應(yīng)用SQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池配組功能

徐萌飛

( 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所，武漢 430064 )

0 引言

電池組在使用和維護(hù)過(guò)程中，只要出現(xiàn)某些電池相對(duì)其他電池性能衰減較大，將使整個(gè)電池組的容量明顯下降，導(dǎo)致不能滿足設(shè)備的動(dòng)力需求。由于蓄電池生產(chǎn)廠家的技術(shù)、生產(chǎn)批次以及管理方面的因素，同一個(gè)廠家的同批次同型號(hào)的電池及時(shí)實(shí)施同樣的化成工藝也無(wú)法完全保持一致，為了在電池化成時(shí)把性能相近的電池組合到一起，使得組合后電池組平均放電容量基本趨同于單體電池最小放電容量，從而確保蓄電池功能及壽命。

1 蓄電池配組方法

當(dāng)前業(yè)界常使用的蓄電池配組方法包括以下幾種：

（1）電壓配組法：電壓配組法中又包括靜態(tài)電壓配組法和負(fù)載電壓配組法，通過(guò)在指定時(shí)間內(nèi)或指定電壓范圍內(nèi)電池組中單體電池兩端的電壓記錄，選擇出趨于一致性的電池。

（2）容量配組法：根據(jù)國(guó)家電池標(biāo)準(zhǔn)中的容量測(cè)試方法，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各電池的容量數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，選擇出趨于一致的電池。

（3）動(dòng)態(tài)特性配組法：使用一定的測(cè)試條件和測(cè)試環(huán)境，對(duì)所有進(jìn)行配組的目標(biāo)電池執(zhí)行同樣的電池實(shí)驗(yàn)，然后比較實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中充放電曲線趨于一致的電池挑選出來(lái)。

2 常規(guī)電池配組功能實(shí)現(xiàn)方式

電池配組功能基于電池實(shí)驗(yàn)的特性數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)電壓配組法的軟件為例，主要包括如下幾部分功能

（1）記錄解析功能

主要提供對(duì)電池實(shí)驗(yàn)特征數(shù)據(jù)文件的解析，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般包含以下內(nèi)容：電池批次號(hào)，電池型號(hào)，電池組運(yùn)行工藝，電池組運(yùn)行工藝總時(shí)間，工藝步驟的時(shí)間、步驟號(hào)、單體電池編號(hào)、單體電壓等，如果用戶要對(duì)不同化成槽的多組電池組進(jìn)行統(tǒng)一配組，還需要記錄化成槽（充放電通道）編號(hào)。因?yàn)橛涗洈?shù)據(jù)較多，一般常定義結(jié)構(gòu)體，采用鏈表或者數(shù)組形式進(jìn)行存儲(chǔ)。

（2）電池配組功能

以基于電池單體電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行配組的客戶需求為例，客戶需要的電池配組篩選方式包含兩種：

a.以時(shí)間為條件按電壓配組

當(dāng)客戶選取電池充放電記錄后，選擇某個(gè)充放電步驟以及步驟中某個(gè)時(shí)間點(diǎn)。然后根據(jù)需要，劃分出需要配組的電壓范圍，程序能夠根據(jù)用戶需要將在指定電壓范圍內(nèi)的單體電池挑選出來(lái)配成一組。在同一個(gè)分組內(nèi)，按電池充電的回路數(shù)和單體的序號(hào)進(jìn)行排序。

為實(shí)現(xiàn)以上功能，需要生成相關(guān)的電壓范圍分段，然后在前述存儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)的鏈表和數(shù)組中執(zhí)行查詢算法，以分段電壓為查詢條件，然后創(chuàng)建報(bào)表文件，將查詢得到的數(shù)據(jù)放到報(bào)表中展示給客戶。

b.以指定工藝步驟中指定電壓為條件配組

當(dāng)客戶指定某個(gè)工藝步驟，并按某個(gè)指定的單體電壓范圍對(duì)記錄中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選。

篩選出來(lái)的單體電池?cái)?shù)據(jù)可以按兩種方式排序，一種是按單步時(shí)間排序，即篩選出的數(shù)據(jù)的排序條件優(yōu)先順序分別是：按單步時(shí)間從小到大，相同單步時(shí)間的，按化成槽編號(hào)排序，化成槽編號(hào)仍相同的，按單體電池序號(hào)排序。

另外一種排序優(yōu)先級(jí)是按化成槽編號(hào)排序，化成槽編號(hào)相同的，按單體電池序號(hào)排序。

從前述的設(shè)計(jì)思路可以看到，配組算法是整個(gè)電池配組程序的核心，為實(shí)現(xiàn)配組功能，需要申請(qǐng)用于配組的內(nèi)存空間來(lái)放置數(shù)據(jù)鏈表。在電池特性數(shù)據(jù)量很大的情況下，尤其是客戶根據(jù)不同電壓區(qū)間范圍進(jìn)行分組時(shí)，要多次查詢比較和保存，可能還需要使用動(dòng)態(tài)數(shù)組等可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)來(lái)保留數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)此功能，對(duì)軟件功能的穩(wěn)定性和性能要求比較高，需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試。并且涉及到大量數(shù)據(jù)和復(fù)雜算法的程序，往往要考慮性能，資源，等多方面，相互影響的方面較多。而且軟件交付客戶后，如果客戶對(duì)電池配組的篩選條件發(fā)生變化，可能又要進(jìn)行算法上的大幅度修改，涉及的代碼量大，不利于快速響應(yīng)。

其次，出于統(tǒng)計(jì)和查看需要，用戶一般將需要進(jìn)行電池配組的記錄挑選出來(lái)，保存為 excel文件形式，等需要進(jìn)行配組時(shí)再使用，這樣配組軟件需要將數(shù)據(jù)從 excel文件中導(dǎo)入到內(nèi)存中。由于用戶使用的 excel版本和格式的不同，需要用到不同的適配器與之匹配，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部的鏈表或者數(shù)組結(jié)構(gòu)，這要求開發(fā)者必須對(duì)excel格式有充分了解。同時(shí)，如果用戶保存的 excel文件中的數(shù)據(jù)字段順序和格式發(fā)生變化，軟件面臨需要修改文件解析代碼，這些也無(wú)疑增大了程序開發(fā)人員的工作量。

3 基于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)配組功能

為解決前述問(wèn)題，特提出一種基于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的配組功能實(shí)現(xiàn)方式，能夠大幅度降低代碼開發(fā)工作量，加快開發(fā)速度和效率，而且對(duì)于數(shù)據(jù)格式變化有很好的靈活適配性。

首先在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建支持電池配組功能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表。然后將用戶保存的實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)表中，最后借助 SQL語(yǔ)句進(jìn)行配組實(shí)驗(yàn)。

（1）基于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄解析功能實(shí)現(xiàn)

如果用戶使用同一套軟件完成充放電實(shí)驗(yàn)記錄和配組，則此過(guò)程可以忽略。否則就要通過(guò)導(dǎo)入功能將其他格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入配組數(shù)據(jù)庫(kù)表中?？紤]到大多數(shù)用戶經(jīng)常使用 Excel來(lái)處理相關(guān)記錄數(shù)據(jù)，導(dǎo)入的數(shù)據(jù)源也使用 excel文件格式，即使不同廠商的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò) excel調(diào)整后，也便于導(dǎo)入。很多基于 SQL的數(shù)據(jù)庫(kù)都提供對(duì)excel文件的導(dǎo)入支持，尤其是微軟的 SQL SERVER，提供了強(qiáng)大的導(dǎo)入功能，其具有特色的批量導(dǎo)入功能，效率很高。常用的是SqlBulkCopy 類，SqlBulkCopy 類不僅僅可以支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中表對(duì)表的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)入，還支持將其他將數(shù)據(jù)（如Excel、Access、文本）加載到 SQL Server 表中，只要這些數(shù)據(jù)可加載到 DataTable實(shí)例或可使用 IDataReader 實(shí)例讀取。相比起簡(jiǎn)單調(diào)用 Insert語(yǔ)句，SqlBulkCopy具有很強(qiáng)的性能優(yōu)勢(shì)。詳細(xì)代碼再次不多描述。

(2)使用SQL語(yǔ)句將橫表變?yōu)榭v表

充放電數(shù)據(jù)記錄基本表中單體電壓數(shù)據(jù)是以橫表的形式出現(xiàn)，即單體電壓V1,V2,…V(n)出現(xiàn)在字段名中，對(duì)應(yīng)同一個(gè)化成槽中的n個(gè)單體電壓數(shù)據(jù)以一條記錄的形式出現(xiàn)，如下表：

V1 V2 V3 … V(n)12.10 12.00 11.98 11.99

為實(shí)現(xiàn)電池配組需求，需要使用SQL語(yǔ)句對(duì)電池單體電壓進(jìn)行分組和排序，根據(jù)單體電壓字段進(jìn)行篩選。所以，需要將橫表還原成以單體電壓序號(hào)和單體電壓值兩個(gè)字段組成的縱表樣式。如下表：

電池單體序號(hào) 電壓V1 12.1 V2 12… …V(n-1)11.90 V(n)11.99

其他字段保持原有值不變。使用SQL語(yǔ)句中的Union all語(yǔ)句能夠輕松完成此功能。并且在實(shí)現(xiàn)橫表變縱表時(shí)，為避免新建數(shù)據(jù)表造成數(shù)據(jù)冗余，可使用數(shù)據(jù)庫(kù)中的視圖(view)來(lái)完成同樣的功能，以上SQL語(yǔ)句在此不詳述。

由于不同型號(hào)的化成設(shè)備的單體數(shù)量不定，所以查詢用的 SQL語(yǔ)句主要使用程序代碼進(jìn)行自動(dòng)拼接而成，從理論上可以支持一個(gè)通道包含任意多個(gè)電池單體(前提是不超過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)表字段數(shù)的最大值)，程序流程如圖1。

(3)使用SQL語(yǔ)句進(jìn)行電池配組

在步驟(2)中實(shí)現(xiàn)了橫表變縱表后，仍然使用SQL語(yǔ)句完成配組功能：

例如：按指定某個(gè)工藝步驟，并按某個(gè)指定的單體電壓范圍對(duì)記錄中所有數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選,結(jié)果按步驟時(shí)間排序的SQL語(yǔ)句如下：

select * from table where [step =(指定步驟)]，voltagevalue >（篩選范圍最小值）and voltage value <= （篩選范圍最大值）order by steptime

具體實(shí)現(xiàn)的代碼不再詳述。

考慮到需要從多個(gè)電池批次的記錄中提取數(shù)據(jù)，如果先合并對(duì)應(yīng)的多張電池記錄表，再使用SQL查詢排序，因合并占用較多時(shí)間而低效。所以采用先查詢出符合條件的記錄放到dataset中，然后再合并dataset的有效數(shù)據(jù)，提高處理效率。

圖1 程序流程

假設(shè)完成以上功能后，客戶需要更新配組條件，比如僅對(duì)狀態(tài)處于放電過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，此時(shí)只需要簡(jiǎn)單修改查詢的SQL語(yǔ)句為

select * from table where [step =(指定步驟)]，voltagevalue >(篩選范圍最小值)and voltage value<= (篩選范圍最大值)and runmode =(放電)

其他部分的代碼將不需要改動(dòng)，工作量很小。

比以上方式更為靈活的設(shè)計(jì)是，將查詢的SQL語(yǔ)句放置到數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，一旦用戶需要調(diào)整，直接修改存儲(chǔ)過(guò)程，代碼都無(wú)需重新修改編譯。

最后，用戶一般需要進(jìn)行報(bào)表打印和配組標(biāo)簽打印功能，常用的水晶報(bào)表軟件等報(bào)表工具都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)的全面支持，實(shí)現(xiàn)更加方便。

4 結(jié)束語(yǔ)

配組是電池充放電系統(tǒng)的必須功能之一，實(shí)現(xiàn)方式多樣。本文提出了一種基于SQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)配組功能的方法，和普通實(shí)現(xiàn)配組功能的硬編碼相比，除了前述提及的開發(fā)速度快，應(yīng)對(duì)需求變化靈活，接口開放的優(yōu)點(diǎn)外，還具有其他優(yōu)勢(shì)。

首先，SQL是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言，得到幾乎所有主流數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，經(jīng)過(guò)全球用戶多年的驗(yàn)證使用，基于其實(shí)現(xiàn)的軟件質(zhì)量有良好保障。而大多數(shù)充放電管理系統(tǒng)本身就需要用到數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)需為配組功能另外安裝數(shù)據(jù)庫(kù)，配組算法組算法中只要簡(jiǎn)單保證SQL語(yǔ)句的正確性，基本就保證了功能正確性，降低了大量編碼中人為引入的代碼缺陷。

其次，配組功能隨著需要匹配的通道增加，數(shù)據(jù)量會(huì)成倍增加，如果配組功能是使用本地代碼算法進(jìn)行匹配篩選，會(huì)占用大量cpu和內(nèi)存空間，在配組功能和充放電系統(tǒng)管理程序其他功能（如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)繪圖）并行運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器資源匱乏，影響管理系統(tǒng)正常的通訊和處理。如果單獨(dú)為配組程序配置一臺(tái)機(jī)器又加大了成本。而采用本文提出的應(yīng)用SQL方式進(jìn)行配組后，配組處理都在性能更高的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上完成，僅僅將結(jié)果返回給客戶端的配組程序，在客戶端上運(yùn)行的配組和電池管理系統(tǒng)的其他功能所共用的資源很少，整個(gè)系統(tǒng)的性能和成本上都具備很大優(yōu)勢(shì)。

最后，不僅僅是電池配組功能可以采用本文中提到的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，很多需要進(jìn)行大批量數(shù)據(jù)篩選匹配的系統(tǒng)（例如醫(yī)藥數(shù)據(jù)匹配，人員信息管理等），在需要快速交付且客戶定制化需求較多的情況下，都可以采用同樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，為客戶提供高效低缺陷靈活的解決方案。

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