù)中加入高斯白噪聲使其變成輸入向量，目的是為了增加模型的魯棒性和非線性表達(dá)能力；
17、步驟3-2，去噪自編碼器將上述輸入向量壓縮成低維的中間向量；
18、步驟3-3，解碼器進(jìn)行信息重構(gòu)，將所述攜帶原始數(shù)據(jù)信息的中間向量映射成與輸入數(shù)據(jù)尺寸相同的輸出向量。
19、進(jìn)一步的，在步驟3中，為了增加網(wǎng)絡(luò)的稀疏性，緩解過(guò)擬合現(xiàn)象的出現(xiàn)，將relu函數(shù)作為編碼器和解碼器中隱藏層的激活函數(shù)；為了有效的將輸出數(shù)據(jù)映射到有效的值域內(nèi)，將sigmoid函數(shù)作為輸出層的激活函數(shù)；
20、去噪自編碼器(dae)部分的損失函數(shù)定義為：
21、
22、式中，n為樣本數(shù)量，l(～)為損失的激活函數(shù)，為重構(gòu)誤差，由于dae模型結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，通過(guò)將編碼矩陣w′和解碼矩陣w的權(quán)重λ進(jìn)行綁定，減少模型的訓(xùn)練時(shí)間。
23、進(jìn)一步的，在步驟4訓(xùn)練模型時(shí)，通過(guò)transformer模型對(duì)輸入特征進(jìn)行非線性變換和特征映射，以生成包含豐富時(shí)序信息的新特征表示，最后由線性層進(jìn)行特征映射得到預(yù)測(cè)序列結(jié)果；具體過(guò)程包括：
24、步驟4-1，transformer編碼器從重構(gòu)數(shù)據(jù)中提取退化特征，所述transformer編碼器具有多頭自注意力層和前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層；
25、步驟4-2，使用不同頻率的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)在序列中注入相對(duì)位置標(biāo)記，以充分利用序列的位置信息，表達(dá)式如下：
26、pe(t,2k)＝sin(t/100002k/s)
27、pe(t,2k+1)＝cos(t/100002k/s)
28、式中，pe表示位置編碼矩陣；s表示transformer模型中每個(gè)位置向量的維度；t表示位置編碼的位置；k是0～(s/2-1)之間的整數(shù)值，表示編碼向量的維度索引；
29、所述序列為輸入transforme模型的數(shù)據(jù)序列，即經(jīng)過(guò)處理及降噪后的數(shù)據(jù)。
30、進(jìn)一步的，所述transformer模型的前饋網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)線性變換層和一個(gè)激活函數(shù)組成，其中第一個(gè)全連接層的激活函數(shù)為relu激活函數(shù)。可以表示為：
31、ffn(x)＝relu(xw1+b1)w2+b2
32、式中，w1、w2為分別為兩個(gè)線性層的權(quán)重；b1、b2為兩個(gè)線性層的偏置。
33、進(jìn)一步的，步驟5中，為了預(yù)測(cè)電池剩余壽命，使用全連接層來(lái)映射最后一個(gè)transformer單元得到最終的預(yù)測(cè)結(jié)果，公式如下：
34、
35、其中wp表示預(yù)測(cè)層的權(quán)重，bp表示預(yù)測(cè)層的偏差，hh表示預(yù)測(cè)層的輸入，f(·)表示預(yù)測(cè)層的映射函數(shù)。
36、本專利技術(shù)還提供一種基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：
37、電池eis數(shù)據(jù)采集模塊，用于進(jìn)行電池eis數(shù)據(jù)采集；
38、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于對(duì)電池eis數(shù)據(jù)采集模塊送入的電池eis數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和歸一化；
39、數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)去噪和特征提取；
40、模型訓(xùn)練模塊，用于利用tr本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟1中進(jìn)行電池EIS數(shù)據(jù)采集的具體方法為：利用電化學(xué)工作站進(jìn)行電池的電化學(xué)阻抗譜EIS測(cè)試，通過(guò)頻率范圍、頻率分辨率、電壓范圍和電流范圍信息來(lái)采集數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包括溶液電阻、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴(kuò)散阻抗或阻抗、雙電層電容、擴(kuò)散電化學(xué)阻抗和電池的相角參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟2中，對(duì)采集的EIS數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及歸一化的具體過(guò)程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟3中，所述重構(gòu)去噪、提取特征的方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟3中，為了增加網(wǎng)絡(luò)的稀疏性，緩解過(guò)擬合現(xiàn)象的出現(xiàn)，將ReLU函數(shù)作為編碼器和解碼器中隱藏層的激活函數(shù)；為了有效的
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟4訓(xùn)練模型時(shí)，通過(guò)Transformer模型對(duì)輸入特征進(jìn)行非線性變換和特征映射，以生成包含豐富時(shí)序信息的新特征表示，最后由線性層進(jìn)行特征映射得到預(yù)測(cè)序列結(jié)果；具體過(guò)程包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述Transformer模型的前饋網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)線性變換層和一個(gè)激活函數(shù)組成，其中第一個(gè)全連接層的激活函數(shù)為ReLU激活函數(shù)；表示為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，步驟5中，為了預(yù)測(cè)電池剩余壽命，使用全連接層來(lái)映射最后一個(gè)Transformer單元得到最終的預(yù)測(cè)結(jié)果，公式如下：
9.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述方法的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：
10.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，其特征在于，包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器、和處理器或處理單元，所述系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，處理器或處理單元執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法。
11.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括存儲(chǔ)的程序，其中，在所述程序運(yùn)行時(shí)控制所述存儲(chǔ)介質(zhì)所在設(shè)備執(zhí)行權(quán)利要求1～8中任一項(xiàng)所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟1中進(jìn)行電池eis數(shù)據(jù)采集的具體方法為：利用電化學(xué)工作站進(jìn)行電池的電化學(xué)阻抗譜eis測(cè)試，通過(guò)頻率范圍、頻率分辨率、電壓范圍和電流范圍信息來(lái)采集數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)包括溶液電阻、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴(kuò)散阻抗或阻抗、雙電層電容、擴(kuò)散電化學(xué)阻抗和電池的相角參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟2中，對(duì)采集的eis數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理及歸一化的具體過(guò)程為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟3中，所述重構(gòu)去噪、提取特征的方法為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟3中，為了增加網(wǎng)絡(luò)的稀疏性，緩解過(guò)擬合現(xiàn)象的出現(xiàn)，將relu函數(shù)作為編碼器和解碼器中隱藏層的激活函數(shù)；為了有效的將輸出數(shù)據(jù)映射到有效的值域內(nèi)，將sigmoid函數(shù)作為輸出層的激活函數(shù)；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電化學(xué)阻抗譜特征的變電站電池剩余使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟4訓(xùn)練模型時(shí)，通過(guò)transformer模型對(duì)輸入特...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葛蕾，楊正和，龐吉年，張冰清，馬秀紅，王當(dāng)邦，丁書音，朱建威，吳明希，徐成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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