← 返回
用于锂离子电池故障诊断的零样本神经架构搜索微型实时紧凑型深度神经网络
Miniature Real-Time Compact Deep Neural Network With Zero-Shot Neural Architecture Search for Lithium-Ion Battery Fault Diagnosis
| 作者 | Zeyang Chen · Dezhi Xu · Chao Shen · Yujian Ye · Bin Jiang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 深度学习 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 电池储能系统 故障诊断 零样本神经架构搜索 拉德马赫复杂度 模型压缩 |
语言:
中文摘要
电池储能系统(BESS)对于现代能源管理至关重要,有助于可再生能源整合和电网稳定。然而,BESS的故障诊断需要大量的手动网络调优。为克服这一问题,我们提出了一种用于BESS故障诊断的零样本神经架构搜索方法。首先,将神经网络分解为分段线性函数,并计算此类函数的拉德马赫复杂度。为防止批量归一化(BN)层反复缩放拉德马赫复杂度而使网络比较失效,利用BN层的方差来近似拉德马赫复杂度。最后,通过8位量化对选定的模型进行压缩,以便在移动设备上部署。该方法仅需0.51个GPU小时即可达到99.42%的准确率,在无需预训练模型的情况下显著减少了模型搜索时间。我们在一个自主开发的BESS平台上验证了该方法,该平台配有电池管理系统和定制移动应用程序,可在线访问。
English Abstract
Battery energy storage systems (BESS) are essential for modern energy management, supporting renewable integration and grid stability. However, fault diagnosis for BESS requires extensive manual network tuning. To overcome this, we introduce a zero-shot neural architecture search approach for BESS fault diagnosis. First, the neural network is broken down into piecewise linear functions, and the Rademacher complexity is calculated for this class of functions. To prevent batch normalization (BN) layers from repeatedly scaling the Rademacher complexity and invalidating network comparisons, the Rademacher complexity is approximated using the variance of the BN layers. Finally, the selected models are then compressed via 8-bit quantization to facilitate deployment on mobile devices. This approach achieves 99.42% accuracy in just 0.51 GPU h, significantly reducing model search time without needing pretrained models. We validate this method on a self-developed BESS platform featuring a battery management system and custom mobile app, accessible online.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于零样本神经架构搜索的锂电池故障诊断技术具有重要的工程应用价值。该技术通过Rademacher复杂度理论自动优化神经网络结构,在0.51 GPU小时内即可达到99.42%的诊断准确率,这为我们大规模储能电站的智能运维提供了高效解决方案。
该技术的核心优势在于三个方面:首先,零样本架构搜索消除了传统方法对预训练模型和人工调参的依赖,这意味着我们可以快速针对不同化学体系的电池(如磷酸铁锂、三元锂等)定制化诊断模型,显著降低算法开发周期;其次,8位量化压缩技术使模型可部署在移动端和边缘设备,与我们现有的iSolarCloud云平台和本地BMS系统形成协同,实现从电芯级到电站级的分层诊断;第三,实时诊断能力对于兆瓦级储能系统的安全运行至关重要,可有效预防热失控等严重故障。
从技术成熟度评估,该方法已在自研平台上验证,具备较好的工程化基础。但在实际应用中仍需关注几个挑战:一是不同工况下(如极端温度、高倍率充放电)的模型泛化性验证;二是与我们现有PowerTitan、PowerStack等储能产品的BMS系统集成适配;三是大规模部署后的模型更新迭代机制。
建议将此技术纳入储能系统智能化路线图,优先在工商业储能项目中试点应用,结合我们在全球超30GWh的储能装机数据优势,进一步优化算法鲁棒性,打造行业领先的预测性维护能力。