机器学习驱动的智能化电池管理技术与应用

发布于:2025-07-14 ⋅ 阅读:(14) ⋅ 点赞:(0)

随着全球新能源汽车产业的迅猛发展和“双碳”战略的深入实施,动力电池作为电动汽车的核心部件,其性能、寿命与安全性直接决定了整车的市场竞争力与用户体验。然而,在复杂工况下的状态精确感知、健康度评估、寿命预测以及安全风险防控,一直是行业面临的重大技术挑战。在此背景下,智能化、高精度、高可靠的电池管理技术已成为产业升级和学术研究的关键突破口。

国家需求层面, 我国新能源汽车产业与新型储能系统的飞速发展,对高安全、长寿命、高可靠性的动力电池系统提出了迫切需求。《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》及“双碳”战略目标均将突破电池安全瓶颈、提升电池管理水平列为关键任务。GB38031-2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》的强制实施,特别是“5分钟热失控预警”技术要求,亟需通过智能化电池管理技术(BMS)实现电池状态的高精度感知、健康度的可靠评估、寿命的准确预测及安全隐患的早期智能诊断,以保障人民生命财产安全,支撑国家新能源战略与产业竞争力的提升。

学术研究趋势方面,机器学习引领BMS创新浪潮。从单一模型到模型融合与迁移学习,为克服单一模型泛化能力不足、依赖特定工况/老化状态数据的局限,模型融合、迁移学习、元学习成为研究热点。它们旨在利用有限数据、跨工况/跨电池型号知识迁移,提升模型的适应性和鲁棒性,完美契合新国标对全生命周期、复杂工况鲁棒性的要求。深度学习模型因其强大的时序特征提取、空间特征捕获和长序列建模能力,在SOC/SOH估计、RUL预测、退化轨迹建模、故障诊断等领域取得显著优于传统方法的精度,是当前活跃的研究方向。

学习特色

  1. 深度技术融合,聚焦前沿应用:

☆ 核心特色在于将机器学习(ML)与人工智能(AI)技术(SVM, BP/CNN/LSTM, 迁移学习, SVR, KMeans, DBSCAN, LOF, 深度学习)深度、系统地应用于电池管理(BMS)的核心痛点问题:SOC估计、SOH估计、剩余寿命预测(RUL)、热失控预警。

☆ 覆盖了从基础原理到最新研究趋势(如迁移学习、云端大数据分析、深度学习联合预测)的应用,体现了技术的前沿性和综合性。

  1. 理论与实践高度结合,案例驱动:

☆ 大量实例讲解是最大亮点之一。课程在SOC、SOH、RUL、热失控预警等每个核心应用模块后,都有具体的技术实例(如“基于支持向量机的SOC估计”、“基于深度学习的寿命预测方法”、“基于实车运行大数据的电池SOH估计”、“基于深度学习的异常电芯检测”等)。确保学员不仅能理解理论,更能直观掌握实现路径和评估方法。

☆ 内容设计上强调“数据集-特征工程-模型构建-训练优化-验证评估”的完整技术链条,符合工程实践逻辑。

  1. 覆盖电池管理全生命周期关键环节:

☆ 培训内容系统性强,围绕电池管理的核心任务展开:

状态感知: SOC(多种ML方法)、SOH(单体/系统,不同工况)。

寿命管理: RUL预测(传统ML/深度学习/联合预测)、退化轨迹预测。

安全预警: 热失控/故障诊断(多种无监督学习及深度学习方法)。

☆ 提供了从单体到系统、从实验室工况到实车动态工况、从新电池到老化电池的全面视角。

  1. 强调方法对比与场景适应性:

☆ 在关键问题上(如SOC估计、SOH估计、故障检测)不局限于单一方法,对比讲解多种主流ML/AI技术(如SVM vs神经网络vs迁移学习;KMeans vs DBSCAN vs 深度学习等)

☆ 特别关注不同应用场景:如SOH估计部分专门区分了“满充满放恒定工况”、“多阶恒流/片段恒流工况”、“动态放电工况”、“云端大数据”等不同场景下的方法,体现了技术选型与场景的强关联性。

  1. 结构清晰,层次递进

☆ 课程从电池管理基础和AI/ML基础讲起,确保学员具备必要的背景知识。

☆ 核心部分按应用领域(SOC->SOH->RUL->安全) 组织,逻辑清晰。

☆ 在每个应用领域内,通常遵循 “概述->传统/基础方法->先进/复杂方法(深度学习、迁移学习、联合预测)->实例验证” 的递进结构,便于学员逐步深入。

学习对象:

汽车工业、电力工业、自动化技术、BMS算法开发、电池系统研发、新能源汽车工程、储能系统管理、环境科学与资源利用、计算机软件及应用等专业和领域的科研人员、工程师、及相关行业从业者、跨领域研究人员。

机器学习驱动的智能化电池管理技术与应用

电池管理技术概述

  1. 电池的工作原理与关键性能指标

  2. 电池管理系统的核心功能

  3. BMS的软件开发要点:SOC估计、SOH估计、剩余寿命预测

人工智能机器学习基础

  1. 人工智能的发展

  2. 机器学习的关键概念

  3. 机器学习在电池管理中的应用案例介绍

人工智能在电池荷电状态估计中的应用

  1. 荷电状态估计方法概述

  2. 基于支持向量机的SOC估计

(1)锂电池测试及数据集

(2)基于SVM的估计框架

(3)模型验证和讨论

3.基于神经网络的SOC估计

(1)锂电池数据集

(2)基于BP/CNN/LSTM神经网络的估计框架

(3)不同输入的对比分析

(4)不同工况/温度的精度验证

  1. 基于迁移学习的 SOC 估计

(1)锂电池测试及数据集

(2)基于深度迁移学习的SOC估计

(3)多温度下 SOC 估计验证

(4)多老化点下 SOC 估计验证

实例讲解1:基于支持向量机的SOC估计

实例讲解2:基于神经网络的SOC估计

实例讲解3:基于迁移学习的SOC估计
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人工智能在电池健康状态估计中的应用

  1. 健康状态估计方法概述

  2. 人工智能技术在电池单体SOH预估中的应用

(1)健康因子提取

(2)构建人工智能模型

(3) 模型训练与超参数优化

(4)电池系统健康状态

  1. 满充满放恒定工况下基于机器学习的电池SOH估计

(1)健康因子提取

(2)健康因子相关性分析

(3)基于机器学习的电池SOH估计

  1. 多阶恒流/片段恒流工况下的 SOH 估计方法

(1) 锂离子电池老化数据集

(2)SOH健康特征提取

① 电池公开数据集老化试验

② 电池增量容量曲线提取

③ 电压序列构建方法

④ 电压序列相关性分析

(3)健康特征提取

(4) 基于神经网络的电池SOH估计方法

  1. 动态放电工况下基于模型误差谱的 SOH 估计方法

(1)方法基本原理及框架

(2)数据集及参数辨识

(3)模型误差面积提取

(4)老化特征及工况特征融合

(5)模型训练及验证

  1. 基于云端大数据的电池SOH估计

(1)数据预处理

(2)容量标签构建

(3)容量估算框架

(4)多场景验证及测试

实例讲解1:满充满放恒定工况下的电池SOH估计
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实例讲解2:多阶恒流/片段恒流工况下的电池 SOH 估计

实例讲解3:动态放电工况下基于模型误差谱的 SOH 估计

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实例讲解4:基于实车运行大数据的电池 SOH 估计

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人工智能在电池寿命预测和衰后性能预测中的应用

  1. 锂离子电池状态、轨迹及特性预测概述

  2. 基于传统机器学习SVR的电池剩余寿命预测

(1)数据集介绍

(2)特征提取及估计框架

(3)方法验证及讨论

  1. 基于深度学习的电池RUL联合预测方法

(1)电池数据集介绍

(2)特征提取及估计框架

(3)方法验证及讨论

  1. 基于机器学习的电池SOH和RUL联合预测方法

(1)数据集介绍

(2)研究框架和方法

(3)结果分析与验证

  1. 基于数据驱动的电池衰退轨迹预测方法

(1)数据集及数据预处理

(2)特征工程与退化敏感特征提取

(3)数据集构建与划分

(4)模型选择与训练

(5)轨迹预测与评估优化

实例讲解1:基于支持向量回归的寿命预测方法

实例讲解2:基于深度学习的寿命预测方法

实例讲解3:基于机器学习的健康状态及寿命联合预测方法

实例讲解4:基于深度学习的电池衰退轨迹预测方法

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人工智能在电池热失控预警中的应用

  1. 电池热失控预警方法概述

  2. 算法数据集介绍:电池故障数据来源

  3. 基于无监督聚类算法(KMeans)的电池现实故障检测方法

(1)KMeans聚类方法

(2)基于聚类方法的检测框架

(3)检测结果集讨论

  1. 基于无监督聚类算法(DBSCAN)的电池现实故障检测方法

(1)DBSCAN聚类方法

(2)基于聚类方法的检测框架

(3)检测结果集讨论

  1. 基于局部离群因子的电池系统故障智能诊断方法

(1)LOF 算法核心原理

(2)特征选择及逻辑判断准则

(3)结果分析及验证

  1. 基于深度学习的电池系统智能故障诊断方法

(1)神经网络诊断框架

(2)结果分析及验证

实例讲解1:基于KMeans的异常电芯检测

实例讲解2:基于DBSCAN的异常电芯检测

实例讲解3:基于LOF的异常电芯检测

实例讲解4:基于深度学习的异常电芯检测

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