本發(fā)明屬于電池檢測，尤其涉及一種儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，儲能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個領(lǐng)域。鋰離子電池儲能集裝箱因其穩(wěn)定的電力輸出和便捷的移動特性，已大規(guī)模投入到儲能電站中，成為其不可或缺的一部分。但是在實際使用中，由于對鋰離子電池的電濫用、機(jī)械濫用以及熱濫用，往往會造成熱失控故障的發(fā)生，嚴(yán)重的甚至?xí)l(fā)火災(zāi)或爆炸。因為熱失控發(fā)生過程十分迅速，并且故障過程中包含著高溫與爆燃，使得事故發(fā)生后現(xiàn)場毀壞嚴(yán)重，難以辨識。這往往導(dǎo)致對故障發(fā)生的溯源十分困難，生成的故障報告可提供的信息少且模糊不清，調(diào)查故障位置費時費力且往往只能定位到電池簇間層級。這些問題不利于分析事故報告吸取其中的經(jīng)驗教訓(xùn)，進(jìn)而影響對電池設(shè)計和電池艙冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)。

2、因此，需要一種技術(shù)使得當(dāng)大規(guī)模儲能電站發(fā)生熱失控事故后,能夠?qū)收衔恢脤崿F(xiàn)精準(zhǔn)快速溯源，為未來系統(tǒng)設(shè)計、運營和安全提供指導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，通過搭建模擬故障數(shù)據(jù)庫與故障反演定位技術(shù)對大規(guī)模儲能電站中電池柜-簇-單體三個層級進(jìn)行建模、分析以及定位，可以在熱失控故障發(fā)生后對故障位置進(jìn)行溯源，有助于制定更加詳細(xì)的故障報告，為電池設(shè)計、空間排布以及電池倉內(nèi)冷卻系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化通過指導(dǎo)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，包括以下步驟：

3、構(gòu)建電池艙仿真模型，并對所述電池艙仿真模型進(jìn)行區(qū)塊劃分并編號；

4、構(gòu)建電池?zé)崾Э毓收夏K，基于所述電池?zé)崾Э毓收夏K，通過改變熱失控源位置對所述電池艙仿真模型的各個編號開展熱失控蔓延仿真，構(gòu)建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫；

5、基于所述電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫，利用實時獲取的溫度數(shù)據(jù)對熱失控源位置進(jìn)行反演計算，初步定位故障區(qū)塊；

6、在初步定位獲得的故障區(qū)塊內(nèi)，利用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，獲得熱失控源的最終定位信息。

7、可選地，構(gòu)建電池艙仿真模型的過程包括：基于熱傳導(dǎo)方程和電池?zé)嵝袨楣剑瑯?gòu)建電池艙仿真模型；

8、所述熱傳導(dǎo)方程如下式所示：

9、

10、式中，ρ為密度；q為熱通量；為矢量微分算子；u為速度場；cp為恒壓熱容；t為溫度；t為時間；k為導(dǎo)熱系數(shù)；

11、所述電池?zé)嵝袨楣饺缦率剿荆?/p>

12、

13、式中，qbatt為電池產(chǎn)熱量；ηir、ηact為比率參數(shù)；t為溫度；icell為電池電流；eocv為電池開路電壓。

14、可選地，對所述電池艙仿真模型進(jìn)行區(qū)塊劃分并編號的過程包括：基于所述電池艙仿真模型中的電池個數(shù)與排布位置為所述電池艙仿真模型劃分區(qū)塊并編號。

15、可選地，構(gòu)建電池?zé)崾Э毓收夏K的過程包括：獲取熱失控發(fā)生過程中物理現(xiàn)象與溫升功率變化節(jié)點，將熱失控過程劃分為sei膜分解、隔膜融毀與電解液分解燃燒三個階段，并獲取不同階段對應(yīng)的電芯溫度；基于絕熱量熱儀獲取不同階段的發(fā)熱功率；基于熱失控不同階段對應(yīng)的電芯溫度以及發(fā)熱功率，合成由模塊溫度觸發(fā)的不同發(fā)熱功率變化的熱失控故障模塊。

16、可選地，基于所述電池?zé)崾Э毓收夏K，通過改變熱失控源位置對所述電池艙仿真模型的各個編號開展熱失控蔓延仿真，構(gòu)建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫的過程包括：

17、將多個數(shù)據(jù)點作為仿真溫度傳感器，并布置在所述電池艙仿真模型內(nèi)各簇的周圍，當(dāng)所述仿真溫度傳感器達(dá)到報警溫度時，分別啟用所述電池艙仿真模型各個編號對應(yīng)區(qū)塊的電池?zé)崾Э毓收夏K進(jìn)行熱失控蔓延仿真，并記錄熱失控源位置對應(yīng)編號、溫度仿真結(jié)果與各個仿真溫度傳感報警時刻，構(gòu)建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫。

18、可選地，基于所述電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫，利用實時獲取的溫度數(shù)據(jù)對熱失控源位置進(jìn)行反演計算之前還包括：對溫度傳感器實時獲取的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行小波去噪的處理，并提取溫度傳感器到達(dá)報警閾值的時間差。

19、可選地，基于所述電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫，利用實時獲取的溫度數(shù)據(jù)對熱失控源位置進(jìn)行反演計算，初步定位故障區(qū)塊的過程包括：

20、將所述溫度傳感器到達(dá)報警閾值的時間差與所述電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，基于利用時間差進(jìn)行定位的方法匹配所述電池艙仿真模型中最優(yōu)區(qū)塊對應(yīng)的編號位置，獲取故障區(qū)塊的初步定位信息。

21、可選地，在初步定位獲得的故障區(qū)塊內(nèi)，利用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，獲得熱失控源的最終定位信息的過程包括：

22、在初步定位獲得的故障區(qū)塊內(nèi)，利用粒子群優(yōu)化算法對故障發(fā)生時電池艙各參數(shù)狀態(tài)進(jìn)行修正的電池艙仿真模型進(jìn)行定位，將故障區(qū)塊內(nèi)隨機(jī)的故障單元作為尋優(yōu)粒子進(jìn)行仿真尋優(yōu)，基于最優(yōu)解獲得熱失控源的最終定位信息。

23、可選地，所述利用時間差進(jìn)行定位的方法包括tdoa算法。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

25、本發(fā)明結(jié)合熱失控蔓延機(jī)理搭建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫，并通過溫度傳感器獲取鋰離子電池多點溫度信息，基于尋優(yōu)機(jī)制進(jìn)行反演定位可有效判斷熱失控發(fā)生部位，實現(xiàn)故障精準(zhǔn)溯源。

技術(shù)特征：

1.一種儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，基于所述電池?zé)崾Э毓收夏K，通過改變熱失控源位置對所述電池艙仿真模型的各個編號開展熱失控蔓延仿真，構(gòu)建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫的過程包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種儲能電池柜熱失控模擬故障數(shù)據(jù)庫搭建與反演定位方法，包括以下步驟：構(gòu)建電池艙仿真模型，并對電池艙仿真模型進(jìn)行區(qū)塊劃分并編號；構(gòu)建電池?zé)崾Э毓收夏K，基于電池?zé)崾Э毓收夏K，通過改變熱失控源位置對電池艙仿真模型的各個編號開展熱失控蔓延仿真，構(gòu)建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫；基于電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫，利用實時獲取的溫度數(shù)據(jù)對熱失控源位置進(jìn)行反演計算，初步定位故障區(qū)塊；在初步定位獲得的故障區(qū)塊內(nèi)，利用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，獲得熱失控源的最終定位信息。本發(fā)明結(jié)合熱失控蔓延機(jī)理搭建電池艙模擬故障數(shù)據(jù)庫，并使用尋優(yōu)機(jī)制進(jìn)行反演定位可有效判斷熱失控發(fā)生部位，實現(xiàn)故障精準(zhǔn)溯源。

技術(shù)研發(fā)人員：謝軍,鄭炎,張雨桐,李巖,謝慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26