Deep convolutional neural network based closed-loop SOC estimation for lithium-ion batteries in hierarchical scenarios

稳健性(进化) 估计员 卷积神经网络 计算机科学 荷电状态 均方误差 卡尔曼滤波器 联营 人工智能 电池(电) 数学 统计 生物化学 化学 功率(物理) 物理 量子力学 基因
作者
Qiao Wang,Min Ye,Meng Wei,Gaoqi Lian,Yan Li
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:263: 125718-125718 被引量:87
标识
DOI:10.1016/j.energy.2022.125718
摘要

Battery type variation and sensor measurement noise in different scenarios decrease the accuracy and robustness of the state of charge (SOC) estimation. To develop a universal SOC estimator for different scenarios, this study proposes a closed-loop framework based on a deep convolutional neural network (DCNN). First, a two-dimensional CNN is proposed to extract the features of the input data based on the convolutional operation and average pooling to train a pre-trained model with a smaller model size, and the raw data are processed by a moving window. Then, transfer learning and pruning operations are employed to help the pre-trained model quickly adapt to hierarchical scenarios. Finally, to improve the robustness of SOC estimation under low-quality measurement, the DCNN is proposed to learn the relationship between the SOC and measurement equations of the Kalman filter to realise closed-loop estimation. Several experiments were carried out for validation, including battery tests of different types and aging states. The evaluation results show that root mean square errors (RMSEs) of less than 2.47% can be obtained by fine-tuning the parameters of the last few layers. We demonstrated the robustness of the proposed method in three hierarchical scenarios; it maintained RMSEs of less than 1.78% under severe disturbances. • A flexible universal SOC estimator is developed for electric-drive systems in hierarchical scenarios. • The designed estimator can quickly adapt to different scenarios based on low-cost parameters fine-tuning. • Pruning operation greatly decreases the model size and parameters number of the pre-trained model. • Closed-loop estimation framework is proposed with high robustness and accuracy under low-quality measurement.
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