一种锂离子电池剩余使用寿命区间预测方法和系统

技术特征：
1.一种锂离子电池剩余使用寿命区间预测方法，其特征在于，包括以下步骤：从电池数据集中提取电池容量退化时间序列；对电池容量退化时间序列进行离散化，将电池容量退化时间序列划分为宽度固定、不重叠的子集，每个子集称为一个时间窗口；利用模糊信息粒化方法对时间窗口进行处理，生成与时间窗口对应的模糊颗粒；对模糊颗粒进行语言描述，为每个模糊颗粒附加语义标签来表示其波动状态；使用带有语义标签的模糊颗粒作为输入，采用最小二乘支持向量机模型对电池剩余使用寿命进行区间预测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用模糊信息粒化方法对时间窗口进行处理，生成与时间窗口对应的模糊颗粒，包括：选择三角隶属度函数生成模糊颗粒；通过模糊信息粒化，时间窗口t1,t2,
…
,t
t
分别生成相应的模糊颗粒g1,g2,
…
,g
t
；每个颗粒g
i
保留三个值a
i
、m
i
和b
i
，该三个值反映时间窗口t
i
的主要信息，其中a
i
和b
i
分别表示生成颗粒的下界和上界，m
i
表示生成颗粒的平均水平；然后，对应模糊颗粒的三组序列{a1,a2,
…
,a
t
}、{m1,m2,
…
,m
t
}和{b1,b2,
…
,b
t
}分别用low、r和up表示，其中up和low为区间预测提供上下界。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述选择三角隶属度函数生成模糊颗粒，包括：选取三角隶属度函数a(x)如下：其中，m为时间窗口中子集的中位数，a和b分别为生成模糊颗粒的支持度下界和上界；模糊颗粒的构建需要满足两个条件：(1)模糊颗粒能够合理地表示原始信息；(2)模糊颗粒应具有一定的特异性；为满足该两个条件，构造函数q
a
如下：其中，m
a
满足条件(1)；n
a
表示a(x)的支持边界，满足条件(2)；当q
a
最大时，上述条件达到最优解。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对模糊颗粒进行语言描述，为每个模糊颗粒附加语义标签来表示其波动状态，包括：根据时间序列的变化情况，将其波动状态分为若干程度，形成一个语义集l＝{l1,l2,
…
,l
c
}，其中l
j
表示一个语言项，对应数据的一种波动状态；将模糊颗粒g1,g2,
…
,g
t
对应的时间窗口中数据的波动状态与语义集l中的元素逐一进行比较，依次为每个颗粒选择最接近其波动状态的语言项来进行描述，生成一个信息特征序列该序列中的元素与对应颗粒的波动状态相关。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用更低、低、中、高和更高五种程度的语言项组成的语义集来描述电池退化时间序列中颗粒的波动状态。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使用带有语义标签的模糊颗粒作为输入，采用最小二乘支持向量机模型对电池剩余使用寿命进行预测，包括：取前num个颗粒作为训练数据，预测从num 1到t的颗粒；电池rul的最终区间预测结果由两部分组成，第一部分为颗粒的up和low的预测结果，第二部分为语言项序列的预测结果；在对预测结果进行归并时，对第二部分即语言项序列的预测结果进行回溯，转换成相应颗粒的波动数据，与第一部分的预测结果进行叠加，得到最终的预测结果。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用特异性准则和覆盖准则评价区间预测的性能，其中特异性准则用来计算预测区间的宽度，覆盖准则用来衡量预测区间的准确度；假设x
i
＝{x1,x2,
…
,x
w
}由第i个时间窗口t
i
的数据组成，其上的预测区间为[a
i
,b
i
]，特异性标准v
i
和覆盖标准q
i
分别定义如下：v
i
＝b
i-a
ii
其中，w是时间窗口的宽度，表示第i个时间窗口中第j个值，f
i
(j)用于判断处区间预测结果是否准确，值为1时表示准确，为0表示不准确；设p为时间窗的个数，由v
i
和q
i
确定的综合指标p为：其中，v
i
的值越小，q
i
的值越大，则p的值越大，说明区间预测模型越有效。8.一种采用权利要求1～7中任一项所述方法的锂离子电池剩余使用寿命区间预测系统，其特征在于，包括：时间序列提取模块，用于从电池数据集中提取电池容量退化时间序列；时间序列离散化模块，用于对电池容量退化时间序列进行离散化，将电池容量退化时间序列划分为宽度固定、不重叠的子集，每个子集称为一个时间窗口；时间窗口粒化模块，用于对时间窗口进行处理，利用模糊信息粒化方法生成与时间窗口对应的模糊颗粒；语言描述模块，用于对模糊颗粒进行语言描述，为每个模糊颗粒附加语义标签来表示其波动状态；区间预测模块，用于对电池剩余使用寿命进行区间预测，使用带有语义标签的模糊颗粒作为输入，采用最小二乘支持向量机模型对电池剩余使用寿命进行区间预测。9.一种电子装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述计算机程序被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于执行权利要求1～7中
任一项所述方法的指令。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，实现权利要求1～7中任一项所述的方法。

技术总结
本发明针对现有数值预测策略的局限性，提出了一种锂离子电池剩余使用寿命区间预测方法和系统。首先引入模糊信息粒化对电池容量退化时间序列进行处理，将原始的数值级数据转化为颗粒级，这是实现区间预测的基础。其次，为了解决在处理电池退化数据时由于模糊信息粒化而造成的波动信息丢失的问题，本发明创造性地引入了一种语言描述方法，为每个模糊颗粒附加语义标签来表示其变化状态。最后，结合最小二乘支持向量机算法，使用带有语义标签的颗粒作为模型的训练输入，在实现电池RUL区间预测的同时，考虑了退化序列的波动特征。本发明能够实现对锂离子电池RUL的区间预测，且具有良好的预测效果和较好的适用性。的预测效果和较好的适用性。的预测效果和较好的适用性。


技术研发人员：庞晓琼 赵珍 温杰 贾建芳 史元浩 董渊昌
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2022.05.06
技术公布日：2022/7/15