XJTU电池数据集详细分析（附代码）—— XJTU battery dataset analysis
电池和实验先容本实验的实验对象为“力神”制造的18650型镍钴锰酸锂电池，其化学成分为 LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 \text{LiNi}_{0.5}\text{Co}_{0.2}\text{Mn}_{0.3}\text{O}_2 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。
电池的标称容量为2000 mAh，标称电压为3.6 V，充电截止电压和放电截止电压分别为4.2 V和2.5 V。整个实验在室温下举行。
一共包括55只电池，分成6个批次。
充放电装备为ACTS-5V10A-GGS-D，所有数据的采样频率为1Hz。
数据集链接：XJTU battery dataset
论文链接：Physics-informed neural network for lithium-ion battery degradation stable modeling and prognosis
GitHub 链接：Battery-dataset-preprocessing-code-library
SOH估计的Benchmark：Benchmark
所有batch的图片总览
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e1827e23ee5b4261b2a33e45abf0eb36.png
每一行分别是1个batch中的第一个电池的数据，从左到右分别是电压、电流、温度和容量。
代码
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from scipy.io import loadmat
from scipy import interpolate
import os
import functools
插值重采样装饰器
def interpolate_resample(resample=True, num_points=128):
'''
插值重采样装饰器,如果resample为True，那么就进行插值重采样，点数为num_points,默认为128；
否则就不进行重采样
:param resample: bool: 是否进行重采样
:param num_points: int: 重采样的点数
:return:
'''
def decorator(func):
@functools.wraps(func)
def wrapper(self,*args, **kwargs):
data = func(self,*args, **kwargs)
if resample:
x = np.linspace(0, 1, data.shape)
f1 = interpolate.interp1d(x, data, kind='linear')
new_x = np.linspace(0, 1, num_points)
data = f1(new_x)
return data
return wrapper
return decorator
Battery类，它可以用于读取XJTU电池数据集所有batch的数据
class Battery:
def __init__(self,path):
mat = loadmat(path)
self.data = mat['data']
self.battery_name = path.split('/')[-1].split('.')
self.summary = mat['summary']
self.cycle_life = self.summary
self.description = self.summary
self.variable_name = ['system_time','relative_time_min','voltage_V','current_A','capacity_Ah','power_Wh','temperature_C','description']
print(f'电池寿命：{self.cycle_life}, 电池描述：{self.description}')
def print_variable_name(self):
print('0:system_time, '
'1:relative_time_min, '
'2:voltage_V, '
'3:current_A, '
'4:capacity_Ah, '
'5:power_Wh, '
'6:temperature_C, '
'7:description'
)
def get_descriptions(self):
'''
电池每个cycle都有一个描述，这个函数返回所有的描述种类
:return:
'''
descriptions = []
for i in range(self.data.shape):
description = self.data
if description not in descriptions:
descriptions.append(description)
return descriptions
def get_one_cycle_description(self,cycle):
'''
获取某个cycle的描述
:param cycle: int: 电池的循环次数
:return:
'''
# 如果cycle大于电池的循环次数，或者小于1，那么就报错，并提示用户
if cycle > self.data.shape or cycle < 1:
raise ValueError(f'cycle的值应该在}]之内')
description = self.data
return description
def get_degradation_trajectory(self):
'''
获取电池的容量衰减轨迹。因为很多cycle没有完全放电，因此需要用的cycle来插值
对于完全放电的前几批次数据，该函数与self.get_capacity()函数的结果是一样的
:return:
'''
# 获取测量容量的cycle
test_capacity_cycles = []
for i in range(1,self.cycle_life+1):
des = self.get_one_cycle_description(i)
if 'test capacity' in des:
test_capacity_cycles.append(i)
# 获取测量容量的cycle的容量
index = np.array(test_capacity_cycles)-1
capacity = self.get_capacity()
test_capacity = capacity
# 利用插值法获取所有cycle的容量
cycle = np.arange(1,self.cycle_life+1)
try:
f = interpolate.interp1d(test_capacity_cycles,test_capacity,kind='cubic',fill_value='extrapolate')
except:
f = interpolate.interp1d(test_capacity_cycles,test_capacity,kind='linear',fill_value='extrapolate')
degradation_trajectory = f(cycle)
return degradation_trajectory #,(np.array(test_capacity_cycles),test_capacity)
def get_capacity(self):
'''
获取电池的容量曲线
:return:
'''
capacity = self.summary.reshape(-1)
return capacity
def get_value(self,cycle,variable):
'''
从cycle中提取出variable的数据
:param cycle: int: 电池的循环次数
:param variable: int or str: 变量的名称或者索引,可选self.variable_name中的变量
:return:
'''
if isinstance(variable,str):
variable = self.variable_name.index(variable)
assert cycle <= self.data.shape
assert variable <= 7
value = self.data
if variable == 7:
value = value
else:
value = value.reshape(-1)
return value
# 如果需要重采样，则取消下面这行注释
# @interpolate_resample(resample=False,num_points=128)
def get_partial_value(self,cycle,variable,stage=1):
'''
从cycle中提取出variable的stage阶段的数据
:param cycle: int: 电池的循环次数
:param variable: int or str: 变量的名称或者索引,可选self.variable_name中的变量
:param stage: int: 阶段的索引，可选, 分别是【充电，静置，放电，静置】; 对于Batch6模拟卫星的实验数据，一共有三个阶段，【分别是充电，静置，放电】
:return:
'''
value = self.get_value(cycle=cycle,variable=variable)
relative_time_min = self.get_value(cycle=cycle,variable='relative_time_min')
# 找到relative_time_min中等于0的index
index = np.where(relative_time_min == 0)
index = np.insert(index,len(index),len(value))
value = value:index]
return value
# 如果需要重采样，则取消下面这行注释
# @interpolate_resample(resample=False,num_points=128)
def get_CC_value(self, cycle, variable, voltage_range=None):
'''
获取第cycle个充电的周期的CC过程中的variable的值;如果指定了voltage_range,那么就是在voltage_range范围内的值
:param cycle: int: 电池的循环次数
:param variable: int or str: 变量的名称或者索引,可选self.variable_name中的变量
:param voltage_range: list or None: 电压的范围,默认为None,表示整个CC过程的数据. 也可选其他范围，for example:
:return:
'''
value = self.get_partial_value(cycle=cycle, variable=variable, stage=1)
voltage = self.get_partial_value(cycle=cycle, variable='voltage_V', stage=1)
if voltage_range is None:
index = np.where(voltage <= 4.199)
else:
index = np.where((voltage >= voltage_range) & (voltage <= voltage_range))
value = value
return value
# 如果需要重采样，则取消下面这行注释
# @interpolate_resample(resample=False,num_points=128)
def get_CV_value(self, cycle, variable, current_range=None):
'''
获取第cycle个充电的周期的CV过程中的variable的值;如果指定了current_range,那么就是在current_range范围内的值
:param cycle: int: 电池的循环次数
:param variable: int or str: 变量的名称或者索引,可选self.variable_name中的变量
:param current_range: list or None: 电流的范围,默认为None,表示整个CV过程的数据. 其他可选：for example:
:return:
'''
value = self.get_partial_value(cycle=cycle, variable=variable, stage=1)
current = self.get_partial_value(cycle=cycle, variable='current_A', stage=1)
voltage = self.get_partial_value(cycle=cycle, variable='voltage_V', stage=1)
if current_range is None:
index = np.where(voltage >= 4.199)
else:
index = np.where((current >= np.min(current_range)) & (current <= np.max(current_range)))
value = value
return value
def get_one_cycle(self,cycle):
'''
获取某个cycle的所有通道数据
:param cycle: int: 电池的循环次数
:return:
'''
assert cycle <= self.data.shape
cycle_data = {}
cycle_data['system_time'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='system_time')
cycle_data['relative_time_min'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='relative_time_min')
cycle_data['voltage_V'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='voltage_V')
cycle_data['current_A'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='current_A')
cycle_data['capacity_Ah'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='capacity_Ah')
cycle_data['power_Wh'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='power_Wh')
cycle_data['temperature_C'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='temperature_C')
cycle_data['description'] = self.get_value(cycle=cycle,variable='description')
return cycle_data
def get_IC_curve1(self,cycle,voltage_range=,step_len=0.01):
'''
计算增量容量曲线，公式为：dQ/dV,其中Q为容量，V为电压
:param cycle: int: 电池的循环次数
:param voltage_range: list: 电压的范围,默认为None,表示整个电池的电压范围
:param step_len: float: 对容量数据进行等电压的间隔重采样，默认电压间隔为0.01V
:return:
'''
Q = self.get_CC_value(cycle=cycle,variable='capacity_Ah',voltage_range=voltage_range)
V = self.get_CC_value(cycle=cycle,variable='voltage_V',voltage_range=voltage_range)
if len(Q) <= 2 or len(V) <= 2:
return [],[]
# 对Q进行等V间隔重采样
f1 = interpolate.interp1d(V, Q, kind='linear')
num_points = int((voltage_range - voltage_range) / step_len) + 1
V_new = np.linspace(V, V[-1], num_points)
Q_new = f1(V_new)
dQ = np.diff(Q_new)
dV = np.diff(V_new)
IC = dQ/dV
return IC,V_new
def get_IC_curve2(self,cycle,voltage_range=,step_len=0.01):
'''
计算增量容量曲线，公式为：dQ/dV = I·dt/dV
:param cycle: int: 电池的循环次数
:param voltage_range: list: 电压的范围,默认为None,表示整个电池的电压范围
:param step_len: float: 对电流和时间数据进行等电压的间隔重采样，默认电压间隔为0.01V
:return:
'''
t = self.get_CC_value(cycle=cycle,variable='relative_time_min',voltage_range=voltage_range)
V = self.get_CC_value(cycle=cycle,variable='voltage_V',voltage_range=voltage_range)
I = self.get_CC_value(cycle=cycle,variable='current_A',voltage_range=voltage_range)
# 对t和I进行等电压V间隔重采样
num_points = int((voltage_range - voltage_range) / step_len) + 1
f1 = interpolate.interp1d(V, t, kind='linear')
V_new = np.linspace(V, V[-1], num_points)
t_new = f1(V_new)
f2 = interpolate.interp1d(V, I, kind='linear')
I_new = f2(V_new)
dt = np.diff(t_new)
dV = np.diff(V_new)
Idt = I_new*dt
IC = Idt/dV
return IC,V_new
在上面的代码的底子上，我们分别对每个batch的数据举行可视化。
注：下面所画的图都可以调用Battery类中的函数获取数据。
Batch-1
数据先容
固定充放电战略，充满，放完。
第一个cycle测量电池的初始容量：
以0.5C（1A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.02C（40mA）；
静置5分钟；以0.2C（0.4A）放电至2.5V。
其他cycles：
[*]以2.0C（4A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.05C（0.1A）；
[*]静置5分钟；
[*]以1.0C（2A）放电至2.5V；
[*]静置5分钟。
案例和可视化
# Batch1
battery_path = r'..\Batch-1\2C_battery-1.mat'
battery = Battery(battery_path)
电池寿命：390, 电池描述：2C charge experiment
画容量退化曲线
# 画容量退化曲线
import scienceplots
plt.style.use(['science'])
%matplotlib inline
degradation_trajectory = battery.get_capacity()
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 2),dpi=200)
plt.plot(degradation_trajectory)
plt.xlabel('Cycle')
plt.ylabel('Capacity (Ah)')
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/dc9cce2c04644f5283d978706098c640.png
画任意一个cycle的电压、电流、温度曲线
# 画第100个cycle的电压、电流、温度曲线
current = battery.get_value(cycle=100,variable='current_A')
voltage = battery.get_value(cycle=100,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_value(cycle=100,variable='temperature_C')
# 在1*3的子图中画出电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
axs.plot(current)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7d34dfa0287b43f9a20f937c86693bf6.png
画任意一个cycle的【充电阶段】的电压、电流、温度曲线
# 画第100个cycle的充电阶段的电压、电流、温度曲线
current = battery.get_partial_value(cycle=100,stage=1,variable='current_A')
voltage = battery.get_partial_value(cycle=100,stage=1,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_partial_value(cycle=100,stage=1,variable='temperature_C')
# 在1*3的子图中画出电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
axs.plot(current)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/3ab6b16ac6b446419e4ff519e3f1468a.png
画任意一个cycle的【放电阶段】的电压、电流、温度曲线
# 画第100个cycle的放电阶段的电压、电流、温度曲线
current = battery.get_partial_value(cycle=100,stage=3,variable='current_A')
voltage = battery.get_partial_value(cycle=100,stage=3,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_partial_value(cycle=100,stage=3,variable='temperature_C')
# 在1*3的子图中画出电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
axs.plot(current)
axs.set_ylim([-1,-3])
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/01a3d39d596e4f908147ac0e97c8b149.png
画任意一个cycle的【恒流充电】阶段的曲线，可指定电压范围
# 画第100个cycle恒流充电阶段，电压范围为的电压、电流、温度曲线
relative_time = battery.get_CC_value(cycle=100,variable='relative_time_min',voltage_range=)
current = battery.get_CC_value(cycle=100,variable='current_A',voltage_range=)
voltage = battery.get_CC_value(cycle=100,variable='voltage_V',voltage_range=)
temperature = battery.get_CC_value(cycle=100,variable='temperature_C',voltage_range=)
# 在1*3的子图中画出电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
axs.plot(relative_time,current)
axs.set_ylim()
axs.set_xlabel('Relative Time (min)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(relative_time,voltage)
axs.set_xlabel('Relative Time (min)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(relative_time,temperature)
axs.set_xlabel('Relative Time (min)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/22e634ec67664b17a9bfb627c4bb61d0.png
画任意一个cycle的【恒压充电】阶段的曲线，可指定电流范围
# 画第100个cycle恒压充电阶段，电流范围为A内的电压、电流、温度曲线
relative_time = battery.get_CV_value(cycle=100,variable='relative_time_min',current_range=)
current = battery.get_CV_value(cycle=100,variable='current_A',current_range=)
voltage = battery.get_CV_value(cycle=100,variable='voltage_V',current_range=)
temperature = battery.get_CV_value(cycle=100,variable='temperature_C',current_range=)
# 在1*3的子图中画出电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
axs.plot(relative_time,current)
axs.set_xlabel('Relative Time (min)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(relative_time,voltage)
axs.set_xlabel('Relative Time (min)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.set_ylim()
axs.plot(relative_time,temperature)
axs.set_xlabel('Relative Time (min)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/cbbb3860c2534a0895086e42cdc2bb5a.png
画任意一个cycle的增量容量曲线
# 画第100个cycle的增量容量曲线
IC,V = battery.get_IC_curve1(cycle=100,voltage_range=,step_len=0.01)
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 2),dpi=200)
plt.plot(V,IC)
plt.xlabel('Voltage (V)')
plt.ylabel('dQ/dV (Ah/V)')
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/eba133a6166d4bc6be3fdcc6f298495b.png
画全寿命周期内的充电电压曲线
# 画全寿命周期内的充电电压曲线
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 2),dpi=200)
cm = plt.cm.GnBu(np.linspace(0,1,battery.cycle_life))
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='GnBu',norm=plt.Normalize(vmin=0,vmax=battery.cycle_life))
for cycle in range(1,battery.cycle_life+1,5):
voltage = battery.get_partial_value(cycle=cycle,stage=1,variable='voltage_V')
plt.plot(voltage,color=cm)
plt.xlabel('Time (s)')
plt.ylabel('Voltage (V)')
cbar = plt.colorbar(sm)
cbar.set_label('Cycle')
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d750e7e160d344128d6d5b5bd39c64b0.png
同理，改变以上代码可以画出其他的曲线，例如增量容量曲线:
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 2),dpi=200)
cm = plt.cm.GnBu(np.linspace(0,1,battery.cycle_life))
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='GnBu',norm=plt.Normalize(vmin=0,vmax=battery.cycle_life))
for cycle in range(2,battery.cycle_life+1,5):
IC,V = battery.get_IC_curve1(cycle=cycle,voltage_range=,step_len=0.01)
plt.plot(V,IC,color=cm)
plt.xlabel('Voltage (V)')
plt.ylabel('dQ/dV (Ah/V)')
cbar = plt.colorbar(sm)
cbar.set_label('Cycle')
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/fe5b7a0c6d5f433b89e83e83626de40a.png
注：以上所有的图都没有颠末重采样，如果需要重采样，可以取消相应函数的表明。
Batch-2
数据集先容
固定充放电战略，充满，放完。
第一个cycle测量电池的初始容量：以0.5C（1A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.02C（40mA）；
静置5分钟；以0.2C（0.4A）放电至2.5V。
其他cycles：
[*]以3.0C（A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.05C（0.1A）；
[*]静置5分钟；
[*]以1.0C（2A）放电至2.5V；
[*]静置5分钟。
案例和可视化
Batch-2的数据集和Batch-1的数据集类似，可以参考Batch-1的案例和可视化
Batch-3
数据集先容
不固定放电战略，充满，放完。
第一个cycle测量电池的初始容量：以0.5C（1A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.02C（40mA）；
静置5分钟；以0.2C（0.4A）放电至2.5V。
其他cycles：
[*]以2.0C（2A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.05C（0.1A）；
[*]静置5分钟；
[*]以 x x xC放电至2.5V（ x x x在{0.5,1,2,3,5}中循环取值）；
[*]静置5分钟；
案例和可视化
battery = Battery('../Batch-3/R2.5_battery-1.mat')
cm = plt.cm.GnBu(np.linspace(0,1,battery.cycle_life))
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='GnBu',norm=plt.Normalize(vmin=0,vmax=battery.cycle_life))
电池寿命：592, 电池描述：Random discharge to 2.5V
画容量退化曲线
# 画容量退化曲线
degradation_trajectory = battery.get_capacity()
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 2),dpi=200)
plt.plot(degradation_trajectory)
plt.xlabel('Cycle')
plt.ylabel('Capacity (Ah)')
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/7195b1b045504fb58084429dd0cae838.png
从上图可以看出，由于放电电量依次在{0.5,1,2,3,5}C中循环取值，因此放出的电量差异，导致容量退化曲线波动较大。
画电压、电流、温度曲线
在一张图上画出放电电流取值{0.5,1,2,3,5}C的电压、电流、温度曲线
# 在1*3的图中画放电电流取值{0.5,1,2,3,5}C的电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
labels = ['0.5C','1C','2C','3C','5C']
for cycle in :
current = battery.get_value(cycle=cycle,variable='current_A')
voltage = battery.get_value(cycle=cycle,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_value(cycle=cycle,variable='temperature_C')
axs.plot(current)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature,label=labels)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.legend()
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/219326d570e940e08b7c7a5307e003e4.png
其他曲线的画法与Batch-1一致，不再赘述。
Batch-4
数据集先容
不固定放电战略，充满，不放完。
第一个cycle测量电池的初始容量：以0.5C（1A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.02C（40mA）；
静置5分钟；以0.2C（0.4A）放电至2.5V。
其他cycles：
[*]以2.0C（2A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.05C（0.1A）；
[*]静置5分钟；
[*]以 x x x C放电至3.0V（ x x x在{0.5,1,2,3,5}中循环取值）；
[*]静置5分钟；
每当 x x x循环完一轮，执行一次以下操作测量容量：以2C（4A）恒流恒压充电至4.2V；静置5分钟；以1C（2A）放电至2.5V；静置5分钟；
案例和可视化
battery = Battery('../Batch-4/R3_battery-1.mat')
cm = plt.cm.GnBu(np.linspace(0,1,battery.cycle_life))
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='GnBu',norm=plt.Normalize(vmin=0,vmax=battery.cycle_life))
电池寿命：799, 电池描述：Random discharge to 3V
画容量退化曲线和退化轨迹
从Batch-4开始，所有电池都没有完全放电，因此用测试容量的cycle来插值，得到退化曲线。
# 画容量退化曲线和退化轨迹
capacity = battery.get_capacity()
degradation_trajectory = battery.get_degradation_trajectory()
x = np.arange(len(capacity))
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 1.5),dpi=200)
plt.plot(x,capacity,'--k',linewidth=0.1,alpha=0.6)
plt.scatter(x,capacity,c=cm,s=1,alpha=0.8)
plt.plot(degradation_trajectory,linewidth=1.5,alpha=0.5,c='#FF371B',label='Degradation Trajectory')
plt.xlabel('Cycle')
plt.ylabel('Capacity (Ah)')
plt.legend()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/13d2916368ce43b0babf1f1993cedc01.png
画电压、电流、温度曲线
在一张图上画出放电电流取值{0.5,1,2,3,5}C的电压、电流、温度曲线
# 在1*3的图中画放电电流取值{0.5,1,2,3,5}C的电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
labels = ['0.5C','1C','2C','3C','5C']
for cycle in :
current = battery.get_value(cycle=cycle,variable='current_A')
voltage = battery.get_value(cycle=cycle,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_value(cycle=cycle,variable='temperature_C')
axs.plot(current)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature,label=labels)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.legend()
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/31762a59c8184f89b5386b40ed9636f5.png
注：Batch-4的数据集和Batch-3的数据集类似，可以参考Batch-3的案例和可视化
Batch-5
数据集先容
随机游走战略，充满，不放完。
1-20个cycle：
[*]以0.5C（1A）充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.02C（40mA）；
[*]静置5分钟；
[*]然后以 x x x A放电 y y y分钟（ x x x为区间内的随机整数， y y y为区间内的随机整数），为保证安全，当电压降至3.0V时停止放电；
[*]静置20分钟。
从21个cycle起重复以下循环：
[*] 测一次容量（以1C（2A）恒流恒压充电至4.2V；静置5分钟；以1C（2A）放电至2.5V；静置5分钟）。
[*] 随机放电10个cycles:
2.1. 以3.0C（6A）充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.05C（0.1A）；
2.2. 静置5分钟；
2.3. 然后以 x x x A放电 y y y分钟（x为区间内的随机整数，y为区间内的随机整数），为保证安全，当电压降至3.0V时停止放电；
2.4. 静置10分钟。
案例和可视化
battery = Battery('../Batch-5/RW_battery-1.mat')
cm = plt.cm.GnBu(np.linspace(0,1,battery.cycle_life))
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='GnBu',norm=plt.Normalize(vmin=0,vmax=battery.cycle_life))
电池寿命：197, 电池描述：Random Walk Discharging experiment
画容量退化曲线和退化轨迹
从Batch-4开始，所有电池都没有完全放电，因此用测试容量的cycle来插值，得到退化曲线。
# 画容量退化曲线和退化轨迹
capacity = battery.get_capacity()
degradation_trajectory = battery.get_degradation_trajectory()
x = np.arange(len(capacity))
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 1.5),dpi=200)
plt.plot(x,capacity,'--k',linewidth=0.1,alpha=0.6)
plt.scatter(x,capacity,c=cm,s=1,alpha=0.8)
plt.plot(degradation_trajectory,linewidth=1.5,alpha=0.5,c='#FF371B',label='Degradation Trajectory')
plt.xlabel('Cycle')
plt.ylabel('Capacity (Ah)')
plt.legend()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/da60babd7b4f4353b4331cfb77fb9c94.png
画电压、电流、温度曲线
# 在1*3的图中随机画出5个cycle的电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
for i in range(1,6):
current = battery.get_value(cycle=i,variable='current_A')
voltage = battery.get_value(cycle=i,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_value(cycle=i,variable='temperature_C')
axs.plot(current)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/69ced0c6bc5447f8954a7bc9c4b1cc3c.png
其他曲线的画法与Batch-1一致，不再赘述。
Batch-6
数据集先容
模拟地球同步轨道（Geosynchronous Earth Orbit）卫星电池充放电。
第一个cycle测量电池的初始容量：以0.5C（1A）恒流充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.02C（40mA）；静置5分钟；以0.2C（0.4A）放电至2.5V。
其他cycles：
以2C（4A）充电至4.2V，然后维持电压不变，直至电流降至0.05C（0.1A）；
静置5分钟，以0.667C（1.334A）放电，放电持续时间下表所示：
Cycle number1234567891011121314151617181920212223Duration (min)520344146505456586062646869707172727272727272 Cycle number4645444342414039383736353433323130292827262524Duration (min)520344146505456586062646869707172727272727272 大约每5个cycle测一次容量（以1C（2A）恒流恒压充电至4.2V；静置5分钟；以0.5C（1A）放电至2.5V）。
案例和可视化
battery = Battery('../Batch-6/Sim_satellite_battery-1.mat')
cm = plt.cm.GnBu(np.linspace(0,1,battery.cycle_life))
sm = plt.cm.ScalarMappable(cmap='GnBu',norm=plt.Normalize(vmin=0,vmax=battery.cycle_life))
电池寿命：949, 电池描述：Simulate satellite
画容量退化曲线和退化轨迹
从Batch-4开始，所有电池都没有完全放电，因此用测试容量的cycle来插值，得到退化曲线。
# 画容量退化曲线和退化轨迹
capacity = battery.get_capacity()
degradation_trajectory = battery.get_degradation_trajectory()
x = np.arange(len(capacity))
fig, ax = plt.subplots(figsize=(3, 1.5),dpi=200)
plt.plot(x,capacity,'--k',linewidth=0.1,alpha=0.6)
plt.scatter(x,capacity,c=cm,s=1,alpha=0.8)
plt.plot(degradation_trajectory,linewidth=1.5,alpha=0.5,c='#FF371B',label='Degradation Trajectory')
plt.xlabel('Cycle')
plt.ylabel('Capacity (Ah)')
plt.legend()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/efeae3824c344f4b83d4959d9c73f6f0.png
从上图可以看出，电池放电时间以46个cycle为周期，其放出的容量也呈示了周期性。
画电压、电流、温度曲线
画半次循环（23个cycle）的电压、电流、温度曲线
# 在1*3的图中画出23个cycle的电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
count = 0
cycle = 2
cm = plt.cm.rainbow(np.linspace(0,1,40))
while count < 23:
description = battery.get_one_cycle_description(cycle=cycle)
if 'test capacity' in description:
cycle += 1
continue
current = battery.get_value(cycle=cycle,variable='current_A')
voltage = battery.get_value(cycle=cycle,variable='voltage_V')
temperature = battery.get_value(cycle=cycle,variable='temperature_C')
color = cm
axs.plot(current,color=color)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.plot(voltage,color=color)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.plot(temperature,color=color)
axs.set_xlabel('Time (s)')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
count += 1
cycle += 1
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/29531876d1104054b6a7a7c3fa59aaf9.png
把静置阶段的index对齐，重新绘制电压、电流、温度曲线
VOLTAGES_C = [] # 充电阶段电压
VOLTAGES_R = [] # 静置阶段电压
VOLTAGES_D = [] # 放电阶段电压
CURRENTS_C = []
CURRENTS_R = []
CURRENTS_D = []
TEMPERATURES_C = []
TEMPERATURES_R = []
TEMPERATURES_D = []
count = 0
cycle = 2
while count < 23:
description = battery.get_one_cycle_description(cycle=cycle)
if 'test capacity' in description:
cycle += 1
continue
voltage_c = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='voltage_V',stage=1)
voltage_r = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='voltage_V',stage=2)
voltage_d = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='voltage_V',stage=3)
current_c = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='current_A',stage=1)
current_r = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='current_A',stage=2)
current_d = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='current_A',stage=3)
temperature_c = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='temperature_C',stage=1)
temperature_r = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='temperature_C',stage=2)
temperature_d = battery.get_partial_value(cycle=cycle,variable='temperature_C',stage=3)
VOLTAGES_C.append(voltage_c)
VOLTAGES_R.append(voltage_r)
VOLTAGES_D.append(voltage_d)
CURRENTS_C.append(current_c)
CURRENTS_R.append(current_r)
CURRENTS_D.append(current_d)
TEMPERATURES_C.append(temperature_c)
TEMPERATURES_R.append(temperature_r)
TEMPERATURES_D.append(temperature_d)
count += 1
cycle += 1
# 把voltage_c，voltage_r，voltage_d拼接起来得到voltage，并把voltage按照静置阶段的index对齐
INDEXS = []
VOLTAGES = []
CURRENTS = []
TEMPERATURES = []
for i in range(len(VOLTAGES_C)):
# 把voltage_c，voltage_r，voltage_d拼接起来得到voltage，并把voltage按照voltage_r的index对齐
voltage = np.concatenate((VOLTAGES_C,VOLTAGES_R,VOLTAGES_D))
current = np.concatenate((CURRENTS_C,CURRENTS_R,CURRENTS_D))
temperature = np.concatenate((TEMPERATURES_C,TEMPERATURES_R,TEMPERATURES_D))
index = np.arange(len(voltage))
left_shift = len(VOLTAGES_C)
index = index - left_shift
VOLTAGES.append(voltage)
CURRENTS.append(current)
TEMPERATURES.append(temperature)
INDEXS.append(index)
# 在1*3的图中画出23个cycle的电压、电流、温度曲线
fig, axs = plt.subplots(1, 3, figsize=(9, 3),dpi=200)
for i in range(len(VOLTAGES)):
axs.plot(INDEXS,CURRENTS,linewidth=1.5,alpha=0.5,c=cm)
axs.plot(INDEXS,VOLTAGES,linewidth=1.5,alpha=0.5,c=cm)
axs.plot(INDEXS,TEMPERATURES,linewidth=1.5,alpha=0.5,c=cm)
axs.set_xlabel('Index')
axs.set_ylabel('Current (A)')
axs.set_xlabel('Index')
axs.set_ylabel('Voltage (V)')
axs.set_xlabel('Index')
axs.set_ylabel('Temperature (C)')
plt.tight_layout()
plt.show()
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/d658701034a04f93bfb9c071222a99aa.png
其他曲线的画法与Batch-1一致，不再赘述。
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