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专利号: 2025110289092
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于DICEEMDAN与混合深度学习的储能锂电池寿命预测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:S1,获取储能锂电池历史充放电循环的容量数据,数据中存在容量再生和全局非线性特征,使用双改进自适应噪声完备集合经验模态分解DICEEMDAN对数据进行降噪重构处理,得到多个特征子序列;

S2,针对分解后不同频率的子序列存在的不同特征,使用改进的双向时序卷积网络对高频序列进行特征提取,把提取到的特征数据和原始序列中的低频数据重新组合,作为混合深度神经网络的输入数据;

S3,建立差异化的混合神经网络,对于高频子序列,采用双向长短期记忆网络进行预测;对于相对低频的子序列,采用长短期记忆网络进行预测,通过一种优化权重的整合方法,得到最后的预测结果。

2.如权利要求1所述的基于DICEEMDAN与混合深度学习的储能锂电池寿命预测方法,其特征在于,所述步骤S1中,采用双改进自适应噪声完备集合经验模态分解DICEEMDAN对数据进行降噪重构处理,得到多个特征子序列,包括以下子步骤:S1‑1,获取储能锂电池的容量数据,对数据使用自适应噪声完备集合经验模态分解,得M到第一个分解后的模态分量IMF1(t)之后,采用经验小波变换,分解为M个子带分量{cj(t)}j=1和残差r(t):(1);

S1‑2,对子带分量进行能量归一化,N表示每个子带分量数据的总个数:(2);

得到重构的高频分量:

(3);

S1‑3,经过自适应噪声完备集合经验模态分解后得到的一阶残差e1(t),构造序列e(t)= e1 (t)+ ε1E2(ni),使用经验模态分解算法EMD对其分解,计算局部均值,将局部均值的平均值作为第二阶残差e2(t):(4);

式中,E2(·)为使用EMD分解得到的第二个模态分量的算子,ε1为求解第二个模态分量时的期望信噪比取原始信号标准差的0.2倍,ni为添加的第i个高斯白噪声,M(⋅)表示分解信号后的局部均值,m为添加的次数,得到第二个IMF分量IMF2:(5);

S1‑4,重复采用上述步骤S1‑3相同的方式,分解出第k个IMF分量IMFk:(6);

式中,ek‑1(t)表示第k‑1阶残差,ek(t)表示第k阶残差,Ek(·)为使用EMD分解得到的第k个模态分量的算子,εk‑2为求解第k‑1个模态分量时的期望信噪比,εk‑1为求解第k个模态分量时的期望信噪比,k=3,4,…,K;

最终,锂电池的容量数据x(t)被分解为:

(7);

式中,K表示自适应噪声完备集合经验模态分解的最终次数,IMFk表示能够分解出的第k个模态分量,eK(t)表示最终分解剩余的趋势分量。

3.如权利要求1或2所述的基于DICEEMDAN与混合深度学习的储能锂电池寿命预测方法,其特征在于,所述步骤S2包括以下子步骤:S2‑1,在时序卷积网络TCN输入数据的基础上再次加入输入数据,形成首尾相连的一列数据,为了扩大卷积核的感受野,提取更多的序列特征,网络在每一层引入了以二的倍数递增的扩张因子,并采用扩张因果卷积对扩展序列进行特征提取,从而有效保留时间序列的前后因果关系;

S2‑2,为了保证每次卷积层输出的序列长度和原始的序列长度一致,提出在每个序列的首尾添加零填充项,填充的个数为p,每层的输出为y(t),二者的数学表达式为:(8);

式中,f(i)是卷积核,x(t‑i*d)是输入序列的第(t‑i*d)个数值,t是输入数据的元素索引,i是卷积核元素索引,k是卷积核大小,d是扩张因子;

S2‑3. 随着感受野的不断扩大,为缓解梯度消失和梯度爆炸的问题,在网络中加入残差块,在层与层的连接中加入两个卷积和一个残差操作。

4.如权利要求3所述的基于DICEEMDAN与混合深度学习的储能锂电池寿命预测方法,其特征在于,所述步骤S3中,建立差异化的混合神经网络,提出一种优化权重的整合方法,得到最后的预测结果,包括以下子步骤:S3‑1,根据分解算法对训练数据集分解后数据的不同频率特征,划分不同批次,使用不同的深度神经网络进行预测;

S3‑2,对于频谱高于采样频率三分之一的模态分量记为高频率数据,采用双向长短期记忆网络BiLSTM,在传统单向长短期记忆网络LSTM的基础上增加了反向传播路径,从而能够同时提取时间序列的正向和反向特征,BiLSTM中各个门的输出计算公式如下所示:(9);

d d

式中,it 表示方向d上t时刻输入门的输出,ft 表示方向d上t时刻遗忘门的输出, 表d d示方向d上t时刻候选记忆门的输出,ct 表示方向d上t时刻记忆门的输出,ot 表示方向d上td时刻输出门的输出,ht 表示方向d上t时刻的隐藏状态,d表示数据传输的方向,前向或后向;

d d

xt是时间步t的输入量,ht±1表示方向d上t±1时刻的隐藏状态,ct±1 是方向d上t±1时刻的d d d记忆单元状态,wxi 是方向d上输入门的权重矩阵,wxf 是方向d上遗忘门的权重矩阵,wxc 是d d方向d上候选记忆门的权重矩阵,wxo 是方向d上输出门的权重矩阵,bi 是方向d上输入门的d d d偏置项,bf 是方向d上遗忘门的偏置项,bc 是方向d上候选记忆门的偏置项,bo 是方向d上输出门的偏置项,⊙是Hadamard积,σ为sigmod函数,tanh为双曲正切函数,公式分别为:(10);

(11);

对于除去高频数据以外的数据,采用传统的LSTM网络进行预测;

S3‑3,最终,根据子序列在原始序列中的占比,对不同网络预测后的结果使用占比权重的方式组合,组合的公式如下所示:(12);

(13);

t t

式中,wi 为第i个模态分量在第t次循环的权重,IMFi 为第i个模态分量在第t次循环的t容量值,x 为第t次循环锂电池容量值,n为测试循环次数,RUL为锂电池的剩余使用寿命;

S3‑4,模型采用的评价指标为平均绝对百分比误差MAPE、均方根误差RMSE、平均绝对误差MAE和绝对误差AE,计算公式为:(14);

(15);

(16);

(17);

式中, 表示预测值,yi表示实际值, n表示预测的循环次数,RULre表示实际达到使用阈值前的循环次数, RULpr表示预测达到使用阈值时的循环次数。