本發(fā)明涉及電池檢測，具體為一種儲能電池?zé)崾Э貦z測預(yù)警系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、預(yù)制艙電池儲能系統(tǒng)在應(yīng)用性能和安全性方面仍存在明顯的缺陷。在安全性方面，缺乏有效的預(yù)警、防護和消防技術(shù)，預(yù)制艙內(nèi)沒有兼顧預(yù)警、防護和消防的一體化設(shè)計，造成安全事故頻發(fā)。從近兩年國內(nèi)外發(fā)生的二十多起儲能系統(tǒng)火災(zāi)事故來看，儲能系統(tǒng)/電站的安全事故，往往都是由于在預(yù)警缺失或滯后的情況下，電池自身熱失控或是電池管理系統(tǒng)(bms)故障起火并引燃電池而引發(fā)的，由于缺乏有效的安全防護措施，電池的初期火災(zāi)迅速蔓延，而現(xiàn)有的消防措施并非針對電池火災(zāi)而配置的，因此，電池初期火災(zāi)無法得到有效抑制，最終演變?yōu)榇笠?guī)模火災(zāi)，導(dǎo)致整個儲能預(yù)制艙或儲能電站燒毀。

2、目前，現(xiàn)有專利申請?zhí)枮椋篶n202110834574.9的中國專利中公開了一種儲能用鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法及預(yù)警消防系統(tǒng)，屬于鋰離子電池?zé)崾Э丶夹g(shù)領(lǐng)域。所述儲能用鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法包括：溫度傳感器檢測電池單體內(nèi)部的溫度t，氣體傳感器檢測氫氣的濃度、二氧化碳的濃度、一氧化碳的濃度、甲烷的濃度、乙烯的濃度、乙烷的濃度和煙霧濃度，發(fā)送到主控單元，主控單元進行判斷；所述儲能用鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警消防系統(tǒng)包括特征采集裝置、主控單元、報警裝置和消防裝置，特征采集裝置檢測電池?zé)崾Э靥卣鲄?shù)發(fā)送到主控單元，主控單元根據(jù)儲能用鋰離子電池?zé)崾Э仡A(yù)警方法控制報警裝置和消防裝置工作。雖然能夠在一定程度上對電池?zé)崾Э剡M程的危險階段做出預(yù)警，但是針對的都是電池放電時的狀態(tài)進行檢測，而電池對外放電會啟動內(nèi)部的穩(wěn)壓系統(tǒng)，導(dǎo)致電池的輸出參數(shù)會發(fā)生一定的改變，此外，電池本身的放電屬于化學(xué)反應(yīng)，具有不可控性，導(dǎo)致經(jīng)常會出現(xiàn)“虛電”的狀態(tài)，即電壓顯示不準確。

3、但在上述技術(shù)方案實施的過程中，發(fā)現(xiàn)至少存在如下技術(shù)問題：

4、檢測的準確性差，且無法根據(jù)當前儲能電池的狀態(tài)適應(yīng)性調(diào)整校驗閾值：現(xiàn)有的電池失控檢測系統(tǒng)，主要基于電池使用狀態(tài)下的電壓、溫度等進行反饋，但是由于電池放電時，表現(xiàn)出的工作參數(shù)不穩(wěn)定，導(dǎo)致計算結(jié)果和真實情況之間有較大的偏差，例如，在電池“虛電”，這是由于電池一直都處于半激活狀態(tài)既半充電狀態(tài)，簡單理解電池的顯示電量顯示很高，實際比較低，不是電池真實的電量，正因如此，導(dǎo)致得到的結(jié)果也會出現(xiàn)較大的偏差，此外，熱失控多發(fā)生于充電狀態(tài)，因此為電池在充電狀態(tài)時，電池內(nèi)部會發(fā)生劇烈的反應(yīng)，我們可以根據(jù)電池充電狀態(tài)的反應(yīng)進行推測；其次，現(xiàn)有的電池失控檢測系統(tǒng)在使用時，其內(nèi)部設(shè)置的閾值參數(shù)固定，無法自由調(diào)整，但是由于不同的電池在生產(chǎn)和使用時都會或多或少都會存在一定的差異，這就導(dǎo)致如果采用統(tǒng)一標準進行篩分和評判容易出現(xiàn)誤差，例如，電池經(jīng)過一定時間的時候后，其輸出功能低于剛使用時的輸出功率(同理其他參數(shù)也會出現(xiàn)一定的變化)，所以經(jīng)常會出現(xiàn)當電池實際狀態(tài)已經(jīng)達到了熱失控的承受上限，但是檢測得到失控狀態(tài)還未達到閾值范圍，導(dǎo)致系統(tǒng)無法及時預(yù)警和做出反應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種儲能電池?zé)崾Э貦z測預(yù)警系統(tǒng)及方法，先通過采集儲能電池在正常使用狀態(tài)下的輸出電壓、電流和內(nèi)阻情況，獲取一個能夠評價當前儲能電池的輸出風(fēng)險的輸出風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，由此判斷儲能電池對外供電的風(fēng)險程度，再借由預(yù)設(shè)的熱失控溫度閾值對當前儲能電池反應(yīng)的溫度進行比對，根據(jù)對比結(jié)果選擇不同的計算方式，再結(jié)合當前儲能電池的溫度情況，得到儲能電池正常使用時的綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，通過其體現(xiàn)儲能電池當前存在風(fēng)險的程度，此外，利用儲能電池所反映的溫度情況，得到能夠動態(tài)變化的校驗閾值，由此便可根據(jù)儲能電池的實際情況給出匹配的閾值區(qū)間，之后再將其與得到的綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)進行比對，從而提高電池風(fēng)險評判的準確性，解決了背景技術(shù)中提出的問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

5、一種儲能電池?zé)崾Э貦z測預(yù)警系統(tǒng)，該預(yù)警系統(tǒng)包括：

6、檢測輔助模塊，記錄儲能電池使用狀態(tài)下的工作參數(shù)，并依據(jù)接收到的檢測指令，向儲能電池輸入預(yù)設(shè)的輸出電壓和輸出電流，調(diào)整儲能電池的使用狀態(tài)，工作參數(shù)包括儲能電池的輸出電壓、儲能電池的電流、儲能電池的內(nèi)阻以及溫度，

7、其中，檢測輔助模塊包括備用儲能單元、調(diào)壓變壓單元、采集單元以及傳輸單元；

8、在接收到檢測指令時，同時開啟備用儲能單元、調(diào)壓變壓單元、采集單元以及傳輸單元，通過調(diào)壓變壓單元調(diào)節(jié)備用儲能單元向儲能電池傳輸?shù)妮敵鲭妷?、輸出電流，采集單元采集儲能電池和備用儲能單元使用狀態(tài)下的工作參數(shù)，再由傳輸單元將采集單元采集到的數(shù)據(jù)進行上傳；在未接收到檢測指令時，開啟采集單元和傳輸單元，采集單元采集儲能電池使用狀態(tài)下的工作參數(shù)，再由傳輸單元將采集單元采集到的數(shù)據(jù)進行上傳；

9、狀態(tài)數(shù)據(jù)提取模塊，依據(jù)儲能電池在正常使用狀態(tài)下的工作參數(shù)生成綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，再調(diào)取儲能電池的歷史工作參數(shù)，獲取與當前儲能電池綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)對應(yīng)的校驗閾值區(qū)間，將校驗閾值區(qū)間與綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)進行比對；當綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)大于校驗閾值區(qū)間的上限時，則發(fā)出重度風(fēng)險預(yù)警；當綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)位于校驗閾值區(qū)間內(nèi)時，則輕度風(fēng)險預(yù)警；當綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)低于校驗閾值區(qū)間的下限時，則不作響應(yīng)；

10、充電檢驗?zāi)K，在接收到風(fēng)險預(yù)警時，向檢測輔助模塊發(fā)出檢測指令，并依據(jù)檢測指令執(zhí)行過程中儲能電池和備用儲能單元使用狀態(tài)下的工作參數(shù)，分析儲能電池當前的穩(wěn)定指數(shù)；

11、狀態(tài)風(fēng)險評估模塊，調(diào)取儲能電池在檢測指令執(zhí)行過程中的穩(wěn)定指數(shù)、環(huán)境指數(shù)以及綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，生成儲能電池在當前使用狀態(tài)下的熱失控預(yù)估值，將其與預(yù)設(shè)的失控閾值區(qū)間進行比對，執(zhí)行對應(yīng)的輔助策略。

12、進一步的，所述風(fēng)險預(yù)估指數(shù)的分析過程如下：

13、調(diào)取前m次儲能電池在正常使用狀態(tài)下的輸出電壓、輸出電流以及電芯最高溫度，分別記為uzc、izc、tdz；

14、將uzc和izc導(dǎo)入公式計算出儲能電池在正常使用狀態(tài)下的輸出風(fēng)險預(yù)估指數(shù)dsxc，式中，(uzc)i表示儲能電池在正常使用狀態(tài)下第i次采集得到的輸出電壓，(izc)i表示儲能電池在正常使用狀態(tài)下第i次采集得到的輸出電流，rz表示儲能電池的額定內(nèi)阻，α、β分別表示儲能電池輸出功率和阻值變化比例的權(quán)重；

15、將dsxc和tdz導(dǎo)入公式計算出儲能電池在正常使用狀態(tài)下的綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)dsxk，式中，(tdz)i表示儲能電池在正常使用狀態(tài)下第i次采集得到的電芯最高溫度，t0表示熱失控的溫度閾值；

16、將校驗閾值區(qū)間與綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)進行比對。

17、進一步的，所述獲取與當前儲能電池綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)對應(yīng)的校驗閾值區(qū)間的計算公式如下：

18、

19、式中，ksx↑表示校驗閾值區(qū)間的上限值，ksx↓表示校驗閾值區(qū)間的下限值，dsxmax表示前m次綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)的最大值，dsxmin表示前m次綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)的最小值，δ1、δ2分別表示平均溫度預(yù)設(shè)的上限值調(diào)整比例系數(shù)和下限值調(diào)整比例系數(shù)，且1＞δ1＞0，1＞δ2＞0。

20、進一步的，所述檢測指令執(zhí)行時，儲能電池穩(wěn)定指數(shù)的分析過程如下：

21、設(shè)定儲能單元向儲能電池施加的輸出電壓和輸出電流，分別記為uoc、ioc；

22、依據(jù)設(shè)定的輸出電壓uoc和輸出電流ioc對儲能電池進行充電，并記錄儲能電池在檢測期間的電芯溫度和線路溫度，分別記為tdc、txc，以測試持續(xù)時間為橫坐標，以溫度為縱坐標，生成儲能電池測試曲線圖；

23、將檢測期間的電芯溫度tdc導(dǎo)入公式計算出電芯在單位時間內(nèi)的溫度變化率ρdc，式中，t表示溫度獲取的單位時間，δtdc表示單位時間內(nèi)溫度的變化量；

24、同理，參照上述計算出線路在單位時間內(nèi)的溫度變化率ρxc；

25、將ρdc和ρxc代入表達式計算出儲能電池當前的穩(wěn)定指數(shù)式中，e表示自然常數(shù)，ρd0表示電芯溫度變化率的閾值，ρx0表示線路溫度變化率的閾值。

26、進一步的，所述儲能電池檢測期間電芯溫度和線路溫度的采集具體過程下：

27、依據(jù)儲能電池中電芯和線路的所在位置，將儲能電池劃分為電芯區(qū)域和線路區(qū)域；

28、分別記錄電芯區(qū)域和線路區(qū)域內(nèi)最高溫度的坐標，分別記為(xd，yd)，(xx，yx)；

29、將上述坐標導(dǎo)入公式計算出兩個坐標點之間的距離dc，并將坐標點之間的距離dc同預(yù)設(shè)的溫度模糊閾值進行比對，當兩者之間的距離dc大于等于溫度模糊閾值時，則將該最高溫度記為對應(yīng)區(qū)域的溫度；反之，則取兩坐標溫度的平均值記為電芯區(qū)域和線路區(qū)域的溫度。

30、進一步的，所述生成環(huán)境影響指數(shù)的具體過程如下：

31、檢測儲能電池內(nèi)外的環(huán)境參數(shù)，外部環(huán)境參數(shù)包括空氣溫度、空氣濕度、空氣導(dǎo)熱率，分別記為tk、wd、θk，內(nèi)部環(huán)境參數(shù)包括儲能電池殼體的導(dǎo)熱率，記為θd；

32、將tk、wd、θd和θk導(dǎo)入公式計算出儲能電池在當前溫度下的散熱率θes，式中，s表示儲能電池殼體的散熱面積，θw表示當前空氣濕度對應(yīng)的導(dǎo)熱率，τ1、τ2分別表示內(nèi)外溫差和綜合導(dǎo)熱率的權(quán)重，且τ1≥τ2＞0；

33、將散熱率θes與電池殼體的導(dǎo)熱率θd進行比對，當θes≥θd時，則將儲能電池殼體的導(dǎo)熱率θd記為儲能電池在當前溫度下的散熱率；反之，則不作響應(yīng)；

34、將tk、θk和θes導(dǎo)入公式計算出檢測過程中的環(huán)境影響指數(shù)esdl，式中，e表示自然常數(shù)，τ3、τ4分別表示空氣導(dǎo)熱率和當前溫度下散熱率的權(quán)重，且，τ3+τ4＝1。

35、進一步的，所述生成儲能電池在當前使用狀態(tài)下的熱失控預(yù)估值所依據(jù)的公式如下：

36、

37、式中，φ、ω分別表示當前使用狀態(tài)下穩(wěn)定比例和環(huán)境影響指數(shù)的權(quán)重。

38、進一步的，根據(jù)儲能電池在當前使用狀態(tài)下的熱失控預(yù)估值與預(yù)設(shè)的失控閾值區(qū)間進行比對，執(zhí)行對應(yīng)的輔助策略，其中，失控閾值區(qū)間包括失控上限和失控下限，具體如下：

39、當熱失控預(yù)估值≤失控下限時，則不作響應(yīng)，并輸出結(jié)果；

40、當失控下限≤熱失控預(yù)估值≤失控上限時，則發(fā)出控溫指令，并開啟輔助降溫系統(tǒng)對儲能電池進行降溫，輔助降溫系統(tǒng)的制冷功率與熱失控預(yù)估值和失控下限之間的差值成正比；

41、當熱失控預(yù)估值＞失控上限時，則發(fā)出危險預(yù)警，開啟輔助降溫系統(tǒng)，以最大功率對儲能電池進行降溫，同時關(guān)閉所有與儲能電池的連接電路，由備用儲能單元對外供電。

42、進一步的，該預(yù)警系統(tǒng)還包括：

43、數(shù)據(jù)校驗?zāi)K，依據(jù)當前儲能電池使用狀態(tài)下的電芯溫度，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)取上一次達到該電芯溫度時的工作參數(shù)，并一一進行對比，并向差值與對應(yīng)的參數(shù)閾值區(qū)間進行比對，當不在所對應(yīng)的參數(shù)閾值區(qū)間時，則發(fā)出危險預(yù)警。

44、進一步的，一種儲能電池?zé)崾Э貦z測預(yù)警方法，包括如下步驟：

45、記錄儲能電池使用狀態(tài)下的工作參數(shù)，并依據(jù)接收到的檢測指令，向儲能電池輸入預(yù)設(shè)的輸出電壓和輸出電流，調(diào)整儲能電池的使用狀態(tài)，工作參數(shù)包括儲能電池的輸出電壓、儲能電池的電流、儲能電池的內(nèi)阻以及溫度；

46、依據(jù)儲能電池在正常使用狀態(tài)下的工作參數(shù)生成風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，再調(diào)取儲能電池的歷史工作參數(shù)，獲取與當前儲能電池綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)對應(yīng)的校驗閾值區(qū)間，將校驗閾值區(qū)間與綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)進行比對；當綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)大于校驗閾值區(qū)間的上限時，則發(fā)出重度風(fēng)險預(yù)警；當綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)位于校驗閾值區(qū)間內(nèi)時，則輕度風(fēng)險預(yù)警；當綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)低于校驗閾值區(qū)間的下限時，則不作響應(yīng)；

47、在接收到風(fēng)險預(yù)警時，發(fā)出檢測指令，并依據(jù)檢測指令執(zhí)行過程中儲能電池和備用儲能單元使用狀態(tài)下的工作參數(shù)，分析儲能電池當前的穩(wěn)定指數(shù)；

48、調(diào)取儲能電池在檢測指令執(zhí)行過程中的穩(wěn)定指數(shù)、環(huán)境指數(shù)以及綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，生成儲能電池在當前使用狀態(tài)下的熱失控預(yù)估值，將其與預(yù)設(shè)的失控閾值進行比對，執(zhí)行對應(yīng)的輔助策略。

49、(三)有益效果

50、本發(fā)明提供了一種儲能電池?zé)崾Э貦z測預(yù)警系統(tǒng)及方法，具備以下有益效果：

51、先通過采集儲能電池在正常使用狀態(tài)下的輸出電壓、電流和內(nèi)阻情況，獲取一個能夠評價當前儲能電池的輸出風(fēng)險的輸出風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，由此判斷儲能電池對外供電的風(fēng)險程度，再借由預(yù)設(shè)的熱失控溫度閾值對當前儲能電池反應(yīng)的溫度進行比對，根據(jù)對比結(jié)果選擇不同的計算方式，再結(jié)合當前儲能電池的溫度情況，得到儲能電池正常使用時的綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，通過其體現(xiàn)儲能電池當前存在風(fēng)險的程度，此外，利用儲能電池所反映的溫度情況，得到能夠動態(tài)變化的校驗閾值，由此便可根據(jù)儲能電池的實際情況給出匹配的閾值區(qū)間，之后再將其與得到的綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)進行比對，從而提高電池風(fēng)險評判的準確性；

52、在啟動檢測指令時，利用備用儲能單元向儲能電池充電，從而獲取儲能電池充電狀態(tài)下的工作參數(shù)，提高儲能電池參數(shù)準確性的同時方便隨時檢測，之后將其與單位時間內(nèi)的溫度變化量結(jié)合，得到能夠反映當前儲能電池穩(wěn)定性的穩(wěn)定指數(shù)，便可以直觀的了解當前電池是否處于可控范圍，由此提前進行處理和更換，此外，根據(jù)外部環(huán)境以及儲能電池散熱能力對儲能電池散熱的影響情況，得到的影響指數(shù)，從而反映外部環(huán)境對儲能電池?zé)崾Э氐母深A(yù)能力，之后再結(jié)合穩(wěn)定指數(shù)和綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)，由此得到的熱失控預(yù)估值更加準確，便可以此為準對儲能電池的管控，再根據(jù)綜合風(fēng)險預(yù)估指數(shù)在失控閾值區(qū)間的位置關(guān)系，啟動對應(yīng)的解決方案，從而確保儲能電池的使用安全，為使用者提供補救和逃生的時間。