基于延迟嵌入动态模式分解的锂离子电池非线性动力学建模
系统与控制
2026-02-25 v1 系统与控制
摘要
锂离子电池复杂的电化学行为导致非线性动力学，对这种非线性动力系统进行适当建模对于更好的管理和控制具有重要意义。在这项工作中，我们提出了一族基于动态模式分解(DMD)的数据驱动模型，这些模型不需要详细了解电池材料的组成，但能够以更高的计算效率捕获非线性动力学。仅利用从混合脉冲功率特性(HPPC)测试中获得的电压和电流数据来形成状态空间矩阵，随后用于预测不同荷电状态(SoC)和老化水平下的未来端电压。为了构建系统模型，利用单个HPPC测试中60%的数据生成时间延迟嵌入快照，嵌入维度范围为40到2000。其中，嵌入维度为1810时，对于带控制的动态模式分解(DMDc)模型，残差平方和(RSS)误差最小为3.86；对于标准DMD模型，RSS误差最小为30。对于DMDc模型，延迟嵌入(范围从1到12)也被纳入输入电流信号中。对于输入矩阵，嵌入维度为6时，RSS误差最小为1.74。此外，从电池健康状态下的HPPC测试中识别出的系统矩阵A和B被保持固定，并通过仅更新控制输入来模拟老化电池的系统动力学。尽管在后续循环中存在非线性退化效应，DMDc模型仍能有效捕获关键内部动力学，例如后续充放电循环中的电压骤降和瞬态响应。
引用
@article{arxiv.2601.22403,
title = {Modeling of Non-linear Dynamics of Lithium-ion Batteries via Delay-Embedded Dynamic Mode Decomposition},
author = {Khalid Mahmud Labib and Shabbir Ahmed},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.22403},
year = {2026}
}
备注
7 pages,10 figures