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Enregistrement W4417499257 · doi:10.3390/wevj17010002

Physics-Informed Temperature Prediction of Lithium-Ion Batteries Using Decomposition-Enhanced LSTM and BiLSTM Models

2025· article· en· W4417499257 sur OpenAlexaff
Seyed Saeed Madani, Yasmin Shabeer, Michael Fowler, Satyam Panchal, Carlos Ziebert, Hicham Chaoui, François Allard

Notice bibliographique

RevueWorld Electric Vehicle Journal · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Battery Technologies Research
Établissements canadiensCarleton UniversityUniversity of WaterlooInstitut National de la Recherche Scientifique
Organismes subventionnairesEuropean CommissionCenter of Excellence for Learning in Education, Science and Technology
Mots-clésResidualThermalDeep learningHierarchyArtificial neural networkScheme (mathematics)ENCODE

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Accurately forecasting the operating temperature of lithium-ion batteries (LIBs) is essential for preventing thermal runaway, extending service life, and ensuring the safe operation of electric vehicles and stationary energy-storage systems. This work introduces a unified, physics-informed, and data-driven temperature-prediction framework that integrates mathematically governed preprocessing, electrothermal decomposition, and sequential deep learning architectures. The methodology systematically applies the governing relations to convert raw temperature measurements into trend, seasonal, and residual components, thereby isolating long-term thermal accumulation, reversible entropy-driven oscillations, and irreversible resistive heating. These physically interpretable signatures serve as structured inputs to machine learning and deep learning models trained on temporally segmented temperature sequences. Among all evaluated predictors, the Bidirectional Long Short-Term Memory (BiLSTM) network achieved the highest prediction fidelity, yielding an RMSE of 0.018 °C, a 35.7% improvement over the conventional Long Short-Term Memory (LSTM) (RMSE = 0.028 °C) due to its ability to simultaneously encode forward and backward temporal dependencies inherent in cyclic electrochemical operation. While CatBoost exhibited the strongest performance among classical regressors (RMSE = 0.022 °C), outperforming Random Forest, Gradient Boosting, Support Vector Regression, XGBoost, and LightGBM, it remained inferior to BiLSTM because it lacks the capacity to represent bidirectional electrothermal dynamics. This performance hierarchy confirms that LIB thermal evolution is not dictated solely by historical load sequences; it also depends on forthcoming cycling patterns and entropic interactions, which unidirectional and memoryless models cannot capture. The resulting hybrid physics-data-driven framework provides a reliable surrogate for real-time LIB thermal estimation and can be directly embedded within BMS to enable proactive intervention strategies such as predictive cooling activation, current derating, and early detection of hazardous thermal conditions. By coupling physics-based decomposition with deep sequential learning, this study establishes a validated foundation for next-generation LIB thermal-management platforms and identifies a clear trajectory for future work extending the methodology to module- and pack-level systems suitable for industrial deployment.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,012
Tête enseignante GPT0,269
Écart entre enseignants0,257 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations9
Publié2025
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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