返回列表 发布新帖

基于数据预处理和VMDLSTMGPR的锂离子电池剩余寿命预测

7 0
admin 发表于 2024-12-14 11:55 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于数据预处理和VMDLSTMGPR的锂离子电池剩余寿命预测
摘要:锂离子电池的剩余使用寿命(RUL)是健康管理中重要参数,其准确评估对于保证电池设备的安全稳定运行非常重要.该文提出一种数据预处理联合变分模态分解(VMD)、长短期记忆网络(LSTM)和高斯回归过程(GPR)的预测框架.首先选取充放电循环过程中的信息作为间接健康因子(HI),并通过核主元分析方法(KPCA)实现间接HI的特征提取,完成数据预处理;其次通过VMD-LSTM方法实现健康因子的分解、预测和重构,并将重构得到的数据应用于RUL预测的GPR模型,完成预测模型搭建;最后以NASA锂电池数据集作为算法测试数据,结果表明,所提取的健康因子能够准确跟踪锂电池的退化过程;所提预测方法能够准确地估计电池的剩余寿命,同时具有较高的可靠性和稳定性.

Abstract:Theperformanceoflithium-ionbatteriescandeterioratewiththedecreaseofcapacityandtheincreaseofimpedanceduringcontinuouscharginganddischargingprocess,whichposesariskofequipmentandsystemfailures,includingcatastrophiclosses.Accurateandreliablepredictionoftheremainingusefullife(RUL)oflithium-ionbatteriesiscrucial.However,previouspredictionmethodsmainlysupportedpointpredictionswithoutofferingaclearmathematicalrepresentationoftheconfidencelevelofthepredictionresults.Thenoiseandcapacityreboundphenomenaintheoriginaldataareignored.Therefore,thispaperproposesapredictionframeworkbasedondatapre-processingcombinedwithvariationalmodedecomposition(VMD),longandshort-termmemorynetwork(LSTM),andGaussianregressionprocess(GPR).Firstly,anindirecthealthindicator(HI)reflectingthelifedegradationtrendoflithium-ionbatteriesisextractedfromthecharge/dischargecurve.PearsonandSpearmancorrelationcoefficientsareusedtoverifythecorrelationbetweentheextractedindirectHIandcapacity.Thekernelprincipalelementanalysis(KPCA)methodreducescomputationalcomplexitybyremovingredundantcomponentsofindirectHI,transformthemintofusionHI.Then,theVMDdecompositionmethoddecomposesthefusionHIintomultiplemodalcomponents.Basedonthecentralfrequencyofmodalcomponentsandcapacity-relatedcoefficients,multiplemodalcomponentsaredividedintothreeparts:globalattenuation,localregeneration,andothernoise.TimeseriespredictionoftheglobalattenuationandlocalregenerationcomponentsareperformedseparatelyusingLSTMneuralnetworkstoobtainthepredictedvaluesafterthepredictionstartingpoint.ThevaluesofeachcomponentaresummeduptoobtainthereconstructedHI.Finally,thereconstructedHIandcapacityserveastheinputandoutputoftheGPRmodelRULprediction,respectively.NASAlithium-ionbatterypublicdatasetisusedforexperimentalvalidation,anddifferentpredictionstartingpointsaresetforeachbattery.Thestartingpointsetisatabout40%ofthetotalcycle.Theexperimentalresultsshowthatthepredictedcapacityvaluescloselytrackthebatteryagingtrendandeffectivelyestimatethelocalregenerationphenomenonduringtheagingprocess.Thetruecapacityvaluesgenerallyfallwithinthe95%confidenceintervalofthepredictedvalue,andthepredictioneffectimprovesasthetrainingdataincrease.Regardingevaluationindexesforcapacitypredictionresults,themaximumrootmeansquareerror,meanabsoluteerror,andmeanabsolutepercentageerrorare2.98%,2.34%,and1.81%,respectively.Errorsintheremainingusefullifepredictionareallwithin2cycles.Thefollowingconclusionscanbedrawnfromtheexperimentalanalysis:(1)TheKPCAalgorithmremovesredundantinformationbetweenindirecthealthindicatorstoreducedatacomplexityandachievedatapre-processing.(2)TheVMDdecompositionmethodminesintrinsicinformation,capturingthelong-termdownwardtrend,localregeneration,andnoisecomponenttoremoveimpliednoiseinthedata.(3)TheGPRmodelsupportsprobabilisticpredictionandprovidesconfidenceintervalsforcapacitypredictionresults.

作者:李英顺   阚宏达   郭占男   王德彪   王铖 Author:LiYingshun   KanHongda   GuoZhannan   WangDebiao   WangCheng
作者单位:大连理工大学控制科学与工程学院大连116000沈阳顺义科技股份有限公司沈阳110000
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM912
关键词:锂离子电池  剩余寿命  健康因子  变分模态分解  高斯回归过程  长短期记忆  
Keywords:Lithium-ionbattery  remainingusefullife  healthindicator  variationalmodedecomposition  Gaussianregressionprocess  longandshort-termmemory  
机标分类号:TH17TP277TM912.9
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:辽宁省兴辽英才计划资助项目基于数据预处理和VMD-LSTM-GPR的锂离子电池剩余寿命预测[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)李英顺  阚宏达  郭占男  王德彪  王铖锂离子电池的剩余使用寿命(RUL)是健康管理中重要参数,其准确评估对于保证电池设备的安全稳定运行非常重要.该文提出一种数据预处理联合变分模态分解(VMD)、长短期记忆网络(LSTM)和高斯回归过程(GPR)的预测框架.首先选取...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
本文读者也读过
相似文献
相关博文

        基于数据预处理和VMD-LSTM-GPR的锂离子电池剩余寿命预测  Prediction of Remaining Useful Life of Lithium-Ion Battery Based on Data Preprocessing and VMD-LSTM-GPR

基于数据预处理和VMD-LSTM-GPR的锂离子电池剩余寿命预测.pdf
2024-12-14 11:55 上传
文件大小:
3.35 MB
下载次数:
60
高速下载
【温馨提示】 您好!以下是下载说明,请您仔细阅读:
1、推荐使用360安全浏览器访问本站,选择您所需的PDF文档,点击页面下方“本地下载”按钮。
2、耐心等待两秒钟,系统将自动开始下载,本站文件均为高速下载。
3、下载完成后,请查看您浏览器的下载文件夹,找到对应的PDF文件。
4、使用PDF阅读器打开文档,开始阅读学习。
5、使用过程中遇到问题,请联系QQ客服。

本站提供的所有PDF文档、软件、资料等均为网友上传或网络收集,仅供学习和研究使用,不得用于任何商业用途。
本站尊重知识产权,若本站内容侵犯了您的权益,请及时通知我们,我们将尽快予以删除。
  • 手机访问
    微信扫一扫
  • 联系QQ客服
    QQ扫一扫
2022-2025 新资汇 - 参考资料免费下载网站 最近更新浙ICP备2024084428号
关灯 返回顶部
快速回复 返回顶部 返回列表