[发明专利]一种基于ISOMAP的锂电池热工艺时空建模方法

说明书

本发明公开了一种基于ISOMAP的锂电池热工艺时空建模方法，步骤一，搭建锂电池充放电控制平台，步骤二，得到锂电池在循环充放电条件下的温度分布随时间变化的时空数据，步骤三，上位机使用ISOMAP算法对步骤二采集到的时空数据中学习一个表征空间非线性特征的正交映射函数。ISOMAP方法是一种全局非线性技术，可以利用高维数据的局部几何结构来揭示其内部的非线性流形结构，并保留原始数据在低维空间的拓扑结构。从固有配置来看，ISOMAP将比PCA方法更有效地减小非线性DPS的模型，并且模型精度高。

技术领域

本发明涉及锂电池热工艺建模领域，尤其涉及一种基于ISOMAP的锂电池热工艺时空建模方法。

背景技术

电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)被视为解决由于石油消耗导致的当前能源和环境问题的解决方案。作为能量存储和转换组件，电池系统在电动汽车和混合动力电动汽车技术中至关重要。然而，电动汽车和混合动力汽车的电池技术进步不仅受材料的影响，还受其管理体系的制约。全面而准确的电池管理系统(BMS)对于最大限度地延长电池的寿命，效率和安全性至关重要。

锂离子电池(LIBs)作为电动汽车和混合动力汽车的能源因其高比能量和高能量密度而变得越来越受欢迎。LIBs的安全性，寿命和性能都与它们的热行为有关，属于分布式参数系统(DPS)。在线估计温度分布是非常困难的，因为很少有传感器可以放置在车辆电池系统中。一般来说，在线估算需要有效的数学模型，可以在操作过程中进行更新，特别是对于估算内部分配。因此，急需一种基于数据的时空建模方法来建立锂离子电池的热工艺模型，以实现锂离子电池在线温度监测和温度分布的在线估计。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于ISOMAP的锂电池热工艺时空建模方法，建立锂离子电池的热工艺模型，实现锂离子电池在线温度监测和温度分布的在线估计，并且建模精度高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于ISOMAP的锂电池热工艺时空建模方法：

步骤一，搭建锂电池充放电控制平台，在锂电池的表面均匀布置多个温度传感器，并由数据采集装置将每个温度传感器采集到的温度数据传输给上位机，所述锂电池和电池测试柜电连接，由电池测试柜向所述锂电池提供输入信号，使锂电池循环进行充放电；

步骤二，上位机统计所有温度传感器的温度数据，得到锂电池在循环充放电条件下的温度分布随时间变化的时空数据，并将所述时空数据定义为：

{T(S，t_k)|S∈Ω，S＝1，...，n_S；k＝1，...，n_t}

其中，n_S表示时空数据在空间方向的数据点个数，n_t表示时空数据在时间方向的数据点个数；

步骤三，上位机使用ISOMAP算法对步骤二采集到的时空数据中学习一个表征空间非线性特征的正交映射函数；步骤四，上位机使用ISOMAP算法，通过所述正交映射函数对高维的所述时空数据进行时空变量分离，从而得出与所述正交映射函数对应的低维时序数据，实现所述时空数据的时空分离和模型递减；步骤五，上位机通过神经网络模型来逼近低维时序数据的动态特性，从而生成低维时序动态模型，并且通过极限学习机(ExtremeLearning Machine，ELM)来训练低维时序动态模型，以辨识低维时序动态模型的参数；步骤六，上位机通过整合所述正交映射函数和所述低维时序动态模型，时空合成获得锂电池在循环充放电条件下的温度时空分布模型。

优选地，所述步骤三具体为：

根据傅里叶变换，时空数据T(S，t_k)表示成以下时空分离形式：