[发明专利]一种基于声信号的锂电池热失控定位系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于声信号的锂电池热失控定位方法，属于锂电池安全技术领域，首先构建四元平面麦克风矩阵系统，对电池舱内安全阀开启声信号进行采集和识别，该安全阀对应的锂电池为目标锂电池；再获取四元平面麦克风矩阵系统中各声音传感器接收到安全阀开启声信号的时延；最后采用时延定位算法，结合所述距离对目标锂电池进行定位分析，得出该目标锂电池的定位结果；本发明引入锂电池安全阀打开声音信号作为热失控定位信号，能够提供精准的定位信息，为后续消防措施等措施提供针对性。

技术领域

本发明涉及锂电池安全技术领域，具体涉及一种基于声信号的锂电池热失控定位系统及方法。

背景技术

近年来，大规模储能电站近年来得到了广泛发展，锂离子电池因其具备良好的能量密度和充放电次数，是发展大规模储能电站的优质载体。此外，直流电源作为重要的变电站内供电保障设备，支撑全站安全、稳定、智能化运行，其本身也需实现高可靠、高安全和智能化。目前，变电站采用的铅酸电池直流电源系统，其寿命短、可靠性差、笨重。运行维护主要依赖人工操作，工作量大、成本高。锂电池寿命长、温度特性好、可靠性高，被视为铅酸电池的理想替代，近年来出现了以锂离子电池替代铅酸电池的趋势，并开展了一些试点工作。

但锂离子电池自1991年首次商业应用以来，容易发生热失控的特性以及充放电过程的滥用等给应用带来了一定危险，也阻碍了锂离子电池在大规模储能电站中的应用。例如，2018年7月韩国灵岩道风电场内储能设备发生火灾事故，造成706m2规模电池建筑和3500块以上锂电池全部烧毁，经济损失超过400万美元。

电化学储能应用面临的安全风险主要包括以下两个方面:①电池是一种含高能物质的部件，管理不当存在火灾及爆炸风险。现阶段储能相关消防风险安全评估和预案措施缺位，电化学储能电池系统缺少内部可控的安全设计，而目前应用最为广泛的七氟丙烷灭火剂，其有效性尚未得到检验。②电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)方面，技术水平参差不齐，可能出现模拟量测量功能失效、电池管理系统报警功能失效、本地运行状态显示功能失效等故障，这都有可能引发电池管理系统保护功能不反应，若不能及时发现电池或系统故障，将引发更大的事故，导致电池组设备损坏等。

由于电化学储能舱内热失控原因众多，现有技术并不能完全防止热失控的发生。因此迫切需要一种预警技术能够在锂电池发生热失控时及时进行识别预警，进而采取有效措施避免储能舱起火爆炸。

在锂离子硬壳电池的设计制造中为了避免密封的金属外壳发生爆炸，都会在顶部配有一个安全阀，安全阀是锂电池的标配，也是最重要的一道防爆屏障。当电池内部发生热失控事，内部化合物受热膨胀，压力过大时，其顶部安全阀会开启排气减压，避免爆炸。但是，当安全阀开启之后，电池内部泄露出的化学物质在高温的条件下会与空气中的氧气发生化学反应，仍然有可能出现起火的情况。专利一种基于锂电池安全阀打开声信号检测的热失控预警方法(申请号：201910529522.3)，将安全阀打开声音作为预警信号能够为锂离子硬壳电池热失控提供早期预警，为后期采取消防措施提供充足时间，有效避免更大范围的损失。声音作为预警信号，具有传播速度快散射能力强的优点，因此对传感器安装位置要求不高，单个声音探测器就能实现对整个电池舱内声音环境的的检测，且声音探测器价格低廉，安装简易，不需要对现有电池舱进行大规模改造。

在对电池舱内早期热失控进行识别后，一般以全电池舱断电作为处理手段，事后检修需要对电池进行单个排查，目的性较差。而现有电池舱内部少则几百块锂电池，多则上万块，电池之间一般又有模组封装，单个排查费时费力。且全电池舱停机断电往往影响较大，带了难以估量的经济等事故损失。

发明内容

本发明的目的在于：本发明提供了一种基于声信号的锂电池热失控定位系统及方法，解决了目前无法有效对电池舱内热失控进行精准定位的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于声信号的锂电池热失控定位系统，包括四元平面麦克风矩阵、信号采集模块、分析识别模块和电源模块，