一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法及系统

本发明属于储能锂电池应用，具体涉及一种动态权重驱动的动力电池热失控预警模型。

背景技术：

1、锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保特性，在电动汽车、便携式电子设备及大型储能系统中得到了广泛应用。然而，锂离子电池在遭受过充、过放、物理损伤、短路或过热等条件时，可能发生热失控，导致火灾或爆炸，严重威胁公共安全。因此，提高锂离子电池的使用安全性成为电池技术研究的重要方向。

2、目前，电池管理系统中采用的热失控预警技术主要依赖于传统的温度监测和电化学阻抗谱（）分析。尽管这些技术能够在一定程度上预测和诊断热失控事件，但仍存在响应时间慢、预警准确性不足等局限性。特别是在电池系统复杂多变的实际应用中，现有的预警系统往往难以有效适应电池状态的快速变化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：如何提高动力电池热失控预警的准确性，缩短响应时间。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，包括以下步骤：

3、步骤一，建立动力电池频域等效电路模型，用于模拟电池在不同工作条件下的电化学行为；

4、所述动力电池频域等效电路包括串联连接的4个组件：

5、组件一：电感；

6、组件二：电阻一；

7、组件三：并联连接的电容一和膜阻抗；

8、组件四：转移电荷阻抗与扩散阻抗串联连接后与电容二并联；

9、所述电感l用于描述高频响应，电阻一用于描述欧姆区域，电容一和电容二用于描述中频响应的常相位，扩散阻抗用于描述低频区域，采用元件；

10、步骤二，使用非线性最小二乘法，基于测量的电化学阻抗谱（）数据识别动力电池频域等效电路模型的参数，获得精确的动力电池频域等效电路模型参数辨识结果；

11、步骤三，基于动力电池频域等效电路模型中的转移电荷阻抗或参数电感、电阻一、膜阻抗，提取热失控特征参数；

12、步骤四，计算各热失控特征参数的权重，并结合权重和热失控特征参数建立最终的动力电池热失控预警模型。

13、前述的一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，在步骤二中，包括以下步骤：

14、使用非线性最小二乘法对电化学阻抗谱数据进行模型参数辨识，建立包含个参数的复数阻抗模型，复数阻抗模型中的阻抗通过角频率和参数集表示，表达式为：

15、

16、式中，和代表复数的实数部分和虚数部分，为阻抗，为角频率，为参数；

17、在电化学阻抗谱测量过程中，测得个数据点，所述数据点同样采用复数形式表示，基于测量数据定义一个目标函数，即测量数据与模型预测数据之间差值的平方和，目标函数表达为：

18、

19、其中是第个由复数阻抗模型计算出的阻抗值，是第个在实验中测量得到数据点的阻抗值；

20、参数辨识的目标为寻找一组参数，使得目标函数最小，首先，确定参数的初始估计值，计算模型预测阻抗与实验中测量得到的阻抗之间的差值，使用泰勒级数展开表达所述差值，在每次迭代中，通过求解以下线性方程组来更新参数估计：

21、

22、其中，矩阵和向量根据当前参数估计计算得到，表示参数的更新量，用于更新模型参数；

23、通过迭代更新参数估计，如果目标函数的变化小于设置值，则达到收敛，此时的参数即为最终的动力电池频域等效电路模型参数辨识结果；

24、通过连续迭代过程，逐步减小参数初始值与最佳辨识结果之间的误差，当误差小于设置值，则获得精确的动力电池频域等效电路模型参数。

25、前述的一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，在步骤三中，在提取老化因子过程中，通过幂运算拟合得到健康状态估计的表达式：

26、

27、其中表示电池衰退参数，、、分别为拟合参数一、拟合参数二、拟合参数三；

28、在提取过充因子过程中，通过多项式拟合得到过充程度的表达式，式中过充表示过充程度：

29、

30、其中是电池过充参数；

31、在提取温度因子过程中，通过二次函数拟合得到温度估计的表达式

32、

33、其中指的是电池温升参数。

34、前述的一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，在步骤四中，包括以下步骤：

35、1）收集动力电池的运行数据，利用电化学阻抗谱测量动力电池的电气参数，所述电气参数包括电荷转移电阻；

36、2）对收集的运行数据进行清洗，去除因设备故障或外界干扰产生的异常数据点；

37、3）采用-分数方法对运行数据进行标准化处理，公式如下：

38、

39、其中代表原始数据值，和分别代表数据的平均值和标准差；

40、4）利用部分标准化处理后的运行数据做为训练数据集对双向长短期记忆网络进行训练，得到关键特征提取模型，利用关键特征提取模型处理标准化后的实时运行数据，提取电池运行参数中的关键特征，得到热失控特征参数；

41、5）在关键特征提取过程中，利用注意力机制动态调整温升参数、过充参数、电池衰退参数的权重；

42、6）对热失控特征参数进行归一化处理；

43、7）结合归一化温升参数、过充参数、电池衰退参数和相应权重，计算综合风险指数：

44、

45、表明综合风险指数，其中、、分别为温升参数、过充参数、电池衰退参数的权重。

46、前述的一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，在步骤6）中，包括：

47、温升参数归一化公式定义为：

48、

49、指归一化后的温升参数，其中25℃为常规操作下限，45℃为高风险上限；

50、由于超过100%即表示过充，过充参数归一化公式为：

51、

52、指归一化后的过充参数，100%为充电上限，110%为极端风险阈值，当低于100%时，归一化值等于0；

53、电池衰退参数归一化公式为：

54、

55、指归一化后的电池衰退参数，电池衰退参数80%为老化临界值。

56、前述的一种动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，在步骤四中，包括以下步骤：

57、1）收集动力电池的运行数据，利用电化学阻抗谱测量动力电池的电气参数，所述电气参数是电感、电阻一、电容一、膜阻抗、扩散阻抗或电容二；

58、2）对收集的运行数据进行清洗，去除因设备故障或外界干扰产生的异常数据点；

59、3）采用-分数方法对运行数据进行标准化处理，公式如下：

60、

61、其中代表原始数据值，和分别代表数据的平均值和标准差；

62、4）利用部分标准化处理后的运行数据做为训练数据集对双向长短期记忆网络进行训练，得到关键特征提取模型，利用关键特征提取模型处理标准化后的实时运行数据，提取电池运行参数中的关键特征，得到热失控特征参数；

63、5）在关键特征提取过程中，利用注意力机制动态调整温升参数、过充参数、电池衰退参数的权重；

64、6）对热失控特征参数进行归一化处理；

65、7）结合归一化温升参数、过充参数、电池衰退参数和相应权重，计算综合风险指数：

66、

67、表明综合风险指数，其中、、分别为温升参数、过充参数、电池衰退参数的权重。

68、一种计算机装置/设备/系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现前述方法的步骤。

69、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现前述方法的步骤。

70、一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现前述方法的步骤。

71、本发明达到的有益效果：本发明的动态权重驱动的动力电池热失控预警方法，通过建立详尽的电化学阻抗模型，进行参数辨识和动态权重分析，实现了对电池热失控风险的实时、精确预测，集成至电池管理系统中的模型实时监控关键参数，根据综合风险指数自动触发热失控预警，当风险指数超过预设的安全阈值时，系统发出警报并采取措施，如降低充电速度、调整操作温度或断开电池连接，提高了预警系统的响应速度和准确性，有效提高电池使用的安全性。