Research Article

A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression

Volume: 5 Number: 1 June 29, 2026
EN TR

A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression

Abstract

Bu çalışmada, lithium-ion bataryalar için Remaining Useful Life (RUL) tahmininde özellik temsili tasarımının performans üzerindeki etkisini sistematik olarak incelenmiştir. Mevcut literatürde RUL tahmini çoğunlukla model mimarisi ve hiperparametre optimizasyonuna odaklanırken, özellik temsili tasarımının özellikle cross-battery generalization üzerindeki rolü sınırlı biçimde ele alınmıştır. Bu bağlamda mutlak özellik uzayına dayalı temsil (Absolute Feature Representation (AFR)) ve referans döngü merkezlemeli temsil (Reference-based Feature Representation (RFR)) olmak üzere iki farklı temsil yaklaşımı oluşturularak değerlendirilmiştir. Deneyler NASA PCoE lithium-ion battery veri seti üzerinde 4 bataryaya ait veriler üzerinde gerçekleştirilmiş ve değerlendirme a battery-wise cross-validation stratejisi ile yapılmıştır. Regresyon modeli olarak K-Nearest Neighbors (KNN) kullanılmış ve model parametreleri sabit tutularak yalnızca temsil etkisi analiz edilmiştir. Sonuçlar, RFR’nin tüm performans metriklerinde tutarlı iyileşme sağladığını göstermektedir. Değerlendirme metriklerinde ortalama MAE değeri 0.148’den 0.096’ya, RMSE değeri 0.173’ten 0.120’ye düşmüştür. R² değeri ise 0.637’den 0.825’e yükselmiştir. Bu iyileşmeler sırasıyla yaklaşık %35, %31 ve %29 oranında performans artışına karşılık gelmektedir. Korelasyon analizi, RFR’de yapılan transformasyonun feature–target ilişkisini güçlendirdiğini ve mutlak seviye farklarını baskılayarak göreli degradasyon dinamiklerini daha belirgin hale getirdiğini ortaya koymuştur. Gerçekleştirilen tanılayıcı analizler hata yapısının dengeli ve sistematik olduğunu doğrulamaktadır. Elde edilen bulgular, RUL tahmininde performans artışının yalnızca model seçimine değil, özellik temsili tasarımına da güçlü biçimde bağlı olduğunu göstermektedir. Özellikle bataryalar arası başlangıç farklılıklarının yüksek olduğu durumlarda, RFR yaklaşımı model karmaşıklığını artırmadan anlamlı ve tutarlı iyileşmeler sağlayan etkili bir strateji sunmaktadır.

Keywords

Kalan Kullanım Ömrü (RUL) tahmini;, Lityum iyon bataryalar;, Referans tabanlı özellik temsili;, Mesafe tabanlı regresyon;, K-En Yakın Komşular (KNN);, Batarya bazlı çapraz doğrulama

References

  1. Chen, D., Hong, W., & Zhou, X. (2022). Transformer Network for Remaining Useful Life Prediction of Lithium-Ion Batteries. IEEE Access, 10, 19621–19628. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3151975
  2. Chen, X. (2024). A novel transformer-based DL model enhanced by position-sensitive attention and gated hierarchical LSTM for aero-engine RUL prediction. Scientific Reports, 14(1), 10061. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59095-3
  3. Cover, T., & Hart, P. (1967). Nearest neighbor pattern classification. IEEE Transactions on Information Theory, 13(1), 21–27. https://doi.org/10.1109/TIT.1967.1053964
  4. Dragomiretskiy, K., & Zosso, D. (2014). Variational Mode Decomposition. IEEE Transactions on Signal Processing, 62(3), 531–544. https://doi.org/10.1109/TSP.2013.2288675
  5. Guyon, I., & Elisseeff, A. (2003). An introduction to variable and feature selection. Journal of Machine Learning Research, 3(Mar), 1157–1182.
  6. Harris, C. R., Millman, K. J., van der Walt, S. J., Gommers, R., Virtanen, P., Cournapeau, D., Wieser, E., Taylor, J., Berg, S., Smith, N. J., Kern, R., Picus, M., Hoyer, S., van Kerkwijk, M. H., Brett, M., Haldane, A., del Río, J. F., Wiebe, M., Peterson, P., … Oliphant, T. E. (2020). Array programming with NumPy. Nature, 585(7825), 357–362. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2
  7. Hastie, T., Tibshirani, R., Friedman, J., & others. (2009). The elements of statistical learning. Springer series in statistics New-York.
  8. Hunter, J. (2007). Matplotlib: A 2D graphics environment Computing in Science & Engineering. 2007; 9 (3): 90–95. DOI: Https://Doi. Org/10.1109/MCSE.
  9. Hyndman, R. J., & Athanasopoulos, G. (2018). Forecasting: Principles and practice. OTexts.
  10. Kaufman, S., Rosset, S., Perlich, C., & Stitelman, O. (2012). Leakage in data mining: Formulation, detection, and avoidance. ACM Transactions on Knowledge Discovery from Data (TKDD), 6(4), 1–21.
APA
Özcan, R., & Koca, F. (2026). A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim Ve Teknoloji Dergisi, 5(1), 25-39. https://doi.org/10.69560/cujast.1904437
AMA
1.Özcan R, Koca F. A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression. CUJAST. 2026;5(1):25-39. doi:10.69560/cujast.1904437
Chicago
Özcan, Recai, and Ferhat Koca. 2026. “A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression”. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim Ve Teknoloji Dergisi 5 (1): 25-39. https://doi.org/10.69560/cujast.1904437.
EndNote
Özcan R, Koca F (June 1, 2026) A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 5 1 25–39.
IEEE
[1]R. Özcan and F. Koca, “A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression”, CUJAST, vol. 5, no. 1, pp. 25–39, June 2026, doi: 10.69560/cujast.1904437.
ISNAD
Özcan, Recai - Koca, Ferhat. “A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression”. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi 5/1 (June 1, 2026): 25-39. https://doi.org/10.69560/cujast.1904437.
JAMA
1.Özcan R, Koca F. A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression. CUJAST. 2026;5:25–39.
MLA
Özcan, Recai, and Ferhat Koca. “A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression”. Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Bilim Ve Teknoloji Dergisi, vol. 5, no. 1, June 2026, pp. 25-39, doi:10.69560/cujast.1904437.
Vancouver
1.Recai Özcan, Ferhat Koca. A Reference-Based Feature Representation Approach for Battery Remaining Useful Life Prediction Using K-Nearest Neighbors Regression. CUJAST. 2026 Jun. 1;5(1):25-39. doi:10.69560/cujast.1904437