一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Box‑Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，该方法包括以下步骤：S1、首先在电池历史容量数据库中提取电池的历史容量数据；S2、对步骤S1中提取的电池历史容量数据进行线性化处理；S3、通过极大似然估计法对步骤S2中的参数λ进行求解；S4、通过最小二乘法求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数；S5、判断当前的电池容量是否在帚颈之前。本发明专利技术通过加入电池的扫帚效应，使用多次Box‑cox变化结合最大似然估计法和最小二乘法拟合预测电池衰减效果，不仅改善了电池剩余寿命的预测精度和收敛能力，且免于做大量的电池离线老化实验，提高了实际的应用性和方便性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法
本专利技术涉及储能电池剩余寿命预测方法
，具体为一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法。
技术介绍
电池的剩余寿命是指在一定的充放电情况下，电池的最大可用容量衰减退化到某一规定的失效阈值所需要经历的循环寿命的循环周期数量。电池剩余寿命的预测是一个基于电池历史数据运用到一定的数学手段对其残余寿命进行预测计算的过程。目前，电池剩余寿命预测的方法主要分为：1、经验预测法(包括单指数模型，双指数模型，线性模型，多项式模型，Verhulst模型等)；2、滤波预测法(包括：卡尔曼滤波，扩展卡尔曼滤波，无迹卡尔曼滤波，粒子滤波，无迹例子滤波等)。其中经验预测法，虽然具有良好的在线运算能力，但是预测性太差，难以满足电池的实际使用需求；而滤波预测法，虽然可以改善经验预测法的精度和收敛性，但是又增加了算法对模型的依赖性，以及复杂的数据计算。但在目前现有的技术手段中，对于上述两种方法的缺点尚未有一种有效的技术方法，可以有效地改善电池剩余寿命的预测精度和收敛能力，因此本专利技术提供一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，该方法包括以下步骤：S1、首先在电池历史容量数据库中提取电池的历史容量数据；S2、对步骤S1中提取的电池历史容量数据进行线性化处理；S3、通过极大似然估计法对步骤S2中的参数λ进行求解；S4、通过最小二乘法求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数；S5、判断当前的电池容量是否在帚颈之前；S6、如果是，则求解电池剩余寿命；如果不是，则重复步骤S1-S5。进一步的，在步骤S2中，利用以下公式对电池的历史容量数据进行Box-Cox线性化处理：其中：为经过Box-Cox变换后的历史容量观测值，λ为Box-Cox变换系数，Cmax为经过Box-Cox变换前的历史容量观测值。进一步的，在步骤S3中，利用以下公式对参数λ进行求解：其中：L(λ)为对数自然函数，n为电池历史容量观测值的样本数，C为电池历史容量观测向量，K为电池历史容量所对应的循环次数向量，T为K向量的转置，B为参数，B＝(kTk)-1kTC。进一步的，通过步骤S1-S3的Box-Cox变换后，此时电池历史容量数据已经线性化了，则电池容量的衰减轨迹拟合方程为：其中a为拟合后电池容量衰减轨迹拟合方程的斜率，b为拟合后电池容量衰减轨迹拟合方程的偏差。进一步的，在步骤S4中，利用以下公式求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数：进一步的，通过最小二乘法得到拟合方程的两个参数a和b之后，从而可以求解出电池容量失效阈值所对应的循环次数n，即拟合方程为：进一步的，在步骤S5中，判断当前的电池容量是否在帚颈之前的方法为：(1)、通过多次小电流的对电池的初始化充放电，建立电池电压V和充放电容量的映射关系表；(2)、开始进行实际使用下的正常的电池工作的充放电，并记录每一次的电池电压和充电容量的映射关系表；(3)、设置一个电压差值的上限阈值λ，并实时的判断当前循环次数下的电压V2和上次的循环次数下的电压V1的电压差值ΔV值的大小：若λ＞ΔV，则继续查找另外一个ΔV；若λ≤ΔV，则记录下此时的电池容量，此容量即为电池的“帚颈”。进一步的，在步骤S6中，如果判断当前的电池容量在帚颈之前，则记录步骤S5的当前充放电环境条件下的电池容量失效阈值的循环次数n和此时的电池充放电循环次数nn，则电池的剩余寿命ns为：ns＝n-nn；如果判断当前的电池容量不是在帚颈之前，则对电池帚颈后面的性能衰减曲线，再使用一次BOX-c0X变化，过程重复S1-S5的步骤，然后记录此时当前充放电环境条件下的电池容量失效阈值的循环次数n和此时的电池充放电循环次数nn，则电池的剩余寿命nn为：ns＝n-nn。进一步的，在步骤(1)中，建立电池电压V和充放电容量的映射关系表的具体的方法为：首先：对电池进行小电流的充放电初始化，对每一节单体电池，有：①充电时：Uchar＝OCV+IR电池内阻；②放电时：Udis＝OCV-IR电池内阻；①中的公式+②中的公式得：OCV＝(Uchar+Udis)/2；其中OCV为开路电压，Uchar为充电电压，Udis为放电电压；然后：通过插针SOC-OCV表，得到电池初始的电池容量，实时的测量电池的充当电电流，使用安时积分法得到实时的电池容量，公式如下：最后：将不同电压下的对应的电池容量数值对应光系建立映射关系表。进一步的，在步骤(2)中，将每次得到的电池电压和充电容量的映射关系表的容量值对应的电压值V2与上次得到的电池电压和充电容量的映射关系表的容量值对应的电压值V1相减，可得到电压差值ΔV为：ΔV＝V2-V1。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：1、本专利技术通过加入电池的扫帚效应，使用多次Box-cox变化结合最大似然估计法和最小二乘法拟合预测电池衰减效果，不仅改善了电池剩余寿命的预测精度和收敛能力，而且免于做大量的电池离线老化实验，提高了实际的应用性和方便性。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术整体的流程图；图2是本专利技术判断帚颈的放电扫帚效应示意图；图3是本专利技术判断帚颈的充电扫帚效应示意图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，本专利技术提供技术方案：一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，该方法包括以下步骤：S1、首先在电池历史容量数据库中提取电池的历史容量数据；S2、对步骤S1中提取的电池历史容量数据进行线性化处理；S3、通过极大似然估计法对步骤S2中的参数λ进行求解；S4、通过最小二乘法求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数；S5、判断当前的电池容量是否在帚颈之前；S6、如果是，则求解电池剩余寿命；如果不是，则重复步骤S1-S5。进一步的，在步骤S2中，利用以下公式对电池的历史容量数据进行Box-Cox线性化处理：其中：为经过Box-Cox变换后的历史容量观测值，λ为Box-Cox变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：/nS1、首先在电池历史容量数据库中提取电池的历史容量数据；/nS2、对步骤S1中提取的电池历史容量数据进行线性化处理；/nS3、通过极大似然估计法对步骤S2中的参数λ进行求解；/nS4、通过最小二乘法求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数；/nS5、判断当前的电池容量是否在帚颈之前；/nS6、如果是，则求解电池剩余寿命；如果不是，则重复步骤S1-S5。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1、首先在电池历史容量数据库中提取电池的历史容量数据；
S2、对步骤S1中提取的电池历史容量数据进行线性化处理；
S3、通过极大似然估计法对步骤S2中的参数λ进行求解；
S4、通过最小二乘法求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数；
S5、判断当前的电池容量是否在帚颈之前；
S6、如果是，则求解电池剩余寿命；如果不是，则重复步骤S1-S5。


2.根据权利要求1所述的一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：在步骤S2中，利用以下公式对电池的历史容量数据进行Box-Cox线性化处理：



其中：为经过Box-Cox变换后的历史容量观测值，λ为Box-Cox变换系数，Cmax为经过Box-Cox变换前的历史容量观测值。


3.根据权利要求1所述的一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：在步骤S3中，利用以下公式对参数λ进行求解：



其中：L(λ)为对数自然函数，n为电池历史容量观测值的样本数，C为电池历史容量观测向量，K为电池历史容量所对应的循环次数向量，T为K向量的转置，B为参数，B＝(kTk)-1kTC。


4.根据权利要求1所述的一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：通过步骤S1-S3的Box-Cox变换后，此时电池历史容量数据已经线性化了，则电池容量的衰减轨迹拟合方程为：
其中a为拟合后电池容量衰减轨迹拟合方程的斜率，b为拟合后电池容量衰减轨迹拟合方程的偏差。


5.根据权利要求4所述的一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：在步骤S4中，利用以下公式求解电池容量衰减轨迹拟合方程的参数：





6.根据权利要求5所述的一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：通过最小二乘法得到拟合方程的两个参数a和b之后，从而可以求解出电池容量失效阈值所对应的循环次数n，即拟合方程为：


7.根据权利要求1所述的一种基于Box-Cox变化的储能电池剩余寿命预测方法，其特征在于：在步骤S5中，判断当前的电池容量是否在帚...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚德华，王嘉兴，
申请(专利权)人：傲普上海新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31