储能电池组一致性等级的确定方法及装置

技术领域

本发明涉及电池储能系统领域，具体涉及一种储能电池组一致性等级的确定方法及装置。

背景技术

储能在提高可再生能源消纳能力方面起到了支撑作用。储能是构建以新能源为主体的新型电力系统、促进能源绿色低碳转型、保障我国能源安全的重要装备基础和关键支撑技术，是实现能源领域碳达峰、碳中和的关键支撑技术，储能系统应用的深度和广度对新能源的进一步发展起决定性作用。电化学储能目前发展迅速，装机规模不断扩大，电池储能系统在满足应用要求的同时，用户还关心其运行的安全性。

国内新型储能建设高速推进，储能电站的健康状态受运行工况及环境等影响，各单体电池将出现不同程度的不一致情况，例如，电压不一致、电流不一致等，严重者将影响电站运行安全。作为储能电站的基本组成，电池单体通过串并联方式组成电池储能系统，电池组的不一致性是影响其性能的重要影响因素，会降低电池组的可用容量和循环寿命。

目前，尚未有有效的储能电池组一致性等级评价方法，这是亟待需要解决的问题。

发明内容

本发明提供一种储能电池组一致性等级的确定方法及装置，以解决上述提及的至少一个问题。

根据本发明的第一方面，提供一种储能电池组一致性等级的确定方法，所述方法应用于至少一个电池组，电池组包括多个电池，所述方法包括：

分别获取运行中的所述至少一个电池组中的各电池的运行参数；

基于预定的一致性指标，根据所述运行参数确定各电池组的一致性指标参数；

根据预先设置的一致性指标参数的指标权重，对所述各电池组的一致性指标参数分别进行映射处理，得到所属电池组的一维指标参数；

根据预先设置的一致性等级评价规则确定与所述所属电池组的一维指标参数相应的一致性等级。

根据本发明的第二方面，提供一种储能电池组一致性等级的确定装置，所述装置应用于至少一个电池组，电池组包括多个电池，所述装置包括：

运行参数获取单元，用于分别获取运行中的所述至少一个电池组中的各电池的运行参数；

指标参数确定单元，用于基于预定的一致性指标，根据所述运行参数确定各电池组的一致性指标参数；

映射处理单元，用于根据预先设置的一致性指标参数的指标权重，对所述各电池组的一致性指标参数分别进行映射处理，得到所属电池组的一维指标参数；

一致性等级确定单元，用于根据预先设置的一致性等级评价规则确定与所述所属电池组的一维指标参数相应的一致性等级。

同时，本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述方法。

同时，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有执行上述方法的计算机程序。

由上述技术方案可知，通过根据获取的电池组中各电池的运行参数确定一致性指标参数，随后根据指标权重对一致性指标参数进行映射处理，得到相应的一维指标参数，之后根据一维指标参数确定电池组的一致性等级，如此，可以有效评价储能电池组一致性等级，对等级较差的电池组可以及时采取必要的检修策略，从而可以延长电池组的使用寿命。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的储能电池组一致性等级确定方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的储能电池组一致性等级确定方法的详细流程图；

图3是根据本发明实施例的一致性评价等级区间示意图；

图4是根据本发明实施例的储能电池组一致性等级确定装置的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于在储能电站中，电池组的不一致性是影响其性能的重要影响因素，会降低电池组的可用容量和循环寿命，而目前尚未有有效的储能电池组一致性等级评价方法。在实现本申请的过程中，申请人发现电池组不一致性最直观的体现在电池单体电压不一致，另外，电池单体的温度差异也会影响电池组的使用寿命。

基于此，本申请实施例提供一种储能电池组一致性等级确定方案，该方案将电池组的电压和温度作为一致性评价指标，并将一致性评价指标映射为一维指标，通过构建目标函数对一维指标进行等级区间划分，以此确定电池组的一致性等级，如此，可以有效评价储能电池组一致性等级，对等级较差的电池组可以及时采取必要的检修策略，从而可以延长电池组的使用寿命。

以下结合附图对本发明实施例进行详细的描述。

本发明实施例提供一种储能电池组一致性等级的确定方法，该方法可应用于至少一个电池组，每个电池组包括多个电池。为了描述方便，以下以一个电池组为例来详细描述电池组一致性等级确定的流程。

图1是根据本发明实施例的储能电池组一致性等级的确定方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

步骤101，分别获取运行中的电池组中各电池(即，电池组中的单体电池)的运行参数。

这里的运行参数可以包括：电池的电压(V)、电流(I)、温度(t)以及这些参数的获取(或采集)时间。

步骤102，基于预定的一致性指标，根据所述运行参数确定电池组的一致性指标参数。

在实际操作中，一致性指标可以是多个，例如，基于电压的一致性指标，基于电流的一致性指标，基于温度的一致性指标等。

在本发明实施例中，采用基于电压和温度的一致性指标来确定电池组的一致性评价。相应地，一致性指标参数包括：电压极差、温度极差、电压标准差系数和温度标准差系数，以下分别描述这四个指标参数。

1、电压极差是指电池组中单体电池之间的电压最大值和最小值之间的差值，可以通过如下公式(1)来确定：

ΔU

其中，ΔU

2、温度极差是指电池组中单体电池之间的温度最大值和最小值之间的差值，可以通过如下公式(2)来确定：

ΔT

其中，ΔT

3、电压标准差系数可以通过如下公式(3)来确定：

其中，δ

4、温度标准差系数可以通过如下公式(4)来确定：

其中，δ

步骤103，根据预先设置的一致性指标参数的指标权重，对电池组的一致性指标参数进行映射处理，得到电池组的一维指标参数。

在执行步骤103之前，可以先对电池组的一致性指标参数分别进行数据归一化处理。即，对上述电压极差、温度极差、电压标准差系数和温度标准差系数分别进行数据归一化处理，以方便后续的映射处理。

之后，就可以对数据归一化处理后的电池组的一致性指标参数进行映射处理。

在实际操作中，映射处理通过采用线性变换函数实现。

在具体实施过程中，一致性指标参数为多个参数，则各参数对应不同的指标权重，也就是说，在本发明实施例中，上述四个指标参数具有各自的指标权重。

一致性指标参数的指标权重可以通过如下方式来设置：获取多个历史电池组的历史数据，所述历史数据包括各历史电池组的历史一致性等级和历史运行数据；基于所述预定的一致性指标，根据各历史电池组的历史运行数据分别确定各历史电池组的历史一致性指标参数，该历史一致性指标参数包括多个历史参数；基于预先设置的各历史参数的初始指标权重和映射处理，将各历史电池组的历史一致性指标参数分别映射为所属历史电池组的历史一维指标数据；基于预先构建的目标函数，根据各历史电池组的历史一致性等级、历史一维指标数据，通过遗传算法对所述目标函数进行最优化求解处理，以此调节所述各历史参数的初始指标权重，得到所述一致性指标参数的指标权重。

这里的目标函数可以通过如下方式来构建：根据各历史电池组的历史一维指标数据确定所属历史一维指标数据的标准差信息和局部密度信息；根据各历史一维指标数据的标准差信息和局部密度信息构建所述目标函数。

通过确定历史一维指标数据的标准差信息和局部密度信息，可以使得映射后的一维指标数据满足整体分散、局部密集的特点。之后利用遗传算法对目标函数进行最优化处理，得到的最优解应符合历史一致性等级，以此调节各初始指标权重，最终得到四个指标参数的指标权重。

步骤104，根据预先设置的一致性等级评价规则确定与电池组的一维指标参数相应的一致性等级。

通过根据获取的电池组中各电池的运行参数确定一致性指标参数，随后根据指标权重对一致性指标参数进行映射处理，得到相应的一维指标参数，之后根据一维指标参数确定电池组的一致性等级，如此，可以有效评价储能电池组一致性等级，对等级较差的电池组可以及时采取必要的检修策略，从而可以延长电池组的使用寿命。

在实际操作中，可以同时对多组电池组进行一致性等级评价，通过分别对各电池组执行上述的步骤101-104，可以实现对各电池组的一致性等级评价，获知各电池组的状态等级，从而可以对状态等级较差的电池组采取必要的检修策略，延长电池组的使用寿命。

为了更好地理解本发明实施例，以下结合图2来详细描述储能电池组一致性等级的确定流程。为了描述方便，在该实施例中，一致性指标参数包括：电压极差、温度极差、电压标准差系数和温度标准差系数。

参见图2所示，该储能电池组一致性等级的确定流程包括：根据历史数据设置各一致性指标参数的权重，具体参见步骤201-206；之后对新的电池组进行一致性等级确定，具体参见步骤207。以下对各步骤进行详细描述。

步骤201：历史数据采集。采集的历史数据为各电池组中各电池的原始特征，包括：单体电池温度、单体电池电压，以及各电池组的一致性等级评价。

步骤202：数据清洗。

这里的数据清洗规则可以是：对于缺失值或者显著超出阈值范围的不合理数值，采用该数值前一时刻数值、或者后一时刻数值、或通过滑动窗口计算的一段时间区间内的平均值，进行替换赋值。

步骤203：对各电池组，基于上述公式(1)-(4)确定各电池组的指标参数，分别为：电压极差ΔU

步骤204：数据归一化处理，即，对上述步骤203的各指标参数进行归一化处理。为了消除指标之间的量纲影响，需要进行数据标准化处理，对各指标参数进行线性变换，以解决各指标参数之间的可比性，使得各指标参数处于同一数量级。

在实际操作中，可以根据如下公式(5)对四个指标参数分别进行数据归一化处理：

x'(i，j)＝[x

其中，x′(i,j)表示第i个电池组的第j个指标参数的归一化结果，x

步骤205：将步骤204归一化的四个指标参数经过函数变换映射为一维指标。

在具体实施时，可以采用线性变换函数将各电池组的四个指标参数映射为一维指标，即将各电池组的多维指标参数映射为一维指标参数。

通过将多维数据映射为一维数据，可以解决各指标参数之间的可比性，使得各指标参数处于同一数量级。

具体地，映射过程可以通过公式(6)实现：

x'＝f(x) (6)

其中，f(·)为线性变换函数，可以通过如下公式(7)实现映射：

x'＝(x1，x2...xn)×(k

其中，x1表示第一个指标参数，xn表示第n个指标参数，在本发明实施例中，n＝4，k

在上述公式(7)中，k

步骤206：根据目标函数构造原则，基于一维指标及其对应的一致性评价等级，利用遗传算法对目标函数进行最优解求解，以此调节各指标参数的权重，得到相应的k

图3是一致性评价等级区间示意图，如图3所示，可以预先将一致性评价等级划分为四个等级区间(对应于上述步骤104的一致性等级评价规则)，标记为差，中，良，优四个等级，对应区间分别为[q1,q2)，[q2,q3)，[q3,q4)，[q4,q5]。例如，当一维指标属于区间[q1,q2)时，表示该一维指标对应的一致性等级为差，需要对相应的电池组进行必要的检修。

在具体实施时，目标函数构造原则为：使映射后的一维指标满足整体分散、局部密集的特点，以此原则构造目标函数。

整体分散程度(对应于上述标准差信息)可以通过如下公式(8)表示：

其中，x′

局部密集信息(对应于上述的局部密度信息)可以通过如下公式(9)表示：

其中，s为标准差，D为局部密度，R为局部密度的窗口半径(窗口半径为固定值，可以依据实际情况而定)，u(t)为一单位阶跃函数，当t>0时，u(t)值为1，当t<0时，u(t)值为0，||x′

构造的目标函数通过如下公式(10)表示：

其中，Q为目标函数，k

利用遗传算法对目标函数进行最优化处理，得到的最优解应匹配步骤201中获取的一致性等级评价，且与图3所示的映射指标的等级匹配。如此，通过上述公式(8)-(10)的求解，可以得到上述公式(7)中的k

步骤207：对新的电池组进行一致性等级评价，具体地，基于上述步骤201-205的流程，以及步骤206确定的各指标参数的权重值得到新电池组的四个指标参数的一维指标，根据一维指标对新电池组进行一致性等级评价，对等级较差的电池组，采取必要的检修策略。

本发明实施例提出的储能电池组一致性等级评价方法，对电池组的指标参数进行归一化处理和映射之后，消除了指标之间的量纲影响，使得各指标处于同一数量级并且原来的多维数据变为一维数据，简化了评价程序，便于对电池组健康状态等级划分，从而可以对等级较差的电池组采取必要的检修策略，延长电池组的使用寿命。

基于相似的发明构思，本发明实施例还提供一种储能电池组一致性等级的确定装置，该装置可应用于至少一个电池组，电池组包括多个电池。优选地，该装置可用于实现上述储能电池组一致性等级确定方法的各步骤。

图4是该储能电池组一致性等级确定装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：运行参数获取单元1、指标参数确定单元2、映射处理单元3和一致性等级确定单元4，其中：

运行参数获取单元1，用于分别获取运行中的所述至少一个电池组中的各电池的运行参数；

指标参数确定单元2，用于基于预定的一致性指标，根据所述运行参数确定各电池组的一致性指标参数；

映射处理单元3，用于根据预先设置的一致性指标参数的指标权重，对所述各电池组的一致性指标参数分别进行映射处理，得到所属电池组的一维指标参数；

一致性等级确定单元4，用于根据预先设置的一致性等级评价规则确定与所属电池组的一维指标参数相应的一致性等级。

通过指标参数确定单元2根据运行参数获取单元1获取的电池组中各电池的运行参数确定一致性指标参数，随后映射处理单元3根据指标权重对一致性指标参数进行映射处理，得到相应的一维指标参数，之后一致性等级确定单元4根据一维指标参数确定电池组的一致性等级，如此，可以有效评价储能电池组一致性等级，对等级较差的电池组可以及时采取必要的检修策略，从而可以延长电池组的使用寿命。

在一个实施例中，上述装置还包括：指标权重设置单元，用于设置所述一致性指标参数的指标权重。在具体实施过程中，一致性指标参数可以为多个参数，各参数对应不同的指标权重。

具体地，该指标权重设置单元包括：历史数据获取模块、历史一致性指标参数确定模块、历史一维指标数据获取单元和指标权重设置模块，其中：

历史数据获取模块，用于获取多个历史电池组的历史数据，所述历史数据包括各历史电池组的历史一致性等级和历史运行数据；

历史一致性指标参数确定模块，用于基于所述预定的一致性指标，根据各历史电池组的历史运行数据分别确定各历史电池组的历史一致性指标参数，所述历史一致性指标参数包括多个历史参数；

历史一维指标数据获取模块，用于基于各历史参数的初始指标权重和映射处理，将各历史电池组的历史一致性指标参数分别映射为所属历史电池组的历史一维指标数据；

指标权重设置模块，用于基于预先构建的目标函数，根据各历史电池组的历史一致性等级、历史一维指标数据，通过遗传算法对所述目标函数进行最优化求解处理，以此调节所述各历史参数的初始指标权重，得到所述一致性指标参数的指标权重。

在一个实施例中，上述装置还包括：目标函数构建单元，用于构建所述目标函数。

具体地，该目标函数构建单元包括：历史一维指标数据处理模块和目标函数构建模块，其中：

历史一维指标数据处理模块，用于根据各历史电池组的历史一维指标数据确定所属历史一维指标数据的标准差信息和局部密度信息；

目标函数构建模块，用于根据各历史一维指标数据的标准差信息和局部密度信息构建所述目标函数。

在具体实施时，上述装置还包括：归一化处理单元，用于对指标参数确定单元确定的各电池组的一致性指标参数分别进行数据归一化处理，以便于后续映射处理单元3根据预先设置的一致性指标参数的指标权重，对数据归一化处理后的各电池组的一致性指标参数分别进行映射处理，其中，所述映射处理通过采用线性变换函数实现。

上述各单元、各模块的具体执行过程，可以参见上述方法实施例中的描述，此处不再赘述。

在实际操作中，上述各单元、各模块可以组合设置、也可以单一设置，本发明不限于此。

本实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。该电子设备可以是台式计算机、平板电脑及移动终端等，本实施例不限于此。在本实施例中，该电子设备可以参照上述方法实施例进行实施及储能电池组一致性等级的确定装置的实施例进行实施，其内容被合并于此，重复之处不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现上述储能电池组一致性等级的确定方法的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。