Lithium battery state-of-health estimation and remaining useful lifetime prediction based on non-parametric aging model and particle filter algorithm

健康状况 颗粒过滤器 参数统计 电池(电) 控制理论(社会学) 状态空间表示 高斯分布 算法 计算机科学 工程类 卡尔曼滤波器 统计 数学 人工智能 功率(物理) 物理 控制(管理) 量子力学
作者
Xiaoyu Li,Changgui Yuan,Zhenpo Wang,Jiangtao He,Shike Yu
出处
期刊:eTransportation [Elsevier BV]
卷期号:11: 100156-100156 被引量:100
标识
DOI:10.1016/j.etran.2022.100156
摘要

State of health estimation (SOH) and remaining useful lifetime (RUL) prediction are significant health indicators for improving the safety and reliability of battery systems. Herein, a data-fusion method is developed to establish a non-parametric degradation model and a particle filter algorithm for forecasting battery health conditions. Firstly, a dynamic battery aging state-space system is developed, in which Gaussian process regression is applied to establish state equation using historical capacity series and current capacity as input and output variables, respectively. Meanwhile, multi-output Gaussian process regression maps the relationship between capacity degradation and battery health indicators to construct an observation equation. Second, two filter methods are unitized to obtain the smooth differential thermal voltammetry curves and the significant health indicators are extracted from partial differential thermal voltammetry curves. Third, the short-term SOH estimation and long-term RUL prediction are carried out using a particle filter algorithm. Moreover, two types of five batteries with various designed cases are conducted to verify and analyze the proposed method. The results show that the estimation errors of short-term SOH are within 4% and prediction errors of long-term RUL are around 7% (relative error/EOL, 12/159), which indicate the proposed method has an excellent capability for accurate and robust forecasting battery health conditions.
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