一种基于数据分析的动力电池监测系统及方法与流程

本发明涉及电池监测，具体为一种基于数据分析的动力电池监测系统及方法。

背景技术：

1、我国新能源汽车已连续多年世界产销量第一，预计到2030年新能源汽车保有量达到1亿辆，动力电池总装车量6000gwh，容量非常巨大，用户对动力电池的产品质量需求也随之增高。消费者在购买新能源汽车时，除了关注产品本身的质量和性能外，对售后服务也提出了更高的要求，随着电池技术的不断进步，动力电池的性能和寿命得到了显著提升。但与此同时，对电池的维护和保养也提出了更高的要求。在科技发展早期，动力电池品质不一，且电池厂家经营问题，导致产品质量问题严重；目前，对于动力电池的性能监测只针对动力电池自身，没有结合用户的具体需求，使得目前需求端用户不清楚何时需要处理动力电池；为此，如何结合需求端用户的实际情况，监测动力电池的性能并生成处理建议成为了一个亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于数据分析的动力电池监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、在本发明的一个方面，提供一种基于数据分析的动力电池监测方法，包括：

3、s11，通过用户授权访问动力电池的车载信息，获取动力电池信息，根据动力电池信息将电车分成行驶、充电和停止三个状态；

4、s12，基于电车的动力电池信息和状态信息，确定用户为电车进行充电的时间，并向用户发出充电提醒；

5、s13，基于电车的动力电池信息、电车状态信息和用户为电车进行充电的时间分布，判断动力电池的健康状态是否满足用户的需求，若不满足用户的需求，则为用户提出处理建议；若满足用户的需求，则持续对动力电池的健康状态进行监测。

6、在步骤s11中，所述根据动力电池信息将电车分成行驶、充电和停止三个状态，还包括以下步骤：

7、从车载信息中获取动力电池的荷电状态，根据荷电状态序列将电车状态进行划分，若荷电状态保持不变，则判断电车处于停止状态；若荷电状态持续增加，则判断电车处于充电状态；若荷电状态持续减小，则判断电车处于行驶状态；

8、对直接处于行驶状态之后的停止状态的时间进行分析，若电车处于停止状态的时间不大于时间阈值，则将停止状态与前一个相邻的行驶状态进行合并，作为行驶状态的一部分，若存在两个相邻的行驶状态，则将两个相邻的行驶状态合并成一个行驶状态；时间阈值根据用户情况进行设置；

9、对处于充电状态和行驶状态之间的停止状态，将停止状态与前一个相邻的充电状态进行合并，作为充电状态的一部分。

10、用户在行驶过程中，会出现需要停车的情况，如等待红灯、排队进入充电区域进行充电等行为，因此当行驶状态之后的停止状态的持续时间较短时，需要与前面的行驶状态进行合并，合并后会出现连续两个行驶状态的情况，如用户遇到红灯时，电车状态按照行驶、停止和行驶的过程进行变化，首先将停止状态与前一个行驶状态进行合并，接着再将相邻两个行驶状态进行合并；

11、用户在为电车充电过程中，在电车完成充电后，通常情况下不能立即将电车驶离充电区域，而是会在充电区域停留一段时间，此时停止状态作为充电状态的一部分。

12、在步骤s12中，所述基于电车的动力电池信息和状态信息，确定用户为电车进行充电的时间，还包括以下步骤：

13、对处于充电状态的电车，若在电车由充电状态进入行驶状态时，动力电池的荷电状态未达到100％，则用户为电车进行充电的时间为充电状态的持续时间，且动力电池的实际充电时间为充电状态的持续时间；若在电车由充电状态进入行驶状态时，动力电池的荷电状态达到100％，则用户为电车进行充电的时间为充电状态的持续时间，获取充电状态下动力电池的荷电状态增加到100％花费的时间，作为动力电池的实际充电时间。

14、动力电池的实际充电时间用于对电车的充电速度进行分析；而用户为电车进行充电的时间，用于确定电车在一次充电行为中能够补充多少电能。

15、在步骤s12中，所述向用户发出充电提醒还包括以下步骤：

16、s41，从历史车载信息中，获取第k组相邻行驶状态和充电状态的数据，令行驶状态开始时动力电池的荷电状态为xsoc1，行驶状态开始时动力电池的健康状态为xsoh1，充电状态开始时动力电池的荷电状态为csoc1，充电状态开始时动力电池的健康状态为csoh1；计算用户前往充电区域所消耗的动力电池的能量w2j，w2j＝y×(xsoc1×xsoh1-csoc1×csoh1)，式中y为动力电池的容量，根据动力电池的型号进行确定；

17、w2j反映了电车持续运行所需要的最小能量，只要动力电池剩余的能量不小于w2j，用户就能够在动力电池的能量耗尽之前为电车进行充电，减少因为动力电池缺电给用户带来的麻烦；

18、s42，根据所有组相邻行驶状态和充电状态的数据产生的用户前往充电区域所消耗的动力电池的能量，对所有的w2j进行无监督分类，确定包含数据最多的分类簇，计算分类簇中w2j的平均值得到w2；

19、用户在日常使用电车的过程中，通常存在固定的充电路线，固定充电路线下w2j的值相近且在所有w2j中占据大多数，通过无监督聚类确定充电路线下电车持续运行所需的能量；

20、s43，从车载信息中获取电车当前的荷电状态soc和健康状态soh，确定当前动力电池的能量wd，wd＝y×xsoc×xsoh，xsoc为电车当前的soc，xsoh为电车当前的soh；若当前动力电池的能量wd不大于k×w2，则向用户发出充电提醒，式中k为缩放系数。

21、在步骤s13，所述判断动力电池的健康状态是否满足用户的需求还包括以下步骤：

22、s51，从历史车载信息中，获取第a组连续两个充电状态的数据，所述连续两个充电状态指两个充电状态之间没有其他的充电状态；令前一个充电状态开始时动力电池的荷电状态为xsoc2，前一个充电状态开始时动力电池的健康状态为xsoh1，后一个充电状态开始时动力电池的荷电状态为csoc2，后一个充电状态开始时动力电池的健康状态为csoh2，计算出行驶里程对动力电池的能量需求w3a，w3a＝y×(xsoc2×xsoh2-csoc2×csoh2)；

23、s52，确定w3a中的众数，对所有的w3a进行聚类，确定包含数据最多的聚类簇，计算聚类簇中w3a的平均值得到w3；

24、众数体现用户最常见的行为模式，由于w3a的值不完全相同，为了确定w3a的众数，可以将相近的w3a视为同一个数值，相近数值最多的w3a即为众数。

25、s53，计算出动力电池健康状态的第一临界值soh1min，

26、s54，令用户为电车进行充电的时间为t，计算出当前健康状态soh0下满足用户行驶里程需求所需要的充电时间t0，式中p0为健康状态soh0下动力电池的平均充电速度；结合用户为电车进行充电的时间，计算出用户为电车进行充电的时间符合能量需求的概率式中n为电车处于充电状态的历史数据数量，n0为持续时间不小于t0的充电状态的数量；若p{t≥t0}不小于thr，thr为预设阈值，则进入步骤s55，否则将动力电池健康状态的第二临界值soh2min设置为当前健康状态soh0；

27、s55，将当前健康状态soh0按照固定步长进行减小，得到soh1、soh2、…、sohmax；并确定健康状态每次减小后动力电池的平均充电速度p1、p2、…、pmax，满足用户行驶里程需求所需要的充电时间t1、t2、…、tmax，计算出健康状态每次减小后用户为电车进行充电的时间符合能量需求的概率p{t≥t1}、p{t≥t2}、…、p{t≥tmax}，当出现用户为电车进行充电的时间符合能量需求的概率小于thr时，停止减小健康状态，此时健康状态减小的次数为max，动力电池健康状态的第二临界值soh2min为sohmax-1；取soh1min和soh2min的最小值，得到动力电池健康状态的阈值sohmin；

28、s56，若当前动力电池健康状态小于sohmin，则提醒用户及时更换动力电池，防止影响用户进行获得；否则，建议用户在动力电池健康状态达到sohmin时对动力电池进行更换；同时，若sohmin＝soh2min，提醒用户更换动力电池原因为充电时间不足；若sohmin＝soh1min，提醒用户更换动力电池的原因为动力电池的续航里程不能满足用户要求。

29、随着健康状态的下降，动力电池内部的化学活性可能降低，导致其接受充电的能力减弱，这意味着动力电池可能无法以之前的高功率状态进行充电，根据用户的充电习惯判断动力电池能否在用户可付出的时间内获取足够的能量；动力电池的健康状态下降与动力电池可用容量的降低相关联，当动力电池的健康状态下降后，动力电池可用容量可能无法满足用户的里程需求，此时即使健康状态未下降到常用的更换阈值如80％，也需要考虑更换动力电池；当用户的里程需求较短时，即使健康状态下降到常用的更换阈值，在未产生安全问题的情况下，用户也可以不进行动力电池的更换，进而提高动力电池的利用率，减少动力电池回收和处理对环境造成的影响。第一临界值从续航里程角度确定更换动力电池的健康状态阈值，第二临界值从时间角度确定更换动力电池的健康状态阈值。

30、在步骤s54中，所述动力电池的平均充电速度通过以下步骤进行确定：

31、s61，从历史车载信息中，获取第i个充电状态下的健康状态sohi、充电状态开始时的荷电状态ksoci、充电状态结束时的esoci和动力电池的实际充电时间ti，计算健康状态sohi下动力电池的平均充电速度pi，

32、s62，根据不同健康状态下动力电池的平均充电速度，训练动力电池的平均充电速度支持向量回归模型；设置支持向量回归的超参数，包括正则化参数c、不敏感参数epsilon、核函数及核函数的参数；将健康状态和动力电池的平均充电速度分割成训练集和测试集，用训练集中健康状态作为输入，动力电池的平均充电速度作为输出，在设定的超参数下训练模型，并以测试集中的健康状态和动力电池的平均充电速度数据对模型进行验证；

33、s63，将动力电池健康输入到支持向量回归模型中，得到健康状态下动力电池的平均充电速度。

34、c值通过交叉验证进行选择，以在模型复杂度和泛化能力之间取得平衡；不敏感参数epsilon定义了回归模型的容忍误差范围，当回归值与实际值之间的差距在epsilon范围内时，不计算损失，较大的epsilon能忽略掉较小的噪声，但会导致模型精度下降；较小的epsilon则使得模型对数据点更加敏感；核函数及其参数的选择对支持向量回归模型性能有重要影响。可以通过网格搜索来选择最合适的核函数和参数。

35、在本发明的另一个方面，提供一种基于数据分析的动力电池监测系统，包括：电池数据采集模块、电池数据存储模块、数据分析模块和输出模块；所述电池数据采集模块的输出端与所述电池数据存储模块的输入端相连接，用于获取动力电池信息；所述电池数据存储模块的输出端与所述数据分析模块的输入端相连接，用于存储动力电池信息并发送给数据分析模块；所述数据分析模块的输出端与所述输出模块的输入端相连接，基于动力电池信息将电车分成行驶、充电和停止三个状态，并对电车状态分析为用户生成动力电池处理建议；所述输出模块用于将数据分析模块生成的动力电池处理建议传递给用户。

36、所述电池数据采集模块还包括权限获取单元、车载信息获取单元和数据传输单元；所述权限获取单元用于向用户获取对车载信息有关动力电池部分的访问权限；所述车载信息获取单元用于获取动力电池的荷电状态数据、健康状态数据和数据产生的时间；所述数据传输单元用于将获取动力电池的荷电状态数据、健康状态数据和数据产生的时间发送给电池数据存储模块。所述数据分析模块还包括电车状态分割单元、充电速度确定单元、时间确定单元、荷电状态监测单元和健康状态监测单元；所述电车状态分割单元基于动力电池荷电状态变化信息，将电车分成行驶、充电和停止三种状态；所述充电速度确定单元，基于动力电池的实际充电时间和荷电状态信息计算动力电池的充电速度，基于动力电池的充电速度和健康状态信息训练支持向量回归模型，确定指定健康状态下动力电池的平均充电速度；所述时间确定单元用于确定动力电池的实际充电时间和用户为电车进行充电的时间；所述荷电状态监测单元，基于动力电池当前的荷电状态，为用户发出充电提醒；所述健康状态监测单元用于为用户提出动力电池处理建议和原因，并持续对动力电池的健康状态进行监测。所述输出模块还包括显示单元，将数据分析模块的分析结果以图表形式展示给用户，并显示数据分析模块生成的动力电池处理建议。

37、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：结合需求端用户实际情况、动力电池的续航里程和充电速度，对动力电池的荷电状态和健康状态进行检测，生成动力电池的处理建议，进而提高动力电池的利用率，减少动力电池回收和处理对环境造成的影响。