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Enhancing electric vehicle battery lifespan: integrating active balancing and machine learning for precise RUL estimation

电池(电) 计算机科学 电池组 荷电状态 可靠性(半导体) 电池容量 可靠性工程 健康状况 电动汽车 汽车工程 模拟 工程类 量子力学 物理 功率(物理)
作者
Yara A. Sultan,Abdelfattah A. Eladl,Mohamed Hassan,Samah A. Gamel
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:9
标识
DOI:10.1038/s41598-024-82778-w
摘要

Abstract Electric vehicles (EVs) rely heavily on lithium-ion battery packs as essential energy storage components. However, inconsistencies in cell characteristics and operating conditions can lead to imbalanced state of charge (SOC) levels, resulting in reduced capacity and accelerated degradation. This study presents an active cell balancing method optimized for both charging and discharging scenarios, aiming to equalize SOC across cells and improve overall pack performance. The proposed system includes two balancing strategies: a charging balance that redistributes excess charge from high-SOC cells to maximize capacity, and a discharging balance that addresses low-SOC cells to extend discharge duration. Experimental results confirm that this method effectively reduces SOC disparities, enhancing both charging and discharging capacities. Additionally, to accurately predict battery lifespan and remaining useful life (RUL), seven machine learning models are evaluated using R-squared (R 2 ) and Mean Absolute Error (MAE) metrics. Among these, k-nearest Neighbors and Random Forest models deliver the highest accuracy, achieving R 2 values of 0.996 and above with low MAE, demonstrating strong predictive capability. The integration of active balancing and RUL prediction enables a feedback loop where balanced SOC levels promote battery health, and RUL predictions inform optimal balancing strategies. This comprehensive approach advances EV battery management, enhancing lifespan and reliability through proactive balancing and predictive insights.
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