本發(fā)明屬于電池管理，具體涉及一種電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車和大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速發(fā)展，電池安全性問題日益突出。電池在運(yùn)行過程中可能因?yàn)殡姙E用、熱濫用或機(jī)械濫用等原因?qū)е聼崾Э?，引發(fā)起火、燃燒甚至爆炸等安全問題。另一方面，電池的溫度對電池的安全運(yùn)行和性能表現(xiàn)非常重要，溫度對電池的儲(chǔ)能性能有直接影響，過高或過低的溫度會(huì)降低電池的放電能力和充電效率，通過對電池的溫度控制管理，保持電池在合適的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，保證電池的高效運(yùn)行和良好性能表現(xiàn)，同時(shí)有效的避免高溫工作狀態(tài)下由于電池過熱引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能存在的安全隱患，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行、延長電池壽命和保證系統(tǒng)性能表現(xiàn)，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。因此，對電池進(jìn)行有效的熱管理和熱失控預(yù)警至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有的電池在熱管理時(shí)，往往都是單一的管理方式，這種管理方式主要通過是統(tǒng)一化管理，沒有考慮不同的情況下需要進(jìn)行不同的管理，往往出現(xiàn)情況后都是直接關(guān)閉電源，協(xié)調(diào)管理能力差，不能確保電池在不同環(huán)境溫度下均能維持在最佳工作溫度范圍內(nèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理方法，基于歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行預(yù)測，并通過對電池進(jìn)行多級(jí)熱管理，實(shí)現(xiàn)對電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種實(shí)現(xiàn)所述電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理方法的系統(tǒng)。

3、本發(fā)明提供一種電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理方法，包括以下步驟：

4、s1.?獲取電池的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；

5、s2.?基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建電池性能衰減預(yù)測模型，再結(jié)合步驟s1得到的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到預(yù)測電池性能衰減值；

6、s3.?采用聲發(fā)射與光纖傳感器對電池進(jìn)行監(jiān)控，得到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析得到電池健康指數(shù)，再結(jié)合步驟s2得到的預(yù)測電池性能衰減值，根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱管理策略，判斷是否發(fā)出預(yù)警指令，若不發(fā)出預(yù)警指令，則進(jìn)入步驟s4；

7、s4.?對電池進(jìn)行分區(qū)監(jiān)控，采用氣敏傳感器得到實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)，再對實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行氣相色譜分析，根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱失控管理策略，發(fā)出失控預(yù)警指令，完成電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理。

8、步驟s2具體包括以下步驟：

9、基于決策樹算法構(gòu)建初始電池性能衰減預(yù)測模型；

10、對步驟s1得到的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

11、采用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對初始電池性能衰減預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后電池性能衰減預(yù)測模型；

12、采用均方誤差與決定系數(shù)來作為訓(xùn)練后電池性能衰減預(yù)測模型性能指標(biāo)，對模型穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，最終得到電池性能衰減預(yù)測模型，并計(jì)算訓(xùn)練后的平均性能指標(biāo)；

13、基于電池性能衰減預(yù)測模型，輸入歸一化處理后的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到預(yù)測電池性能衰減值pav。

14、步驟s2具體為：

15、基于決策樹算法構(gòu)建電池性能衰減預(yù)測模型，電池性能衰減預(yù)測模型包括b個(gè)決策樹，每個(gè)決策樹單獨(dú)運(yùn)行，得到結(jié)果；電池性能衰減預(yù)測模型最終輸出為所有決策樹輸出結(jié)果的平均值，使用以下算式表示：其中，為模型的最終預(yù)測結(jié)果；b為模型中決策樹的數(shù)量；為第b棵決策樹對于輸入特征x的預(yù)測結(jié)果；b為單棵決策樹的序號(hào)；

16、對步驟s1得到的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使用以下算式進(jìn)行表示：其中，x為歸一化處理后的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；為原始?xì)v史運(yùn)行數(shù)據(jù)；為歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中的最小值；為歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)中的最大值；為歸一化處理后的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；為原始實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；為實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)中的最小值；為實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)中的最大值；

17、采用歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對初始電池性能衰減預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后電池性能衰減預(yù)測模型；

18、采用均方誤差與決定系數(shù)來作為訓(xùn)練后電池性能衰減預(yù)測模型性能指標(biāo)，對模型穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，最終得到電池性能衰減預(yù)測模型，并計(jì)算訓(xùn)練后的平均性能指標(biāo)；

19、均方誤差mse使用以下算式表示：其中，n為數(shù)據(jù)總數(shù)；為第i個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

20、決定系數(shù)使用以下算式表示：其中，為實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的平均值；

21、設(shè)定均方誤差閾值；

22、若，則表示模型穩(wěn)定；

23、若，則表示模型不穩(wěn)定，在mse中加入l1正則化項(xiàng)并重新訓(xùn)練，防止模型過擬合；

24、新的均方誤差使用以下算式表示：

25、其中，h為正則化參數(shù)；為模型參數(shù)中第i個(gè)元素；

26、設(shè)定決定系數(shù)閾值；

27、若，則表示模型穩(wěn)定；

28、若，則表示模型不穩(wěn)定，在決定系數(shù)中加入l2正則化項(xiàng)并重新訓(xùn)練，防止模型過擬合；

29、新的決定系數(shù)使用以下算式表示：

30、；

31、基于電池性能衰減預(yù)測模型，輸入歸一化處理后的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到預(yù)測電池性能衰減值pav。

32、步驟s3具體包括以下步驟：

33、采用聲發(fā)射與光纖傳感器對電池內(nèi)部微觀活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，得到監(jiān)測數(shù)據(jù)；監(jiān)測數(shù)據(jù)包括聲發(fā)射數(shù)據(jù)和光纖傳感器數(shù)據(jù)；聲發(fā)射數(shù)據(jù)為ae信號(hào)的最大振幅，與ae信號(hào)的總能量；光纖傳感器數(shù)據(jù)為溫度、應(yīng)變以及壓力；

34、分別對監(jiān)測數(shù)據(jù)中的聲發(fā)射數(shù)據(jù)和光纖傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再通過加權(quán)計(jì)算得到電池的健康指數(shù)bhi；

35、根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱管理策略，通過健康指數(shù)bhi、步驟s2得到的電池性能衰減值pav與對應(yīng)的預(yù)設(shè)閾值之間的比較，判斷是否發(fā)出預(yù)警指令，若不發(fā)出預(yù)警指令，則進(jìn)入步驟s4。

36、步驟s3具體為：

37、將電池沿長度劃分為n個(gè)等分的區(qū)域，標(biāo)記為到；

38、采用聲發(fā)射傳感器和光纖傳感器對到n個(gè)區(qū)域進(jìn)行采集；

39、在電池開始充放電循環(huán)前，記錄所有聲發(fā)射傳感器和光纖傳感器的初始讀數(shù)，并設(shè)定一個(gè)檢測周期進(jìn)行周期性采樣；

40、聲發(fā)射傳感器采集的數(shù)據(jù)為每個(gè)區(qū)域ae信號(hào)的最大振幅以及每個(gè)區(qū)域ae信號(hào)的總能量；

41、光纖傳感器采集的數(shù)據(jù)為每個(gè)區(qū)域的溫度、應(yīng)變以及壓力；

42、對聲發(fā)射傳感器采集的聲發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到聲發(fā)射處理數(shù)據(jù)aei，使用以下算式表示：其中，為第j個(gè)區(qū)域在時(shí)間t的ae信號(hào)振幅；為第j個(gè)區(qū)域在時(shí)間t的ae信號(hào)能量；為對時(shí)間t的最大值操作；

43、對光纖傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到溫度處理數(shù)據(jù)tei，使用以下算式表示：其中，為第j個(gè)區(qū)域在時(shí)間t時(shí)的溫度；

44、對光纖傳感器采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到應(yīng)變處理數(shù)據(jù)sti，使用以下算式表示：其中，為第j個(gè)區(qū)域在時(shí)間t時(shí)的應(yīng)變；

45、對光纖傳感器采集的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到壓力處理數(shù)據(jù)pri，使用以下算式表示：其中，為第j個(gè)區(qū)域在時(shí)間t時(shí)的壓力；

46、對聲發(fā)射處理數(shù)據(jù)aei、溫度處理數(shù)據(jù)tei、應(yīng)變處理數(shù)據(jù)sti與壓力處理數(shù)據(jù)pri進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得到電池的健康指數(shù)bhi，使用以下算式表示：

47、其中，為聲發(fā)射處理數(shù)據(jù)aei的權(quán)重；為溫度處理數(shù)據(jù)tei的權(quán)重；為應(yīng)變處理數(shù)據(jù)sti的權(quán)重；為壓力處理數(shù)據(jù)pri的權(quán)重；

48、根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱管理策略，通過健康指數(shù)bhi、步驟s2得到的電池性能衰減值pav與對應(yīng)的預(yù)設(shè)閾值之間的比較，判斷是否發(fā)出預(yù)警指令，所述多級(jí)熱管理策略具體為：

49、設(shè)定電池的健康值閾值，電池性能衰減閾值；

50、當(dāng)或時(shí)，啟動(dòng)加熱模式，發(fā)出一級(jí)指令；

51、所述加熱模式的加熱功率hpr使用以下算式計(jì)算：其中，為加熱功率的比例系數(shù)；為電池目標(biāo)溫度；為電池當(dāng)前溫度；

52、電池目標(biāo)溫度使用以下算式進(jìn)行計(jì)算：

53、其中，為電池基礎(chǔ)目標(biāo)溫度；為bhi調(diào)整電池目標(biāo)溫度的比例系數(shù)；為pav調(diào)整電池目標(biāo)溫度的比例系數(shù)；

54、當(dāng)且時(shí)，需要通過對進(jìn)行進(jìn)一步判斷：

55、當(dāng)時(shí)，啟動(dòng)散熱模式，發(fā)出二級(jí)指令，其中為電池溫度最高閾值；

56、散熱模式的散熱功率hdp使用以下算式計(jì)算：其中，為散熱功率的比例系數(shù)；

57、當(dāng)時(shí)，判定為正常模式，不發(fā)出指令，進(jìn)入步驟s4。

58、步驟s4具體包括以下步驟?：

59、采用氣敏傳感器對電池進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，得到實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)；

60、根據(jù)實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)采用氣相色譜儀進(jìn)行分析，建立不同氣體組分標(biāo)準(zhǔn)曲線；

61、根據(jù)實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算氣體濃度；

62、根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱失控管理策略，通過對氣體濃度與預(yù)設(shè)閾值的對比，發(fā)出熱失控指令，完成電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理。

63、步驟s4具體為：

64、將電池周圍劃分為u個(gè)不同的監(jiān)測區(qū)域，在每個(gè)監(jiān)測區(qū)域部署氣敏傳感器，對某個(gè)監(jiān)測區(qū)域h，實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)使用以下算式進(jìn)行計(jì)算：其中，為第h個(gè)區(qū)域氣敏傳感器的輸出電壓；為第h個(gè)區(qū)域的供電電壓；為第h個(gè)區(qū)域氣敏電阻的阻值；為第h個(gè)區(qū)域的負(fù)載電阻；

65、對于某個(gè)監(jiān)測區(qū)域h，采用氣相色譜儀進(jìn)行分析，并結(jié)合現(xiàn)有的已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體，建立不同氣體組分的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用以下算式表示：其中，為第h個(gè)區(qū)域中第p種氣體的色譜峰面積；為第h個(gè)區(qū)域中第p種氣體的校正因子；為第h個(gè)區(qū)域中第p種氣體的質(zhì)量；

66、根據(jù)實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算第h個(gè)區(qū)域的氣體濃度，使用以下算式進(jìn)行計(jì)算：其中，為第h個(gè)區(qū)域中氣敏傳感器在潔凈空氣中的氣敏電阻阻值；為第h個(gè)區(qū)域中氣敏傳感器的常數(shù)；為第h個(gè)區(qū)域中氣敏傳感器的另一個(gè)常數(shù)；為第h個(gè)區(qū)域的常數(shù)；

67、第h個(gè)區(qū)域中氣敏傳感器在潔凈空氣中的氣敏電阻阻值使用以下算式表示：根據(jù)多級(jí)熱失控管理策略，通過對氣體濃度與預(yù)設(shè)閾值的對比，發(fā)出熱失控指令，完成電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理，具體為：

68、設(shè)定氣體濃度的最小閾值為，最大閾值為；

69、若，發(fā)出輕度熱失控指令；

70、若，發(fā)出中度熱失控指令；

71、若，發(fā)出重度熱失控指令。

72、具體的，電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理還包括：

73、當(dāng)接收到一級(jí)指令時(shí)，發(fā)出一級(jí)預(yù)警，并廣播提醒；

74、當(dāng)接收到二級(jí)指令時(shí)，發(fā)出二級(jí)預(yù)警，并拉響警報(bào)；

75、當(dāng)接收到輕度熱失控指令時(shí)，發(fā)出一級(jí)失控預(yù)警，警報(bào)燈開始常亮；

76、當(dāng)接收到中度熱失控指令時(shí)，發(fā)出二級(jí)失控預(yù)警，警報(bào)燈開始閃爍；

77、當(dāng)接收到重度熱失控指令時(shí)，發(fā)出三級(jí)失控預(yù)警，警報(bào)燈開始閃爍并發(fā)出警報(bào)。

78、本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)所述電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理方法的系統(tǒng)，包括獲取模塊、預(yù)測模塊、監(jiān)測熱管理模塊、失控?zé)峁芾砟K；

79、獲取模塊獲取電池的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到預(yù)測模塊；

80、預(yù)測模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，構(gòu)建電池性能衰減預(yù)測模型，再結(jié)合歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，得到預(yù)測電池性能衰減值，并將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)測熱管理模塊；

81、監(jiān)測熱管理模塊根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，用聲發(fā)射與光纖傳感器對電池進(jìn)行監(jiān)控，得到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析得到電池健康指數(shù)，再結(jié)合預(yù)測電池性能衰減值，根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱管理策略，判斷是否發(fā)出預(yù)警指令，若不發(fā)出預(yù)警指令，將數(shù)據(jù)上傳到多級(jí)熱管理模塊；

82、失控?zé)峁芾砟K根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)，對電池進(jìn)行分區(qū)監(jiān)控，采用氣敏傳感器得到實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)，再對實(shí)時(shí)氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行氣相色譜分析，根據(jù)預(yù)設(shè)的多級(jí)熱失控管理策略，發(fā)出失控預(yù)警指令，完成電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理。

83、本發(fā)明公開了一種電池儲(chǔ)能的熱安全協(xié)調(diào)管理方法及系統(tǒng)，通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測電池的性能衰減和潛在故障，進(jìn)而提前預(yù)測到電池可能出現(xiàn)的問題，并通過多級(jí)熱管理模塊，進(jìn)行提前預(yù)警，同時(shí)結(jié)合聲發(fā)射和光纖傳感器的使用，使得電池內(nèi)部的微觀活動(dòng)能夠得到實(shí)時(shí)監(jiān)測，在多維數(shù)據(jù)下更好的對電池進(jìn)行監(jiān)測，讓電池在使用中的狀態(tài)可以實(shí)時(shí)了解，而且在靈活的熱管理策略下，可以保證出現(xiàn)不同的問題時(shí)進(jìn)行不同程度的管理，而且氣敏傳感器對電池散發(fā)的氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以在電池?zé)崾Э匕l(fā)生時(shí)迅速做出反應(yīng)，這種實(shí)時(shí)監(jiān)測和同步調(diào)整多級(jí)熱管理模式的能力，可以有效地控制和緩解熱失控事件，保護(hù)人員和設(shè)備的安全，并且在熱管理措施下，分配不同等級(jí)預(yù)警手段，并觸發(fā)相應(yīng)的響應(yīng)措施，這種分級(jí)預(yù)警機(jī)制能夠確保在不同級(jí)別的風(fēng)險(xiǎn)下采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對措施，提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性，達(dá)到在前期迅速反應(yīng)，及時(shí)控制的效果，保證了電池的安全使用，確保電池在不同環(huán)境溫度下均能維持在最佳工作溫度范圍內(nèi)，并能提前預(yù)警熱失控，提高電池的安全性和可靠性。