Balancing Awareness Fast Charging Control for Lithium-Ion Battery Pack Using Deep Reinforcement Learning

强化学习 电池组 计算机科学 稳健性(进化) 可观测性 数学优化 电池(电) 人工智能 功率(物理) 应用数学 数学 生物化学 量子力学 基因 物理 化学
作者
Yang Yi-kun,Jiarui He,Chunlin Chen,Jingwen Wei
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (4): 3718-3727 被引量:21
标识
DOI:10.1109/tie.2023.3274853
摘要

Minimizing charging time without damaging the batteries is significantly crucial for the large-scale penetration of electric vehicles. However, charging inconsistency caused by inevitable manufacture and usage inconsistencies can lead to lower efficiency, capacity, and shorter durability due to the "cask effect." This goal can be achieved by solving a series of constrained optimization problems with the model-based framework. Nevertheless, the high computational complexity, identifiability, and observability issues still limit their fidelity and robustness. To overcome these limitations and provide end-to-end learning strategies, this article proposes a balancing-aware fast-charging control framework based on deep reinforcement learning. In particular, a cell-to-pack equalization topology is first introduced to dispatch energy among in-pack cells. Then, the balancing awareness fast charging problem is formulated as a multiobjective optimization problem by considering charging time, consistency, and over-voltage safety constraints. Further, a deep reinforcement learning framework using a deep Q-network is established to find the optimal policy. By using the generalization of a neural network, the learned policies can be transferred to real-time charging and balancing control, thus improving the applicability of the proposed strategy. Finally, numerous comparative simulations and experimental results illustrate its effectiveness and superiority in terms of charging rapidity and balancing.
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