[發明專利]基于孤立森林算法的新能源汽車電池異常檢測方法

有效

• 申請號: 202011343531.2
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112505549B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 常建濤;陳改革;馬洪波;孔憲光;沈明磊;程帆
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/3842;G06K9/62
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;楊春崗

1.一種基于孤立森林IForest的新能源汽車電池異常檢測方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)獲取訓練樣本集X₁和測試樣本集X₂；

(1a)選取數據庫中一輛新能源汽車運行過程中的M條維度為14的電池模組運行狀態數據集其中，M≥5000，x_m表示第m條包括14個特征的電池模組運行狀態數據：電池模組運行實時數據時間、單體電池電壓最高值、單體電池電壓最低值、單體電池最高溫度值、單體電池最低溫度值、總電壓、總電流、剩余電量SOC、電池充電狀態、車速、電池模組累計運行時長、DC-DC狀態、檔位和絕緣電阻；

(1b)對x_m中的每個數據進行缺失值填充后再進行標準化處理，得到預處理后的數據集并將X″中的H條數據作為訓練樣本集X₁，將其余的M-H條數據作為測試樣本集X₂，其中x_m″表示x_m的預處理結果，H＞M/2；

(2)構建孤立森林IForest模型：

(2a)設孤立森林IForest模型包括T棵孤立樹iTree＝{iTree_t|1≤t≤T}，其中，iTree_t表示第t棵孤立樹，10≤T≤50，iTree_t的高度為c_t，最大高度為C_t，C_t≤ln(H)，ln(H)表示H的對數，并令t＝1，c_t＝1；

(2b)從訓練樣本集X₁中無放回地隨機選取n個樣本作為孤立樹iTree_t的根結點，其中，n≥200；

(2c)隨機選取iTree_t根結點中維度為k的樣本，并比較該樣本的值p與其余n-1個相同維度的樣本的值q，若q＞p，將q所在的樣本作為iTree_t的根結點的左子結點，若q＜p，將q所在的樣本作為iTree_t的根結點的右子結點，否則，q所在的樣本不劃分到任何子結點，得到包含l個樣本的左子結點和包含r個樣本的右子結點，其中l＜n，r＜n；

(2d)判斷c_t＝C_t是否成立，若是，得到構建好的孤立樹iTree_t，并執行步驟(2e)，否則，分別將左子結點和右子結點作為根結點，并令c_t＝c_t+1，并執行步驟(2c)；

(2e)判斷t＝T是否成立，若是，得到由T棵孤立樹iTree構成的孤立森林IForest模型，否則，令t＝t+1，并執行步驟(2b)；

(3)獲取新能源汽車的電池異常檢測結果：

(3a)估算每個測試樣本中的數據s在孤立森林IForest模型中每一棵孤立樹iTree_t中的路徑長度h(s_t)，h(s_t)＝e_t+C_t(n)，其中e_t表示s_t從iTree_t的根結點到葉子結點過程中經過的邊的數目，C_t(n)表示iTree_t中從根結點到葉子結點的平均路徑長度，H(n-1)表示調和數，H(n-1)＝ln(n-1)+ξ，ξ表示歐拉常數，ξ＝0.5772156649；

(3b)計算s在T棵孤立樹iTree中的平均路徑長度E(h(s_t))，并根據E(h(s_t))計算s_t的異常得分Score(s,n)，Score(s,n)∈[0,1]；

(3c)判斷Score0.5是否成立，若是，則s為異常數據，否則，則s為正常。

2.根據權利要求1所述的基于孤立森林IForest的新能源汽車電池異常檢測方法，其特征在于，步驟(1b)中所述的對x_m中的每個數據進行缺失值填充后再進行標準化處理，其中缺失值填充采用均值法，標準化處理采用max-min標準化方法，標準化處理的公式為：

其中，x″為x_m中的每個數據的標準化處理結果，x_max和x_min分別為x_m中所有數據的最大值和最小值。