A method for estimating the state of health of lithium-ion batteries based on physics-informed neural network

可解释性 锂(药物) 人工神经网络 前馈 电池(电) 机器学习 过程(计算) 荷电状态 健康状况 前馈神经网络 物理 计算机科学 工程类 控制工程 医学 人工智能 量子力学 功率(物理) 内分泌学 操作系统
作者
Jinhua Ye,Xie Quan,Mingqiang Lin,Ji Wu
出处
期刊:Energy [Elsevier]
卷期号:294: 130828-130828 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.energy.2024.130828
摘要

Data-driven methods have been widely used to estimate the State of health (SOH) of Lithium-Ion batteries (LIBs). However, these methods lack interpretability. In response to this issue, this article proposes a method called Physics-informed neural network (PIFNN) to enhance the interpretability of predictions made by a feedforward neural network (FNN). First, the features are extracted from incremental capacity (IC) curves and differential temperature curves, which can characterize battery aging from different perspectives. Specifically, the peaks of the IC curves (P-IC) reflect the electrochemical reactions that occur during the charge-discharge processes of LIBs. The decline of the P-IC is related to the loss of active materials in LIBs, which is a major cause of the decrease of the SOH. This article converts the monotonous relationship between the P-IC and the SOH into physical constraints to guide the "learning process" of the model. In the prediction process, a physics-constrained secondary "training" is applied to the FNN predictions to further enhance interpretability and improve prediction accuracy. The feasibility of the proposed method is validated using the Oxford and NASA battery datasets. The results indicate that PIFNN effectively improves prediction accuracy and reduces errors to below 1.5 %.
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