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储能系统技术 储能系统 电池管理系统BMS ★ 5.0

基于长短期记忆模型利用短历史数据的锂离子电池健康状态估计

Lithium-Ion Battery SOH Estimation Based on a Long Short-Term Memory Model Using Short History Data

作者 Wenbin Li · Changwei Lin · Seyedmehdi Hosseininasab · Lennart Bauer · Stefan Pischinger
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年1月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 电池管理系统BMS
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 健康状态估计 数据驱动模型 增量容量分析 长短时记忆 电池化学特性
语言:

中文摘要

准确估计电池健康状态(SOH)对于车辆应用中电池管理系统的预测与健康管理至关重要。由于在实际应用中部分循环是常见情况,使用灵活电压范围短期数据的算法正受到广泛关注。为此,本文提出了一种利用短期充电历史数据的驱动模型。该模型将增量容量分析曲线分类与基于长短期记忆网络的时间序列预测相结合,用于在荷电状态(SOC)变化较小的情况下进行SOH估计。使用了三个具有不同电池化学体系和老化轨迹的数据集进行验证。结果表明,所提出的模型实现了准确的SOH估计,平均绝对误差和均方根误差在1%至2%之间。该模型的突出优势在于能够处理来自灵活电压范围的输入,并能在SOC变化小于10%的情况下提供准确的SOH估计。此外,该模型还可适用于不同的电池化学体系和老化行为。

English Abstract

Accurate estimation of the state-of-health (SOH) is essential in prognostics and health management for Battery management system in vehicle application. Algorithms using short-term data from flexible voltage ranges are gaining significant attention since partial cycling is a common case in real-world applications. To this end, a data-driven model using short-term charging history is proposed. The model integrates Incremental capacity analysis curve classification with time series forecasting based on long–short term memory for SOH estimation with a short state of charge (SOC) variation. Three datasets with different cell chemistries and degradation trajectories are used for validation. Results show that the proposed model achieves accurate SOH estimation with the mean absolute error and root mean squared error between 1% and 2%. The model is highlighted by its ability to process inputs from flexible voltage ranges and to provide accurate SOH estimation with SOC changes of less than 10%. The model can also be adapted to different cell chemistries and aging behaviors.
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SunView 深度解读

从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于LSTM的电池SOH短历史数据估算技术具有显著的工程应用价值。当前我司储能产品线涵盖工商业储能、大型地面电站及户用储能系统,精准的电池健康状态评估直接关系到系统全生命周期的安全性和经济性。

该技术的核心优势在于突破了传统SOH估算对完整充放电循环的依赖,仅需SOC变化小于10%的短期数据即可实现1-2%误差范围内的精准评估。这对实际应用场景意义重大:储能系统通常工作在部分荷电状态,很少经历完整循环,该算法的灵活电压范围适配能力恰好契合这一特点。结合增量容量分析与时序预测的混合架构,使模型能够适应不同电芯化学体系和老化轨迹,这对我司多元化的电池供应链管理尤为关键。

从产品集成角度,该技术可嵌入我司新一代BMS系统,提升储能变流器PCS的智能化水平。通过实时SOH监测,可优化充放电策略、延长电池寿命、提高系统可用容量预测精度,直接增强产品市场竞争力。特别是在调频、削峰填谷等高频次应用场景,快速准确的健康评估能显著提升运维效率和投资回报率。

技术挑战主要集中在工程化落地层面:LSTM模型的边缘计算资源消耗、多工况下的泛化能力验证、以及与现有BMS架构的融合适配需要系统性验证。建议启动联合研发项目,利用我司海量实际运行数据进行模型训练优化,同步评估硬件算力需求,推动该技术在下一代储能产品中的商业化应用。