1.基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、对目标电池进行特征选择,选择与电池容量退化相关的特征,包括恒流充电时间、恒压充电时间、等时间间隔的电压变化、充电电压斜率和等电压差时间间隔,随后进行特征提取;
S2、对提取的特征中的等时间间隔的电压变化、充电电压斜率和等电压差时间间隔分别进行细化,形成若干个特征的集合;
S3、检测并筛选特征中的异常值,随后采用递归特征消除RFE结合交叉验证的方法对特征相关性进行排序;
S4、构建WGAN模型,并借助Wasserstein距离的优化以及梯度惩罚策略,实现生成器与判别器的稳定训练,完成特征增强;
S5、基于MVO‑BiLSTM建立特征与SOH的复杂关系模型,作为估计模型,基于增强后的特征,估计电池SOH。
2.根据权利要求1所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S1中,特征提取的方法为,基于目标电池的充电电压曲线,提取恒流充电时间、恒压充电时间、等时间间隔的电压变化和充电电压斜率;基于时间提取等电压差时间间隔,等电压差时间间隔为在充电过程中,每隔设定的电压差测量电池的充电时间。
3.根据权利要求1所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S2中,对提取的特征进行细化的方法为:
对于等时间间隔的电压变化,选择充电阶段经过固定时间后的电压增量作为特征进行细化;
对于等电压差时间间隔,采取细化电压区间的方法进行细化;
对于充电电压斜率,设定充电循环次数,达到充电循环次数时进行记录,获取电压斜率曲线,从电压斜率曲线中选取最大值点、最小值点、拐点及其对应的时间和电压值作为特征。
4.根据权利要求3所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:对于等时间间隔的电压变化,选择3.8V起始经过1800s后的电压增量、3.85V起始经过1800s后的电压增量、3.9V起始经过1800s后的电压增量、3.95V起始经过后的1800s电压增量、
4.0V起始经过1800s后的电压增量作为等时间间隔的电压变化的细化特征;
对于等电压差时间间隔,分别选择3.7‑3.8V时间间隔、3.8‑3.9V时间间隔、3.9‑4.0V时间间隔、3.8‑4.0V时间间隔、4.0‑4.2V时间间隔作为特征;
对于充电电压斜率,充电循环次数设定为100。
5.根据权利要求1所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S3中,特征筛选的具体过程为:
S31、异常值检测,利用3σ异常值检测方法,对细化后的所有特征的集合进行异常值的检测和筛出,表示为:(1);
式中, 表示异常值;y为特征集合中的一个具体特征值;Data表示特征集合中所有的数据点; 表示特征集合的均值; 表示特征集合的标准差;q是一个常数,用于确定离群点的阈值;
S32、递归特征消除RFE是一种基于模型的特征选择方法,对于筛选后的特征,采用递归特征消除RFE,通过迭代的方式进行特征的排名和淘汰,直到达到预设的特征数量,迭代过程表示为:(2);
式中, 表示特征集合; 表示移除不重要的特征之后的新特征集合; 表示使给定函数取得最小值的输入值;f是输入的特征;M是计算特征相对重要性的相关参数;
表示特征f在特征集合 和相关参数M中的重要性;
S33、在S32中引入交叉验证技术,通过k折交叉验证将特征集合分为k个互斥子集,在每一轮训练‑验证循环中,模型在k‑1个子集上训练,在剩余的一个子集上进行验证。
6.根据权利要求1所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S4中,进行特征增强的具体过程为:
S41、定义WGAN的模型架构,包括生成器和判别器,生成器作为向量输入,并最终生成一个与真实特征集合相似的特征集合;判别器对样本进行分类,以判断每个样本是真实特征还是生成器产生的特征;
S42、定义损失函数,使用Wasserstein距离作为损失函数,其中生成器和判别器的损失函数分别为:(3);
(4);
式中, 是生成器的损失函数; 是判别器的损失函数; 是对 按照Pg计算期望值;Pg是生成器生成的数据分布; 是对x按照分布Pr计算期望值;Pr是真实数据分布;
是判别器D对生成的样本数据 的输出; 是判别器D对真实样本x的输出;
S43、模型训练,每次更新判别器的权重后,将其裁剪到[‑0.01,0.01]的固定区间以满足Lipschitz条件;
S44、新特征生成:训练完成后,使用训练好的生成器生成新的样本,即为增强后的特征。
7.根据权利要求6所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S41中WGAN的模型架构中,输入维度设为100,生成器和判别器的隐藏层大小设为
128,学习率为0.00005,批次大小为64,训练轮数为100,每次更新生成器前判别器更新5次。
8.根据权利要求1所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S5中,基于MVO‑BiLSTM建立特征与SOH的复杂关系模型的过程为:S51、数据准备,将增强后的特征划分为训练集和测试集,并归一化特征数据;
S52、模型导入,在python环境中,通过导入MVO和BiLSTM第三方库,建立MVO‑BiLSTM模型;
S53、BiLSTM模型定义,BiLSTM的双向传播公式表示为:(5);
式中, 表示连接操作; 是BiLSTM在时间步t的最终输出; 是前向LSTM在时间步t的隐藏状态; 是后向LSTM在时间步t的隐藏状态;
S54、定义BiLSTM模型的超参数,包括隐藏层的单元数、学习率和批次大小;
S55、利用多元宇宙优化算法MVO实现BiLSTM模型内部参数的自配置,步骤为:S551、根据定义的定义BiLSTM模型的超参数,设定MVO的搜索范围;
S552、在设定好的搜索范围内初始化多元宇宙中的个体位置,每个个体的位置表示一组超参数组合;
S553、定义适应度函数,评估BiLSTM模型在训练集上的性能,使用均方误差作为适应度函数;
S554、判断更新后的个体适应度是否优于之前的适应度,若更新后的适应度值优于之前的适应度值,则更新个体的位置,否则保留个体更新前的位置。
9.根据权利要求8所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于:所述的S51中,归一化特征数据采用基于数据分布特性的自适应归一化公式,表示为:(6);
式中,Znorm表示归一化后的特征值;z表示原始特征值;β是调节系数,用于控制归一化过程中数据分布的平滑度;
S54中,隐藏层的单元数为50,学习率为0.001,批次大小为32,并设置基于MVO的超参数自适应调整公式,表示为:(7);
式中,表示θ表示超参数;θold、θnew分别为调整前、后的超参数;η是学习率;MSE表示均方误差; 表示θ的梯度。
10.基于特征提取与增强的电池健康状态估计系统,用于实现权利要求1‑9任一项所述的基于特征提取与增强的电池健康状态估计方法,其特征在于,包括特征提取模块、特征细化模块、特征筛选模块、特征增强模块和估计模型模块:特征提取模块,对目标电池进行特征选择,选择与电池容量退化相关的特征,包括恒流充电时间、恒压充电时间、等时间间隔的电压变化、充电电压斜率和等电压差时间间隔,随后进行特征提取;
特征细化模块,对提取的特征中的等时间间隔的电压变化、充电电压斜率和等电压差时间间隔分别进行细化,形成若干个特征的集合;
特征筛选模块,检测并筛选特征中的异常值,随后采用递归特征消除RFE结合交叉验证的方法对特征相关性进行排序;
特征增强模块,构建WGAN模型,并借助Wasserstein距离的优化以及梯度惩罚策略,实现生成器与判别器的稳定训练,完成特征增强;
估计模型模块,基于MVO‑BiLSTM建立特征与SOH的复杂关系模型,作为估计模型,基于增强后的特征,估计电池SOH。