Co-Estimation of State of Charge and State of Health for Lithium-Ion Batteries Based on Fractional-Order Calculus

荷电状态 粒子群优化 健康状况 卡尔曼滤波器 工程类 等效电路 电压 电池(电) 电子工程 控制理论(社会学) 计算机科学 算法 电气工程 功率(物理) 量子力学 物理 人工智能 控制(管理)
作者
Xiaosong Hu,Hao Yuan,Changfu Zou,Zhe Li,Lei Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:67 (11): 10319-10329 被引量:525
标识
DOI:10.1109/tvt.2018.2865664
摘要

Lithium-ion batteries have emerged as the state-of-the-art energy storage for portable electronics, electrified vehicles, and smart grids. An enabling Battery Management System holds the key for efficient and reliable system operation, in which State-of-Charge (SOC) estimation and State-of-Health (SOH) monitoring are of particular importance. In this paper, an SOC and SOH co-estimation scheme is proposed based on the fractional-order calculus. First, a fractional-order equivalent circuit model is established and parameterized using a Hybrid Genetic Algorithm/Particle Swarm Optimization method. This model is capable of predicting the voltage response with a root-mean-squared error less than 10 mV under various driving-cycle-based tests. Comparative studies show that it improves the modeling accuracy appreciably from its second- and third-order counterparts. Then, a dual fractional-order extended Kalman filter is put forward to realize simultaneous SOC and SOH estimation. Extensive experimental results show that the maximum steady-state errors of SOC and SOH estimation can be achieved within 1%, in the presence of initial deviation, noise, and disturbance. The resilience of the co-estimation scheme against battery aging is also verified through experimentation.
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