A machine learning framework for remaining useful lifetime prediction of li-ion batteries using diverse neural networks

超参数 计算机科学 人工神经网络 过程(计算) 机器学习 人工智能 代表(政治) 领域(数学分析) 数学 数学分析 政治 政治学 法学 操作系统
作者
Junghwan Lee,Huanli Sun,Yongshan Liu,Xue Li
出处
期刊:Energy and AI [Elsevier BV]
卷期号:15: 100319-100319 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.egyai.2023.100319
摘要

Accurate prediction of the remaining useful life (RUL) of lithium-ion batteries (LIBs) is pivotal for enhancing their operational efficiency and safety in diverse applications. Beyond operational advantages, precise RUL predictions can also expedite advancements in cell design and fast-charging methodologies, thereby reducing cycle testing durations. Despite artificial neural networks (ANNs) showing promise in this domain, determining the best-fit architecture across varied datasets and optimization approaches remains challenging. This study introduces a machine learning framework for systematically evaluating multiple ANN architectures. Using only 30% of a training dataset derived from 124 LIBs subjected to various charging regimes, an extensive evaluation is conducted across 7 ANN architectures. Each architecture is optimized in terms of hyperparameters using this framework, a process that spans 145 days on an NVIDIA GeForce RTX 4090 GPU. By optimizing each model to its best configuration, a fair and standardized basis for comparing their RUL predictions is established. The research also examines the impact of different cycling windows on predictive accuracy. Using a stratified partitioning technique underscores the significance of consistent dataset representation across subsets. Significantly, using only the features derived from individual charge–discharge cycles, our top-performing model, based on data from just 40 cycles, achieves a mean absolute percentage error of 10.7%.
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