Perspective—Combining Physics and Machine Learning to Predict Battery Lifetime
Source abstract
Abstract
Forecasting the health of a battery is a modeling effort that is critical to driving improvements in and adoption of electric vehicles. Purely physics-based models and purely data-driven models have advantages and limitations of their own. Considering the nature of battery data and end-user applications, we outline several architectures for integrating physics-based and machine learning models that can improve our ability to forecast battery lifetime. We discuss the ease of implementation, advantages, limitations, and viability of each architecture, given the state of the art in the battery and machine learning fields.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advanced Battery Technologies Research · Advancements in Battery Materials · Electric Vehicles and Infrastructure
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (76)
Show source-provided references
1. Hu · Joule · 2020 · 4 · 31010.1016/j.joule.2019.11.018 ↗
2. Liao · IEEE Trans. Reliab. · 2014 · 63 · 19110.1109/TR.2014.2299152 ↗
3. Ng · Nature Machine Intelligence · 2020 · 2 · 16110.1038/s42256-020-0156-7 ↗
4. An · Reliab. Eng. Syst. Saf. · 2015 · 133 · 22310.1016/j.ress.2014.09.014 ↗
5. Meng · Renewable Sustainable Energy Rev. · 2019 · 116 · 10940510.1016/j.rser.2019.109405 ↗
6. Attia · Nature · 2020 · 578 · 39710.1038/s41586-020-1994-5 ↗
7. Birkl · J. Power Sources · 2017 · 341 · 37310.1016/j.jpowsour.2016.12.011 ↗
8. Doyle · J. Electrochem. Soc. · 1993 · 140 · 152610.1149/1.2221597 ↗
9. Reniers · J. Electrochem. Soc. · 2019 · 166 · A318910.1149/2.0281914jes ↗
10. Jokar · J. Power Sources · 2016 · 327 · 4410.1016/j.jpowsour.2016.07.036 ↗
11. Northrop · J. Electrochem. Soc. · 2014 · 161 · E314910.1149/2.018408jes ↗
12. Horstmann · Current Opinion in Electrochemistry · 2019 · 13 · 6110.1016/j.coelec.2018.10.013 ↗
13. Single · J. Electrochem. Soc. · 2017 · 16410.1149/2.0121711jes ↗
14. Das · J. Electrochem. Soc. · 2019 · 166 · E10710.1149/2.0241904jes ↗
15. Pinson · J. Electrochem. Soc. · 2012 · 160 · A24310.1149/2.044302jes ↗
16. Yang · J. Power Sources · 2017 · 360 · 2810.1016/j.jpowsour.2017.05.110 ↗
17. Waldmann · J. Power Sources · 2018 · 384 · 10710.1016/j.jpowsour.2018.02.063 ↗
18. Baker · J. Electrochem. Soc. · 2019 · 167 · 01350410.1149/2.0042001JES ↗
19. Krewer · J. Electrochem. Soc. · 2018 · 16510.1149/2.1061814jes ↗
20. Bazant · Acc. Chem. Res. · 2013 · 46 · 114410.1021/ar300145c ↗
21. Bai · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 358510.1038/ncomms4585 ↗
22. Smith · J. Electrochem. Soc. · 2017 · 16410.1149/2.0171711jes ↗
23. You · Appl. Energy · 2016 · 176 · 9210.1016/j.apenergy.2016.05.051 ↗
24. Nuhic · J. Power Sources · 2013 · 239 · 68010.1016/j.jpowsour.2012.11.146 ↗
25. Li · Renewable Sustainable Energy Rev. · 2019 · 11310.1016/j.rser.2019.109254 ↗
26. Severson · Nat. Energy · 2019 · 4 · 38310.1038/s41560-019-0356-8 ↗
27. Aykol · Nature Reviews Materials · 2020 · 5 · 72510.1038/s41578-020-0216-y ↗
28. Richardson · Journal of Energy Storage · 2019 · 23 · 32010.1016/j.est.2019.03.022 ↗
29. Willard · 2020
30. Xie · Phys. Rev. Lett. · 2018 · 120 · 14530110.1103/PhysRevLett.120.145301 ↗
31. Peng · Arch. Comput. Methods Eng. · 202010.1007/s11831-020-09405-5 ↗
32. Allam · IEEE Trans. Control Syst. Technol. · 2020 · 110.1109/TCST.2020.3017566 ↗
33. Dubarry · 2020
34. Subramanian · Electrochem. Solid-State Lett. · 2007 · 10 · A25510.1149/1.2776128 ↗
35. Rechkemmer · Journal of Energy Storage · 2019 · 21 · 77310.1016/j.est.2019.01.005 ↗
36. He · Energies · 2018 · 11 · 212010.3390/en11082120 ↗
37. Moura · IEEE Trans. Control Syst. Technol. · 2017 · 25 · 45310.1109/TCST.2016.2571663 ↗
38. Weiss · Journal of Big Data · 2016 · 3 · 910.1186/s40537-016-0043-6 ↗
39. Shen · 2019 · 1
40. Shen · Appl. Energy · 2020 · 260 · 11429610.1016/j.apenergy.2019.114296 ↗
41. Vidal · 2019 · 1
42. Chao · 2020
43. Ramadesigan · J. Electrochem. Soc. · 2011 · 158 · A104810.1149/1.3609926 ↗
44. Bills · 2020
45. Jia · 2020
46. Karpatne · IEEE Trans. Knowl. Data Eng. · 2017 · 29 · 231810.1109/TKDE.2017.2720168 ↗
47. Wang · Nat. Commun. · 2019 · 10 · 357310.1038/s41467-019-11405-4 ↗
48. Iten · Phys. Rev. Lett. · 2020 · 12410.1103/PhysRevLett.124.010508 ↗
49. Deringer · Adv. Mater. · 2019 · 3110.1002/adma.201902765 ↗
50. Artrith · Comput. Mater. Sci. · 2016 · 114 · 13510.1016/j.commatsci.2015.11.047 ↗
51. Toth · 2019
52. Greydanus · 2019 · 15379
53. Zhao · Phys. Rev. Lett. · 2020 · 124 · 06020110.1103/PhysRevLett.124.060201 ↗
54. Raissi · 2017
55. Raissi · J. Comput. Phys. · 2018 · 357 · 12510.1016/j.jcp.2017.11.039 ↗
56. Raissi · J. Mach. Learn. Res. · 2018 · 19 · 1
57. Raissi · Science · 2020 · 367 · 102610.1126/science.aaw4741 ↗
58. Lutter · 2019
59. Goswami · 2019
60. Hogge · 2015
61. Saxena · J. Pow. Sour. · 2016 · 327 · 394-40010.1016/j.jpowsour.2016.07.057 ↗
62. Herring · SoftwareX · 2020 · 11 · 10050610.1016/j.softx.2020.100506 ↗
63. Buteau · 2020
64. Sulzer · 2020
65. Torchio · J. Electrochem. Soc. · 2016 · 163 · A119210.1149/2.0291607jes ↗
66. Aykol · Matter · 2019 · 1 · 143310.1016/j.matt.2019.10.024 ↗
67. Zhang · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 170610.1038/s41467-020-15235-7 ↗
68. Lim · Science · 2016 · 353 · 56610.1126/science.aaf4914 ↗
69. Schmuch · Nat. Energy · 2018 · 3 · 26710.1038/s41560-018-0107-2 ↗
70. Nykvist · Nat. Clim. Chang. · 2015 · 5 · 32910.1038/nclimate2564 ↗
71. Xue · Nat. Commun. · 2016 · 7 · 1124110.1038/ncomms11241 ↗
72. Montoya · Chem. Sci. · 2020 · 11 · 851710.1039/D0SC01101K ↗
73. Tabor · Nature Reviews Materials · 2018 · 3 · 510.1038/s41578-018-0005-z ↗
74. Dave · 2019
75. Kandasamy · 2016 · 29 · 992
76. Finegan · Joule · 2020 · 5 · 31610.1016/j.joule.2020.11.018 ↗