【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源电池热失效探测，具体涉及一种基于声波阵列的电池热失效定位系统和方法。
技术介绍
1、现代新能源储能的规模从小到大为电芯、电池包、电池簇、电池仓、储能站。电池包用于承载电芯，并配置各种探测器和传感器。当某个电芯发生热失效时，电芯内部会发生剧烈的化学反应，电芯温度急剧升高同时生成大量可燃气体，电芯内部不断增压，当气体达到一定压力时，电芯上的安全阀会爆裂，先喷射出高温气体，然后稍有停歇，间隔十几至几十秒后高温的可燃气体大量涌出，持续时间可长达数分钟。这个过程如果不采取抑制手段，电芯发热会蔓延到临近的电芯，最终导致电池包内所有电芯的过热甚至爆炸燃烧，燃烧剧烈时可烧毁整个储能站。电芯热失效发生的临界点约为140℃，如果电芯温度低于临界点，即使发生热失效也仅是电芯失效，不会造成严重后果，所以抑制系统启动越早越有利，而抑制系统依赖于消防探测系统的报警信号才能启动。
2、目前的电池包热失效探测器有温度、压力、气体传感器，声波探测器也已出现。限于电池包内部狭小空间，这些传感器只能安装在电池包的接线面板上，如果电池包内部离传感器较近的电芯发生热失效，除声波传感器外的传感器可能在几秒至几十秒的时间发出报警信号，但如果远离面板的电芯发生热失效，这些传感器的响应速度可能在1分钟以上，这时再对电池包注入抑制剂为时已晚。
3、当电芯发生热失效时，最早的能被探测的热失效特征除了温度急剧升高以外，就是电芯的安全阀会爆裂，由于声波的传播速度远大于热量的传递和气体的扩散，所以利用安全阀爆裂的声音来判断电池热失效是最有效的判
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于声波阵列的新能源电池热失效定位系统和方法，以解决现有热失效探测器响应速度慢，或者响应速度快但难以定位已失效电池包的问题。。
2、为了达到上述目的，本专利技术一方面提供一种基于声波阵列的电池热失效定位系统，其特征在于，包括：声波探测器、声波处理器和火灾报警控制器，所述多个声波探测器组成线型或面型分布的阵列，用以收集电池包内的声音；所述声波处理器安装于电池包外部，与每个声波探测器有线或无线连接，用以接收多个声波探测器的信号并进行判断，首先过滤掉阈值外的信号，再对阈值内的信号进行比较，筛选出最大幅值有效信号并将该信号的地址码发送到火灾报警控制器；所述火灾报警控制器接收到地址码后启动灭火程序，将灭火剂或抑制剂喷入已经发生热失效并被识别出来的电池包。
3、进一步的，所述声波探测器由麦克风和声波识别单元组成，用以接收并识别电池包的电芯安全阀的爆裂音，声波探测器安装于电池包上并设有单独的地址码，所述麦克风设置于电池包内。
4、另一方面，本专利技术还提供一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，包括：
5、声波识别单元接收安全阀爆破音，经声波预处理后选取第一声波特征参数；
6、所述声波识别单元基于特征选择算法从声波特征参数中提取最有代表性的特征并进行降维处理，以建立爆破音的判定标准；
7、所述声波识别单元获取麦克风采集电池包安全阀爆裂声音，经声波预处理后选取第二声波特征参数；
8、爆破音识别模型将第二声波特征参数与爆破音判定标准进行匹配，判断是否为安全阀爆破音，并将判定结果发送到声波处理器；
9、所述声波处理器接收各声波识别单元上传的爆破音特征数据，构建阈值，所述阈值用以过滤能够通过爆破音判定标准，但强度过高或过低的信号；
10、根据阈值对各单元的爆破音特征数据进行判定，选取阈值范围内的信号，然后对这些信号进行排序选出声音强度最大的信号，将该信号所对应的地址码发送给火灾报警控制器。
11、进一步的，所述声波预处理采用信号过滤算法以提高安全阀爆裂声音的信噪比和清晰度，所述信号过滤算法包括窗口移动平滑去噪、波束形成、自适应干扰抑制算法等。
12、进一步的，声波预处理后采用时频分析方法来提取安全阀爆破音的特征参数，所述特征包括信号的频率、幅度、能量、谱特性。
13、进一步的，所述特征选择算法选择声音强度特征pnm作为代表特征，pnm的取值可用声波传递函数表示如下：
14、
15、其中，pnm为声源n在麦克风m处产生的声信号强度，αnm为距离和传播介质相关的衰减系数，pn为声源n源点的声强度，ω为声波的角频率，为声源n到麦克风m的声波的相位。
16、进一步的，将所述声音强度特征pnm作为爆破音判定依据存入声波识别器中，其中m即为声波探测器的地址码。
17、进一步的，所述爆破音识别模型采用支持向量机(svm)、k最近邻算法(knn)、决策树或其他深度学习模型中的一种。
18、进一步的，根据不同样本的特征参数，采用平均加包络的方法设定上下公差线以确定所述阈值。
19、进一步的，所述阈值的判断和排序算法为：
20、
21、其中，pm为麦克风m的信号，jm为对应的电池，由此得出麦克风信号判断矩阵为：
22、
23、排序算法为：a＝max(j1，j2，…jm，)，a为发生问题的电池标号。
24、本专利技术提供一种基于声波阵列的电池热失效定位系统，包括：声波探测器、声波处理器和火灾报警控制器，多个声波探测器组成线型或面型分布的阵列，用以收集电池包内的声音；声波处理器安装于电池包外部，与每个声波探测器有线或无线连接，用以接收多个声波探测器的信号并进行判断，筛选出最大幅值信号并将该信号的地址码发送到火灾报警控制器；火灾报警控制器接收到地址码后启动灭火程序，将灭火剂或抑制剂喷入已经发生热失效并被识别出来的电池包，本专利技术相对于现有的温度、气体等探测器，声波探测器可以在更早期发现电芯的热失效并快速报警，将热失效定位精确到电池包。
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1.一种基于声波阵列的电池热失效定位系统，其特征在于，包括声波探测器、声波处理器和火灾报警控制器，所述多个声波探测器组成线型或面型分布的阵列，用以收集电池包内的声音；所述声波处理器安装于电池包外部，与每个声波探测器有线或无线连接，用以接收多个声波探测器的信号并进行判断，首先过滤掉阈值外的信号，再对阈值内的信号进行比较，筛选出最大幅值信号并将该信号的地址码发送到火灾报警控制器；所述火灾报警控制器接收到地址码后启动灭火程序，将灭火剂或抑制剂喷入已经发生热失效并被识别出来的电池包。
2.如权利要求1所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位系统，其特征在于，所述声波探测器由麦克风和声波识别单元组成，用以接收并识别电池包的电芯安全阀的爆裂音，声波探测器安装于电池包上并设有单独的地址码，所述麦克风设置于电池包内。
3.一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，
4.如权利要求3所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，所述声波预处理采用信号过滤算法以提高安全阀爆裂声音的信噪比和清晰度，所述信号过滤算法包括：窗口移动平滑去噪、波束形成、自
5.如权利要求4所述一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，声波预处理后采用时频分析方法来提取安全阀爆破音的特征参数，所述特征包括信号的频率、幅度、能量、谱特性。
6.如权利要求3所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，所述特征选择算法选择声音强度特征Pnm作为代表特征，Pnm的取值可用声波传递函数表示如下：
7.如权利要求6所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，将所述声音强度特征Pnm作为爆破音判定依据存入声波识别器中，其中m即为声波探测器的地址码。
8.如权利要求3所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，所述爆破音识别模型采用支持向量机(SVM)、k最近邻算法(KNN)、决策树或其他深度学习模型中的一种。
9.如权利要求3所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，根据不同样本的特征参数，采用平均加包络的方法设定上下公差线以确定所述阈值。
10.如权利要求9所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，所述阈值的判断和排序算法为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于声波阵列的电池热失效定位系统，其特征在于，包括声波探测器、声波处理器和火灾报警控制器，所述多个声波探测器组成线型或面型分布的阵列，用以收集电池包内的声音；所述声波处理器安装于电池包外部，与每个声波探测器有线或无线连接，用以接收多个声波探测器的信号并进行判断，首先过滤掉阈值外的信号，再对阈值内的信号进行比较，筛选出最大幅值信号并将该信号的地址码发送到火灾报警控制器；所述火灾报警控制器接收到地址码后启动灭火程序，将灭火剂或抑制剂喷入已经发生热失效并被识别出来的电池包。
2.如权利要求1所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位系统，其特征在于，所述声波探测器由麦克风和声波识别单元组成，用以接收并识别电池包的电芯安全阀的爆裂音，声波探测器安装于电池包上并设有单独的地址码，所述麦克风设置于电池包内。
3.一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，
4.如权利要求3所述的一种基于声波阵列的电池热失效定位方法，其特征在于，所述声波预处理采用信号过滤算法以提高安全阀爆裂声音的信噪比和清晰度，所述信号过滤算法包括：窗口移动平滑去噪、波束形成、自适应干扰抑制算...
【专利技术属性】
技术研发人员：程欣，
申请(专利权)人：应急管理部上海消防研究所，
类型：发明
国别省市：
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