综合智慧能源 ›› 2024, Vol. 46 ›› Issue (7): 74-80.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2024.07.009

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一种钠离子电池的健康状态估计方法

孙文杰1a(), 杨之乐1,2,*(), 郭媛君1,2(), 姚文娇1b(), 许欢1b(), 周博文3,4()   

  1. 1.中国科学院深圳先进技术研究院 a.集成技术研究所;b.碳中和技术研究所,广东 深圳 518055
    2.广东省碳中和研究院(韶关),广东 韶关 511100
    3.东北大学 信息科学与工程学院,沈阳 110819
    4.辽宁省综合能源优化与安全运行重点实验室,沈阳110819
  • 收稿日期:2023-08-29 修回日期:2024-01-25 出版日期:2024-07-25
  • 通讯作者: * 杨之乐(1987),男,副研究员,博士生导师,博士,从事AI优化、仿生算法和深度学习方面的研究,zl.yang@siat.ac.cn
  • 作者简介:孙文杰(2000),男,硕士生,从事基于数据驱动的电池状态估计方面的研究,wj.sun@siat.ac.cn
    郭媛君(1987),女,硕士生导师,博士,从事新能源电力系统中的数据驱动建模和人工智能技术应用方面的研究,yj.guo@siat.ac.cn
    姚文娇(1987),女,硕士生导师,博士,从事锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池的阴极材料的开发和优化工作,wj.yao@siat.ac.cn
    许欢(1998),女,硕士生,从事钠离子电池阴极材料的开发和测试工作,huan.xu@siat.ac.cn
    周博文(1987),男,副教授,硕士生导师,博士,从事电力系统运行、稳定与控制,电动汽车与电网互动,储能,需求响应,虚拟储能,可再生能源,能源互联网,人工智能与电力系统等方面的研究,zhoubowen@ise.neu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(52077213);国家自然科学基金项目(62003332);深圳市优秀创新人才基金项目(RCYX20221008093036022);南岭团队项目(220212207220502)

An estimation method for state of health of sodium-ion batteries

SUN Wenjie1a(), YANG Zhile1,2,*(), GUO Yuanjun1,2(), YAO Wenjiao1b(), XU Huan1b(), ZHOU Bowen3,4()   

  1. 1. a. Institute of Integration Technical Research;b. Institute of Carbon Neutrality,Shenzhen Institute of Advanced Technology,Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055,China
    2. Guangdong Institute of Carbon Neutrality(Shaoguan),Shaoguan 511100,China
    3. College of Information Science and Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China
    4. Key Laboratory of Integrated Energy Optimizationand Secure Operation of Liaoning Province,Northeastern University,Shenyang 110819,China
  • Received:2023-08-29 Revised:2024-01-25 Published:2024-07-25
  • Supported by:
    National Science Foundation of China(52077213);National Science Foundation of China(62003332);Project of Shenzhen Excellent Innovative Talents(RCYX20221008093036022);"Nanling Team Project" of Shaoguan City(220212207220502)

摘要:

钠离子电池因其经济性和材料来源丰富而成为有巨大潜力的储能设备。准确评估电池健康状态对于确保其高效、安全运行至关重要。结合循环神经网络和扩展卡尔曼滤波技术,提出一种新颖的健康状态估计框架。利用循环神经网络对时间序列数据的处理能力为健康状态估计提供强大的支持,而扩展卡尔曼滤波则用于确保状态估计的鲁棒性。通过对3个钠离子电池的试验验证,该方法显示了出色的估计效果,其中估计值与实际值的平均绝对误差约为1.79%,均方根误差约为1.38%,模型拟合度高达96.28%。此研究不仅提供了一种钠离子电池健康状态的高效估计方法,还为实际应用中的电池管理和维护提供了宝贵的参考。

关键词: 钠离子电池, 健康状态估计, 循环神经网络, 扩展卡尔曼滤波, 电池管理系统

Abstract:

Sodium ion batteries are promising energy storage devices due to their economy and abundant material sources.An accurate assessment on a battery's state of health(SOH) is essential to ensure its efficient and safe operation. Integrating the techniques of Recurrent Neural Networks(RNN) and Extended Kalman Filtering(EKF),a novel framework for SOH estimation is proposed.The RNN, with its capability to process time series data,offers a sound support for the SOH estimation,while the EKF ensures the robustness of state estimation. Through experimental validation on three sodium-ion batteries,the proposed method demonstrates outstanding estimating performances,with an average absolute error of less than 1.79%,a root mean square error of less than 1.38%,and a model fitting up to 96.28%. This research not only provides an efficient approach for the SOH estimation of sodium-ion batteries,but also offers valuable insights for battery management and maintenance in practical applications.

Key words: sodium-ion battery, state of health, recurrent neural network, extended Kalman filtering, battery management system

中图分类号: