Self-Adaptive Neural Network-Based Fractional-Order Nonlinear Observer Design for State of Charge Estimation of Lithium-Ion Batteries

荷电状态 控制理论(社会学) 非线性系统 人工神经网络 观察员(物理) 计算机科学 电池(电) 算法 人工智能 物理 功率(物理) 量子力学 控制(管理)
作者
Ruohan Guo,Yiming Xu,Cungang Hu,Weixiang Shen
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:29 (3): 1761-1772 被引量:32
标识
DOI:10.1109/tmech.2023.3321719
摘要

Accurate state of charge (SOC) estimation provides an essential basis for the functionalities of battery management systems in electric vehicles (EVs). However, conventional equivalent circuit models suffer significant model accuracy deterioration under extreme SOCs, nonroom temperatures, and heavy loads. In this work, we implant the Butler–Volmer (BV) equation and the fractional-order model representation into a model-based physics-informed neural network (M-PINN) to simulate current-dependent battery charge transfer dynamics under various operating conditions. This M-PINN replaces the original neuron structure with a set of submodels and allows the BV coefficient to be randomly selected in a roughly estimated range for each submodel. By applying the Lyapunov analysis, a self-adaptive neural network-based fractional-order observer is proposed to guarantee the uniform ultimate boundedness stability of both system states and M-PINN weights, thereby achieving accurate online SOC estimation without necessitating substantial data and efforts for offline neural network training. The experimental validations are implemented under three EV driving profiles with different average currents at −5, 5, 20, and 35 Celsius. The validation results demonstrate that the proposed method achieves the mean absolute errors of less than 0.9% in all the validation scenarios.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
思源应助misschiu采纳,获得10
刚刚
lcy001完成签到,获得积分10
1秒前
健忘丹珍完成签到,获得积分10
1秒前
large-ass发布了新的文献求助10
1秒前
pacify完成签到 ,获得积分10
1秒前
丹霞应助dede采纳,获得10
2秒前
华仔应助Jason采纳,获得10
2秒前
萌妹完成签到 ,获得积分10
2秒前
lvjunxian发布了新的文献求助10
3秒前
豆花完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
红雨瓢泼完成签到 ,获得积分10
4秒前
田様应助xiaojingyang0802采纳,获得10
4秒前
5秒前
5秒前
6秒前
CodeCraft应助伶俐战斗机采纳,获得10
8秒前
知知发布了新的文献求助10
9秒前
踏实的傲之完成签到,获得积分20
9秒前
9秒前
科目三应助北北采纳,获得10
9秒前
默默发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
森山完成签到,获得积分10
10秒前
大力的灵雁应助1814409211采纳,获得10
10秒前
Qin应助1814409211采纳,获得10
10秒前
11秒前
踏实觅珍发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
12秒前
CXJ发布了新的文献求助10
12秒前
两个小王完成签到,获得积分10
12秒前
爆米花应助踏实的傲之采纳,获得10
13秒前
14秒前
柿子发布了新的文献求助10
16秒前
Polaris5989发布了新的文献求助10
16秒前
17秒前
yxy77完成签到,获得积分10
18秒前
小肚肚完成签到,获得积分10
19秒前
czl12138完成签到 ,获得积分10
19秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Cowries - A Guide to the Gastropod Family Cypraeidae 1200
Quality by Design - An Indispensable Approach to Accelerate Biopharmaceutical Product Development 800
Pulse width control of a 3-phase inverter with non sinusoidal phase voltages 777
Signals, Systems, and Signal Processing 610
A Social and Cultural History of the Hellenistic World 500
Chemistry and Physics of Carbon Volume 15 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6397425
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8212757
关于积分的说明 17400865
捐赠科研通 5450780
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2881103
邀请新用户注册赠送积分活动 1857587
关于科研通互助平台的介绍 1699630