A multi-scale fractional-order dual unscented Kalman filter based parameter and state of charge joint estimation method of lithium-ion battery

荷电状态 卡尔曼滤波器 控制理论(社会学) 电池(电) 均方误差 扩展卡尔曼滤波器 稳健性(进化) 锂离子电池 计算机科学 数学 功率(物理) 统计 物理 人工智能 化学 基因 量子力学 生物化学 控制(管理)
作者
Jingjin Wu,Chao Fang,Zhiyang Jin,Lina Zhang,Jiejie Xing
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:50: 104666-104666 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.est.2022.104666
摘要

Accurate estimation of lithium-ion batteries' state of charge (SOC) is the key to the battery management system (BMS). A multi-scale fractional-order dual unscented Kalman filter is proposed to promote the accuracy of the battery SOC estimation. First, a fractional-order model (FOM) based on the fractional calculus theory is proposed to represent the characteristics of lithium-ion batteries. Its parameters are identified by the adaptive genetic algorithm (AGA). The Root Mean Square Error (RMSE) of the model is less than 5 mV under test conditions. Then, a multi-scale fractional-order dual unscented Kalman filter (FODUKF) is developed and employed to achieve the parameter and SOC joint estimation regarding the slow variation of battery parameter and fast variation of battery SOC. Finally, the experimental data acquired from the BTS-2000 based battery test platform have verified the effectiveness of the method. The accuracy and robustness of the proposed methods are shown by comparing the results computed by different unscented Kalman filter (UKF) approaches. The RMSE and average estimation errors of battery SOC are controlled within the range of 1%. • An adaptive genetic algorithm is proposed to identify the parameters of the battery fractional-order model. • A multi-scale FODUKF is developed and employed to achieve the parameter and state of charge joint estimation. • For the AGA and FODUKF methods, we set a time window to improve the calculation efficiency of the fractional operator.
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