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Physics-Informed Data-Driven Approaches to Electric Vehicle Battery State-of-Health Prediction: Comparison of Parallel and Series Configurations

系列(地层学) 电池(电) 电动汽车 国家(计算机科学) 时间序列 串并联电路 计算机科学 工程类 电气工程 物理 机器学习 算法 电压 古生物学 功率(物理) 量子力学 生物
作者
Yixin Zhao,Karl R. Haapala,Arun Natarajan,Sara Behdad
出处
期刊:Journal of Computing and Information Science in Engineering [ASM International]
卷期号:25 (9) 被引量:5
标识
DOI:10.1115/1.4068697
摘要

Abstract Battery lifetime and reliability depend on accurate state-of-health (SOH) estimation, while complex degradation mechanisms and varying operating conditions strengthen this challenge. This study presents two physics-informed neural network (PINN) configurations, PINN-parallel and PINN-series, designed to improve SOH prediction by combining an equivalent circuit model (ECM) with a long short-term memory (LSTM) network. PINN-parallel process inputs data through parallel ECM and LSTM modules and combines their outputs for SOH estimation. On the other hand, the PINN-series uses a sequential approach that feeds ECM-derived parameters into the LSTM network to supplement temporal data analysis with physics information. Both models utilize easily accessible voltage, current, and temperature data that match realistic battery monitoring constraints. Experimental evaluations show that the PINN-series outperforms the PINN-parallel and the baseline LSTM model in accuracy and robustness. It also adapts well to different input conditions. This demonstrates that the simulated battery dynamic states from ECM increase the LSTM's ability to capture degradation patterns and improve the model's ability to explain complex battery behavior. However, a trade-off between the robustness and training efficiency of PINNs is identified. The research outcomes show the potential of PINN models (particularly the PINN-series) in advancing battery management systems, although they require considerable computational resources.
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