Improving state-of-health estimation for lithium-ion batteries via unlabeled charging data

计算机科学 均方误差 机器学习 人工智能 监督学习 健康状况 半监督学习 标记数据 数据挖掘 估计 模式识别(心理学) 电池(电) 人工神经网络 数学 统计 工程类 功率(物理) 物理 量子力学 系统工程
作者
Chuanping Lin,Jun Xu,Xuesong Mei
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:54: 85-97 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2022.10.030
摘要

The state-of-health (SOH) estimation is an important and open issue in battery health management. Most existing data driven SOH estimation methods are based on supervised learning algorithms, relying on large and precious labeled data. However, unlabeled charging data are abundant and readily available, but are rarely used to estimate SOH. To solve these problems, a semi-supervised learning (SSL) based SOH estimation approach is proposed in this paper. By exploiting unlabeled data, the proposed SSL based method can effectively alleviate the labeled data scarcity. Specifically, two regressors are used to learn the mapping between health indicators (HIs) and SOH. The pseudo-labels are predicted for unlabeled data based on semi-supervised co-training to augment the training samples. The final prediction is realized by combining two regressors. Analysis and experiments show that the proposed SSL based method can significantly improve the SOH estimation performance. Using labeled data of only one cell, the average root-mean-square error (RMSE) of SOH estimation for the other seven cells is 0.55%. Compared to two benchmarks without using unlabeled data, the average prediction accuracy is improved by 53% and 26%, respectively. The proposed SSL method is encouraging to surpass a state-of-the-art supervised learning based SOH estimation method. Moreover, physical interpretations for the selected three short-time HIs are provided. This work highlights the promise of combining large-volume unlabeled industrial data with limited labeled laboratory data to estimate the battery SOH.
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