State-of-health estimation method for fast-charging lithium-ion batteries based on stacking ensemble sparse Gaussian process regression

克里金 稳健性(进化) 计算机科学 健康状况 均方误差 堆积 高斯函数 高斯分布 高斯过程 电池(电) 统计 数学 机器学习 功率(物理) 化学 量子力学 生物化学 基因 物理 计算化学 有机化学
作者
Fang Li,Yongjun Min,Ying Zhang,Yong Zhang,Hongfu Zuo,Fang Bai
出处
期刊:Reliability Engineering & System Safety [Elsevier BV]
卷期号:242: 109787-109787 被引量:80
标识
DOI:10.1016/j.ress.2023.109787
摘要

Gaussian process regression (GPR) is extensively employed in lithium-ion battery state-of-health (SOH) estimation, which ensures the safe, reliable operation of electric vehicles (EVs). However, a single GPR can produce performance discrepancies across different fast-charge batteries, as well as high time consumption. Therefore, we propose an SOH estimation method for fast-charging batteries based on stacking ensemble sparse Gaussian process regression (SGPR). First, health factors are extracted in partial discharge fragments to reflect battery degradation. Then, SGPRs based on the fully independent training condition (FITC) are developed with different kernel functions as level-1 learners, and a genetic algorithm (GA) is used to optimize the parameters of the kernel function. Further, the level-2 learner integrates the features produced by the level-1 learner based on cross validation. Finally, the accuracy, robustness, and reliability of the proposed method were evaluated under various fast-charging experiments. The results show that the mean absolute error (MAE) and root mean square error (RMSE) of SOH estimation were within 1.0852% and 1.2123%, respectively, and that the average relative time consumption was reduced by 85.68% compared with stacking ensemble GPR. Thus, the proposed method has broad application prospects in processing vast datasets from numerous batteries in monitoring platforms or cloud data centers.
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