1.本技术涉及电源调节及控制领域，特别涉及一种液流电池的健康状态监控方法、装置及系统。
背景技术：2.随着新能源的不断建设，大规模电池储能技术正在蓬勃发展，液流电池是目前可再生能源发电中占有较大份额且最有前途的大型储能技术之一，由于电池长期使用，势必带来电池老化、枝晶生长等问题。电池健康状态（soh）定义为电池如今可用容量除以额定容量，针对电池健康状态的准确预测直接关乎电池充放电运行安全，乃至整个电池系统和储电站的运行安全。因此需要对液流电池的健康状态进行准确的监控，及时发现老化及出现问题的电池，保证液流电池的安全稳定运行，推进大规模电池储能的工程应用。
3.相关技术中，主流的电池健康状态监控方法有阻抗谱测量法、数据驱动的特征提取法和模型驱动的特征提取法，但是，上述方法均存在极大问题。阻抗谱测量法利用的是外端口电压电流参数计算电池内阻，其监控精度极大地依赖于电压和电流的测量精度，且无法做到实时监控，必须要等到电池一个充放电循环结束后才能给出电池的健康状态；数据驱动的特征提取法依赖于机器学习算法，本质上是一种黑盒，对训练数据集要求极高；模型驱动法是人为将电池内部化学参数等效于电气参数，无法直观地反应化学变化，监控的精准度无法得到保障。
技术实现要素：4.本技术实施例提供一种液流电池的健康状态监控方法、装置及系统，以解决相关技术中对电池健康状态的监控不能同时兼顾准确度、实时性及实施难度低的问题。
5.第一方面，提供了一种液流电池的健康状态监控方法，其步骤包括：对未使用的液流电池进行充放电实验，分别得到正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线，和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线；对待评估的液流电池进行充放电实验，分别得到正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线，和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线；分别计算所述第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比，及所述第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比；根据所述第一相似度百分比和第二相似度百分比对待评估的所述液流电池的健康状态进行评估。
6.一些实施例中，所述计算所述第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似百分比，其步骤包括：对所述第一实际曲线和第一基准参考曲线中不同荷电状态下测得的电解液的动力黏度赋予权重；根据赋予权重后的所述动力黏度分别计算得到所述第一实际曲线和第一基准参
考曲线不同荷电状态下赋予权重后的动力黏度向量；对赋予权重后的所述动力黏度向量进行归一化处理，分别计算所述第一实际曲线和第一基准参考曲线进行归一化处理后的所述动力黏度向量的海明距离；根据所述海明距离计算得到所述第一相似度百分比。
7.一些实施例中，对充放电实验结束前获取的预设数量的所述动力黏度赋予的权重小于其他获取的所述动力黏度赋予的权重。
8.一些实施例中，利用hash函数根据赋予权重后的所述动力黏度分别计算得到所述第一实际曲线和第一基准参考曲线不同荷电状态下赋予权重后的动力黏度向量。
9.一些实施例中，所述根据所述第一相似百分比和第二相似百分比对待评估的所述液流电池的健康状态进行评估，其步骤包括：判断所述第一相似百分比和第二相似百分比是否均位于第一监测区域，若是，则待评估的所述液流电池处于健康状态，若否，则判断所述第一相似百分比和第二相似百分比是否至少一位于第二监测区域，若是，则待评估的所述液流电池处于危险状态，若否，则待评估的所述液流电池处于待观察状态。
10.一些实施例中，若待评估的所述液流电池处于待观察状态，则生成并发送预警信号，若待评估的所述液流电池处于危险状态，则生成并发送维修信号，并停止待评估的所述液流电池进行充放电。
11.一些实施例中，所述第一监测区域的取值范围为0~13%，所述第二监测区域的取值范围为57~100%。
12.第二方面，提供了一种液流电池的健康状态监控装置，其用于上述健康状态监控方法的实施，其包括：监测单元，其用于分别对未使用的液流电池和待评估的液流电池进行充放电实验；转换单元，其用于采集所述监测单元进行充放电实验的数据信息，并用于根据所述数据信息生成未使用的液流电池的正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线，和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线，还用于生成待评估的所述液流电池的正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线，和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线；分析单元，其用于分别计算所述第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比，及所述第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比，并用于根据所述第一相似度百分比和第二相似度百分比对待评估的所述液流电池的健康状态进行评估。
13.第三方面，提供了一种液流电池的健康状态监控系统，其用于上述健康状态监控方法的实施，其包括：两个监测组件，每一所述监测组件均包括黏度测试件，所述黏度测试件用于至少部分伸入正极储液罐或负极储液罐的底部，以对液流电池进行充放电实验；监控模块，其分别与两个所述黏度测试件相连，所述监控模块用于采集充放电实验的数据信息，并用于根据所述数据信息生成未使用的液流电池的正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线，和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线，还用于生成待评估的所述液流电池的正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一实际曲
线，和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线，以用于根据所述第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比和所述第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比对待评估的所述液流电池的健康状态进行评估。
14.一些实施例中，每一所述黏度测试件上均罩设有一保护外壳，所述保护外壳上设有多个间隔设置的通孔，所述保护外壳用于伸入待测的所述液流电池的正极储液罐或负极储液罐的底部。
15.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：本技术实施例提供了一种液流电池的健康状态监控方法，由于其对待评估的液流电池进行充放电实验后得到的正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线和负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线，并计算第一实际曲线与未使用的液流电池的正极储液罐的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线的第一相似度百分比，以及第二实际曲线与未使用的液流电池的负极储液罐的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线的第二相似度百分比，最后根据第一相似度百分比和第二相似度百分比对待评估的液流电池的健康状态进行评估，因此，本健康状态监控方法充分利用本身的结构及功能特性，基于电解液本身一直处于流动态，直接通过电解液对健康状态进行分析，实时性和准确度均很高，且处理速度快，较易实施，适用于大数据量的信息分析，可以实时针对液流电池的健康状态进行参量提取和监控，提高了液流电池以及储电站运行的安全性。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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他的附图。
17.图1为本技术实施例提供的液流电池的健康状态监控系统的结构示意图；图2为本技术实施例提供的液流电池的健康状态监控方法的流程图。
18.图中：1-监测组件，10-黏度测试件，11-保护外壳，12-通孔，13-圆环底座，14-控制电缆，2-监控模块，3-正极储液罐，4-负极储液罐。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.本技术实施例提供了一种液流电池的健康状态监控方法，其能解决相关技术中对电池健康状态的监控不能同时兼顾准确度、实时性及实施难度低的问题。
21.参见图1和图2所示，本健康状态监控方法主要包括首先对未使用的液流电池进行充放电实验，分别得到正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线，和负极储液罐4的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线，然后对待评估的液流电池进行充放电实验，分别得到正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线，和负极储液罐4的动
力黏度与荷电状态的第二实际曲线，再分别计算第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比，及第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比，最后根据第一相似度百分比和第二相似度百分比对待评估的液流电池的健康状态进行评估。
22.本健康状态监控方法通过分别对待评估的液流电池和未使用的液流电池进行充放电实验，依次得到待评估的液流电池和未使用的液流电池各自的正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线，以及负极储液罐4的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线，然后计算第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比，以及第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比，最后根据第一相似度百分比和第二相似度百分比对待评估的液流电池的健康状态进行评估，因此，本健康状态监控方法充分利用本身的结构及功能特性，基于电解液本身一直处于流动态，直接通过电解液的物理化学机理对健康状态进行分析，实时性和准确度均很高，且处理速度快，较易实施，适用于大数据量的信息分析，可以实时针对液流电池的健康状态进行参量提取和监控，提高了液流电池以及储电站运行的安全性。
23.进一步的，计算第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似百分比，其步骤具体包括：对第一实际曲线和第一基准参考曲线中不同荷电状态下测得的电解液的动力黏度赋予权重；根据赋予权重后的动力黏度分别计算得到第一实际曲线和第一基准参考曲线不同荷电状态下赋予权重后的动力黏度向量；对赋予权重后的动力黏度向量进行归一化处理，分别计算第一实际曲线和第一基准参考曲线进行归一化处理后的动力黏度向量的海明距离；根据海明距离计算得到第一相似度百分比。
24.具体的，选取多个不同的荷电状态分别对液流电池的动力黏度进行监测，得到一个有关动力黏度的向量，例如如果选取了10个不同的荷电状态，那么就相应得到10个动力黏度，得到的动力黏度向量进行归一化处理后假设是[1101000000]，假设对应的归一后的基准向量为[0000000000]，那么此时第一实际曲线和第一基准参考曲线进行归一化处理后的动力黏度向量的海明距离就是3，最后利用明距离除以数据总长度，即得到了第一相似度百分比，这里的数据总长度是指动力黏度向量的元的数量。
[0025]
由于在靠近放电及充电末端的荷电状态测量不够准确，所以该部分所测得的动力黏度分配的权重应该偏小，进一步的，将充放电实验结束前获取的预设数量的动力黏度赋予的权重小于其他获取的动力黏度赋予的权重，以尽可能地保证监测结果的准确性。
[0026]
进一步的，利用hash函数根据赋予权重后的动力黏度分别计算得到第一实际曲线和第一基准参考曲线不同荷电状态下赋予权重后的动力黏度向量。具体的，将不同荷电状态下正电解液和负电解液的动力黏度通过hash函数进行映射，生成两条二进制串，并结合动力黏度赋予的权重计算赋予权重后的动力黏度向量。
[0027]
进一步的，根据第一相似百分比和第二相似百分比对待评估的液流电池的健康状态进行评估，其步骤主要包括：判断第一相似百分比和第二相似百分比是否均位于第一监测区域，若是，则待评估的液流电池处于健康状态，若否，则判断第一相似百分比和第二相似百分比是否至少一
位于第二监测区域，若是，则待评估的液流电池处于危险状态，若否，则待评估的液流电池处于待观察状态。
[0028]
具体的，第一监测区域的取值范围为0~13%，若第一相似百分比和第二相似百分比均位于第一监测区域的取值范围内，则说明液流电池的正极和负极均处于健康状态；第二监测区域的取值范围为57~100%，若第一相似百分比和第二相似百分比中的至少一位于第二监测区域的取值范围内，则说明液流电池的正极或负极处于危险状态，此时判定整个电池也处于危险状态，对应的立即生成并发送维修信号，并停止待评估的液流电池进行充放电，与其他液流电池进行隔离；若第一相似百分比和第二相似百分比均不处于第二监测区域，且其中一个不处于第一监测区域，则说明正极或负极此时处于待观察状态，对应的，生成并发送预警信号，需要后续被重点持续关注。
[0029]
本技术还提供了一种液流电池的健康状态监控装置，本健康状态监控装置主要包括监测单元、转换单元和分析单元，其中，监测单元用于分别对未使用的液流电池和待评估的液流电池进行充放电实验，转换单元用于采集监测单元进行充放电实验的数据信息，并用于根据数据信息生成未使用的液流电池的正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线，和负极储液罐4的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线，还用于生成待评估的液流电池的正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线，和负极储液罐4的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线，分析单元用于分别计算第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比，及第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比，并用于根据第一相似度百分比和第二相似度百分比对待评估的液流电池的健康状态进行评估。
[0030]
其中，上述健康状态监控装置中的各个单元的功能实现与上述健康状态监控方法中的各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。
[0031]
本技术还提供了一种液流电池的健康状态监控系统，参见图1所示，其包括两个监测组件1和一个监控模块2，其中，每一监测组件1均包括黏度测试件10，黏度测试件10用于至少部分伸入正极储液罐3或负极储液罐4的底部，以对液流电池进行充放电实验；监控模块2分别与两个黏度测试件10相连，监控模块2用于采集充放电实验的数据信息，并用于根据数据信息生成未使用的液流电池的正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一基准参考曲线，和负极储液罐4的动力黏度与荷电状态的第二基准参考曲线，还用于生成待评估的液流电池的正极储液罐3的动力黏度与荷电状态的第一实际曲线，和负极储液罐4的动力黏度与荷电状态的第二实际曲线，以用于根据第一实际曲线与第一基准参考曲线的第一相似度百分比和第二实际曲线与第二基准参考曲线的第二相似度百分比对待评估的液流电池的健康状态进行评估。
[0032]
进一步的，每一黏度测试件10上均罩设有一保护外壳11，保护外壳11上设有多个间隔设置的通孔12，保护外壳11用于伸入待测的液流电池的正极储液罐3或负极储液罐4的底部。
[0033]
具体的，保护外壳11为圆柱状，同时保护外壳11上开有多个圆形的通孔12，以便电解液能够自由顺利地流经黏度测试仪，提高了电解液动力黏度的测量精度；其中，保护外壳11选用碳壳材质，以防电解液和保护外壳11发生反应，同时外表涂覆涂层，在一些实施例中，涂层可以为超疏水涂层，不仅可以防止黏度测试仪与电解液发生反应，而且可以防止电
解液挂壁和残留于黏度测试仪的表面，以对动力黏度测量和液流电池的正常运行产生干扰；另外，和保护外壳11一同伸入电解液中的黏度测试仪的部分中金属部件和焊接位置均采用化学钝化，通过镀覆效应使该金属部件表面产生钝态保护膜，以防和电解液发生反应。
[0034]
具体的，黏度测试仪安装于正储液罐及负储液罐的底部，通过圆环底座13进行固定与支撑，黏度测试仪测得的结果会通过控制电缆14传输至监控模块2进行分析，监控模块2的内胆通过塑料材质制备，在外壳通过电镀镀覆的方法形成均匀、致密、结合力良好的金属镀层，监控模块2整体所需金属不需很厚，降低了制备的所需成本和重量，但是由于使用塑料内胆和镀覆方法，仍能保证很高的封闭性和防水性。其中，监控模块2通过蓄电池供电，也可同时插电使用，其本身对于电量的需求并不大。
[0035]
具体的，监控模块2内部由四个子单元构成，具体为ad转换单元、分析单元、暂存单元和基准参考单元，首先通过控制电缆14传输来的电信号首先经过ad转换单元，将电信号转换成为数字信号，为兼顾分析单元的数据处理速度，数字信号首先进入暂存单元，保证数字处理的有序和实时性；分析单元对暂存单元中的数字信息随后进行访问，并根据基准参考单元提供的第一基准参考曲线和第二基准参考曲线进行分析；分析完后将分析结果利用5g无线通信方法实时发送至中控后台以及均衡电路，以便对有问题的电池进行处理，数据传输速率极快，可传输极大的数据信息量。
[0036]
其中，上述健康状态监控系统中的各个结构的功能实现与上述健康状态监控方法中的各步骤相对应，其剩余功能和实现过程在此处不再一一赘述。
[0037]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0038]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0039]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。