一种储能站电池早期隐患监控方法技术

本发明专利技术公开了一种储能站电池早期隐患监控方法，包括如下步骤：S1、建立电池早期故障模型，包括如下子步骤：S11、获取表征电池特性的状态信息，根据状态信息建立电池故障特性曲线；S12、建立电池故障类型与故障状态特性曲线的映射关系；S2、电池监控装置获取储能站电池仓内实时电池状态信息，根据状态信息的发展趋势确定电池故障所对应的故障状态特性曲线，通过故障状态特性曲线预确定电池故障类型；S3、电池监控装置将电池故障类型信息发送至消防主机，消防主机对电池仓的参数信息进行持续采样并结合电池状态信息进行联合故障判定，联动消防灭火装置进行故障预处理。方案可以对储能站的故障类型进行准确预判，保证储能站的运行安全。安全。安全。

【技术实现步骤摘要】
一种储能站电池早期隐患监控方法


[0001]本专利技术涉及储能站安全防护
，具体的，涉及一种储能站电池早期隐患监控方法。

技术介绍

[0002]随着新能源发电技术的日渐成熟，以安全可靠、清洁经济、智慧开放、可持续发展的能源节约型社会为目标，以高渗透率的可再生能源、高比例的电力电子设备、高速增长的直流负荷“三高”为主要特征的新一代电力系统正在逐步形成。随着大规模新能源的接入，传输及消纳问题日益突出。新能源发电具有波动大和可靠性差的问题，很难对其进行有效的调度。同时，随着系统负荷逐年增大，电力系统网络的峰谷差率也在日益增大，这些问题都严重影响着电网的安全。储能技术在电力系统的发、输、配、用电的各个环节中发挥着调峰调频、灵活输出、无功支撑等重要的作用，是推动我国能源供给革命和实现智能电网的关键技术之一。
[0003]储能技术分为集中式和分布式两种形式，集中式储能以压缩空气和抽水蓄能为主，以电化学储能为主的分布式储能系统的容量通常小于10MWh，多用于中低压配电网以及用户侧，与集中式储能相比，具有安装地点灵活，线路损耗小等优点，不仅可以有效参与电网调频、调峰及调压等辅助服务，提高电网的运行效率和安全水平，同时还可以提高用户的经济效益。随着锂离子电池技术的不断改进优化，锂电池以其能量密度高、循环次数多、体积小等优点成为电化学储能行业的中坚力量。然而随着锂电池储能系统的装机量不断增加，锂电池储能系统的安全隐患也不断显现出来。近年来，国内外先后发生多起锂离子电池储能电站火灾爆炸事故，国内外储能电站火灾爆炸事故层出不穷，不仅造成重大财产损失，同时还严重威胁人员生命安全。
[0004]锂电池储能系统发生火灾隐患大致分为锂电池内部早期热失控和电气设备的火灾隐患2个方面。锂电池充放电主要是靠化学反应来完成的，在充放电过程中不可避免的会产生热能，如果电池自身产生的热能超过了电池热量的耗散能力，锂电池无法得到及时散热，热量就会积累导致电池过热，电池内部材料之间发生了化学反应，像SEI膜分解、电解液分解、正负极分解等，分解中将进一步产生大量的热量和气体使电池出现发热、鼓包现象，从而引发电发生热失控，这一过程中电池温度迅速上升，导致电池液的分解以及与电极材料的反应，产生可燃性气体，冲破安全阀喷放到电池外，当可燃气体浓度达到一定程度之后，遇到明火将发生爆炸，因此，锂离子电池反应失控表面现象主要有电池发热、鼓包、烟雾、明火、燃烧，甚至爆炸，出现上述问题主要源于电池内部化学反应过快控制不住，而外界的过充、刺穿、火源、挤压、短路等外部因素都会导致上述问题的产生。锂电池储能系统的电池模组是将多个电池组串联一起的设计，这无疑也增大了锂电池的安全隐患，一旦某个电池性能不稳定发生火灾，也势必影响周边锂电池的安全，进一步的扩大火灾范围。而除了锂电池自身发热引起的安全因素外，锂电池储能系统中还存在着大量的电气设备，其电气设备的稳定性和安全性也必将影响到电池的性能和稳定，像意外操作的高电压、大电流、雷电
浪涌的冲击。由于锂电池储能系统中弱电系统及通信系统较多，系统中的高电压、大电流势必对储能系统影响很大，同时也会对储能系统的保护元器件造成损坏，导致无法进行保护动作甚至引起火灾。因此，针对锂离子电池早期热失控和热扩散对储能站造成的火灾爆炸危害性，亟需开展锂离子电池热失控特征参数动态监测研究，并对热失控的早期特征状态进行实时识别分析，进而开发热失控早期预警技术，建立消防多级预警和安全联动体系以及多级防护方法，从而为储能电站火灾防控提供理论依据和技术支撑，促进储能行业的安全健康发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是本专利技术是针对大规模锂电池储能站结构复杂、规模大、运行安全风险大、消防需求高等特性，对锂电池储能站的电池热失控及热扩散特征参数进行动态识别和表征，通过对锂离子储能电站的消防系统实行分级预警机制，对单体电池进行实时状态监测，通过边缘侧多源异构数据的特征提取和数据分析，建立电池早期监测机制；提出了一种储能站电池早期隐患监控方法，可以对储能站的故障类型进行准确预判，保证储能站的运行安全。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术提供的一种技术方案是，一种储能站电池早期隐患监控方法，包括如下步骤：S1、建立电池早期故障模型，包括如下子步骤：S11、获取表征电池特性的状态信息，根据状态信息建立电池故障特性曲线；S12、建立电池故障类型与故障状态特性曲线的映射关系；S2、电池监控装置获取储能站电池仓内实时电池状态信息，根据状态信息的发展趋势确定电池故障所对应的故障状态特性曲线，通过故障状态特性曲线预确定电池故障类型；S3、电池监控装置将电池故障类型信息发送至消防主机，消防主机对电池仓的参数信息进行持续采样并结合电池状态信息进行联合故障判定，联动消防灭火装置进行故障预处理。
[0007]本方案中，所述电池监测装置内部建立了一种“电池早期预警模型”，模型的基本原理为：信号采集模块对磷酸铁锂电池在正常工作下的内部温度、不同气体浓度及从BMS(电池管理系统)获取的电池电压和电流三组数据进行实时采集和统计分析，建立起锂电池在正常工作条件下的三组数据各自的可信样本值；将样本的最大值定义为最大阀值；根据磷酸铁锂电池在不同故障条件下(过压过流、挤压、内部短路、小电流回路、穿刺等)呈现的早期特征在不同时间点上的不同表征，在时间尺度上将其分为热滥用、热扩散和热失控三个阶段。在热滥用阶段初期，电池的温度会呈现短时间内的上升，此时的表征参数为电池温度；到了热滥用中后期，温度呈现稳定，但是随着SEI膜分解、PE基质融化引起CO、CH4气体浓度尤其是CO气体浓度会呈现瞬间上升，呈现指数级变化，因此此时的表征参数为CO和CH4气体浓度；到了热扩散阶段，随着石墨电极和电解液产生化学反应，此时电池内部热效率曲线从平稳性迅速向指数级变化，而气体浓度曲线保留在一定阶段的平稳过程，因此此时的表征参数为电池内部热效率曲线而非气体浓度曲线；到了热失控阶段，随着电解液分解泄露，内部电芯开始呈现大规模短路，此时电池电极两端的放电电压或放电电流会产生变化，考
虑到单个依靠放电电压或放电电流存在判断误差的情况下，建立起基于电芯的内阻值计算公式，由于在热失控阶段，温度和气体浓度变化率不是非常大情况下，通过判断电芯内阻的变化来精确定位热失控阶段。
[0008]作为优选，S11包括如下步骤：正常工作条件下，对电池的状态信息进行长时间连续采样，获取状态信息的参数值[X,Y,Z]，并确定正常工作条件下参数值所对应的最大参数阈值[X0,Y0,Z0]，其中，X表示温度值；Y表示混合气体浓度值；Z表示电池内阻值；预设多种故障类型对电池进行故障试验，从电池充放电t0时刻开始，对电池状态信息进行连续采样，直至电池显现出预设故障状态特性时停止采样，获取N组故障样本信息[x
i
(t),y
i
(t),z
i
(t)](i＝1,2,3...N)；x
i
(t)表示第i个电池上在时间t时的参数值；y
i
(t)表示第i个电池对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能站电池早期隐患监控方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立电池早期故障模型，包括如下子步骤：S11、获取表征电池特性的状态信息，根据状态信息建立电池故障特性曲线；S12、建立电池故障类型与故障状态特性曲线的映射关系；S2、电池监控装置获取储能站电池仓内实时电池状态信息，根据状态信息的发展趋势确定电池故障所对应的故障状态特性曲线，通过故障状态特性曲线预确定电池故障类型；S3、电池监控装置将电池故障类型信息发送至消防主机，消防主机对电池仓的参数信息进行持续采样并结合电池状态信息进行联合故障判定，联动消防灭火装置进行故障预处理。2.根据权利要求1所述的一种储能站电池早期隐患监控方法，其特征在于：S11包括如下步骤：正常工作条件下，对电池的状态信息进行长时间连续采样，获取状态信息的参数值[X,Y,Z]，并确定正常工作条件下参数值所对应的最大参数阈值[X0,Y0,Z0]，其中，X表示温度值；Y表示混合气体浓度值；Z表示电池内阻值；预设多种故障类型对电池进行故障试验，从电池充放电t0时刻开始，对电池状态信息进行连续采样，直至电池显现出预设故障状态特性时停止采样，获取N组故障样本信息[x
i
(t),y
i
(t),z
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(t)](i＝1,2,3...N)；x
i
(t)表示第i个电池上在时间t时的参数值；y
i
(t)表示第i个电池对应的电池盒中气体浓度值在时间t时的参数值；z
i
(t)表示第i个电池内阻在时间t时的参数值；N组故障样本信息在时间维度上进行坐标打点并进行线性拟合得到电池故障特性曲线[α(t),β(t),γ(t)]；α(t)为电池温度值随时间变化的特性曲线；β(t)为气体浓度值随时间变化的特性曲线；γ(t)为电池内阻随时间的特性曲线。3.根据权利要求2所述的一种储能站电池早期隐患监控方法，其特征在于：电池内阻值的实时计算公式如下：式中，E0为满容量锂电池初始电压，E为电池当前电压，C0为电池初始电量，C为电池当前电量，I为电池当前电流，K
T
为温度补偿系数。4.根据权利要求2所述的一种储能站电池早期隐患监控方法，其特征在于：混合气体包括有CO气体、H2S2气体和CH4气体，y
i
(t)＝[yiCO，yiH2S2，yiCH4]；yiCO表示CO气体的浓度值；yiH2S2表示H2S2气体的浓度值；yiCH4表示CH4气体的浓度值。5.根据权利要求2所述的一种储能站电池早期隐患监控方法，其特征在于：S2中包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢凌东，王丽鹏，周宏辉，翁东雷，杨平，钟良亮，杨志义，周勋甜，赵中伟，邵雪峰，陈玄俊，蒋元元，
申请(专利权)人：宁波市电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：