Data-driven state of charge estimation for lithium-ion battery packs based on Gaussian process regression

克里金 自回归模型 荷电状态 电池(电) 高斯过程 计算机科学 算法 卡尔曼滤波器 高斯分布 人工智能 机器学习 统计 数学 功率(物理) 物理 量子力学
作者
Zhongwei Deng,Xiao Hu,Xianke Lin,Yunhong Che,Le Xu,Wenchao Guo
出处
期刊:Energy [Elsevier]
卷期号:205: 118000-118000 被引量:296
标识
DOI:10.1016/j.energy.2020.118000
摘要

Abstract Since a battery pack consists of hundreds of cells in series and parallel, inconsistencies between cells make it difficult to create an explicit model to simulate its behaviors effectively. Therefore, the widely used and sophisticated model-based methods (such as Kalman filters) are difficult to apply to SOC (state of charge) estimation of battery packs. In this paper, a data-driven method based on Gaussian process regression (GPR) is proposed to provide a feasible solution. Its superiority includes the ability to approximate nonlinearity accurately, nonparametric modeling, and probabilistic predictions. First, a feature extraction strategy, including data preprocessing, correlation analysis, and principal component analysis, is employed to obtain a compacted input set with a high correlation with SOC. Second, the squared exponential kernel function is used, and the automatic relevance determination is applied to optimize the weights of features. Third, besides the regular GPR model, an autoregressive GPR model is also constructed to further improve estimation accuracy and confidence. The experimental results verify that the autoregressive model has better SOC estimation performance than the regular model, and its estimation error under different dynamic cycles, temperatures, aging conditions, and even extreme conditions is lower than 3.9%, and the confidence interval is also much narrower.

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