本發(fā)明涉及一種基于遷移學(xué)習(xí)的鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估建模方法，屬于鋰離子電池故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)(phm)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是典型的二次能源，可多次充放使用，在工業(yè)及社會(huì)各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。鋰離子電池研發(fā)過程中，為充分提高產(chǎn)品性能指標(biāo)，需持續(xù)開展各類型的研制試驗(yàn)、循環(huán)充放電試驗(yàn)和加速壽命試驗(yàn)，產(chǎn)品研發(fā)部門積累了大量的試驗(yàn)和使用數(shù)據(jù)，覆蓋了電池的壽命周期。但目前電池的健康狀態(tài)分級(jí)多是通過循環(huán)圈數(shù)、使用年限等進(jìn)行粗略判定，多源數(shù)據(jù)并未得到充分的挖掘利用，難以對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)健康等級(jí)進(jìn)行判定，進(jìn)而支撐使用決策。在多源數(shù)據(jù)背景下，如何挖掘鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)多階段、多類型性能數(shù)據(jù)，建立壽命周期數(shù)據(jù)與狀態(tài)標(biāo)簽之間的映射關(guān)系，并將模型從研制試驗(yàn)的高倍率充放電、高應(yīng)力工況遷移至實(shí)際使用工況中，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)所處健康狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，輔助裝備使用部門對(duì)能源系統(tǒng)的使用以及維修決策，成為當(dāng)前鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)研制和裝備運(yùn)行部門亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于遷移學(xué)習(xí)的鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估建模方法，按照“模型參數(shù)遷移+微調(diào)”的思路，充分融合鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在各類型試驗(yàn)中積累的壽命周期數(shù)據(jù)，解決其在使用過程中對(duì)健康狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估的難題。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于遷移學(xué)習(xí)的鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估建模方法，包括：

3、確定鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)存在變化趨勢(shì)的性能參數(shù)；

4、每次放電周期完成后，以鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電容量作為健康狀態(tài)參數(shù)，劃分為四個(gè)層級(jí)，并對(duì)每個(gè)層級(jí)設(shè)置對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽；

5、獲取鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)研制和試驗(yàn)階段的性能參數(shù)數(shù)據(jù)和標(biāo)簽數(shù)據(jù)，按時(shí)序進(jìn)行排序，構(gòu)建源域數(shù)據(jù)集fs，包括輸入集xs和輸出集ys；

6、使用源域數(shù)據(jù)集fs對(duì)采用堆疊自編碼器算法建立的六種性能參數(shù)與狀態(tài)標(biāo)簽之間的映射關(guān)系模型進(jìn)行訓(xùn)練，獲得面向源域fs的模型參數(shù)集

7、構(gòu)建目標(biāo)域數(shù)據(jù)集ft，并將其分為目標(biāo)域正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集和目標(biāo)域異常狀態(tài)數(shù)據(jù)集，使用目標(biāo)域正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集對(duì)模型參數(shù)集進(jìn)行優(yōu)化，獲得面向目標(biāo)域ft的模型參數(shù)集接著使用目標(biāo)域異常狀態(tài)數(shù)據(jù)集對(duì)模型參數(shù)集進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證映射關(guān)系模型精度；

8、完成驗(yàn)證后的映射關(guān)系模型為鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估模型，能夠?qū)︿囯x子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)估。

9、優(yōu)選的，性能參數(shù)包括直接測(cè)量值和間接測(cè)量值，具體的：

10、直接測(cè)量值包括：電池內(nèi)部溫度、充放電內(nèi)阻、單體電池最大壓差；

11、間接測(cè)量值包括：放電中值電壓、恒流充電時(shí)間、恒壓充電電壓值；

12、直接測(cè)量值實(shí)時(shí)記錄一個(gè)放電周期內(nèi)的最大值作為數(shù)據(jù)樣本，放電容量和間接測(cè)量值在一個(gè)放電周期完成后直接進(jìn)行記錄。

13、優(yōu)選的，將放電容量劃分為四個(gè)層級(jí)，具體定義為：

14、放電容量低于85％為“異?！保O(shè)置標(biāo)簽為“3”；

15、放電容量處于85％至90％為“加速衰退”，設(shè)置標(biāo)簽為“2”；

16、放電容量處于90％至95％為“衰退”，設(shè)置標(biāo)簽為“1”；

17、放電容量大于等于95％定義為良好，設(shè)置標(biāo)簽為“0”。

18、優(yōu)選的，源域數(shù)據(jù)集fs的構(gòu)建過程如下：

19、構(gòu)建源域數(shù)據(jù)集fs的輸入集xs時(shí)：獲取鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有衰退特征的不同時(shí)刻下的六種性能參數(shù)，分別為：電池內(nèi)部溫度x1、充放電內(nèi)阻x2、單體電池最大壓差x3、放電中值電壓x4、恒流充電時(shí)間x5、恒壓充電電壓值x6；以矩陣形式表示輸入集xs：

20、

21、其中，k為放電周期，t表示第一個(gè)放電周期中記錄該參數(shù)的時(shí)刻；

22、構(gòu)建源域數(shù)據(jù)集fs的輸出集ys時(shí)：在鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)研制試驗(yàn)過程中，依據(jù)每次放電容量，設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)簽；以矩陣形式表示輸出集ys：

23、

24、其中，z1、z2、z3、z4置對(duì)應(yīng)四種放電容量所在范圍對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽：當(dāng)電池放電容量為標(biāo)簽“0”時(shí)，z1置1，z2、z3、z4置0；同理，電池放電容量的標(biāo)簽分別為“1”、“2”、“3”時(shí)，z2、z3、z4分別置1，其余置0。

25、優(yōu)選的，使用源域數(shù)據(jù)集fs對(duì)采用堆疊自編碼器算法建立的六個(gè)性能參數(shù)與狀態(tài)標(biāo)簽之間的映射關(guān)系模型進(jìn)行訓(xùn)練，包括如下步驟：

26、s5-1對(duì)源域數(shù)據(jù)集fs輸入集xs的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使樣本數(shù)據(jù)的取值范圍在[0,1]之間；

27、s5-2利用歸一化后的輸入集xs對(duì)性能參數(shù)與狀態(tài)標(biāo)簽之間的映射關(guān)系模型通過前向無監(jiān)督學(xué)習(xí)和后向有監(jiān)督微調(diào)兩個(gè)過程進(jìn)行訓(xùn)練，獲得面向源域fs的模型參數(shù)集模型參數(shù)集包括堆疊自編碼器的權(quán)值和偏置。

28、優(yōu)選的，在前向無監(jiān)督學(xué)習(xí)中，使用堆疊自編碼器網(wǎng)絡(luò)獲得輸入集xs的重構(gòu)值z(mì)，以輸入集xs和重構(gòu)值z(mì)之間的均方誤差作為目標(biāo)函數(shù)j，以j取最小值為目標(biāo)逐層訓(xùn)練，求取權(quán)值和偏置的最優(yōu)值，記為模型參數(shù)集為θs；其中目標(biāo)函數(shù)j具體為：

29、

30、其中，k為放電周期，zi為通過自堆疊編碼器獲得的性能參數(shù)重構(gòu)值，xi為輸入集中的性能參數(shù)。

31、優(yōu)選的，使用后向傳播算法進(jìn)行后向有監(jiān)督微調(diào)，具體為：

32、使用前向無監(jiān)督學(xué)習(xí)過程中堆疊自編碼器輸出的狀態(tài)分類結(jié)果和源域輸出集ys對(duì)應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)簽y建立最小化代價(jià)函數(shù)jb：

33、

34、通過最小化代價(jià)函數(shù)jb來優(yōu)化更新模型參數(shù)集θs中的權(quán)值和偏置，規(guī)則如下：

35、

36、其中，l為堆疊自編碼器堆疊層數(shù)，表示模型參數(shù)集θs中第n層堆疊自編碼器中，第i個(gè)輸入層神經(jīng)元與第j個(gè)隱含層神經(jīng)元間的權(quán)值；表示模型參數(shù)集θs中第n層堆疊自編碼器中，第i個(gè)輸入層神經(jīng)元的偏置量，α為學(xué)習(xí)率；

37、完成后向有監(jiān)督微調(diào)后，獲得面向源域fs的模型參數(shù)集

38、優(yōu)選的，依據(jù)構(gòu)建源域fs的數(shù)據(jù)集的方法構(gòu)建目標(biāo)域數(shù)據(jù)集ft，在將其分為目標(biāo)域正常狀態(tài)數(shù)據(jù)集和目標(biāo)域異常狀態(tài)數(shù)據(jù)集時(shí)，以電池容量對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)簽進(jìn)行劃分：

39、以放電容量的標(biāo)簽為“0”、“1”對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)作為目標(biāo)域正常狀態(tài)輸入集；

40、以放電容量的標(biāo)簽為“2”、“3”對(duì)應(yīng)的性能參數(shù)作為目標(biāo)域異常狀態(tài)輸入集。

41、第二方面，提供一種終端設(shè)備，包括：

42、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)至少一個(gè)處理器所執(zhí)行的指令；

43、處理器，用于執(zhí)行存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的指令，實(shí)現(xiàn)上述基于遷移學(xué)習(xí)的鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估建模方法。

44、第三方面，提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)指令在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述基于遷移學(xué)習(xí)的鋰離子電池健康狀態(tài)評(píng)估建模方法。

45、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

46、(1)本發(fā)明創(chuàng)新提出了通過鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)融合研制和試驗(yàn)中高倍率、大應(yīng)力條件下的壽命周期數(shù)據(jù)，并依據(jù)放電容量劃分電池的健康、退化、加速退化和異常狀態(tài)，并采用堆疊自編碼器刻畫性能參數(shù)與健康狀態(tài)之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了從電池內(nèi)部溫度、充放電內(nèi)阻、單體電池最大壓差、放電中值電壓、恒流充電時(shí)間、恒壓充電電壓值性能參數(shù)到健康狀態(tài)的準(zhǔn)確描述；

47、(2)本發(fā)明創(chuàng)新提出了將鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)研制和試驗(yàn)過程中訓(xùn)練獲得的模型參數(shù)遷移至實(shí)際運(yùn)行過程中，并結(jié)合實(shí)際使用過程中低倍率、常規(guī)應(yīng)力的特點(diǎn)，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行遷移學(xué)習(xí)，微調(diào)模型參數(shù)，提高模型的泛化能力，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品研制過程知識(shí)積累到運(yùn)行的模型遷移。