Battery cycle life prediction using early degradation data has many potential applications throughout the battery product life cycle. Various data-driven methods have been proposed for point prediction of battery cycle life with minimum knowledge of the battery degradation mechanisms. However, management of batteries at end-of-life with lower economic and technical risk requires prediction of cycle life with quantified uncertainty, which is still lacking. The interpretability (i.e., the reason for high prediction accuracy) of these advanced data-driven methods is also worthy of investigation. Here, a physics-informed Quantile Regression Forest (QRF) model is introduced to make cycle life range prediction with uncertainty quantified as the length of the prediction interval, in addition to point predictions with high accuracy. The hyperparameters of the QRF model are tuned with a proposed area-based performance evaluation metric so that the coverage probabilities associated with the prediction intervals are calibrated. The interpretability of the final QRF model is explored with two global model-agnostic methods, namely permutation importance, and partial dependence plot. The final QRF model facilitates dual-criteria decision-making to select the high-cycle-life charging protocol with consideration of both point predictions and uncertainty associated with the prediction.


翻译:使用早期降解数据的电池周期寿命预测在整个电池产品生命周期中有许多潜在应用,为此提出了各种数据驱动方法,以便在对电池降解机制有最起码了解的情况下对电池周期寿命进行点预测;然而,对报废电池进行经济和技术风险较低的管理,要求以量化的不确定性预测周期寿命,目前仍然缺乏这种预测;这些先进的数据驱动方法的可解释性(即预测准确性高的原因)也值得调查;在此,采用了一个了解物理的量化回归森林模型,以对不确定性进行周期生命周期预测,以量化为预测间隔的长度,此外还有高度精确的点预测;QRF模型的超参数与拟议的基于区域的性能评估指标相调整,以便调整与预测间隔相关的覆盖概率概率(即高预测准确性的原因);最后的QRF模型的可解释性将采用两种全球模型进行探讨,即定位重要性和部分依赖性图;最后的QRF模型便于以预测间隔间隔间隔间隔间隔间隔时间的长度量化不确定性,同时选择与高周期预测相联的预测的两点预测。

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