For the safe and reliable operation of Lithium-ion batteries in Electric Vehicles (EVs) or Energy Storage Systems (ESSs), it is essential to have accurate information of the battery such as State of Charge (SOC). Many kinds of different techniques to estimate the SOC of the batteries have been developed so far such as the Kalman Filter. However, when it is applied to the multiple number of batteries it is difficult to maintain the accuracy of the estimation over all cells due to the difference in parameter value of each cell. Moreover the difference in the parameter of each cell may become larger as the operation time accumulates due to aging. In this paper a novel Deep Neural Network (DNN) based SOC estimation method for multi cell application is proposed. In the proposed method DNN is implemented to learn non-linear relationship of the voltage and current of the lithium-ion battery at different SOCs and different temperatures. In the training the voltage and current data of the Lithium battery at charge and discharge cycles obtained at different temperatures are used. After the comprehensive training with the data obtained with a cell resulting estimation algorithm is applied to the other cells. The experimental results show that the Mean Absolute Error (MAE) of the estimation is 0.56% at 25℃, and 3.16% at 60℃ with the proposed SOC estimation algorithm.
This paper proposes the State-of-charge (SOC) estimator of a LiPB Battery using the Extended Kalman Filter (EKF). EKF can work properly only with an accurate model. Therefore, the high accuracy electrical battery model for EKF state is discussed in this paper, which is focused on high-capacity LiPB batteries. The battery model is extracted from a single cell of LiPB 40Ah, 3.7V. The dynamic behavior of single cell battery is modeled using a bulk capacitance, two series RC networks, and a series resistance. The bulk capacitance voltage represents the Open Circuit Voltage (OCV) of battery and other components represent the transient response of battery voltage. The experimental results show the strong relationship between OCV and SOC without any dependency on the current rates. Therefore, EKF is proposed to work by estimating OCV, and then is converted it to SOC. EKF is tested with the experimental data. To increase the estimation accuracy, EKF is improved with a single dominant varying parameter of bulk capacitance which follows the SOC value. Full region of SOC test is done to verify the effectiveness of EKF algorithm. The test results show the error of estimation can be reduced up to max 5%SOC.
In this paper, an estimation scheme based on an augmented sigma-point Kalman filter to estimate the state of charge (SOC) of the battery is presented, where the battery parameters of the series resistance ($R_o$), diffusion capacitance ($C_1$) and resistance ($R_1$) are also estimated through the recursive least squares (RLS) for better accuracy of the SOC. The effectiveness of the proposed method is verified by simulation results.
The open circuit voltage (OCV) is widely used to estimate the state of charge (SOC) in many estimation algorithms. However, the relationship between the OCV and SOC can not be exactly same for all batteries. Because the conventional OCV-SOC differs between batteries, there is a problem that the relationship of the OCV-SOC should be measured to accurately estimate the SOC. Therefore, the conventional OCV-SOC is modified to a new relationship in this paper. Thus, problems resulting from the defects of the extended Kalman filter (EKF) can be avoided by preventing the relationship from varying. In this paper, SOC and capacity of the lithium-ion battery are estimated using the dual EKF with the proposed method.
본 논문은 ESS(Energy Storage System)의 과충전, 과방전으로 인한 열 폭주 현상을 방지하기 위한 사전 연구로 원통형 리튬이온 단일 셀의 충/방전에 따른 열 분포를 열화상 카메라로 촬영하여 분석하였다. 실험을 통한 열 분포 이미지를 학습 데이터로 구성하여, SOC(State of Charge)를 추정하는 CNN(Convolution Neural Network) 모델을 제안한다.
본 논문은 $LiFePO_4$ 셀의 SOC(State of Charge) 추정에서 가장 중요한 역할을 하는 모델 파라미터인 OCV(Open Circuit Voltage)의 설계에 관한 것이다. $LiFePO_4$ 셀은 히스테리시스 특성 때문에 Charging/Discharging OCV값을 이은 curve인 Major loop만으로는 신뢰도 높은 SOC 추정이 어렵다. 따라서, 기존의 Major loop에 추가적으로 SOC 10% 구간별로 Minor loop을 설계해 줌으로써 배터리 모델링의 정확도를 높이고, 이를 최종적으로 EKF(Extended Kalman Filter)알고리즘을 이용하여 SOC 추정으로 해봄으로써 정확도 향상을 비교해 보고 분석해 보고자 한다.
Park, Jaebeom;Kim, Byeonggi;Song, Seokhwan;Rho, Daeseok
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.1
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pp.369-377
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2013
This paper deals with the state of charge(SOC) and life cycle evaluation algorithm for lead-acid battery, which is essential factor of the electric vehicle(EV) and the stabilization of renewable energy in the smart grid. In order to perform the effective operation of the lead-acid battery, SOC and life cycle evaluation algorithm is required. Specific gravity with the change of electrolyte temperature inside battery case should be obtained to evaluate the SOC of lead-acid battery, however it is difficult to measure the electrolyte temperature of sealed type lead-acid battery. To overcome this problem, this paper proposes the equation of thermal transmission to compensate internal temperature of the lead-acid battery. Also, it is difficult to exactly evaluate the life cycle of battery, depending on the operation conditions of lead-acid battery such as charging and discharging state, self discharging rate and environmental issue. In order to solve the problem, this paper presents the concept for gravity accumulation of charge and discharge cycle, which is the value converted at $20^{\circ}C$. By using the proposed algorithm, this paper propose the test device based on the Labview software. The simulation results show that it is a practical tool for the maintenance of lead-acid battery in the field of industry.
Lithium-Ion batteries have become the best tradeoff between energy, power density and cost of the energy storage system in many portable high electric power applications. In order to manage the battery efficiently State of Charge (SOC) of the battery needs to be estimated accurately. In this paper a model-based approach to estimate the SOC of the Lithium-Ion battery based on the estimation of the battery impedance is proposed. The validity and feasibility of the proposed algorithm is verified by the experimental results.
Kim, Ho-Yong;Wang, Yi-Pei;Park, Seong-Mi;Park, Sung-Jun;Son, Gyung-Jong
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.3
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pp.387-396
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2022
Recently, e-Mobility, which is a personal mobility device such as an electric bicycle or an electric scooter, is rapidly emerging. However, since E-Mobility has various voltage systems due to the characteristics of its products, it is essential for companies that operate them to use multiple dedicated chargers. A universal charger capable of charging batteries of various voltage systems with one charger is required to reduce the cost of purchasing and managing multiple dedicated chargers. For this, information on the EOC(End of Charge) is essential. In order to know the EOC, it is necessary to detect the internal impedance of the battery. However, the internal impedance of the battery changes according to various conditions such as SOH(State Of Health), SOC(State Of Charge), and ambient temperature. By observing the change in these parameters, the state of the battery can be diagnosed and the EOC can be predicted. In this paper, we propose an algorithm to analyze the battery's internal impedance and to predict the EOC, in order to acquire information on the EOC of the battery, which is an essential requirement of a universal charger.
This paper presents a new method for the estimation of State of Charge (SOC) for NiMH batteries. Among the conventional methods to estimate SOC, Coulomb Counting is widely used, but this method is not precise due to error integration. Another method that has been proposed to estimate SOC is by using a measurement of the Open Circuit Voltage (OCV). This method is found to be a precise one for SOC estimation. In NiMH batteries, the hysteresis characteristic of OCV is very strong compared to other type of batteries. Another characteristic of NiMH battery to be considered is that the OCV of a NiMH battery under discharging mode is lower than it is under charging mode. In this paper, the OCV is modeled by a simple method based on a hyperbolic function which well known as Takacs’s model. The OCV model is then used for SOC estimation. Although the model is simple, the error is within 10%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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