LDNet-RUL: Lightweight Deformable Neural Network for Remaining Useful Life Prognostics of Lithium-Ion Batteries

预言 人工神经网络 锂(药物) 计算机科学 可靠性工程 汽车工程 工程类 人工智能 医学 内分泌学
作者
Xiankui Wu,Penghua Li,Zhongwei Deng,Zhitao Liu,Mekhrdod S. Kurboniyon,Sheng Xiang,Gang Yin
出处
期刊:IEEE Transactions on Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:40 (9): 13514-13528 被引量:23
标识
DOI:10.1109/tpel.2025.3562188
摘要

Deep neural networks (DNNs)-based battery remaining useful life (RUL) prognostics models suffer from high computational costs, long inference times, and a tendency to overfit, posing significant challenges for deployment on memory-constrained edge devices. To address this, LDNet-RUL, a lightweight yet high-performance model, is proposed for lithiumion battery lifetime prognostics. Specifically, a deformable depthwise convolution unit is designed that efficiently adapts to variations in input features with relatively low computational cost, which leverages fewer parameters and an adaptive receptive field to capture battery degradation dynamics. A multi-scale feature extraction method is introduced to extract degradation features from both short-term and long-term data during the battery charging process, which makes the method applicable to various battery charging protocols. To address overfitting and accelerate model inference, an adaptive channel selector, an adaptive residual connector, and a progressive dimensionalitygrouped bottleneck filter are incorporated to refine feature selection and reduce the model's complexity, boosting the model's overall performance. Experiments on vehicle lithium-ion battery datasets demonstrate that LDNet-RUL achieves state-of-the-art (SOTA) performance, with average RMSE of 0.23 and Score of 0.49. The model is lightweight, with only 7.92K parameters, achieves inference times of 3.94ms on GPU and CPU, and 5.39ms on the NVIDIA Jetson TX2.
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