CN115876255A - 电池储能电站的氢气、温度复合监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法及装置，其中，方法包括：基于部署每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，并分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。从而实现了对电池储能电站细粒度的温度和氢气浓度的监测，提高了温度和氢气的准确性和时效性，降低了大数量级的电池储能电站温度和氢气监测的成本与部署难度。

Description

电池储能电站的氢气、温度复合监测方法及装置

技术领域

本申请涉及风险控制领域，尤其涉及一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法及装置。

背景技术

锂离子电池凭借其能量密度与功率密度大、能量转换效率高、循环寿命长和环境友好等诸多优点，广泛应用于储能系统。但是，随着电池老化，锂电池可能会发生热失控，导致温度急剧上升，并释放大量氢气，以至发生安全事故。因此，亟需一种安全可靠氢气、温度监测方法，以保障电池储能电站的安全稳定运行。

发明内容

本申请提出一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法及装置。具体方案如下：

本申请一方面实施例提供一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法，方法包括：

基于部署在每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤；

分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。

本申请另一方面实施例提供一种电池储能电站的氢气、温度复合监测装置，上述装置应用于服务器，包括：

获取模块，用于基于部署在每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤；

确定模块，用于分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。

本申请另一方面实施例提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；

其中，处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上述实施例的方法。

本申请另一方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上述实施例的方法。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提供的一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光纤部署的示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种光纤部署的示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种光纤部署的示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的一种电池储能电站的氢气、温度复合监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在电池储能电站中，通常采用基于电化学、电学型传感器监测氢气、温度。但是，该种传感器响应速度慢、寿命短，导致氢气、温度监测成本高、时效性差。此外，通过单个器件布点的检测方式监测氢气、温度，只能使氢气、温度的监测达到环境级，从而无法及时且准确的检测到各电池的温度及电池热失控时产生的氢气。而在电池数量庞大的储能系统中，如果通过布置单点传感器实现电芯级检测，成本昂贵且通讯难度大。

本申请中，通过基于部署在每个监测单元中的电池表面上的第一光纤及第二光纤，分别获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，并根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。从而提高了氢气和温度的准确性和时效性。

下面参考附图描述本申请实施例的电池储能电站的氢气、温度复合监测方法。

图1为本申请实施例提供的一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法的流程示意图。

本申请实施例的电池储能电站的氢气、温度复合监测方法，是由本申请实施例提供的电池储能电站的氢气、温度复合监测装置（以下简称监测装置）执行，该装置可配置于计算机设备、终端设备中，以实现对电池储能电站的氢气、温度的复合监测，提高氢气和温度的准确性和时效性。

如图1所示，该电池储能电站的氢气、温度复合监测方法，包括：

步骤101，基于部署每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤。

其中，监测单元可以电池簇、电池模组、电芯为单位划分，每个监测单元可以包含一个或多个电池簇，或者包含一个或多个电池模组，或者包含一个或多个电芯。本申请对此不作限制。

第二光纤表面涂有氢敏材料，比如，WO3/Pt氢敏材料。当电池发生热失控释放氢气时，WO3/Pt氢敏材料与氢气发生反应会释放出热量，致使第二光纤温度升高，从而基于第二光纤的测量的温度，即可确定氢气的浓度。当采用WO3/Pt作为氢敏材料时，首先可以将与SiO2性质相近的WO3溅射到光纤表面作为基底层，然后同时溅射WO3/Pt作为氢敏层，最后溅射5nm Pt作为保护层，可以抑制氢敏材料的劣化。

本申请中，由于光纤长达数十千米，并且可以随意弯曲。因此可以将光纤缠绕在每个监测单元中的电池表面，并间隔预设长度作为一个监测点，从而实现对大数量级的电池储能电站在电池簇级或模组级或电芯级上的氢气和温度的监测，提高电池储能电站监测的可靠性。

本申请中，可以控制光纤对应的光源发射器发射光线，根据光线在第一光纤传输过程中任意与温度测量相关的光学原理，确定各监测点的第一温度。同理，根据光线在第二光纤传输过程中任意与温度测量相关的光学原理，确定各监测点的第二温度。

此外，为了提高电池储能电站的氢气、温度复合监测的可靠性，可以将光纤在监测单元中的电池上弯曲布置多圈，以增加单个监测单元中的监测点，从而实现单个监测单元中不同位置的温度及氢气浓度监测。如图2所示，将光纤在监测单元中的电池上弯曲布置两圈。

进一步的，还可以将光纤在单个电芯上弯曲盘绕，如图3所示。从而实现单个电芯中不同位置的温度及氢气浓度监测，提高温度及氢气浓度监测的准确性及可靠性。

可以理解的是，由于光线在光纤中传输的速度较快，与预设的时间间隔即可实时获取各监测点的温度和氢气浓度，所以也有利于提高电池储能电站的氢气、温度监测的时效性。

步骤102，分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。

本申请中，各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，即为氢气与第二光纤表面的氢敏材料反应产生的温差。可以预先测试不同氢气浓度下第二光纤的温度增量，并对不同氢气浓度下第二光纤的温度增量进行拟合，建立氢气浓度与温度增量的关联函数。之后，可以根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值及关联函数，确定各监测点的氢气浓度。

可选的，由于采用一组足够长的光纤即可完成对一个电池预制舱温度和氢气浓度的监测。如图4所示。电池预制舱内规整排列多个电池簇2，其中，电池簇中包含多个电池模组，每个电池模组可以包括多个电芯。用于温度、氢气监测的一组光纤1在每个电池簇上弯曲布置一圈，以每一个电池簇作为温度、氢气浓度监测的独立单元。传感光纤穿过消防柜3最终汇总到监测装置4。从而仅采用一组光纤即可实现对一个电池预制舱内电池的温度及释放氢气的监测。因此，监测装置可以配置多个接口，每个接口连接一组光纤，每组光纤用于监测一个电池预制舱。从而实现对多个电池预制舱分布式的温度和氢气浓度监测，提高电池储能电站的氢气、温度复合监测的效率，降低部署监测装置的复杂度。

本申请中，基于部署每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，并分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。从而实现了对电池储能电站细粒度的温度和氢气浓度的监测，提高了温度和氢气的准确性和时效性，降低了大数量级的电池储能电站温度和氢气监测的成本与部署难度。

图5为本申请实施例提供的一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法的流程示意图。

如图5所示，该电池储能电站的氢气、温度复合监测方法，包括：

步骤501，以预设时间间隔控制第一光纤对应的激光器发射激光。

本申请中，监测装置中可以包括一个激光器。监测装置可以以预设时间间隔控制激光器发射激光，以实时对电池储能电站的氢气、温度的实时监测。

步骤502，基于参考后向散射光的接收时间与激光的发射时间的时间差，确定第一光纤和第二光纤中各监测点对应的目标后向散射光，其中，参考后向散射光为激光在第一光纤和第二光纤中的各位置产生的后向散射光。

本申请中，激光在光纤中传输时，在光纤的各位置都有可能发生拉曼散射，产生后向散射光。由于光线传输需要时间，不同位置后向散射光返回的时长不同。因此，可以根据第一光纤中各参考后向散射光的接收时间与激光的发射时间的时间差以及激光在第一光纤中的传播速度，确定第一光纤中各参考后向散射光对应的发生拉曼散射的位置。之后，可以将各监测点的位置，与第一光纤中各参考后向散射光对应的发生拉曼散射的位置进行匹配，确定各监测点在第一光纤中对应的目标后向散射光。同理，可以确定各监测点在第二光纤中对应的目标后向散射光。其中，参考后向散射光可以通过监测装置中的波分复用器检测确定。

步骤503，分别根据第一光纤和第二光纤中各监测点对应的目标后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光的强度，确定各监测点的第一温度和第二温度。

本申请中，可以通过监测装置中的光电探测器确定各目标后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光的强度。之后，根据第一光纤中各监测点对应的斯托克斯光的强度与反斯托克斯光的强度，计算出各监测点的第一温度。根据第二光纤中各监测点对应的斯托克斯光的强度与反斯托克斯光的强度，计算出各监测点的第二温度。

可选的，还可以基于第一光纤中各参考后向散射光的接收时间与激光的发射时间的时间差，确定各参考后向散射光对应的散射位置。之后，可以分别根据各参考后向散射光中斯托克斯光的强度与反斯托克斯光的强度，确定第一光纤中各参考后向散射光对应的散射位置的第一温度。然后，将各监测点对应的监测区间内的各散射位置的第一温度的均值，确定为各监测点的第一温度。同理，可以确定第二光纤中各参考后向散射光对应的散射位置及各散射位置对应的第二温度，并将各监测点对应的监测区间内的各散射位置的第二温度的均值，确定为各监测点的第二温度。从而可以提高确定第一温度和第二温度的准确性，进而有利于提高电池储能电站的氢气、温度监测的准确性。

步骤504，分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。

本申请中，步骤504的具体实现过程，可参见本申请任一实施例的详细描述，在此不再赘述。

本申请中，在以预设时间间隔控制第一光纤对应的激光器发射激光后，可以基于参考后向散射光的接收时间与激光的发射时间的时间差，确定第一光纤和第二光纤中各监测点对应的目标后向散射光，之后，分别根据第一光纤和第二光纤中各监测点对应的目标后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光的强度，确定各监测点的第一温度和第二温度，然后，分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。从而实现了对电池储能电站细粒度的温度和氢气浓度的监测，提高了温度和氢气的准确性和时效性，降低了大数量级的电池储能电站温度和氢气监测的成本与部署难度。

图6为本申请实施例提供的一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法的流程示意图。

如图6所示，该电池储能电站的氢气、温度复合监测方法，包括：

步骤601，基于部署每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤。

步骤602，分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。

本申请中，步骤601-步骤602的具体实现过程，可参见本申请任一实施例的详细描述，在此不再赘述。

步骤603，将各监测点对应的第一温度与氢气浓度保存在系统中。

本申请中，可以将各监测点对应的第一温度与氢气浓度保存在系统中，以便于对各监测点的第一温度与氢气浓度的追溯。

可选的，监测装置还可以将各监测点对应的第一温度与氢气浓度实时发送给对应的电池储能电站的氢气、温度复合监测系统。该监测系统可以可视化呈现各监测点对应的第一温度和氢气浓度。

步骤604，当任一监测点对应的第一温度大于第一阈值，和/或任一监测点对应的氢气浓度大于第二阈值时，根据任一监测点的位置生成异常提示信息。

本申请中，当第一温度大于第一阈值，说明第一温度过高，有发生电池热失控的可能性较大。氢气浓度大于第二阈值时，说明电池可能发生了热失控。因此，当任一监测点对应的第一温度大于第一阈值，和/或任一监测点对应的氢气浓度大于第二阈值时，可以生成包含该监测点的位置的异常提示信息，以便于安全员快速确定存在电池热失控风险的电池，及时做出热失控风险应对措施。可选的，还可以根据各监测点对应的历史时段内监测的第一温度和氢气浓度，训练用于预测各监测点下一时段的第一温度和氢气浓度的监测模型。之后，可以根据该模型及各监测点当前时刻对应的第一温度、氢气浓度，确定各监测点在下一时刻的预测温度和预测氢气浓度。从而实现对电池热失控的早起预警。

可选的，安全员在确定异常提示信息指示的监测点确定发生了热失控，或即将发生热失控后，可以通过监测装置的显示界面中触发异常提示信息对应的确认按钮。之后监测装置即可接收到异常提示信息的确认消息，并启动异常处理程序，以及时应对电池热失控风险，降低电池热失控带来的损失。

可选的，电池时间过长，电池的特性将发生改变。比如，电池使用时间过长电池老化，造成电池热失控的温度可能会下降。因此，可以利用预设时间段内各监测点在无异常情况下的第一温度的最大值更新第一阈值。从而提高了电池储能电站的氢气、温度复合监测的可靠性。

本申请中，在基于部署每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度后，分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度，之后，按照时间顺序，将各监测点对应的第一温度与氢气浓度保存在系统中，并当任一监测点对应的第一温度大于第一阈值，和/或任一监测点对应的氢气浓度大于第二阈值时，根据任一监测点的位置生成异常提示信息。从而在提高了温度和氢气的准确性和时效性的同时，提高了电池储能电站的氢气、温度复合监测的可靠性。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种电池储能电站的氢气、温度复合监测装置。图7为本申请实施例提供的一种电池储能电站的氢气、温度复合监测装置的结构示意图。

如图7所示，该电池储能电站的氢气、温度复合监测装置700包括：

获取模块710，用于基于部署在每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤；

确定模块720，用于分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。

在本申请实施例一种可能的实现方式中，上述获取模块710，用于：

以预设时间间隔控制一组光纤对应的激光器发射激光；

基于各参考后向散射光的接收时间与激光的发射时间的时间差，确定第一光纤和第二光纤中各监测点对应的目标后向散射光，其中，参考后向散射光为激光在第一光纤和第二光纤中的各位置产生的后向散射光；

分别根据第一光纤和第二光纤中各监测点对应的目标后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光的强度，确定各监测点的第一温度和第二温度。

在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括异常处理模块，用于：

将各监测点对应的第一温度与氢气浓度保存在系统中；

当任一监测点对应的第一温度大于第一阈值，和/或任一监测点对应的氢气浓度大于第二阈值时，根据任一监测点的位置生成异常提示信息。

在本申请实施例一种可能的实现方式中，上述异常处理模块，还用于：

在接收到异常提示信息的确认信息时，启动异常处理程序。

在本申请实施例一种可能的实现方式中，还包括：

更新模块，用于利用预设时间段内各监测点在无异常情况下的第一温度的最大值更新第一阈值。

需要说明的是，上述对电池储能电站的氢气、温度复合监测方法实施例的解释说明，也适用于该实施例的电池储能电站的氢气、温度复合监测装置，故在此不再赘述。

本申请中，基于部署每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，并分别根据各监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各监测点的氢气浓度。从而实现了对电池储能电站细粒度的温度和氢气浓度的监测，提高了温度和氢气的准确性和时效性，降低了大数量级的电池储能电站温度和氢气监测的成本与部署难度。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种计算机设备，包括处理器和存储器；

其中，处理器通过读取存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上述实施例的电池储能电站的氢气、温度复合监测方法。

为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例的电池储能电站的氢气、温度复合监测方法。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电池储能电站的氢气、温度复合监测方法，其特征在于，包括：

基于部署在每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个所述监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，所述一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤；

分别根据各所述监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各所述监测点的氢气浓度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于部署在每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个所述监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，包括：

以预设时间间隔控制所述一组光纤对应的激光器发射激光；

基于各参考后向散射光的接收时间与所述激光的发射时间的时间差，确定所述第一光纤和所述第二光纤中各所述监测点对应的目标后向散射光，其中，所述参考后向散射光为所述激光在所述第一光纤和所述第二光纤中的各位置产生的后向散射光；

分别根据所述第一光纤和所述第二光纤中各所述监测点对应的目标后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光的强度，确定各所述监测点的第一温度和第二温度。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

将各所述监测点对应的第一温度与氢气浓度保存在系统中；

当任一监测点对应的第一温度大于第一阈值，和/或所述任一监测点对应的氢气浓度大于第二阈值时，根据所述任一监测点的位置生成异常提示信息。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

在接收到所述异常提示信息的确认信息时，启动异常处理程序。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

利用预设时间段内各所述监测点在无异常情况下的第一温度的最大值更新所述第一阈值。

6.一种电池储能电站的氢气、温度复合监测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于基于部署在每个监测单元中的电池表面上的一组光纤，获取每个所述监测单元中至少一个监测点的第一温度和第二温度，其中，所述一组光纤至少包括一条用于测量电池本体的第一温度的第一光纤，一条用于测量电池外部的第二温度的表面涂有氢敏材料的第二光纤；

确定模块，用于分别根据各所述监测点对应的第一温度与第二温度的差值，确定各所述监测点的氢气浓度。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块，用于：

以预设时间间隔控制所述一组光纤对应的激光器发射激光；

基于各参考后向散射光的接收时间与所述激光的发射时间的时间差，确定所述第一光纤和所述第二光纤中各所述监测点对应的目标后向散射光，其中，所述参考后向散射光为所述激光在所述第一光纤和所述第二光纤中的各位置产生的后向散射光；

分别根据所述第一光纤和所述第二光纤中各所述监测点对应的目标后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光的强度，确定各所述监测点的第一温度和第二温度。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括异常处理模块，用于：

将各所述监测点对应的第一温度与氢气浓度保存在系统中；

当任一监测点对应的第一温度大于第一阈值，和/或所述任一监测点对应的氢气浓度大于第二阈值时，根据所述任一监测点的位置生成异常提示信息。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一所述的方法。

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