State of Health Estimation of Lithium-Ion Batteries Across Temperatures Using EIS-Based Features

均方误差 规范化(社会学) Boosting(机器学习) 缩放比例 计算机科学 电阻抗 平均绝对误差 可靠性(半导体) 算法 特征(语言学) 数学 近似误差 模式识别(心理学) 介电谱 均方根 线性回归 统计 健康状况 回归 等效电路 相关系数 人工智能 放松(心理学) 可解释性 梯度升压
作者
Bowen Yang,liangpei Huang,Kexiang Wei,Xiong Shu,Yongjing Li
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:173 (1): 010509-010509
标识
DOI:10.1149/1945-7111/ae32b7
摘要

Accurate evaluation of the state of health (SOH) of lithium-ion batteries (LIBs) is essential for ensuring their reliability and safety during operation. This study proposes an interpretable data-driven framework that integrates electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements with features derived from an equivalent circuit model (ECM) and distribution of relaxation times (DRT). To mitigate temperature-induced spectral scaling while preserving degradation-related patterns, an in-line normalization strategy is applied to the impedance data. An Extreme Gradient Boosting (XGBoost) regression model is then trained using the fused feature set. On the cross-temperature test cells, the proposed method achieves an average coefficient of determination (R 2 ) of 0.936, with a root mean squared error (RMSE) of 1.08% and a mean absolute error (MAE) of 0.77%, which significantly outperforms the unnormalized baseline model (R 2 = 0.874, RMSE = 1.63%, MAE = 1.26%). Shapley additive explanations (SHAP) indicate that the model relies primarily on low-to-mid frequency interfacial features associated with SEI evolution and charge-transfer processes, supporting a physically meaningful interpretation of the prediction mechanism. These results suggest that the proposed approach enables temperature-robust and interpretable SOH estimation for LIBs across temperatures.
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