[發(fā)明專利]一種基于聚類分選的退役動(dòng)力電池重組方法

在審

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• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN113887601A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張少迪;胡桐月;高曉;趙光;王瑜婧;劉傳忠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司;上海電器科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06F17/16;H01M10/42;H01M10/54
• 代理公司: 上海璀匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31367
• 代理人: 王文穎

1.一種基于聚類分選的退役動(dòng)力電池重組方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將退役電池根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行拆解，拆解為電池單體。

步驟2：判斷電池單體的外觀是否符合預(yù)先制定的外觀要求，若符合，則進(jìn)入步驟3，對電池單體的性能進(jìn)行進(jìn)一步檢測；若不符合，則將當(dāng)前電池單體直接視為報(bào)廢電池，待后續(xù)處理；

步驟3：對電池單體的性能進(jìn)行進(jìn)一步檢測，判斷電池單體的基本性能是否滿足梯次利用的使用要求，將滿足梯次利用的使用要求的電池單體作為待分選電池，將不滿足梯次利用的使用要求的電池單體視為報(bào)廢電池；

檢測時(shí)，基于電池單體的剩余容量、端電壓、內(nèi)阻判斷當(dāng)前電池單體是否滿足梯次利用的使用要求；

步驟4、獲得待分選電池的充放電曲線，針對待分選電池的充放電曲線與標(biāo)準(zhǔn)電池單體的充放電曲線之間的動(dòng)態(tài)時(shí)間彎曲距離進(jìn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)的歸一化處理，獲得待分選電池的動(dòng)態(tài)特征參數(shù)；

設(shè)獲得的充放電曲線的動(dòng)態(tài)時(shí)間彎曲距離的不同時(shí)間長度的時(shí)間序列分別為X＝{x₁,x₂,…,x_k,…,x_n}和Y＝{y₁,y₂,…,y_l,…,y_m}，其中，x_k為時(shí)間序列X所對應(yīng)的待分選電池充放電過程中第k個(gè)時(shí)刻的電壓值，y_l為時(shí)間序列Y所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電池單體充放電過程中第l個(gè)時(shí)刻的電壓值；則時(shí)間序列X和時(shí)間序列Y之間的動(dòng)態(tài)時(shí)間彎曲距離表示為時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)，時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中各行各列的元素由下式(1)表示：

式中，f(0,0)表示時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中第0行第0列的元素；f(i,0)表示時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中第i行第0列的元素；f(0,j)表示時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中第0行第j列的元素；f(1,1)表示時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中第1行第1列的元素，a₁₁表示x₁與y₁之間的距離，由動(dòng)態(tài)距離的單調(diào)性可知，有效彎曲路徑的起點(diǎn)a₁₁與終點(diǎn)a_nm分別為位于矩陣D(X,Y)的左上角和右下角；f(i,j)表示時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中第i行第j列的元素，i＝2,…,n，j＝2,…,m，a_ij表示x_i與y_j兩點(diǎn)之間的距離，從x_i到y(tǒng)_j在滿足距離矩陣邊界性、單調(diào)性及連續(xù)性的前提下具有的多條有效路徑中選擇一條唯一最優(yōu)路徑，唯一最優(yōu)路徑使得區(qū)間累計(jì)距離達(dá)到最小值；

通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃，在所獲得的時(shí)間彎曲距離矩陣D(X,Y)中基于預(yù)先給定的約束條件尋找累計(jì)距離最小的路徑，該路徑所對應(yīng)的累計(jì)距離即為時(shí)間序列X與時(shí)間序列Y之間的相似程度；所獲得的累計(jì)距離越小，則表明時(shí)間序列X與時(shí)間序列Y之間越相似；所獲得的累計(jì)距離則為待分選電池的動(dòng)態(tài)特征參數(shù)；

獲得所有待分選電池的動(dòng)態(tài)特征參數(shù)，若動(dòng)態(tài)特征參數(shù)小于預(yù)先設(shè)定的距離閾值，則當(dāng)前待分選電池作為待重組電池單體被保留下來，若動(dòng)態(tài)特征參數(shù)不小于預(yù)先設(shè)定的距離閾值，則將當(dāng)前待分選電池視為報(bào)廢電池，待后續(xù)處理；

步驟五：采用K-means聚類方法對所有待重組電池單體進(jìn)行分類，同時(shí)考慮應(yīng)用到各類梯次利用場景的影響因子的權(quán)重，被分為一類的所有待重組電池單體適合重組在一個(gè)電池包內(nèi)重新利用，包括以下步驟：

步驟501：獲得所有M個(gè)待重組電池單體的樣本數(shù)據(jù)，第h個(gè)待重組電池單體的樣本數(shù)據(jù)定義為p_h，則p_h為由步驟第h個(gè)待重組電池單體的內(nèi)阻p_c，h、剩余容量p_r,h及動(dòng)態(tài)特征參數(shù)p_D,h組成的三維向量，則有p_h＝[p_C,h p_r,h p_D,h]；所有M個(gè)待重組電池單體的樣本數(shù)據(jù)組成樣本數(shù)據(jù)集A＝{p₁,p₂,…,p_h,…,p_M}；

步驟502：對樣本數(shù)據(jù)集A中的每個(gè)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)集A^′＝{p₁′,p₂′,…,p_h′,…,p_M′}，其中，p_h′為對樣本數(shù)據(jù)p_h進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)；

步驟503：根據(jù)K-means聚類算法對標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)集A′進(jìn)行聚類處理，具體包括以下步驟：

步驟5031：設(shè)定聚類簇的個(gè)數(shù)K、最大迭代次數(shù)N、迭代終止閾值σ；

步驟5032：初始化K個(gè)聚類中心，從標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)集A′中隨機(jī)選擇K個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)作為初始聚類中心，將這K個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)定義為γ₁,γ₂,…,γ_K，則有聚類中心集B＝{γ₁,γ₂,…,γ_K}，其中，γ_K＝[γ_C,K γ_r,K γ_D,K]，γ_C,K表示第個(gè)聚類中心的內(nèi)阻、γ_r,K表示第K個(gè)聚類中心的剩余容量、γ_D,K表示第K個(gè)聚類中心的動(dòng)態(tài)特征參數(shù)；

步驟5033：根據(jù)歐氏距離計(jì)算每個(gè)樣本所屬類別，輸出的分類集合為C＝{C₁,C₂,…,C_K}，并引入梯次利用場景權(quán)重因子，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)集A′中每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)與聚類中心集B中各個(gè)聚類中心之間的歐氏距離，其中，標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)集A′中第h個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)p_h′與聚類中心集B中第l個(gè)聚類中心γ_l之間的歐氏距離定義為d_hl，則有：

式中，δ_C、δ_r、δ_D分別為內(nèi)阻、剩余容量及動(dòng)態(tài)特征參數(shù)對應(yīng)的梯次利用場景權(quán)重因子，且δ_C+δ_r+δ_D＝1，調(diào)整梯次利用場景權(quán)重因子δ_C、δ_r、δ_D的大小，針對不用要求的梯次利用電池應(yīng)用場景獲得對應(yīng)的分類結(jié)果，其中：

當(dāng)δ_C值較大時(shí)，此時(shí)聚類的電池內(nèi)阻一致性較高，剩余容量一致性較小，從而重新聚類后的待重組電池單體適用于功率要求較高的功率型應(yīng)用場景；當(dāng)δ_r值較大時(shí)，屬于同一分類的所有待重組電池單體的剩余容量一致性較高，從而重新聚類后的待重組電池單體更加適用于能量型的應(yīng)用場景；當(dāng)δ_D值較大時(shí)，表示退役電池的充放電動(dòng)態(tài)特性的一致性較高，從而說明聚類電池退化程度的一致性，有利于對充放電頻率及剩余壽命較高的梯次應(yīng)用場景；

步驟5034：按照就近原則，根據(jù)歐式距離結(jié)果得到每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化樣本數(shù)據(jù)所屬的類，更新分類結(jié)果；

步驟5035：更新聚類中心集B中的各個(gè)聚類中心，則聚類中心集B中的第l個(gè)聚類中心γ_l采用下式更新：

式(4)中，C_l表示樣本輸出分類集合中的第l項(xiàng)，p表示樣本參量；

步驟5036：重復(fù)以上步驟5033至步驟5035，直至滿足終止條件時(shí)，終止迭代，其中，當(dāng)滿足以下三個(gè)條件中的任意一個(gè)條件，則終止迭代：

條件一)當(dāng)前一次迭代的聚類中心與上一次迭代的聚類中心相比沒有任何變化；

條件二)達(dá)到迭代終止閾值σ，迭代終止閾值σ為適用于各個(gè)實(shí)際應(yīng)用中設(shè)置的誤差最小值；

條件三)迭代次數(shù)達(dá)到最大迭代次數(shù)N；

步驟六：針對不同應(yīng)用場景，將完成分類篩選的所有待重組電池單體進(jìn)行重組并投入使用，其中，重組得到的同一個(gè)電池包內(nèi)的所有待重組電池單體屬于同一個(gè)分類。