1.基于ACO‑GRU‑LSTM的锂电池SOC估计方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1、数据预处理与特征提取,根据锂电池的充放电实验数据,使用移动均值、移动方差、移动均方根以及奇异值分解的方法提取出电流电压数据的移动均值、移动方差、移动均方根、左奇异向量关键特征,并进行归一化处理,以增强特征对SOC估计的相关性,所充放电实验数据包括电池端电压和电流;
S2、蚁群优化算法优化GRU‑LSTM超参数,采用蚁群优化算法对GRU‑LSTM的超参数进行优化,蚁群通过探索搜索空间,逐步收敛至最优超参数组合,最小化GRU‑LSTM的SOC估计误差;
S3、训练蚁群优化算法优化的GRU‑LSTM,以锂电池的充放电实验的电流、电压提取的特征作为输入,SOC作为输出,构建训练数据集;利用蚁群优化算法优化后的GRU‑LSTM进行SOC估计,并采用均方根误差作为损失函数,调整网络权重,提高SOC预测精度;
S4、SOC估计结果优化与输出,对GRU‑LSTM输出的SOC估计值应用滑动平均滤波进行平滑处理,以减少短时波动带来的误差;与真实SOC数据对比,评估估计精度和稳定性,最终输出优化后的SOC估计结果。
2.根据权利要求1所述的基于ACO‑GRU‑LSTM的锂电池SOC估计方法,其特征在于,步骤S1中,使用移动均值、移动方差、移动均方根以及奇异值分解的方法提取出电流电压数据的移动均值、移动方差、移动均方根、左奇异向量关键特征,并进行归一化处理的步骤包括:S11、使用移动均值、移动方差、移动均方根以及奇异值分解的方法提取关键特征,计算公式如下:;
式中, 为滑动窗口大小、 为时间序列电压电流数据,为当前时刻,为窗口内的时间序列, 为当前时刻电压电流的移动平均值;
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式中, 为滑动窗口大小, 为时间序列电压电流数据,为当前时刻,为窗口内的时间序列, 为当前时刻电压电流的移动平均值, 为当前时刻电压电流的移动方差;
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式中, 为滑动窗口大小, 为时间序列电压电流数据,为当前时刻,为窗口内的时间序列, 为当前时刻电压电流的移动均方根值;
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式中, 为左奇异向量矩阵, 为奇异值矩阵, 为右奇异向量矩阵, 为时间序列电压电流数据;
S12、使用零均值归一化方法对提取出的电流电压数据的移动均值、移动方差、移动均方根、左奇异向量进行归一化处理,计算公式如下:;
式中, 为根据电流电压数据提取出的关键数据特征, 为数据特征的样本均值, 为数据特征的样本标准差, 为归一化处理后的数据。
3.根据权利要求1所述的基于ACO‑GRU‑LSTM的锂电池SOC估计方法,其特征在于,步骤S2中,使用蚁群优化算法对GRU‑LSTM的超参数进行优化的步骤包括:S21、设置目标函数:
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其中, 为均方根误差, 为样本数量, 为预测的第 个 值,为实际的第 个 值, 为GRU‑LSTM的超参数,包括隐藏层神经元数、学习率、批量大小和Dropout 率;
S22、生成超参数解向量:
蚂蚁在搜索空间生成候选解,第 只蚂蚁的超参数向量为:;
式中, 为GRU‑LSTM的超参数, 为隐藏层神经元数, 为学习率, 为批量大小, 为随机失活率;
蚂蚁 在第 轮迭代时的选择概率由信息素浓度决定:;
式中,为某超参数的具体取值,为当前迭代次数, 为所有可能的超参数组合, 为所有可能超参数的索引, 为蚂蚁 选择超参数 的概率,为信息素浓度, 为启发式信息, 和 分别控制信息素与启发信息的影响程度;
S23、蚁群优化算法采用全局更新规则,每轮迭代后信息素更新:;
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式中, 为当前信息素浓度, 为更新后的信息素浓度, 为信息素挥发系数,为蚂蚁的数量, 为蚂蚁 贡献的信息素增量, 为常数, 为蚂蚁 训练出的GRU‑LSTM的误差;
S24、重复步骤S22‑S23循环计算,达到最大迭代次数后停止优化,输出最优超参数组合。
4.根据权利要求1所述的基于ACO‑GRU‑LSTM的锂电池SOC估计方法,其特征在于,步骤S3中,使用蚁群优化算法优化后的GRU‑LSTM得到SOC估计值的步骤包括:S31、GRU‑LSTM通过门控机制对时间序列数据进行建模,其中GRU通过更新门和重置门调整历史信息的影响,LSTM通过遗忘门、输入门和输出门动态调节信息流,使循环网络的权重在时间步长上动态变化,从而适应不同时间步的积分尺度;
在信息传递的过程中,GRU通过更新门控制当前时刻状态对历史状态的依赖程度,计算公式如下:;
S32、GRU通过重置门选择性遗忘部分历史信息,以提取当前时刻的关键信息,其计算公式如下:;
S33、计算新的候选隐状态,结合当前输入和过去的信息,更新当前时刻的GRU隐状态,公式如下:;
式中, 为更新门控制当前隐藏状态 保留过去的状态 , 为 激活函数,为当前时刻的输入, 为更新门的权重矩阵, 为候选隐状态的权重矩阵, 为更新门的偏置, 为重置门的偏置, 为候选隐状态的偏置, 为重置门, 为候选隐藏状态, 为双曲正切激活函数;
S34、LSTM通过遗忘门选择保留或遗忘的历史信息,该过程由 函数控制,计算公式如下:;
式中, 为遗忘门的输出, 为 激活函数, 为遗忘门的权重矩阵, 为遗忘门的偏置, 为前一时刻的隐状态, 为当前时刻的输入;
S35、LSTM通过输入门选择当前时刻要更新的信息,计算输入门的控制变量和新的候选细胞状态,如下式所示:;
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式中, 为输入门的输出, 为输入门的权重矩阵, 为输入门的偏置, 为候选细胞状态, 为候选细胞的权重矩阵, 为候选细胞的偏置;
S36、计算当前时刻的细胞状态:
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式中, 为当前时刻的细胞状态, 为前一时刻的细胞状态;
S37、LSTM通过输出门决定当前时刻的最终输出,并更新隐状态:;
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式中, 为输出门, 为输出门的权重矩阵, 为输出门的偏置, 为当前时刻的隐状态。
5.根据权利要求1所述的基于ACO‑GRU‑LSTM的锂电池SOC估计方法,其特征在于,步骤S4中,将GRU‑LSTM输出的SOC估计值应用滑动平均滤波进行平滑处理的步骤包括:;
式中, 为当前时刻SOC的平滑输出,为当前时刻,为时间索引的偏移量, 为滑动窗口大小, 是当前时刻及其前 个SOC估计值,经滑动平均滤波平滑处理处理后,输出最终估计的SOC值。