A combined multiphysics modeling and deep learning framework to predict thermal runaway in cylindrical Li-ion batteries

多物理 热失控 电池(电) 计算机科学 人工神经网络 卷积神经网络 人工智能 材料科学 工程类 物理 有限元法 热力学 结构工程 功率(物理)
作者
Basab Ranjan Das Goswami,Massimiliano Mastrogiorgio,Marco Ragone,Vahid Jabbari,Reza Shahbazian‐Yassar,Farzad Mashayek,Vitaliy Yurkiv
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:595: 234065-234065 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234065
摘要

In this paper, machine learning (ML)/deep learning (DL) has been employed to predict the thermal runaway (TR) occurrence in Li-ion batteries (LIBs). State-of-the-art convolutional neural networks (CNNs) are adopted to forecast the evolution of the TR phenomenon with a classification approach of three distinct stages, namely, safe operation, critical condition of triggered the TR, and the actual TR occurrence. In addition, the "you look only once" (YOLO) object detection ML model is used to identify the location of the TR heat sources within the battery. The neural networks are trained on simulated thermal images, computed with the multiphysics modeling of LIBs. The multiphysics modeling approach comprises a coupled thermal, electrochemical (P2D model), and degradation sub-models. The degradation phenomenon leading to the TR considered in this paper is the solid electrolyte interface (SEI) formation/decomposition on the negative electrode. The proposed ML model exhibits high accuracy in predicting the TR evolution stages and heat source locations. The combined multiphysics and ML modeling approach developed in this work provides qualitative insights for 'on-the-fly' prediction of the TR, as well as a framework for extending data-driven methodologies to broad applications in electrochemistry.
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