储能锂离子电池多源异构数据融合方法与流程

1.本发明涉及锂电池技术领域，具体而言，涉及一种储能锂离子电池多源 异构数据融合方法。


背景技术：

2.目前，锂离子电池被广泛应用在电网储能等领域，各个机构在其全寿命 周期应用中会依据自己的需求去产生、传输和存储数据。锂离子电池数据的 结构和质量差异较大，对全寿命周期的数据分析造成困难，因此，分析锂离 子电池的多源异构数据是其合理使用的技术前提。
3.多源异构数据具有混合型数据、数据离散性不统一、数据体量较大以及 数据质量参差不齐等特点。面对多源异构数据，在采集和上传的过程中就进 行融合是难以实现的。目前，多数掌握电池数据的企业将不同来源和不同类 型的文件分开存储，未采取统一的方式将所有数据进行融合，或者仅仅采用 分布式文件管理系统在逻辑上进行了整合。如果不对数据本体进行融合，数 据分析工程师在取用数据时会遇到极大的困难。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括提供了一种储能锂离子电池多源异构数据融合方法， 针对多源异构数据难以直接应用的困难，设计了可拓展的多源异构数据库， 实现适用于工程数据的多源异构数据合并，便于对目标电池集进行数据分 析处理。
5.本发明的实施例可以这样实现：
6.本发明提供一种储能锂离子电池多源异构数据融合方法，储能锂离子 电池多源异构数据融合方法包括：
7.s1：获取锂离子电池的数据，并根据数据对锂离子电池的使用状况进行 识别；
8.s2：基于工程实践的需求，采用适用于锂离子电池多源异构数据的可扩 展数据库结构，实现数据本体对齐和实体连接；
9.s3：在不同的数据格式下，从不同角度对多源异构数据进行合并。
10.在可选的实施方式中，锂离子电池的数据包括研发和生产数据、电池规 格数据、实验数据、储能采集数据以及监控平台数据。
11.在可选的实施方式中，在s2中，实现数据本体对齐和实体连接的方法 包括：采用字段对应表统一方法；或者设计设备属性表，将传统纵表的字段 名拆分后以属性的形式体现；或者采用适用于储能锂离子电池多源异构数 据的可拓展数据库结构。
12.在可选的实施方式中，采用字段对应表统一方法包括：
13.s211：总结电池分析过程中所需变量，设定统一的命名规则；
14.s212：将要表示的变量按照多段式的结构进行描述；
15.s213：在接入第三方数据的情况下，对第三方数据的字段表进行核对， 明确各个字段对应的物理意义，将各个字段与数据库中所采用的变量名一 一对应。
16.在可选的实施方式中，设计设备属性表，将传统纵表的字段名拆分后以 属性的形式体现包括：
17.s221：按照实际电池系统的拓扑结构，记录设备间的父子关系及各级设 备拥有的属性；
18.s222：当需要查找设备的相关属性时，按照父子结构进行设备名组合， 再按照统一格式描述变量，从数据库中进行查找；
19.s223：在有设备或采集方案需要变更的情况下，则在设备属性表中进行 相应的修改。
20.在可选的实施方式中，s3包括：
21.s31：在同一属性在同一时刻有多个不同的值的情况下，对多源数据进 行融合处理时，对冲突数据进行取舍；
22.s32：数据收集时，统一数据离散度；
23.s33：衔接锂离子电池数据结构变化后的阶段数据。
24.在可选的实施方式中，s31包括：
25.s311：若假数据偏离正常值超过阈值，通过异常点剔除的方法找出真值；
26.s312：若多个数据均在正常范围内，且无法进行异常排除，则采用加权 平均法，生成一个折中值作为真值。
27.在可选的实施方式中，s32包括：
28.s321：若已有的数据库无法更改，则统一转化为现有数据库的离散度；
29.s322：若数据库可灵活配置，则按照数据的重要性程度进行转化，以最 高颗粒度的数据为准，将其它数据采用填充或插值的方法进行扩充。
30.在可选的实施方式中，在s322中，改变颗粒度的方式包括颗粒度增大 和颗粒度减少。
31.在可选的实施方式中，在s322中，颗粒度增大包括两种形式，一种是 在时间尺度上压缩，另一种是根据主要变量进行压缩；颗粒度减少是以颗粒 度低于阈值的数据为基准，将数据本体进行对齐后，采用固定值填充或插值 的方式，补充空缺值。
32.本发明实施例提供的储能锂离子电池多源异构数据融合方法的有益效 果包括：
33.在大型储能电站中，随着锂电池系统持续运行，首先，通过获取锂离子 电池的数据，对电池的使用阶段或场景进行识别，其次，基于工程实践的需 求，采用适用于锂离子电池多源异构数据的可扩展数据库结构，实现数据本 体对齐和实体连接，最后，从冲突数值、数据离散度以及数据衔接三个角度 对多源异构数据进行合并，通过合并不同阶段的锂离子电池数据，极大地提 高了采集数据的分析效率，为后续技术提供支撑。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实 施例，因此不应被看作是对范围的限定，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它相关的附图。
35.图1为本发明实施例提供的储能锂离子电池多源异构数据融合方法的 流程图；
36.图2为字段对应表统一方法的流程图；
37.图3为设计设备属性编码表的流程图；
38.图4为图1中s3的具体流程图；
39.图5为图4中s31的具体流程图；
40.图6为图4中s32的具体流程图。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常 在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来 布置和设计。
42.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限 制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得 的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
43.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦 某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定 义和解释。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、
ꢀ“
外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是 该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明 和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互 结合。
46.请参考图1，本实施例提供了一种储能锂离子电池多源异构数据融合方 法，包括以下步骤：
47.s1：获取锂离子电池的数据，并根据数据对锂离子电池的使用状况进行 识别。
48.其中，锂离子电池的数据多种多样，本实施例中，锂离子电池的数据包 括研发和生产数据、电池规格数据、实验数据、储能采集数据以及监控平台 数据等。根据数据的结构类型的不同，大致可以将数据分为结构化数据和非 结构化数据，数据的存储格式多种多样，可以是表格、文本、各类数据库等。
49.锂离子电池的使用状况包括锂离子电池的使用阶段和使用场景。
50.s2：基于工程实践的需求，采用适用于锂离子电池多源异构数据的可扩 展数据库结构，实现数据本体对齐和实体连接。
51.其中，实现数据本体对齐和实体连接可以采用以下三种方法：
52.(1)采用字段对应表统一方法，避免在导入第三方数据的时候产生结 构混乱。
53.具体的，不同的数据产生设备采用各自定义的变量命名方式，在导入第 三方数据的时候，若为每个数据源单独设计一次字段命名表，会导致结构混 乱，变量难以选取。
54.因此，请参阅图2，字段对应表统一方法具体包括以下步骤：
55.s211：总结电池分析过程中所需变量，设定统一的命名规则。如表1所 示的部分案
例，对软件计算过程中使用的数据变量指定统一的缩写方法，包 括类别、缩略语、全称及中文解释。
56.表1数据变量缩写形式样例
[0057][0058]
s212：将要表示的变量按照多段式的结构进行描述。
[0059]
若要表示的变量较为复杂，则严格按照多段式的结构进行描述。在后续 计算和软件开发过程中，按照固定的结构进行变量命名：设备-变量名称-附 加信息。例如，表示一号电池簇一号模组的电压差报警： case1mod1_voldiff_warning。尽管这种命名方式会导致变量名较长，但是 在设备复杂的场景下，这种方式能有效进行设备结构梳理，便于数据提取。
[0060]
s213：在接入第三方数据的情况下，对第三方数据的字段表进行核对， 明确各个字段对应的物理意义，将各个字段与数据库中所采用的变量名一 一对应。
[0061]
导入数据库后，后续算法统一采用数据库中的字段进行数据提取，无 需关心原始数据的命名方式。例如，离线数据与软件数据库中变量的命名 对应表2所示，包括软件变量命名、原始变量名及中文解释：
[0062]
表2数据的变量名转化案例
[0063][0064][0065]
(2)设计设备属性表，将传统纵表的字段名拆分后以属性的形式体现。
[0066]
传统的纵表形式在本质上和excel没有什么区别，是一个二维的结构。 所有需要记录的数据以字段名的形式展开，类似于excel的表头。当需要添 加数据时，根据某个主键(通常是时间或时间戳)的增加，以行的形式插入。 这种形式的结构固然方便工程师直观地理解和使用，但是也存在很明显的 弊端，例如存储利用率低、列数可能会非常多、当设备结
构改变后，已有数 据库就不再适用。
[0067]
针对以上限制，请参阅图3，本实施例设计设备属性编码表，将传统纵 表的字段名拆分后以属性的形式体现，具体包括以下步骤：
[0068]
s221：按照实际电池系统的拓扑结构，记录设备间的父子关系及各级设 备拥有的属性。
[0069]
表2以某储能电站中电池簇的部分属性为例，电池簇的子结构为19个 电池模组，父结构为1个电池舱，电池簇的相关属性有簇电压、簇电流、簇 soc、各种报警信息等。
[0070]
表2电池簇设备属性表案例
[0071][0072]
s222：当需要查找设备的相关属性时，按照父子结构进行设备名组合， 再按照统一格式描述变量，从数据库中进行查找。
[0073]
s223：在有设备或采集方案需要变更的情况下，则在设备属性表中进行 相应的修改。
[0074]
(3)采用适用于储能锂离子电池多源异构数据的可拓展数据库结构。
[0075]
可拓展数据库结构具有较强的可扩展性，单个表只存储固定时间段的 数据，对于设备复杂、属性较多的储能电站，以天为单位建立新的表格。例 如，适用于储能锂电池多源异构数据的可拓展数据库结构，以天为单位的存 储方式，字段为每分钟对应的秒数据，以当天的分钟数结合设备属性所得的 变量名进行建立，如表3所示。
[0076]
表3以天存储的数据库案例
[0077][0078]
这种方案的可扩展性较强，主要的优势包括：
[0079]
1)若设备或属性发生变化，只需按照设备属性编码表的变化，增加和 删除相应的变量即可；
[0080]
2)单个表不会无限增加，避免了查找和导出困难；
[0081]
3)不记录个别变量未产生有价值数据的时间段。例如：假设变量2为 前述的高温报警，在当天的第一分钟全为0，则该分钟的数据不录入数据库， 可有效节省存储空间。
[0082]
该方案并不会对数据的读取提出过多的要求，用户只需按照命名规则 提供所需的变量名，并告知时间范围即可。当未指定具体变量的时候，则按 照设备属性表，获取该设
备和其子结构所有属性的数据。
[0083]
s3：在不同的数据格式下，从不同角度对多源异构数据进行合并。
[0084]
通过将采集到的多源异构数据进行融合，可有效提高整个电池簇的数 据分析效率，具体的，请参阅图4，s3包括以下步骤：
[0085]
s31：在同一属性在同一时刻有多个不同的值的情况下，对多源数据进 行融合处理时，对冲突数据进行取舍。
[0086]
大部分的数据段两者均为相同值，但有个别数据点存在差异。一般来说， 这种情况下仅有一个数据是真值。如何确定真值，请参阅图5，s31采用以 下步骤：
[0087]
s311：若假数据偏离正常值超过阈值，通过异常点剔除的方法找出真值。
[0088]
s312：若多个数据均在正常范围内，且无法进行异常排除，则采用加权 平均法，生成一个折中值作为真值。
[0089]
s32：数据收集时，统一数据离散度。
[0090]
在进行数据收集的时候，需要将不同离散度的数据共同使用。对于离散 度不同的数据，结合已有数据库的结构设计和数据的重要性程度进行合并。 请参阅图6，s31采用以下步骤：
[0091]
s321：若已有的数据库无法更改，则统一转化为现有数据库的离散度。
[0092]
s322：若数据库可灵活配置，则按照数据的重要性程度进行转化，以最 高颗粒度的数据为准，将其它数据采用填充或插值的方法进行扩充。当然， 若颗粒度降低的成本较高，则需要依据实际的情况进行取舍，甚至放弃数据 的合并。
[0093]
在s322中，改变颗粒度的方式主要有以下两种：颗粒度增大和颗粒度 减少。颗粒度增大有两种形式，一种是在时间尺度上压缩，另一种是根据主 要变量进行压缩；颗粒度减少则是以颗粒度低于阈值的数据为基准，将数据 本体进行对齐后，采用固定值填充或插值的方式，补充空缺值。
[0094]
s33：衔接锂离子电池数据结构变化后的阶段数据。
[0095]
锂离子电池数据结构出现变化后，实现阶段数据的衔接，将对全寿命周 期应用提供便利。对于类似的情况，只需进行前后字段表的梳理，统一数据 库变量命名，更改相应的设备属性编码表即可。
[0096]
本实施例提供的储能锂离子电池多源异构数据融合方法的有益效果包 括：
[0097]
1.在大型储能电站中，随着锂电池系统持续运行，首先，通过获取锂离 子电池的数据，对电池的使用阶段或场景进行识别，其次，基于工程实践的 需求，采用适用于锂离子电池多源异构数据的可扩展数据库结构，实现数据 本体对齐和实体连接，最后，从冲突数值、数据离散度以及数据衔接三个角 度对多源异构数据进行合并，通过合并不同阶段的锂离子电池数据，极大地 提高了采集数据的分析效率，为后续技术提供支撑；
[0098]
2.该方法不受限于某种电池型号，且在电池单体、模组、电池簇等结构 层级都可使用，通用性较强；
[0099]
3.本方法提出的可扩展数据库结构不会对数据的读取提出过多的要求， 用户只需按照命名规则提供所需的变量名，并告知时间范围即可，使用方便。
[0100]
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵
盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范 围应以权利要求的保护范围为准。