[發(fā)明專利]基于鋰電池安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)檢測(cè)的熱失控預(yù)警方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910529522.3
• 申請(qǐng)日: 2019-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110188737B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金陽(yáng);蘇同倫;姜欣;高金峰;呂娜偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 楊保剛

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于鋰電池安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)檢測(cè)的熱失控預(yù)警方法，屬于儲(chǔ)能電池安全技術(shù)領(lǐng)域，首先構(gòu)建識(shí)別安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)的識(shí)別分類器；接著采集電池艙內(nèi)聲信號(hào)，對(duì)所述聲信號(hào)進(jìn)行去噪處理；將去噪處理后的聲信號(hào)輸入至所述識(shí)別分類器，輸出是否預(yù)警的分類結(jié)果，本發(fā)明將鋰電池安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)作為熱失控預(yù)警信號(hào)，較現(xiàn)有煙感和紅外探測(cè)器更早發(fā)出熱失控預(yù)警，為后續(xù)消防措施預(yù)留充足時(shí)間，進(jìn)而有效避免熱失控的蔓延。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)能電池安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及基于鋰電池安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)檢測(cè)的熱失控預(yù)警方法。

背景技術(shù)

隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模儲(chǔ)能電站近年來(lái)得到了發(fā)展。鋰離子電池具備良好的能量密度和充放電次數(shù)，是發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能電站的優(yōu)質(zhì)載體。但鋰離子電池自1991年首次商業(yè)應(yīng)用以來(lái)，容易發(fā)生熱失控的特性以及充放電過(guò)程的濫用等給應(yīng)用帶來(lái)了一定危險(xiǎn)，也阻礙了鋰離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用。例如，2018年7月韓國(guó)靈巖道風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)儲(chǔ)能設(shè)備發(fā)生火災(zāi)事故，造成706m2規(guī)模電池建筑和3500塊以上鋰電池全部燒毀，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)400萬(wàn)美元。

電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)主要包括以下兩個(gè)方面：第一，電池是一種含高能物質(zhì)的部件，管理不當(dāng)存在火災(zāi)及爆炸風(fēng)險(xiǎn)。現(xiàn)階段儲(chǔ)能相關(guān)消防風(fēng)險(xiǎn)安全評(píng)估和預(yù)案措施缺位，電化學(xué)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)缺少內(nèi)部可控的安全設(shè)計(jì)，而目前應(yīng)用最為廣泛的七氟丙烷滅火劑，其有效性尚未得到檢驗(yàn)。第二，電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲(chǔ)能變流器(PCS)方面，技術(shù)水平參差不齊，可能出現(xiàn)模擬量測(cè)量功能失效、電池管理系統(tǒng)報(bào)警功能失效、本地運(yùn)行狀態(tài)顯示功能失效等故障，這都有可能引發(fā)電池管理系統(tǒng)保護(hù)功能不反應(yīng)，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池或系統(tǒng)故障，將引發(fā)更大的事故，導(dǎo)致電池組設(shè)備損壞等。

由于電化學(xué)儲(chǔ)能艙內(nèi)熱失控原因眾多，相關(guān)軟硬件管理控制技術(shù)仍在研究之中，現(xiàn)有技術(shù)并不能完全防止熱失控的發(fā)生。因此迫切需要一種預(yù)警技術(shù)能夠在鋰電池發(fā)生熱失控時(shí)及時(shí)進(jìn)行識(shí)別預(yù)警，進(jìn)而采取有效措施避免儲(chǔ)能艙起火爆炸。

在鋰離子硬殼電池的設(shè)計(jì)制造中為了避免密封的金屬外殼發(fā)生爆炸，都會(huì)在頂部配有一個(gè)安全閥，安全閥是鋰電池的標(biāo)配，也是最重要的一道防爆屏障。當(dāng)電池內(nèi)部發(fā)生熱失控時(shí)，內(nèi)部化合物受熱膨脹，壓力過(guò)大時(shí)，其頂部安全閥會(huì)開(kāi)啟排氣減壓，避免爆炸。但是，當(dāng)安全閥開(kāi)啟之后，電池內(nèi)部泄露出的化學(xué)物質(zhì)在高溫的條件下會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，仍然有可能出現(xiàn)起火的情況。

在安全閥打開(kāi)時(shí)，由于電池艙內(nèi)部電池密集，且電池外部有金屬支架覆蓋，導(dǎo)致現(xiàn)有的電池艙內(nèi)檢測(cè)的裝置，如紅外探測(cè)器、煙感探測(cè)器等并不能及時(shí)發(fā)出預(yù)警，而當(dāng)現(xiàn)有探測(cè)器發(fā)出報(bào)警信息時(shí)，往往火災(zāi)已經(jīng)發(fā)生并造成較大損失。且現(xiàn)有紅外探測(cè)器價(jià)格昂貴，如在電池表面安裝壓力探測(cè)器與溫度傳感器，也面臨成本過(guò)高的問(wèn)題，且對(duì)現(xiàn)正在運(yùn)行的電池艙實(shí)施上述改造難度過(guò)大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：本發(fā)明提供了一種基于鋰電池安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)檢測(cè)的熱失控預(yù)警方法，解決了采用現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)不能對(duì)電池艙熱失控提供有效預(yù)警的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

基于鋰電池安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)檢測(cè)的熱失控預(yù)警方法，包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建識(shí)別安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)的識(shí)別分類器；

步驟2：采集電池艙內(nèi)聲信號(hào)，對(duì)所述聲信號(hào)進(jìn)行去噪處理；

步驟3：將去噪處理后的聲信號(hào)輸入至所述識(shí)別分類器，輸出是否預(yù)警的分類結(jié)果。

進(jìn)一步的，所述步驟1具體為：

步驟11：構(gòu)建模擬熱失控的試驗(yàn)平臺(tái)，采集試驗(yàn)平臺(tái)中的安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)和噪聲信號(hào)；

步驟12：利用信號(hào)多尺度熵特征產(chǎn)量提取方法，構(gòu)建所述安全閥開(kāi)啟聲信號(hào)和噪聲信號(hào)的特征參量；

步驟13：基于反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用所述特征參量構(gòu)建所述識(shí)別分類器。