Elman neural network-based temperature prediction and optimization for lithium-ion batteries

人工神经网络 电池(电) 荷电状态 梯度下降 试验数据 锂离子电池 热的 计算机科学 算法 控制理论(社会学) 人工智能 热力学 功率(物理) 物理 控制(管理) 程序设计语言
作者
Chaoliang Li,Yuanlong Wang,Xiongjie Chen,Yi Yu,Zailin Guan,Chunyan Wang,Wanzhong Zhao
出处
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering [SAGE]
卷期号:: 095440702311741-095440702311741 被引量:2
标识
DOI:10.1177/09544070231174118
摘要

Reliable and precise temperature prediction is one of the most crucial challenges for improving battery performance and preventing thermal runaway. This paper uses a highly adaptive Elman neural network (Elman-NN) to construct a temperature prediction model for lithium-ion batteries in a metal foam aluminum thermal management system. Numerical modeling methods obtain experimental data sets for model training and testing. The input parameters of the neural network prediction model are ambient temperature, battery discharge rate, cooling air flow rate, and state of charge; the output parameters are the maximum, minimum, and average battery temperature. However, due to the limitations of the gradient descent algorithm, the training process of the Elman neural network tends to fall into local optimum solutions. To further improve the prediction accuracy, the Elman-NN structure was optimized using the PSO algorithm, and the model performance was tested and validated. Compared with the original Elman-NN, the hybrid PSO-Elman-NN has smaller MSE and MAE values, with a maximum reduction of 43% and 25%, respectively. For the three test conditions, the maximum predicted temperature difference does not exceed 1.5 K, and the temperature difference decreases further as the discharge time increases. Moreover, the hybrid model’s prediction accuracy is significantly improved, with the coefficients of determination ( R 2 ) increasing by 1.736%, 0.706%, and 1.851%, respectively. The PSO-Elman-NN performed well in terms of compatibility and accuracy of the battery temperature prediction.
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