【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及火灾预警，尤其涉及一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统。
技术介绍
1、随着科技的发展与人们对大容量移动储能设备的需求，将化学能转换为电能的锂离子电池被应用在越来越多的领域，储能系统规模和锂离子电池的容量都在快速增长，其中电化学储能行业也是飞速增长的市场，而“双碳”目标的提出，也决定了新型电力储能系统以新能源为主体的方向。锂离子电池储能柜利用可再生能源发电这一途径进行电力储存，是电网系统中不可或缺的一部分。然而，高能量密度的锂离子电池在储能柜这种密闭空间内集中安装，一旦发生热失控将导致严重的安全事故，因此亟需可靠的预警系统来保障储能柜的运行安全。
2、因此有必要针对锂离子电池储能柜相关安全技术进行比较和总结，理清现有的技术难点和关键，尤其是热失控引发的火灾隐患，需要发展智能化的早期预警技术，展望锂离子电池储能柜早期预警，进而提高锂离子电池储能柜安全，实现动态监测，在锂离子电池储能柜形成火灾之前进行预警，有效地提升安全防护水平，降低火灾发生的概率，减少火灾发生后的财产损失。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，该系统通过多源传感器数据融合和深度学习分析，实现对储能柜内电池状态的全方位监测，提高热失控预警的准确性和可靠性，保证储能设施的运行安全。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜
3、优选地，所述传感器模块包括气体传感器、烟雾传感器、点温度传感器和红外背景温度传感器；每个锂离子电池配备1路点温度传感器，用来测量锂离子电池固定点的温度；根据储能柜的大小，配备多路气体传感器；所述气体传感器包括co传感器、co2传感器、h2传感器和含碳有机物传感器；所述烟雾传感器用于测量储能柜内的烟雾浓度；所述红外背景温度传感器覆盖储能柜内整个锂离子电池电芯模组，用于测量锂离子电池电芯模组的温度。
4、优选地，所述数据采集模块基于微控制单元和嵌入式操作系统，兼容多种标准信号和通讯协议；数据采集模块通过以太网接口与边缘计算模块连接，通过tcp/ip协议通讯，实时将由传感器模块检测并采集的锂离子电池储能柜内的温度数据、气体浓度数据和烟雾浓度数据传输至边缘计算模块进行进一步分析。
5、优选地，所述图像采集模块采用工业相机，并以每秒1帧的频率采集图像数据，所有采集的图像数据传输至边缘计算模块，用于边缘计算模块的实时分析；
6、所述图像采集模块采用工业相机，并以每秒1帧的频率采集图像数据的具体方法为：
7、s1：在储能柜内部正面安装n个工业相机，呈45度夹角布置，用于采集锂离子电池电芯边缘轮廓图像，用于识别由于气体释放导致的锂离子电池电芯边缘轮廓畸变现象；当空气密度发生变化或出现烟雾时，监测区域内的直线锂离子电池电芯边缘轮廓会出现弯曲或变形；
8、s2：在储能柜内部的顶部四个角各安装1个工业相机，呈45度角向下布置，覆盖所有锂离子电池电芯模组区域，用于监测锂离子电池电芯气体释放现象。
9、优选地，所述边缘计算模块为边缘计算机，边缘计算机内置本地通讯模块、数据存储模块、深度学习模块和远程通讯模块；
10、所述本地通讯模块通过多种标准接口接收和同步来自数据采集模块的传感器数据和图像采集模块的图像数据，并为数据存储模块和深度学习模块提供统一的数据访问接口；
11、所述数据存储模块用于对本地通讯模块接收和同步的传感器数据和图像数据进行存储管理；传感器数据以数据库格式保存，图像数据直接以文件形式存储并建立索引记录；数据存储模块对存储的传感器数据和图像数据进行先进先出的循环管理，确保存储空间的合理利用，同时提供传感器数据和图像数据的调用接口，支持远程通信模块的数据传输；
12、所述远程通讯模块将数据存储模块的原始数据与深度学习模块的预警结果传输至物联网云平台。
13、优选地，所述深度学习模块为边缘计算模块的核心组件，包括数据预处理单元、特征提取单元和预警分析单元；对数据采集模块采集的传感器数据和图像采集模块采集的图像数据进行实时分析，建立多级预警判断机制；
14、所述数据预处理单元用于实现数据标准化预处理，包括传感器数据预处理和图像数据预处理；
15、所述特征提取单元包括并行的lstm时序特征提取网络、cnn空间特征提取网络和注意力融合层；
16、所述lstm时序特征提取网络采用级联结构，用于提取传感器数据的时序特征，包括预警特征提取层和状态演变预测层；cnn空间特征提取网络用于提取图像的空间特征；注意力融合层通过动态权重调整机制，对lstm时序特征提取网络提取的时序特征和cnn网络提取的空间特征进行自适应融合，得到融合特征；
17、所述预警分析单元基于融合特征，通过全连接层映射得到锂离子电池状态的预测值，并将锂离子电池状态的预测值转换为四种状态的概率分布，最后基于状态概率和实时监测的传感器数据，建立多级预警判断机制。
18、优选地，所述传感器数据预处理采用z-score标准化方法，将不同量纲的传感器数据转换到同一尺度空间，具体公式为：
19、
20、其中，x′为标准化后的传感器数据，x为原始传感器数据，μ为温度传感器、气体传感器和烟雾传感器数据的平均值，σ为温度传感器、气体传感器和烟雾传感器数据的标准差；
21、基于公式(1)，分别对co传感器、co2传感器、h2传感器、含碳有机物传感器、烟雾传感器、点温度传感器和红外背景温度传感器生成的所有温度数据和气体浓度数据，即传感器数据进行标准化处理，得到标准化后的co传感器数据、co2传感器数据、h2传感器数据、含碳有机物传感器数据、烟雾传感器数据、点温度传感器数据和红外背景温度传感器数据，消除量纲影响；
22、所述图像数据预处理包括图像尺寸统一化处理、图像张量转换和图像标准化处理，具体方法为：
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1.一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：包括传感器模块、数据采集模块、图像采集模块、边缘计算模块、声光报警模块和远程监控模块；所述传感器模块用于检测并采集锂离子电池储能柜内的温度数据、气体浓度数据和烟雾浓度数据作为传感器数据，并传输至数据采集模块；所述数据采集模块通过以太网与边缘计算模块连接，用于将采集到的传感器数据通过TCP/IP协议传输至边缘计算模块；所述图像采集模块用于采集锂离子电池储能柜内的图像数据并传输至边缘计算模块；所述边缘计算模块用于接收和同步来自数据采集模块的传感器数据和图像采集模块的图像数据，即原始数据，对原始数据进行标准化预处理后，进行分析得到锂离子电池状态预警结果，并将原始数据和锂离子电池状态预警结果传输至物联网云平台；所述声光报警模块用于根据边缘计算模块输出的锂离子电池状态预警结果触发不同级别的报警信号；所述远程监控模块用于接收物联网云平台转发的原始数据和锂离子电池状态预警结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种
4.根据权利要求3所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于多源数据融合的锂离子电池储能柜火灾早期预警系统，其特征在于：包括传感器模块、数据采集模块、图像采集模块、边缘计算模块、声光报警模块和远程监控模块；所述传感器模块用于检测并采集锂离子电池储能柜内的温度数据、气体浓度数据和烟雾浓度数据作为传感器数据，并传输至数据采集模块；所述数据采集模块通过以太网与边缘计算模块连接，用于将采集到的传感器数据通过tcp/ip协议传输至边缘计算模块；所述图像采集模块用于采集锂离子电池储能柜内的图像数据并传输至边缘计算模块；所述边缘计算模块用于接收和同步来自数据采集模块的传感器数据和图像采集模块的图像数据，即原始数据，对原始数据进行标准化预处理后，进行分析得到锂离子电池状态预警结果，并将原始数据和锂离子电池状态预警结果传输至物联网云平台；所述声光报警模块用于根据边缘计算模块输出的锂离子电池状态预警结果触发不同级别的报警信号；所述远程监控模块用于接收物联网云平台转发的原始数据和锂离子电池状态预警结果。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟圣俊，刘春旺，王健，王娜娜，蒋关宇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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