Fusing Models for Prognostics and Health Management of Lithium-Ion Batteries Based on Physics-Informed Neural Networks

预言 人工神经网络 加权 计算机科学 杠杆(统计) 人工智能 机器学习 数据挖掘 物理 声学
作者
Peng Wen,Zhi-Sheng Ye,Yong Li,Shaowei Chen,Shen Zhao
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2301.00776
摘要

For Prognostics and Health Management (PHM) of Lithium-ion (Li-ion) batteries, many models have been established to characterize their degradation process. The existing empirical or physical models can reveal important information regarding the degradation dynamics. However, there is no general and flexible methods to fuse the information represented by those models. Physics-Informed Neural Network (PINN) is an efficient tool to fuse empirical or physical dynamic models with data-driven models. To take full advantage of various information sources, we propose a model fusion scheme based on PINN. It is implemented by developing a semi-empirical semi-physical Partial Differential Equation (PDE) to model the degradation dynamics of Li-ion-batteries. When there is little prior knowledge about the dynamics, we leverage the data-driven Deep Hidden Physics Model (DeepHPM) to discover the underlying governing dynamic models. The uncovered dynamics information is then fused with that mined by the surrogate neural network in the PINN framework. Moreover, an uncertainty-based adaptive weighting method is employed to balance the multiple learning tasks when training the PINN. The proposed methods are verified on a public dataset of Li-ion Phosphate (LFP)/graphite batteries.
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