Mathematical modeling of lithium-ion batteries (LiBs) is a primary challenge in advanced battery management. This paper proposes two new frameworks to integrate physics-based models with machine learning to achieve high-precision modeling for LiBs. The frameworks are characterized by informing the machine learning model of the state information of the physical model, enabling a deep integration between physics and machine learning. Based on the frameworks, a series of hybrid models are constructed, through combining an electrochemical model and an equivalent circuit model, respectively, with a feedforward neural network. The hybrid models are relatively parsimonious in structure and can provide considerable voltage predictive accuracy under a broad range of C-rates, as shown by extensive simulations and experiments. The study further expands to conduct aging-aware hybrid modeling, leading to the design of a hybrid model conscious of the state-of-health to make prediction. The experiments show that the model has high voltage predictive accuracy throughout a LiB's cycle life.


翻译:锂离子电池(LiBs)的数学建模是先进的电池管理中的一项主要挑战。本文件提出两个新框架,将物理模型与机器学习相结合,以便实现液离子电池的高精度建模。这些框架的特点是为物理模型的机器学习模型提供信息,使物理模型和机器学习之间能够进行深入的整合。根据这些框架,通过将电化学模型和同等电路模型分别与进料向神经网络相结合,构建了一系列混合模型。混合模型的结构相对相似,可以提供大量的电压预测精度,如广泛的模拟和实验所示,在广泛的C级下提供相当的电压预测精度。该研究进一步扩展到进行老化-觉混合模型,从而导致设计一个混合模型,意识到健康状况以作出预测。实验表明,该模型在液-B周期的整个生命周期中具有高电压预测精度。

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