考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法

技术特征：
1.一种考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于维纳过程建立锂离子电池的可用容量退化模型，为：式中，表示锂离子电池在温度、充放电循环次数次后的可用容量，表示决定锂离子电池初始可用容量的待估参数，表示决定退化速率的漂移系数，表示充放电循环次数，表示扩散系数，表示标准布朗运动，表示温度，为温度补偿函数系数1，为温度补偿函数系数2；在所述可用容量退化模型，、、为固定参数，、为随机参数，分别用正态分布、表示的先验分布，其中为超参数，即所述可用容量退化模型由向量中的参数表征；步骤2，基于现有时变温度下个电池可用容量退化数据，对所述可用容量退化模型中的参数进行估计，得到参数的先验分布与参数、；步骤3，基于待预测电池单体的可用容量观测值对所述可用容量退化模型进行更新，得到参数的后验分布；步骤4，基于更新后的所述可用容量退化模型对待预测电池单体进行剩余寿命预测，得到待预测电池单体剩余寿命的期望、中位值以及区间估计。2.根据权利要求1所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤2具体包括：步骤2.1，获取现有时变温度下个电池可用容量退化数据，令为第个电池在第个充放电循环的可用容量，对应温度为；步骤2.2，利用最小二乘方法估计得到参数对应每个电池样本的参数估计值，其中，表示参数对应第个电池样本的估计值，表示参数对应第个电池样本的估计值，表示参数对应第个电池样本的估计值，表示参数对应第个电池样本的估计值；步骤2.3，基于参数对应每个电池样本的参数估计值，得到参数、以及超参数的估计值；步骤2.4，根据维纳过程独立增量性质得到参数的估计值。3.根据权利要求2所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤2.2具体包括：令为第个电池在第和第次充放电循环中可用容量退化增量，即：
根据累积损失理论，第个电池在第次循环的可用容量测量值为：式中，表示决定第个电池初始可用容量的待估参数，表示第个电池在第和第次充放电循环中可用容量退化增量，表示第个电池的温度补偿函数系数1，表示第个电池的温度补偿函数系数2；计算第个电池的累积残差平方和，为：根据电池的可用容量和温度数据、、，通过最小化，即能得到参数估计值。4.根据权利要求2所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤2.3具体包括：令、分别作为参数的估计值；对于超参数，根据电池样本的参数估计值，通过极大似然估计得到超参数、、、的估计值。5.根据权利要求2所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤2.4具体包括：对于第个电池的第个充放电循环，可用容量测量值与估计值残差可以表示为：令，根据维纳过程独立增量性质，得到：式中，，，表示相邻两次循环之间的循环次数间隔；联合似然函数为：式中，表示与无关的常量，表示用于参数估计的电池样本总数，表示第个电池的充放电循环次数；故的极大似然估计可由最大化联合似然函数得到，为：
式中，为参数的估计值。6.根据权利要求2至5任一项所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤3具体包括：假设截至当前时刻，某待预测电池在第循环的可用容量记作，对应温度记作；令现场信息，得到随机效应参数的联合后验分布，为：式中，表示可用容量序列的条件概率密度函数，分别为参数的先验分布概率密度函数；根据所述可用容量退化模型，电池可用容量的退化增量服从正态分布，在锂离子电池循环试验中，表示循环次数，因此有：式中，分别表示第次与第次充放电循环的可用容量，分别表示第次与第次充放电循环的温度；因此，条件概率密度函数可以表示为：由于且，因此随机效应参数的联合后验分布可写为：
式中，表示随机效应参数的联合后验分布，表示截至当前时刻总充放电循环次数；条件概率密度函数为关于参数、二次多项式，因此，和后验分布为服从期望向量、方差和相关系数的二元正态分布，即：其中：
式中，表示第次充放电循环后参数后验分布期望，示第次充放电循环后参数后验分布期望，表示第次充放电循环时参数后验分布的方差，表示第次充放电循环时参数后验分布方差。7.根据权利要求6所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤4具体包括：记待预测电池单体的剩余寿命为；首先，将待预测电池单体在时刻的可用容量值转化为温度下的值，即：，即：式中，、为温度补偿函数；基于电池在标准温度下的失效阈值，得到电池在温度下的产品失效阈值；可等效为随机过程在失效阈值下的首达时，其中，表示电池
在温度下循环的可用容量，；可以得到：进一步得到的条件概率密度函数为：令，则有：对于给定的现场信息，联合后验分布为二元正态分布，即：根据参数的后验分布，对中的积分，得到在下的后验分布，为：其中：其中：其中：其中：其中：式中，、、、、表示为便于简化表达式用到的中间变量，表示给定下的的后验方差；根据的后验分布，即能得到待预测电池单体剩余寿命的期望、中位值以及区间估计。8.根据权利要求7所述的考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，其特征在于，所述基于电池在标准温度下的失效阈值，得到电池在温度下的产品失效阈值，具体为：根据工程需求，设定标准温度下的失效阈值，对于在温度下所述可用容量退化
模型，电池失效时间重新定义为：其中，为温度下的转化后的循环可用容量，；电池失效时间可以进一步描述为：其中：即得到电池的失效阈值。

技术总结
本发明公开一种考虑温度补偿的锂离子电池剩余寿命预测方法，包括：建立以参数、表征的可用容量退化模型；基于现有电池可用容量退化数据，得到参数的先验分布与参数；基于待预测电池单体的观测值得到参数的后验分布；对待预测电池单体进行剩余寿命预测，得到其剩余寿命的期望、中位值及区间估计。本发明应用于剩余寿命预测领域，考虑了温度变化对锂离子电池可用容量的补偿效应，准确描述锂离子电池可用容量在时变温度下的退化过程，并以此为基础进行更为精准的剩余寿命预测，能够轻松得到剩余寿命的期望、中位值以及区间估计，进而有助于开展电池产品健康管理。健康管理。健康管理。


技术研发人员：刘天宇 张然 潘正强 金光 范俊 周星
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2022.10.11
技术公布日：2022/11/8