Integrating physics-based modeling with machine learning for lithium-ion batteries

锂(药物) 计算机科学 离子 纳米技术 工程类 材料科学 心理学 量子力学 物理 航空航天工程 精神科
作者
Hao Tu,Scott Moura,Yebin Wang,Huazhen Fang
出处
期刊:Applied Energy [Elsevier BV]
卷期号:329: 120289-120289 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.apenergy.2022.120289
摘要

Mathematical modeling of lithium-ion batteries (LiBs) is a primary challenge in advanced battery management. This paper proposes two new frameworks to integrate physics-based models with machine learning to achieve high-precision modeling for LiBs. The frameworks are characterized by informing the machine learning model of the state information of the physical model, enabling a deep integration between physics and machine learning. Based on the frameworks, a series of hybrid models are constructed, through combining an electrochemical model and an equivalent circuit model, respectively, with a feedforward neural network. The hybrid models are relatively parsimonious in structure and can provide considerable voltage predictive accuracy under a broad range of C-rates, as shown by extensive simulations and experiments. The study further expands to conduct aging-aware hybrid modeling, leading to the design of a hybrid model conscious of the state-of-health to make prediction. The experiments show that the model has high voltage predictive accuracy throughout a LiB’s cycle life.
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