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一种基于物理信息的混合多任务学习方法用于锂离子电池早期寿命阶段的全生命周期老化估计
A Physics-Informed Hybrid Multitask Learning for Lithium-Ion Battery Full-Life Aging Estimation at Early Lifetime
| 作者 | Shuxin Zhang · Zhitao Liu · Yan Xu · Hongye Su |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2024年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 电池管理系统BMS SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂离子电池 健康状态估计 物理信息混合多任务学习 老化状态 电池数据集 |
语言:
中文摘要
锂离子电池健康状态估计是电池管理系统的关键环节,现有方法主要基于机理模型或数据驱动方法。本文提出一种融合机理知识与数据驱动的物理信息混合多任务学习框架,可在电池早期寿命阶段实现全生命周期老化状态估计。通过引入混合老化模式特征,融合电极级健康状态与数据驱动信息,构建电化学机理指导的多任务生成模型,用于估计固相颗粒与电解质中的Li⁺浓度动态。采用电极级状态约束训练策略,确保模型符合因果性。在三个电池数据集上验证了从电化学到单体层面的老化状态估计性能。相比传统方法,所提方法在估计精度与实时性方面均表现更优。
English Abstract
Lithium-ion battery health state estimation constitutes an important part of battery management systems, with existing methods either based on mechanistic models or data-driven approaches. This article proposes a physics-informed hybrid multitask learning approach for estimating battery full-life aging states by integrating mechanistic knowledge with data-driven methods at an early lifetime. First, a hybrid aging mode-informed feature is introduced to integrate electrode-level health states with data-driven information. An electrochemical-informed multitask generative model is established to estimate Li ^+ concentration dynamics in both the solid particle and electrolyte. An electrode-level state-constrained training strategy is implemented to guide the model to respect causality. For validation purposes, three battery datasets are utilized to estimate aging states from the electrochemical to the cell level. Compared with traditional mechanistic and data-driven models, the proposed method demonstrates higher accuracy and real-time performance in battery state estimation.
S
SunView 深度解读
该物理信息混合多任务学习技术对阳光电源储能产品线具有重要应用价值。在PowerTitan大型储能系统和ST系列储能变流器的BMS中,可实现电池早期寿命阶段的全生命周期老化预测,显著提升电池健康状态估计精度。通过融合电化学机理模型与数据驱动方法,能在iSolarCloud云平台实现电极级健康状态监测与预测性维护,优化电池簇均衡控制策略。该方法的实时性优势可嵌入边缘BMS控制器,支持电池全生命周期管理,延长储能系统运行寿命,降低运维成本。同时可应用于充电桩和车载OBC产品,提升电池安全性与经济性。