Embedding Monotonicity in the Construction of Polynomial Open-Circuit Voltage Model for Lithium-Ion Batteries: A Semi-infinite Programming Formulation Approach

多项式的 乙状窦函数 单调函数 嵌入 计算机科学 数学优化 多项式与有理函数建模 电压 算法 数学 人工智能 工程类 人工神经网络 电气工程 数学分析
作者
Yijun He,Jia-Ni Shen,Ji-Fu Shen,Zi‐Feng Ma
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:54 (12): 3167-3174 被引量:10
标识
DOI:10.1021/ie5044049
摘要

Accurate modeling of open-circuit-voltage (OCV) plays important roles both in state-of-charge (SOC) estimation and state-of-health (SOH) monitoring for lithium-ion batteries (LIBs). Monotonicity violation in OCV model would lead to inaccurate SOC estimation and ineffective of incremental capacity analysis (ICA) for SOH monitoring. In this study, first-order derivative of OCV, with respect to SOC is introduced to theoretically ensure the satisfaction of monotonicity and a nonlinear semi-infinite programming (NSIP) problem is constructed to parameter estimation. A global optimization approach via restriction of the right-hand side is used to efficiently and globally optimize the NSIP. Both fitting and ICA results demonstrate the effectiveness of the proposed method. Moreover, in comparison to the traditional polynomial and sigmoid models, the NSIP polynomial model is the best choice for performing further SOC estimation and SOH monitoring. The results thus indicate that a NSIP framework for embedding prior knowledge not only provides a promising approach to automatically capture OCV-SOC monotonicity constraint in LIBs, but also serves as a universal methodology for process modeling with the requirements of embedding derivative constraints.

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