[發明專利]一種基于相似性度量的儲能電池無監督故障診斷算法

在審

• 申請號: 202210009321.2
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114355206A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 范運飛;陳文勝;李峰;毛濤濤
• 申請（專利權）人: 浙江零碳云能源科技有限公司
• 主分類號: G01R31/382
• 分類號: G01R31/382;G01R31/367
• 代理公司: 杭州奇炬知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33393
• 代理人: 龔怡穎

本發明提供了基于相似性度量的儲能電池無監督故障診斷算法，屬于儲能電池故障診斷領域。解決了現有自主實現無法高效率串聯電池組故障檢測與定位等問題。本儲能電池充放電過程的信號監測、采集、匯總，構建無監督故障診斷數據集；對采集到的信號進行清洗，去除異常點，同時構建濾波器，以抑制采樣中混入的噪聲；根據充放電過程的信號特性，構建每個單體電池的關鍵點序列；提取監測信號的分段趨勢項特征，將完整的監測信號分割為時間片段，進行分段線性化；構建單體電池離群值計算模塊；實現多個標準的信息融合，得到離群程度，作為發生故障的重要衡量指標，進而判別故障電池。實現快速排查故障電池，提供維修建議優點。

技術領域

本發明涉及儲能電池故障診斷領域，尤其涉及一種基于相似性度量的儲能電池無監督故障診斷算法。

背景技術

推動新型儲能快速發展是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備。

儲能在電源側能夠保障新能源高效消納利用，為電力系統提供容量支撐及一定調峰能力；在電網側能夠提升大規模高比例新能源及大容量直流接入后系統靈活調節能力和安全穩定水平；在電網末端及偏遠地區，建設儲能或風光儲電站，提高電網供電能力；移動式或固定式儲能能夠提升應急供電保障能力或延緩輸變電升級改造需求；在分布式新能源、微電網、大數據中心、5G基站、充電設施、工業園區等用戶側，融合儲能形成新的應用場景。

新型儲能系統大多數采用鋰電池電芯作為基本單元，儲能電池的成組方式是由多個電池電芯串并聯成一個模組，多個模組串并聯成電池簇，多個電池簇并聯形成的一個電池系統單元。這個電池系統單元包含了幾千個電池電芯。在電源側、電網側和有些用戶側的大型儲能電站中會由多個上述的電池系統單元組成，在這樣一個由成千上萬的電池電芯組成的系統中，有一個電芯出現故障都會給整個系統的安全、穩定、高效運行帶來一定的影響。因此電池電芯健康狀態的診斷顯得尤為重要。

目前針對儲能電池故障診斷的方法大多數基于電池整體或者是某一簇電池的運行情況，很少基于電池電芯的分析。大量的電池電芯，鋰電池的充放電特性以及重返點的環境因素都給電池故障診斷帶來困難。本專利提供一種基于相似性度量的儲能電池無監督故障診斷算法，用于自主實現高效率和高精度的串聯電池組故障檢測與定位，快速排查故障電池，提供維修建議。

發明內容

本發明提供一種儲能電池電芯故障識別與診斷方法、裝置與系統，主要目標是，在無人監控的條件下，自主實現高效率和高精度的儲能電池電芯故障檢測與定位，快速排查故障電池，提供維修建議。為實現上述目標，本發明提供了一種儲能電池電芯的無監督故障診斷算法，所述方法可應用于分布式數據采集和分析終端，所述技術方案包括：

S1、儲能電池充放電過程的信號監測、采集、匯總，構建無監督故障診斷數據集；

S2、對采集到的信號進行清洗，去除因傳感器波動、操作環境突變等因素引起的異常點，同時利用滑動平均法構建濾波器，以抑制采樣中混入的噪聲。每隔一個采樣時間，滑動時間窗口向前滑動一次，時間窗的長度為L，采樣數為n，因此共滑動n-L 次。

S3、根據充放電過程的信號特性，根據極大(小)值點、拐點等時序特征，構建每個單體電池的關鍵點序列；

由于串聯電池組的監測信號是離散信號，因此計算其一階差分和二階差分，取一階差分和二階差分為零的時刻作為關鍵點，從而構建由極大(小)值和拐點組成的關鍵點序列。

S4、提取監測信號的分段趨勢項特征。基于每個單體電池的關鍵點序列，將完整的監測信號分割為若干時間片段。進行分段線性化，在每個時間片段上，用線性函數代替原本的非線性信號，將各時間片段內的斜率作為趨勢項，最終構建每個單體電池的趨勢項序列。

S5、基于相似性分析原理，構建單體電池離群值計算模塊，該模塊能夠衡量每一單體電池與其余電池在充放電過程中的離群程度，為此構建以下三個離群度量子模塊；