基于HHO-LSTM-KAN模型的锂电池寿命预测
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TM912;TP183

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国家自然科学基金(62161042)


RUL prediction of lithium batteries based on an HHO-LSTM-KAN model
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    摘要:

    在以锂电池为动力的运行系统中,长期准确预测锂电池寿命至关重要.本研究以马里兰大学锂电池数据集中的CS2_35和CS2_36两块锂电池及美国国家航空航天局(NASA)的B0007号电池作为基础数据,通过结合长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络的长短时记忆能力与Kolmogorov-Arnold网络(KAN) 的非线性数据处理能力,构建LSTM-KAN寿命预测模型,同时引入哈里斯鹰优化算法确定组合模型最优超参数.首先,对数据进行预处理,从电压、电流、温度等数据中提取与锂电池容量具有一定相关性的特征.接着,从提取的特征中选择斯皮尔曼系数绝对值大于0.9的特征作为模型的输入,简化输入数据的复杂度.然后,通过哈里斯鹰优化算法对LSTM-KAN模型的超参数进行优化,将数据放入优化后的预测模型中进行预测,对预测值与目标值进行分析,完成预测.实验结果表明,所构建的预测算法具备锂电池寿命预测能力,能够准确预测锂电池的长期退化过程,且均方差指标与预测样本数均优于其他电池寿命预测模型.

    Abstract:

    Accurately predicting the long-term Remaining Useful Life (RUL) of lithium batteries is critical for ensuring the reliability of lithium battery-powerd systems.This study constructs an LSTM-KAN prediction model by integrating the sequential data processing capability of Long Short-Term Memory (LSTM) network with the superior nonlinear fitting ability of Kolmogorov-Arnold Network (KAN).To enhance model performance,the Harris Hawk Optimization (HHO) algorithm is employed to determine its optimal hyperparameters.Using datasets from the University of Maryland (batteries CS2_35 and CS2_36) and NASA (battery B0007),features correlated with battery capacity are first extracted from operational data such as voltage,current,and temperature.Features with a Spearman correlation coefficient greater than 0.9 are then selected as model inputs to reduce data complexity.Subsequently,the HHO algorithm optimizes the hyperparameters of the LSTM-KAN model,and the processed data are fed into the optimized model for RUL prediction.Experimental results demonstrate that the proposed HHO-LSTM-KAN model effectively predicts the long-term degradation trend of lithium batteries.Its performance,in terms of mean squared error and the required number of prediction samples,is superior to that of other benchmark battery life prediction models.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

焦鑫航,杨立清,李忠虎.基于HHO-LSTM-KAN模型的锂电池寿命预测[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2026,(3):352-361
JIAO Xinhang, YANG Liqing, LI Zhonghu. RUL prediction of lithium batteries based on an HHO-LSTM-KAN model[J]. Journal of Nanjing University of Information Science & Technology, 2026,(3):352-361

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  • 收稿日期:2024-12-25
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  • 在线发布日期: 2026-06-06
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