本發(fā)明涉及一種電池壽命預(yù)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于相似性特征增強(qiáng)的電池剩余使用壽命預(yù)測方法、電子設(shè)備及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、可充放電鋰離子電池在許多現(xiàn)代應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，尤其在電動(dòng)汽車上，可充放電鋰離子電池得到廣泛應(yīng)用，這主要是由于它具有高能量密度、循環(huán)壽命長、自放電率低、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。作為工業(yè)化的產(chǎn)物，鋰離子電池的性能表現(xiàn)出退化現(xiàn)象，一般情況下，鋰離子電池的剩余使用壽命預(yù)測(rul)可通過容量進(jìn)行表征.當(dāng)鋰離子電池有效容量低于初始值的80％時(shí)，電池此時(shí)處于工作不穩(wěn)定狀態(tài)；如果當(dāng)前容量從80％下降到70％時(shí)，電池性能就會(huì)急劇下降并視為電池故障；若電池繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)引起安全事故，設(shè)備可能會(huì)受損或引起電池爆炸等。因此，準(zhǔn)確評(píng)判鋰離子電池rul，是對(duì)鋰離子電池充分利用和安全使用的前提，可以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池性能的最大化利用和壽命延長，提供后續(xù)的預(yù)測性維護(hù)策略和能源系統(tǒng)管理。

2、到目前為止，鋰離子電池rul預(yù)測的典型方法通常分為兩類：基于模型的方法和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法?；谀Ｐ偷姆椒?，通過對(duì)電池的內(nèi)部機(jī)理進(jìn)行簡化處理，然后對(duì)電池容量衰退狀況進(jìn)行建模來描述電池的退化行為，但此類方法，依賴于系統(tǒng)退化機(jī)理的大量先驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)在實(shí)際中，對(duì)于在某些噪聲和不確定環(huán)境下工作的電池，很難準(zhǔn)確評(píng)估鋰離子電池的rul。相較于基于模型的方法研究，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法可以減少構(gòu)造模型的時(shí)間成本，也會(huì)減少模型建立不當(dāng)對(duì)后續(xù)壽命預(yù)測的干擾。目前數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究方法包括：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量回歸、相關(guān)向量機(jī)，和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。然而此類方法只能處理規(guī)則數(shù)據(jù)，無法很好地提取電池歷史數(shù)據(jù)中的性能衰退的隱藏信息和退化規(guī)律，導(dǎo)致模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化和預(yù)測模型精度提高方面均有所不足。

3、因此，為解決上述技術(shù)問題，亟需提出一種新的技術(shù)手段。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為提高電池剩余使用壽命的預(yù)測精度，本發(fā)明提出的一種基于相似性特征增強(qiáng)的電池剩余使用壽命預(yù)測方法、電子設(shè)備及可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、本發(fā)明提供的一種基于相似性特征增強(qiáng)的電池剩余使用壽命預(yù)測方法，包括以下步驟：

3、s1.實(shí)時(shí)提取電池循環(huán)充放電過程中的電流數(shù)據(jù)xs和電壓數(shù)據(jù)xv；

4、s2.根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)xs確定電流圖g1(xs1,a1)，以及根據(jù)所述電壓數(shù)據(jù)xv確定電壓圖g2(xv1,a2)；

5、其中，xs1和xv1分別表示根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)xs和所述電壓數(shù)據(jù)xv提取得到的特征，a1和a2分別表示電流鄰接矩陣和電壓鄰接矩陣；

6、s3.設(shè)計(jì)相似性特征增強(qiáng)模塊，并將所述電流圖g1和所述電壓圖g2輸入至所述相似性特征增強(qiáng)模塊，得到綜合特征hout；

7、s4.實(shí)時(shí)將所述綜合特征hout輸入至預(yù)測模塊中，得到所述電池的剩余使用壽命。

8、進(jìn)一步，所述特征增強(qiáng)模塊通過如下步驟得到綜合特征hout：

9、s31.采用三層圖卷積層分別對(duì)所述電流圖g1和所述電壓圖g2進(jìn)行特征提取，得到各層的電流特征和電壓特征；

10、s32.分別計(jì)算各層之間的電流特征增強(qiáng)系數(shù)和電壓特征增強(qiáng)系數(shù)，包括第一層與第二層、第一層與第三層，以及第二層與第三層之間的電流特征增強(qiáng)系數(shù)和電壓特征增強(qiáng)系數(shù)；

11、s33.根據(jù)所述各層的電流特征和電壓特征，以及所述各層之間的電流特征增強(qiáng)系數(shù)和電壓特征增強(qiáng)系數(shù)計(jì)算第一層與第二層之間的增強(qiáng)特征h12、第一層與第三層之間的增強(qiáng)特征h13，以及第二層與第三層之間的增強(qiáng)特征h23；

12、s34.將所述第一層與第二層之間的增強(qiáng)特征h12、所述第一層與第三層之間的增強(qiáng)特征h13和所述第二層與第三層之間的增強(qiáng)特征h23進(jìn)行拼接，得到綜合特征hout；

13、所述綜合特征hout表達(dá)式如下：

14、hout＝h12||h13||h23

15、其中，h12||h13||h23表示對(duì)增強(qiáng)特征h12、h13和h23進(jìn)行拼接。

16、進(jìn)一步，所述增強(qiáng)特征h12、h13和h23分別通過如下公式計(jì)算：

17、

18、

19、

20、其中，as12、as13和as23分別表示所述第一層與第二層、第一層與第三層，以及第二層與第三層之間的電流特征增強(qiáng)系數(shù)；av12、av13和av23分別表示所述第一層與第二層、第一層與第三層，以及第二層與第三層之間的電壓特征增強(qiáng)系數(shù)；表示所述第一層電流特征與所述第二層電流特征進(jìn)行拼接，表示所述第一層電壓特征與所述第二層電壓特征進(jìn)行拼接；表示所述第一層電流特征與所述第三層電流特征進(jìn)行拼接，表示所述第一層電壓特征與所述第三層電壓特征進(jìn)行拼接；表示所述第二層電流特征與所述第三層電流特征進(jìn)行拼接，表示所述第二層電壓特征與所述第三層電壓特征進(jìn)行拼接。

21、進(jìn)一步，所述電流特征增強(qiáng)系數(shù)as12、as13和as23通過如下公式計(jì)算：

22、

23、

24、

25、其中，sigmoid表示sigmoid函數(shù)，as12、as13和as23均為電流余弦相似度矩陣，rs1、rs2和rs3分別表示電流圖在第一層圖卷積層、第二層圖卷積層和第三層圖卷積層中的余弦特征相似度，l1、l2和l3分別表示第一層、第二層和第三層，l1＝1、l2＝2和l3＝3；

26、所述電壓特征增強(qiáng)系數(shù)av12、av13和av23的計(jì)算原理與所述電流特征增強(qiáng)系數(shù)as12、as13和as23的計(jì)算原理相同，計(jì)算時(shí)，將所述電流特征增強(qiáng)系數(shù)計(jì)算公式中的電流特征相似度和電流余弦相似度矩陣替換為對(duì)應(yīng)的電壓特征相似度和電壓余弦相似度矩陣。

27、進(jìn)一步，所述電流余弦相似度矩陣as12、as13和as23通過如下公式計(jì)算：

28、

29、

30、

31、其中，和分別表示第一層電流特征、第二層電流特征和第三層電流特征的范數(shù)；

32、所述電壓余弦相似度矩陣的計(jì)算原理與所述電流余弦相似度矩陣的計(jì)算原理相同，計(jì)算時(shí)，將公式中的電流特征及電流特征的范數(shù)替換為對(duì)應(yīng)的電壓特征及電壓特征的范數(shù)。

33、進(jìn)一步，所述電流特征和所述電壓特征通過如下公式計(jì)算：

34、

35、

36、其中，表示電流圖經(jīng)過第l次圖卷積后輸出的電流特征，表示電壓圖經(jīng)過第l次圖卷積后輸出的電壓特征，l＝1,2,3分別對(duì)應(yīng)三層圖卷積層，當(dāng)l＝1時(shí)，xs1和xv1分別表示根據(jù)所述電流數(shù)據(jù)xs和所述電壓數(shù)據(jù)xv提取得到的特征，a1和a2分別表示電流鄰接矩陣和電壓鄰接矩陣，和分別表示對(duì)鄰接矩陣進(jìn)行歸一化操作，和分別表示電流和電壓在l-1層的權(quán)重矩陣，relu表示激活函數(shù)。

37、進(jìn)一步，所述電流鄰接矩陣a1和電壓鄰接矩陣a2通過如下方法確定：

38、計(jì)算特征xs1與電流數(shù)據(jù)xs的余弦相似度，并基于特征xs1與電流數(shù)據(jù)xs的余弦相似度構(gòu)建電流鄰接矩陣a1；

39、計(jì)算特征xv1與電壓數(shù)據(jù)的xv的余弦相似度，并基于特征xv1與電壓數(shù)據(jù)的xv的余弦相似度構(gòu)建電壓鄰接矩陣a2。

40、進(jìn)一步，所述特征xs1和xv1通過如下公式計(jì)算：

41、xs1＝mlp(xs)

42、xv1＝mlp(xv)

43、其中，mlp(xs)表示采用多層感知機(jī)提取電流數(shù)據(jù)xs中的特征，mlp(xv)表示采用多層感知機(jī)提取電壓數(shù)據(jù)xv中的特征。

44、相應(yīng)地，本發(fā)明還提出一種電子設(shè)備，包括：

45、存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于相似性特征增強(qiáng)的電池剩余使用壽命預(yù)測方法。

46、相應(yīng)地，本發(fā)明還提出一種可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述基于相似性特征增強(qiáng)的電池剩余使用壽命預(yù)測方法。

47、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過確定電流圖和電壓圖，并將電流圖和電壓圖輸入到相似性特征增強(qiáng)模塊中，得到了電流特征與電壓特征的融合并增強(qiáng)的綜合特征，采用綜合特征進(jìn)行電池剩余使用壽命預(yù)測，能夠提高預(yù)測的準(zhǔn)確性。