Physics-Informed Multi-Task Learning for Battery State of Health Prediction with Uncertainty Quantification

计算机科学 水准点(测量) 公制(单位) 代理(统计) 机器学习 数据挖掘 人工智能 人工神经网络 不确定度量化 性能指标 预测建模 深度学习 健康状况 测量不确定度 高斯过程 高斯分布 电池(电) 特征(语言学) 克里金 能量(信号处理) 深层神经网络 多任务学习 国家(计算机科学) 基线(sea)
作者
Tianwen Zhu,Guangyu Wu,Zhiwei Cao,Ruihang Wang,Jimin Jia,Yong Luo,Yonggang Wen
出处
期刊:Proceedings of the ... AAAI Conference on Artificial Intelligence [Association for the Advancement of Artificial Intelligence]
卷期号:40 (2): 1659-1667
标识
DOI:10.1609/aaai.v40i2.37143
摘要

Existing battery State of Health (SOH) prediction approaches often struggle to provide both accurate predictions and reliable uncertainty estimates. This paper presents a novel Multi-Task Learning (MTL) framework that jointly tackles SOH prediction and provides a proxy metric for uncertainty through a unified architecture. The framework combines a Physics-Informed Neural Network (PINN) for SOH prediction with a deep autoencoding Gaussian mixture model for uncertainty modeling. Particularly, the energy score from the Gaussian mixture model serves as a proxy metric for uncertainty, where a higher score indicates potential prediction unreliability. Moreover, to enhance task-specific learning, we employ a multi-head attention mechanism that adaptively captures distinct feature relationships. Our experiments show improvements in prediction performance compared to the state-of-the-art baseline. A comprehensive evaluation on six XJTU battery benchmark datasets demonstrates that our framework achieves a prediction accuracy of 99.50% (MAPE: 0.0050) while providing reliable uncertainty quantification through the proxy metric.
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