Deep Learning-Enhanced Parameter Extraction for Equivalent Circuit Modeling in Electrochemical Impedance Spectroscopy

等效电路 计算机科学 介电谱 电阻抗 估计理论 模拟退火 差异进化 卷积神经网络 算法 人工智能 电子工程 电压 工程类 物理 电化学 电气工程 量子力学 电极
作者
Qirui Hua,Ming Shen
标识
DOI:10.1109/norcas58970.2023.10305482
摘要

Reliable and automatic parameter extraction in equivalent circuit modeling of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) could be a challenge as the common circuit fitting method, complex nonlinear least-squares (CNLS), heavily depends on the initial guesses. To prevent the adjustment of the initial guess that demands extra time and experience, we propose employing a deep learning-based convolutional neural network (CNN) to perform the pre-fitting of the measured impedance spectrum. This approach not only facilitates the convergence dynamics of CNLS but also manifests a notable enhancement in parameter extraction fidelity, especially when benchmarked against conventional methodologies. The improvement of 25% in fitting success rate is demonstrated on an open-source impedance dataset by comparing to CNLS with random initials and the traditional stochastic methods including differential evolution and simulated annealing. Thus, we believe the proposed pre-fitting method can provide a useful tool for reliable parameter extraction with the uncertainty minimized to explore the underlying mechanism from EIS and automate this process for the analysis of a large amount of data.
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