电池储能系统热预警方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电池储能系统热预警方法及装置，其中，该方法包括：将电池储能系统转化为两节点电热模型并获取两节点电热模型中环境温度的历史数据及表面温度的历史数据；根据以上参数预测当前时刻的第一表面温度；建立多尺度LSTM网络，将历史表面温度、历史环境温度及电池的历史电热参数输入至多尺度LSTM网络，预测得到当前时刻第二表面温度；对第一表面温度及第二表面温度进行加权求和，计算得到当前时刻的耦合表面温度；建立以交叉熵作为损失函数的分类网络，将耦合表面温度输入至分类网络，以判断耦合表面温度是否达到或超过预设阈值；当耦合表面温度达到或超过预设阈值时对电池储能系统进行预警。可快速、准确的对电池储能系统进行预警。储能系统进行预警。储能系统进行预警。

【技术实现步骤摘要】
电池储能系统热预警方法及装置


[0001]本专利技术涉及电池储能系统智能故障诊断领域，特别涉及一种电池储能系统热预警方法及装置。

技术介绍

[0002]随着“风光水火储”一体化的提出，新能源的深度开发以及储能技术的应用备受关注。目前我国储能电站建设发展较快的是电化学储能，电化学储能具备配置灵活优势，其中，锂离子电池应具备能量密度高、循环寿命长、自放电低等优点，被广泛应用于电化学储能系统中。目前电化学储能优势明显，上升空间巨大，但在长时间运行的过程中面临着较为严重的安全问题，如电化学储能电池的异常及故障会导致热失控等严重问题，电池自燃甚至爆炸事故屡见不鲜，电池安全问题已成为限制其进一步应用发展的关键和难点。在电化学储能电站向更大规模集成的进程中，大规模电化学储能的实时监测、预警以及管控已成为不可忽视的重点环节。
[0003]在电池安全和预警方面，目前已有学者围绕电池热失控现象开展研究，针对锂电池在极限条件下温度、内阻、电压、内部气压、气体浓度等特征参数分析热失控过程的变化规律，分析总结了锂电池热失控机理发展过程以及早期安全预警的方法，并给出了建议型的报警指标范围。目前电池储能系统温度预警方法主要由基于数据驱动和模型法，然而单一的数据驱动法需要较多的计算时间，模型法则不具备较高的精确度。
[0004]针对现有技术中无法兼顾电池储能系统快速、准确预警的问题，目前还没有一个有效的解决方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种电池储能系统热预警方法及装置，建立两节点电热模型，基于该模型对表面温度进行预测，建立多尺度LSTM网络，并对表面温度进行预测，综合两个表面温度预测结果，得到耦合表面温度，基于耦合表面温度对电池储能系统进行多步超前预测，快速得到准确的结果，以解决现有技术中无法兼顾电池储能系统快速、准确预警的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种电池储能系统热预警方法，包括：将电池储能系统转化为两节点电热模型并获取两节点电热模型中环境温度的历史数据及表面温度的历史数据；其中，所述两节点电热模型包括：电热元件、内部节点与表面节点间的第一热阻、表面节点与外部环境间的第二热阻、内部节点对应的内部热容及表面节点对应的表面热容；所述第二热阻两端的温度分别为表面温度和环境温度；根据电热元件的历史电热参数、所述第一热阻、所述第二热阻、所述内部热容、所述表面热容、所述环境温度的历史数据和所述表面温度的历史数据预测当前时刻的第一表面温度；建立多尺度LSTM网络，将历史表面温度、历史环境温度及电池的历史电热参数输入至所述多尺度LSTM网络，预测得到当前时刻第二表面温度；对所述第一表面温度及第二表面温度进行加权求和，计算得到
当前时刻的耦合表面温度；建立以交叉熵作为损失函数的分类网络，将所述耦合表面温度输入至所述分类网络，以判断所述耦合表面温度是否达到或超过预设阈值；当所述耦合表面温度达到或超过预设阈值时对电池储能系统进行预警。
[0007]进一步可选的，所述根据电热元件的历史电热参数、所述第一热阻、所述第二热阻、所述内部热容、所述表面热容、所述环境温度的历史数据和所述表面温度的历史数据预测当前时刻的第一表面温度，采用下式计算：
[0008]T
surf
(k)＝aT
surf
(k
‑
1)+bT
surf
(k
‑
2)+cQ(k
‑
2)+dT
amb
[0009][0010][0011][0012][0013]其中，T
surf
(k)为k时刻的第一表面温度；Q(k)为k时刻的电池的热产生率；T
amb
为环境温度；C1为内部热容；C2为表面热容；R1为第一热阻，R2为第二热阻；a、b、c、d为待辨识参数。
[0014]进一步可选的，所述对所述第一表面温度及第二表面温度进行加权求和，计算得到当前时刻的耦合表面温度包括：根据第一表面温度与实际表面温度计算第一回归误差率，根据第二表面温度与实际表面温度计算第二回归误差率；根据第一回归误差率计算两节点电热模型对应的第一权重，根据第二回归误差率计算多尺度LSTM网络对应的第二权重；对所述第一权重与第二权重进行归一化，得到第一归一化权重及第二归一化权重；根据第一归一化权重、第一表面温度、第二归一化权重及第二表面温度计算得到所述耦合表面温度。
[0015]进一步可选的，任一回归误差率通过下式计算：
[0016][0017]其中，是时间t时刻的预测表面温度。T
surf,t
是t时刻的实际表面温度；n为每次更新权重所需的样本数，根据计算量与精度需求确定；E为最大误差，a是最终时刻的序号。
[0018]进一步可选的，所述交叉熵由以下公式计算：
[0019][0020]其中，概率分布p为预期输出，概率分布q为实际输出。
[0021]另一方面，本专利技术实施例还提供了一种电池储能系统热预警装置，包括：
[0022]电热模型建立模块，用于将电池储能系统转化为两节点电热模型并获取两节点电
热模型中环境温度的历史数据及表面温度的历史数据；其中，所述两节点电热模型包括：电热元件、内部节点与表面节点间的第一热阻、表面节点与外部环境间的第二热阻、内部节点对应的内部热容及表面节点对应的表面热容；所述第二热阻两端的温度分别为表面温度和环境温度；第一表面温度预测模块，用于根据电热元件的历史电热参数、所述第一热阻、所述第二热阻、所述内部热容、所述表面热容、所述环境温度的历史数据和所述表面温度的历史数据预测当前时刻的第一表面温度；第二表面温度预测模块，用于建立多尺度LSTM网络，将历史表面温度、历史环境温度及电池的历史电热参数输入至所述多尺度LSTM网络，预测得到当前时刻第二表面温度；耦合表面温度计算模块，用于对所述第一表面温度及第二表面温度进行加权求和，计算得到当前时刻的耦合表面温度；预测模块，用于建立以交叉熵作为损失函数的分类网络，将所述耦合表面温度输入至所述分类网络，以判断所述耦合表面温度是否达到或超过预设阈值；预警模块，用于当所述耦合表面温度达到或超过预设阈值时对电池储能系统进行预警。
[0023]进一步可选的，所述据电热元件的历史电热参数、所述第一热阻、所述第二热阻、所述内部热容、所述表面热容、所述环境温度的历史数据和所述表面温度的历史数据预测当前时刻的第一表面温度，采用下式计算：
[0024]T
surf
(k)＝aT
surf
(k
‑
1)+bT
surf
(k
‑
2)+cQ(k
‑
2)+dT
amb
[0025][0026][0027][0028][0029]其中，T
surf
(k)为k时刻的第一表面温度；Q(k)为k时刻的电池的热产生率；T
amb
为环境温度；C1为内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池储能系统热预警方法，其特征在于，包括：将电池储能系统转化为两节点电热模型并获取两节点电热模型中环境温度的历史数据及表面温度的历史数据；其中，所述两节点电热模型包括：电热元件、内部节点与表面节点间的第一热阻、表面节点与外部环境间的第二热阻、内部节点对应的内部热容及表面节点对应的表面热容；所述第二热阻两端的温度分别为表面温度和环境温度；根据电热元件的历史电热参数、所述第一热阻、所述第二热阻、所述内部热容、所述表面热容、所述环境温度的历史数据和所述表面温度的历史数据预测当前时刻的第一表面温度；建立多尺度LSTM网络，将历史表面温度、历史环境温度及电池的历史电热参数输入至所述多尺度LSTM网络，预测得到当前时刻第二表面温度；对所述第一表面温度及第二表面温度进行加权求和，计算得到当前时刻的耦合表面温度；建立以交叉熵作为损失函数的分类网络，将所述耦合表面温度输入至所述分类网络，以判断所述耦合表面温度是否达到或超过预设阈值；当所述耦合表面温度达到或超过预设阈值时对电池储能系统进行预警。2.根据权利要求1所述的电池储能系统热预警方法，其特征在于，所述根据电热元件的历史电热参数、所述第一热阻、所述第二热阻、所述内部热容、所述表面热容、所述环境温度的历史数据和所述表面温度的历史数据预测当前时刻的第一表面温度，采用下式计算：T
surf
(k)＝aT
surf
(k
‑
1)+bT
surf
(k
‑
2)+cQ(k
‑
2)+dT
ambambambamb
其中，T
surf
(k)为k时刻的第一表面温度；Q(k)为k时刻的电池的热产生率；T
amb
为环境温度；C1为内部热容；C2为表面热容；R1为第一热阻，R2为第二热阻；a、b、c、d为待辨识参数。3.根据权利要求1所述的电池储能系统热预警方法，其特征在于，所述对所述第一表面温度及第二表面温度进行加权求和，计算得到当前时刻的耦合表面温度包括：根据第一表面温度与实际表面温度计算第一回归误差率，根据第二表面温度与实际表面温度计算第二回归误差率；根据第一回归误差率计算两节点电热模型对应的第一权重，根据第二回归误差率计算多尺度LSTM网络对应的第二权重；对所述第一权重与第二权重进行归一化，得到第一归一化权重及第二归一化权重；根据第一归一化权重、第一表面温度、第二归一化权重及第二表面温度计算得到所述
耦合表面温度。4.根据权利要求3所述的电池储能系统热预警方法，其特征在于，任一回归误差率通过下式计算：其中，是时间t时刻的预测表面温度。T
surf,t
是t时刻的实际表面温度；n为每次更新权重所需的样本数，根据计算量与精度需求确定；E为最大误差，a是最终时刻的序号。5.根据权利要求1所述的电池储能系统热预警方法，其特征在于，所述交叉熵由以下公式计算：其中，概率分布p为预期输出，概率分布q为实际输出。6.一种电池储能系统热预警装置，其特征在于，包括：电热模型建立模块，用于将电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵珈卉，朱勇，张斌，刘明义，刘承皓，杨超然，平小凡，白盼星，段召容，成前，王建星，王娅宁，周敬伦，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：