一種基于無(wú)跡粒子濾波的鋰離子電池壽命預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于裡離子電池故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于無(wú)跡粒 子濾波的裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裡離子電池作為新型蓄電池具有較大的應(yīng)用前景，特別是在膽能的電性能W及可 靠性要求較高的場(chǎng)合，例如低地球軌道、地球同步軌道、空間站等宇航設(shè)備具有巨大的發(fā)展 前景。
[0003] 蓄電池的剩余使用壽命也稱為循環(huán)壽命，是指在一定的充放電制度下，容量下降 到規(guī)定值前電池所經(jīng)受的充放電循環(huán)次數(shù)。對(duì)于裡離子電池的許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，裡離子電池 在完全充電狀態(tài)下，實(shí)際容量下降至額定容量的70%-80%時(shí)視為失效。壽命預(yù)測(cè)是實(shí)現(xiàn)裡 離子電池健康管理的一個(gè)關(guān)鍵因素，健康管理根據(jù)壽命預(yù)測(cè)制定維護(hù)計(jì)劃、備件供應(yīng)計(jì)劃 等。為了防止由裡離子電池引起的嚴(yán)重故障的發(fā)生，裡離子電池的健康管理技術(shù)受到越來(lái) 越多的重視。裡離子電池的壽命預(yù)測(cè)是電池管理的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的 W粒子濾波(PF)為基礎(chǔ)的壽命預(yù)測(cè)的方法在實(shí)際應(yīng)用中存在一定局限性，具體地:在標(biāo)準(zhǔn) 的粒子濾波算法中，一般取先驗(yàn)分布為建議分布，運(yùn)種方法沒(méi)有考慮到最新量測(cè)信息，當(dāng)系 統(tǒng)模型不準(zhǔn)確或量測(cè)噪聲突然變化時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果不能有效的表示真實(shí)值。另外，裡離子電池 內(nèi)部復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程難W表征，結(jié)合電池的整個(gè)壽命退化過(guò)程和退化數(shù)據(jù)特點(diǎn)的電 池容量衰減模型較難建立，給壽命預(yù)測(cè)帶來(lái)了一定的困難，由此導(dǎo)致裡離子電池壽命的估 計(jì)不精確，未能真實(shí)地反映電池壽命的規(guī)律，從而為未來(lái)所使用裡離子電池的故障預(yù)測(cè)與 健康管理帶來(lái)了很多困難。因此，需要一種基于無(wú)跡粒子濾波的裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法， W解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于無(wú)跡粒子濾波的裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法，利 用改進(jìn)的無(wú)跡粒子濾波算法(υιψ)，提高壽命預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)施方案為：
[0006] -種基于無(wú)跡粒子濾波的裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟一，將雙指數(shù)容量衰減模型作為裡離子電池容量退化模型，并進(jìn)一步獲得裡 離子電池容量的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和量測(cè)方程；
[000引雙指數(shù)容量衰減模型：Qk=a·e邱(b·k)+c·e邱（d·k)
[0009] 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：
[0010]量現(xiàn)Ij方程：Qk=ak·exp(bk·k)+ck·e邱（dk·k)+vV~N(0,〇v)
[oow其中，ak、bk、ck和dk為裡離子電池第k次充放電循環(huán)周期所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量，k取自 然數(shù)，Qk表示第k次充放電循環(huán)周期時(shí)電池的實(shí)際容量值，Wa、Wb、Wc和Wd為過(guò)程噪聲，Wa、Wb、W。 和wd均服從N(0，σa)、N(0，σb)、N(0，σ。)和N(0，σd)的正態(tài)分布，v為測(cè)量噪聲，v服從于N(0，σv) 的正態(tài)分布；
[0012] 步驟二，根據(jù)其他電池已知的壽命衰減數(shù)據(jù)，獲得雙指數(shù)容量衰減模型的狀態(tài)變 量初值曰日、13日、(3日、(1日的分布；
[0013] 步驟Ξ，針對(duì)所需預(yù)測(cè)壽命的待測(cè)電池，確定其對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)起始點(diǎn)k，其中k表示待 測(cè)電池已進(jìn)行的充放電次數(shù)；
[0014] 步驟四，利用無(wú)跡粒子濾波方法對(duì)已進(jìn)行充放電的k次待測(cè)電池容量數(shù)據(jù)進(jìn)行狀 態(tài)跟蹤，更新容量衰減模型中的狀態(tài)變量，獲得第k次充放電后對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量ak、bk、ck、 dk;
[001引步驟五，利用狀態(tài)變量日1^心、0^、(11^，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和量現(xiàn)巧程預(yù)測(cè)第4次充放 電W后，每次充放電所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量及電池容量；
[0016] 步驟六，W待測(cè)電池充放電次數(shù)為橫坐標(biāo)，W待測(cè)電池容量為縱坐標(biāo)，建立容量預(yù) 測(cè)曲線；
[0017] 步驟屯，根據(jù)設(shè)定的待測(cè)電池容量闊值，從所述容量預(yù)測(cè)曲線中確定待測(cè)電池的 充電次數(shù)，即待測(cè)電池的壽命。
[0018] 進(jìn)一步地，本發(fā)明還可利用待測(cè)電池實(shí)際使用的容量曲線與容量預(yù)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì) 比，分析容量預(yù)測(cè)曲線的平均絕對(duì)誤差(MAE)、均方根誤差(RMSE)，W及電池壽命預(yù)測(cè)的誤 差(RUL_Error)，其可用于評(píng)價(jià)該方法的可靠性。
[0019] 有益效果：
[0020] (1)本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)粒子濾波預(yù)測(cè)過(guò)程中存在的粒子退化和貧化的問(wèn)題，運(yùn)用了 最新的量測(cè)信息更新?tīng)顟B(tài)后驗(yàn)概率密度分布，能更準(zhǔn)確地估計(jì)裡離子電池的剩余壽命。
[0021] (3)由于本發(fā)明解決了標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波方法中存在的建議分布粒子經(jīng)常集中于后驗(yàn) 概率分布尾部容易出現(xiàn)較高權(quán)值方差的問(wèn)題，因此有效提高了裡離子電池壽命預(yù)測(cè)的精度 和效率。
[0022] (4)本發(fā)明提出了一種雙指數(shù)容量衰減模型，能夠較好地模擬裡離子電池壽命退 化的過(guò)程，且具有構(gòu)建容易、擬合優(yōu)度高等特點(diǎn)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。該發(fā)明工程實(shí)用價(jià) 值高，對(duì)提高裡離子電池故障預(yù)測(cè)與健康管理水平具有較為重要的意義。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明的基于無(wú)跡粒子濾波的裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法的流程圖；
[0024] 圖2為圖1所示裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法中的基于UPF算法的模型參數(shù)預(yù)測(cè)流程 圖；
[0025] 圖3為圖1所示裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法中的某電池在Τ= 50切cle時(shí)的壽命預(yù)測(cè) 結(jié)果圖；
[00%] 圖4為圖1所示裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法中的某電池在Τ= 60切cle時(shí)的壽命預(yù)測(cè) 結(jié)果圖；
[0027] 圖5為圖1所示裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法中的某電池在Τ= 70切cle時(shí)的壽命預(yù)測(cè) 結(jié)果圖；
[0028] 圖6為圖1所示裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法中的某電池在Τ= 80切cle時(shí)的壽命預(yù)測(cè) 結(jié)果圖；
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030]本發(fā)明提供了一種基于無(wú)跡粒子濾波的裡離子電池壽命預(yù)測(cè)方法，為更進(jìn)一步闡 述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，W下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明如后。
[0031] 如圖1所示，步驟一，將雙指數(shù)容量衰減模型作為裡離子電池容量退化模型，利用 上述雙指數(shù)容量衰減模型來(lái)描述裡離子電池的狀態(tài)空間，并進(jìn)一步獲得裡離子電池容量的 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和量測(cè)方程；
[0032] 雙指數(shù)容量衰減模型：Qk=a·e邱(b·k)+c·e邱（d·k);
[0033] 狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程；
[0034] 量測(cè)方程：Qk=￡ik·exp(bk·k)+ck·e邱（dk·k)+vV~N(0,〇v);
[0035] 其中，ak、bk、ck和dk為裡離子電池第k次充放電循環(huán)周期所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量，k取自 然數(shù)，Qk表示第k次充放電循環(huán)周期時(shí)電池的實(shí)際容量值，Wa、Wb、Wc和Wd分別為過(guò)程噪聲，機(jī)、 wb、wc和wd均服從N(0,Oa)、N(0,Ob)、N(0,Oc)和N(0,Od)的正態(tài)分布，v為測(cè)量噪聲，v服從于N (0,Ον)的正