CN116893011A - 一种储能设备温度监测报警方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种储能设备温度监测报警方法及其设备，属于储能设备健康管理领域。本发明提供一种使用电压指征温度的储能设备温度监测报警设备，在储能设备群使用过程中获取电压及位置数据；监测基准环境温度，通过迭代获得高精度储能单元表面温度数据，形成储能单元温度状态数据矩阵；根据精度及安全要求进行温度状态数据矩阵处理，获得储能单元温度空间梯度和温度时间梯度数据；根据梯度数据峰值及空间位置形成处理方式集合，对集合内的储能单元完成分级报警、分级跟踪。本发明能够对储能设备中储能单元温度健康实时监测、数据解析、精准定位与分级报警，最大限度地提升储能单元健康管控效率，降低储能单元更换频率，提高整体储能设备使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种储能设备温度监测报警方法及其设备，属于储能设备健康管理领域。
背景技术
由于新能源需求的不断提高，推动储能设备需求的不断发展。然而，目前储能设备难以突破储能容量逐渐减小、设备平均寿命短、充放电过程温升过高等技术瓶颈。其中，充放电过程温升过高问题直接导致储能设备长期处于高温状态，从而引起设备健康程度降低，最终诱发储能容量逐渐减小、设备平均寿命短等其他弊病。因此，为实现在超过一定温度限制时对储能设备进行主动温度干预或检修更换，需要对储能设备温度进行实时监测并完成非健康储能单元定位。
对于各类型固态物体温度测量，常见的测温装置有酒精温度计、水银温度计等，但这些设备的温度测量量程较小，无法满足储能设备高温、大范围的温度测量需求。其次，常见温度装置的测量方式多为手持或支架夹持测量，无法实现实时数据读取传输以及大范围高密度温度点位的测量。再者，温度测量设备多通过体积较大的表盘指针或刻度实时展示温度数值，既不易读取记录非稳态温度数据，又不易在空间有限的情况下实时测量温度。
而储能设备充放电过程中设备温升较快、难以稳定在某一数值上，既需要时域内跟踪测量又不易读取；同时储能设备充放电过程中设备温度过高，不适宜人员手持测量并对测量仪器量程和耐高温性能要求较高；而且储能设备一般采取紧密布置形式，其储能单元之间热传导现象容易影响储能设备温度健康判断，降低整体管理精确度。因此亟需一种能实现实时监测、单元定位、健康诊断的储能设备温度监测报警方法以及实现该方法的设备。
发明内容
本发明的目的是提出一种储能设备温度监测报警方法，还提供实现该方法的一种储能设备温度监测报警设备，实现高排布密度储能设备群的集中式、点对点温度监测与报警。本发明具有精度高、实时性高、无需外接电源的优点。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种储能设备温度监测报警方法，包括如下步骤：
步骤S1，对储能设备群的储能单元一对一布置基于温差发电原理的温度监测报警设备，记录装置序号、位置数据，并在储能设备群使用过程中获取电压数据信号；
步骤S2，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，并对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据，完成各储能单元温度状态标记，获得储能单元温度状态数据矩阵；
步骤S3，根据精度要求和安全要求，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间和时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度和温度时间梯度数据。
步骤S4，根据精度要求和安全要求，求得需关注点位的梯度数据峰值及空间位置焦点，将处理结果对应储能单元点位分类标记为各健康程度类型点位，获得各类型健康程度集合，实现高排布密度储能设备群的集中式、点对点温度监测。根据获得各类型健康程度集合完成处理方式集合运算，并对不同处理方式集合内的储能单元进行分级处理，提升电池组健康管控效率，降低整体电池组更换频率，提高储能设备的使用寿命。所述处理包括报警、保留关注、取消关注。
所述步骤S1具体为：将所述在高排布密度储能设备群的不同位置点位储能单元上，布置温度监测报警设备，一对一标记序号，并获得各个点位的位置数据以及与储能单元表面温度相关的电压信号。
所述步骤S2具体包括：
步骤S201，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，获得信号解析基础数据；
步骤S202，对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据；
步骤S203，根据储能单元温度健康许用值，考虑一般实施例中的经济性需求，完成各储能单元温度状态标记；
步骤S204，完成所有点位储能单元信号解析及温度状态标记，形成基于位置信息的储能单元温度状态数据矩阵。
所述步骤S202具体方法为：根据温差发电原理，通过测得基准环境温度，将各个储能单元上测得的电压信号高精度转化为储能单元表面温度数据，并通过多次迭代运算提高信号解析精度，具体计算公式为：
其中，Tch为外侧导热片温度即储能单元表面温度，U0为电压信号,R0为包括信号灯在内的负载总电阻，n为测温区P型半导体与N型半导体对数(常数)，l为每对P型半导体与N型半导体长度，β为半导体长度换算系数，c为加工圆角半径，σ为半导体电导率，a为半导体厚度，b为半导体宽度，ε为半导体截面积校准系数，αp为设备测温区P型半导体塞贝克系数(与储能单元表面温度和环境温度相关)，αn为设备测温区N型半导体塞贝克系数(与储能单元表面温度和环境温度相关)，Ten为外侧导热片温度即基准环境温度,T0为系统校准因子。
所述步骤S203具体步骤为：将解析得的温度数据与所监测的储能单元温度健康范围比对，出于经济性考虑安全系数，标记温度状态，具体方式为：
若温度远小于温度健康阈值，则将该设备点位标记为健康状态；
若温度接近温度健康阈值一定区间内，则将该设备标记为关注状态；
若温度处于已知储能设备温度健康阈值临界范围内，则将该设备标记为重点关注状态；
若温度超过温度健康阈值但小于经济性安全阈值，则将该设备标记为重点监测状态；
若温度超过经济性安全阈值，则将该设备标记为报警状态。
所述步骤S3具体包括：
步骤S301，根据温度监测需求精度，设置监测时间窗口宽度，根据设备安全需求，设置观察时间窗口宽度；
步骤S302，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度数据；
步骤S303，对需关注的各温度状态储能单元进行基于时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度时间梯度数据。
所述步骤S302具体步骤为：对于具体时刻，以所有温度状态标记为关注状态及以上的储能单元作为空间边界，形成储能单元温度监测关注区域，对该区域内所有点位进行该时刻下的温度空间梯度计算，温度空间梯度方向以及温度空间梯度大小。
所述步骤S303具体步骤为：将处于具体时刻的温度时间梯度定义为在监测时间窗口内的令温度局部线性回归模型的加权损失函数最小化的斜率最优解，同时考虑数据精度引入遗忘因子，对所有温度状态标记为重点关注状态及以上的储能单元进行温度时间梯度计算，具体公式为：
其中，gradt为温度时间梯度，t∈[t0-tmon+Δt,t0]为监测时间窗口，tmon为监测时间窗口宽度，Δt为相邻采样时间间隔,Tch为解析得到的储能单元温度数据，ρ为遗忘因子常数(ρ∈(0,1))。
所述步骤S4具体包括：
步骤S401，根据精度要求和安全要求，求得步骤S3所涉及点位的温度时间梯度最大值、温度空间梯度最大值对应直线、温度空间梯度方向法平面围成的空间；
步骤S402，将处理结果对应储能单元点位分类标记为各健康程度类型点位并获得各类型健康程度集合；
步骤S403，在观察时间窗口内，根据获得各类型健康程度集合完成处理方式集合运算，并对不同处理方式集合内的储能单元进行分级报警、分级跟踪，提升电池组健康管控效率，降低整体电池组更换频率，提高储能设备的使用寿命。
所述步骤S402具体步骤为：根据储能设备群温升速率性能设置温度时间梯度安全阈值，完成储能单元点位分类标记：
若温度时间梯度大于温度时间梯度安全阈值，则将序号i点标记为A1类重点监测位置点，纳入A1健康程度集合，同时锁止温度状态标记值；
若温度时间梯度为该轮次采样最值，则将序号i点标记为A1类重点监测位置点，纳入A2健康程度集合，同时锁止温度状态标记值；
若储能单元点位位于温度空间梯度最大值对应直线上，则将序号i点标记为B1类重点监测位置点，纳入B1健康程度集合，同时锁止温度状态标记值；
若储能单元点位位于温度空间梯度方向法平面围成的空间内，则将序号i点标记为B2类重点监测位置点，纳入B2健康程度集合，同时锁止温度状态标记值；
所述步骤S403具体步骤为：对观察时间窗口范围内的各健康程度类型点位进行分级跟踪观察及处理：
若该点仅属于单一集合且仅标记过一次，则对该位置点取消该类型重点监测标记，并令温度状态标记值取消锁止且温度状态减小一级；
若该点仅属于单一集合但标记次数大于一次，则对该位置点保留该类型重点监测标记，将温度状态标记值取消锁止，按五级报警点进行警报；
若该点同时属于A1和B1两类，按四级报警点进行警报；
若该点同时属于A1和B2两类，按三级报警点进行警报；
若该点同时属于A2和B1两类，则令温度状态增加一级并锁止，按二级报警点进行警报；
若该点同时属于A2和B2两类，则令温度状态增加一级并锁止，按一级报警点进行警报。
为实现上述方法，本发明第二方面还公开一种储能设备温度监测报警设备，包括测温区和报警区。
所述测温区包括内侧导热片、内侧电极片、P型半导体、N型半导体、外侧电极片、外侧导热片；所述报警区包括设备盒、设备盖、绝缘隔热垫、指示灯及导线和信号线。
内侧导热片紧贴储能设备外表面或待测温面，外侧导热片暴露于储能设备外环境中；储能设备工作时表面温度升高与储能设备外部环境温度形成温度差；内侧导热片将储能设备表面温度传导至内侧电极片以及P型半导体和N型半导体内侧面；外侧导热片将储能设备表面温度传导至外侧电极片以及P型半导体和N型半导体外侧面；P型半导体和N型半导体因塞贝克效应在两端温差下内部产生电流；该电流通过内侧电极片与外侧电极片，在测温区电极两侧产生电压；设备盒承装测温区部件，并在使用时粘贴于储能设备表面；设备盖固定测温区部件及指示灯；绝缘隔热垫环衬于测温区外侧；内部导线布置于设备盒内侧，通过测温区部件产生电压为指示灯供电；信号线布置于设备盒内侧，向外输出电压信号及设备对应位置信息。
所述测温区形成电路通路的两端电压大小与温差成正比，通过传输简单的电压信号进行一一对应地指征不易传输的温度信号，同时能够通过增加P型半导体与N型半导体的对数或测温区面积来实现电压信号放大。
该设备两端温度不同时，所述测温区电路通路两端自主产生与温差大小成正比的电压，其电能供给到报警区具有色温调节功能的指示灯，该指示灯色温随电压增大而增大，同时报警区信号端口处可连接电压信号线，对外输出电压信号。
所述储能设备温度监测报警设备不直接进行温度数据的测量、读取与传输，采用更易传输的电压信号以指征不易传输的温度数据，其体积小且量程大，方便测点布置与多点位温度同时测量。
所述储能设备温度监测报警设备无需外部供电，实时监测储能设备表面温度变化，通过信号线向本发明的储能设备温度监测报警系统传输电压信号，其指示灯实时通过颜色变化指示储能设备温度健康情况，方便设备管理人员检修。
所述储能设备温度监测报警设备可以粘附于不同储能设备表面，实现不同储能设备集中温度健康管理，还能够粘附于同一储能设备的不同储能单体表面，实现同一储能设备各位置温度健康管理。
所述储能设备温度监测报警方法及其设备可应用于大型储能园区的集中温度健康管理、中型储能系统的超温报警以及车载或房屋内的小型储能设备内部储能单体温度健康监测定位与报警等。
有益效果：
本发明的一种储能设备温度监测报警方法，通过将本发明的一种储能设备温度监测报警设备点对点布置在储能单元上，每次传输指征温度的电压信号和既定位置信息两组数据，依据既定温度健康阈值标记温度状态，形成储能单元温度状态数据矩阵，相比于热成像的方法，以更少参数量和较小数据量实现储能单元温度状态监测与存储，运算量和数据存储空间更小，进而具有更高的实时性；
本发明的一种储能设备温度监测报警方法，通过求解储能单元温度空间梯度和温度时间梯度，监测储能单元温度变化速率和方向，综合监测储能单元之间的热传导现象影响情况，相比仅关注单一储能单元的温度数据限值监测及报警方法，实现各储能单元分级管理及定位，满足高排布密度储能设备分级监测与报警需求，监测报警结果位置精确度高；
本发明的一种储能设备温度监测报警方法，通过设置监测时长、观察时长以及温度时间梯度遗忘因子，完成温度时间梯度求解参数调整和重点储能单元点位观察时间调整，适应不同精度与安全要求下的储能设备温度健康监测需求，削弱数据异常值对报警点分类的影响，监测报警结果数值精确度高；
本发明的一种储能设备温度监测报警设备，采用温差发电原理，利用储能设备工作时与环境温度的温差产生电压，一方面可传输出电压信号，相比传统数显方式的储能设备温度传感器体积更小、信号传输更简单、数据体量更小、更易实现实时读取，更加便于实时数据监测；另一方面无需外接电源，可实现自主供电，可通过设备表面指示灯实时指征储能设备温度健康情况，相比依靠电源线供电或使用电池供电的储能设备温度传感器布设难度减小、维护频次减少，提升储能单元健康管控效率，降低储能单元更换频率，提高整体储能设备使用寿命。
附图说明
图1为本发明所述储能设备温度监测报警方法；
图2为本发明所述储能单元温度状态数据矩阵解析方法示意图；
图3为本发明所述电压信号解析方法示意图；
图4为本发明所述梯度数据处理方法示意图；
图5为本发明所述数据分析及分级报警方法示意图；
图6为本发明所述设备主要结构示意图；
图7为本发明所述设备设备外侧视角外部示意图；
图8为本发明所述设备设备外侧视角内部示意图；
图9为本发明所述设备设备内侧视角外部示意图；
图10为本发明所述设备设备内侧视角内部示意图；
图11为本发明所述设备测温区及外侧导热片示意图；
其中，1—设备盒、2—设备盖、3—绝缘隔热垫；4—内侧导热片；5—P型半导体；6—N型半导体；7—外侧电极片；8—外侧导热片；9—内侧电极片；10—指示灯；11-电压输出口；12-信号输出口；13-设备盒黏贴面；14-指示灯孔；15-垫限位块；16-接线端电极片；17-接线端子；18-接线限位屏。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本实施例公开的一种储能设备温度监测报警设备，如图6-图11所示，包括测温区和报警区。所述测温区内侧导热片4，内侧电极片9，P型半导体5，N型半导体6，外侧电极片7，外侧导热片8；所述报警区包括设备盒1，设备盖2，绝缘隔热垫3，指示灯10，接线端电极片16、接线端子17、接线限位屏及导线和信号线。该设备其他辅助结构包括绝缘隔热垫3的电压输出口11，设备盒1的信号输出口12、设备盖2的垫限位块15、设备盒黏贴面13及指示灯孔14。
具体的，所述设备盒黏贴面13与待测储能单元表面相接触并固定，使内侧导热片4紧贴储能设备外表面或待测温面，外侧导热片8暴露于储能设备外环境中；储能设备工作时表面温度升高与储能设备外部环境温度形成温度差；内侧导热片4将储能设备表面温度传导至内侧电极片9以及P型半导体5和N型半导体6内侧面；外侧导热片8将储能设备表面温度传导至外侧电极片7以及P型半导体5和N型半导体6外侧面；P型半导体5和N型半导体6因塞贝克效应在两端温差下内部产生电流；该电流通过内侧电极片9与外侧电极片7，在测温区电极两侧产生电压；设备盒1承装测温区部件，并在使用时粘贴于储能设备表面；设备盖2固定测温区各部件，并通过指示灯孔14固定指示灯10；绝缘隔热垫3环衬于测温区外侧，并通过垫限位块15进行固定；内部导线布置于设备盒1内侧，通过测温区部件产生电压为指示灯10供电；接线端子17与接线端电极片16相连，接线限位屏18有效保护接线端子17及与其连接的信号线与半导体绝缘；信号线布置于设备盒1内侧，连接接线端子17并依次通过电压输出口11和信号输出口12，向外输出电压信号及设备对应位置信息。
所述内侧导热片与外侧导热片采用导热性能良好且电绝缘的陶瓷材料，可以低损耗、低延迟地实现导热，并避免分布粘附在其上的电极片之间通过非P型半导体或N型半导体的结构实现联通，厚度不低于1mm。
所述测温区P型半导体与N型半导体交错平铺于测温区，组成半导体矩阵，相同类型半导体不相邻，半导体高度为导热片0.6～2倍。
优选的，根据本发明实施例储能设备温度测量量程需求以及实际可布设空间尺寸限制，设计储能设备温度监测报警设备内侧导热片4与外侧导热片8的厚度均为4mm、导热面尺寸均为30mm×30mm，P型半导体5和N型半导体6高度均为3mm，按10×10方式均布，单一储能设备温度监测报警设备整体外部尺寸为12mm×50mm×50mm。
优选的，根据本发明实施例，采用黏贴的方式对储能设备温度监测报警设备与储能单元进行表面连接与固定，采用耐高温的粘合剂将设备盒1的设备盒黏贴面13与储能设备表面进行黏贴，为保障黏贴后内侧导热片4的导热面仍与待测温表面紧密接触，制造时对设备盒1的厚度尺寸采取以与设备2装配面为基准、在公称尺寸8mm基础上采用-0.10mm上偏差和-0.50mm下偏差。
为助于信号放大作用，采取串联方式链接各半导体及电极片，所述测温区内侧电极片与外侧电极片每片均只连接一个P型半导体与一个N型半导体，每片电极片均完整覆盖住所连接的P型半导体与N型半导体的端面，接触面采用少量导热耐高温粘合剂粘连，各电极片相互间不交叉、不接触，仅通过串联P型半导体与N型半导体而形成唯一且完整的一条电路通路，该通路连接测温区内所有P型半导体与N型半导体，该通路电源正负极位于接线端子处。
具体的，所述设备工作时测温区形成电路通路的两端电压大小与温差成正比，可以通过传输简单的电压信号进行一一对应地指征不易传输的温度信号，同时可以通过增加P型半导体与N型半导体的对数或测温区面积实现电压信号放大。
进一步的，该设备两端温度不同时，所述测温区电路通路两端自主产生与温差大小成正比的电压，其电能供给到报警区具有色温调节功能的指示灯，该指示灯色温随电压增大而增大，实现储能设备现场监测异常情况可视化展示；同时报警区信号端口处可连接电压信号线，对外输出电压信号。
根据本发明实施例，如图1所示，完成储能设备温度监测报警设备布设、数据采集、数据处理及报警操作，具体为：
S1，对储能设备群的储能单元一对一布置基于温差发电原理的温度监测报警设备，记录装置序号、位置数据，并在储能设备群使用过程中获取电压数据信号；
S2，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，并对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据，完成各储能单元温度状态标记，获得储能单元温度状态数据矩阵；
S3，根据精度要求和安全要求，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间和时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度和温度时间梯度数据。
S4，根据精度要求和安全要求，求得需关注点位的梯度数据峰值及空间位置焦点，将处理结果对应储能单元点位分类标记为各健康程度类型点位并获得各类型健康程度集合，实现高排布密度储能设备群的集中式、点对点温度监测。根据获得各类型健康程度集合完成处理方式集合运算，并对不同处理方式集合内的储能单元进行处理，提升电池组健康管控效率，降低整体电池组更换频率，提高储能设备的使用寿命。所述处理包括报警、保留关注、取消关注。
根据本发明实施例，步骤S1具体为：将实施例所述设备按1m间隔布置在外部尺寸为2m×2m×3m高排布密度储能设备群的不同位置点位储能单元表面中心，布置4排每排9组总计36个，并一对一标记序号i(i＝1,2,…,36)，并获得各个点位的位置数据(xi，yi，zi)以及与储能单元表面温度相关的电压信号U0,i。
根据本发明实施例，如图2所示，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，并对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据，完成各储能单元温度状态标记，获得储能单元温度状态数据矩阵，具体为：
S201，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，获得信号解析基础数据；
S202，对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据；
S203，根据储能单元温度健康许用值，考虑一般实施例中的经济性需求，完成各储能单元温度状态标记；
S204，完成所有点位储能单元信号解析及温度状态标记，形成基于位置信息的储能单元温度状态数据矩阵。
根据本发明实施例，步骤S201具体为：在系统初次使用前通过与高精度温度计测量结果校准，获得系统校准因子T0(K)，并使用与储能设备群非接触式的温度检测设备测得基准环境温度Ten(K)。
根据本发明实施例，步骤S202具体为：将各个储能单元上测得的电压信号高精度转化为储能单元表面温度数据，并通过多次迭代运算提高信号解析精度，具体计算公式为：
其中，Tch为外侧导热片温度即储能单元表面温度(K)，U0为电压信号(V),R0为包括信号灯在内的负载总电阻(Ω)，n为测温区P型半导体与N型半导体对数(常数)，l为每对P型半导体与N型半导体长度(m)，β为半导体长度换算系数(1/m)，c为加工圆角半径(m)，σ为半导体电导率(S/m)，a为半导体厚度(m)，b为半导体宽度(m)，ε为半导体截面积校准系数(m2)，αp为设备测温区P型半导体塞贝克系数(V/K,与储能单元表面温度和环境温度相关)，αn为设备测温区N型半导体塞贝克系数(V/K，与储能单元表面温度和环境温度相关)，Ten为外侧导热片温度即基准环境温度(K),T0为系统校准因子(K)。
进一步的，根据本发明实施例，关于多次迭代运算提升数据解析精度的方法为：根据半导体塞贝克系数与储能单元表面温度和环境温度相关特性，该公式求解时需根据图3所示方法，输入半导体对数、长度、厚度、宽度、长度转换系数、截面积校准系数以及负载总电阻等设备固定参数，在系统初次使用前通过与高精度温度计测量结果校准得到系统校准因子T0，对于某一具体时刻t，根据环境温度传感器测得实时基准环境温度Ten(t)，设置初始储能单元表面温度为Tch(t,0)＝Ten(t)，根据储能单元表面温度与基准环境温度数值获取对应半导体塞贝克系数数值并代入公式(1)进行求解，若计算结果Tch(t,n+1)-Tch(t,n)≥εagree(n为计算迭代次数，n＝0,1,2，……；εagree为可接受误差值)则将新获得的储能单元表面温度与基准环境温度数值获取对应半导体塞贝克系数数值并代入公式(1)进行求解并重复该循环，若计算结果Tch(t,n+1)-Tch(t,n)<εagree则完成对实时反馈的电压信号U0的解析，获得储能单元表面温度数据。
根据本发明实施例，所述步骤S203具体步骤为：将解析得的温度数据与所监测的储能单元温度健康许用值Tlim比对，出于经济性考虑安全系数s＝1～1.08，完成温度状态标记：
若Tch,i≤70％Tlim则将该设备点位标记为健康状态，令温度状态标记值m＝1；
若70％Tlim<Tch,i≤90％Tlim则将该设备标记为关注状态,令温度状态标记值m＝2；
若90％Tlim<Tch,i≤100％Tlim则将该设备标记为重点关注状态,令温度状态标记值m＝3；
若100％Tlim<Tch,i≤s*100％Tlim则将该设备标记为重点监测状态,令温度状态标记值m＝4；
若Tch,i>s*100％Tlim则将该设备标记为报警状态,令温度状态标记值m＝5。
根据本发明实施例，所述步骤S204具体步骤为：完成对于全部序号为i的储能单元点位电压信号U0,i(t)的解析及温度状态标记，获得所有不同位置点位实时表面温度数据Tch,i(t)以及储能单元温度状态标记mi，结合各储能单元位置数据(xi，yi，zi)，形成基于位置信息的储能单元温度状态数据矩阵Ai＝[Tch，,i(t),t,mi,xi,yi,zi]，用以精准监测储能设备各部位温度健康情况。
根据本发明实施例，如图4所示，根据精度要求和安全要求，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间和时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度和温度时间梯度数据，具体包括：
步骤S301，根据温度监测需求精度，设置监测时间窗口宽度为tmon，根据设备安全需求，设置观察时间窗口宽度为tobs；
步骤S302，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度数据；
步骤S303，对需关注的各温度状态储能单元进行基于时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度时间梯度数据。
具体的，根据本发明实施例及信号处理原理，步骤S301中为保障经采样后解析得到的温度数据经处理过程后不失真，在采样频率为1/Δt情况下，设置监测时间窗口宽度tmon>2.56Δt，设置观察时间窗口宽度tobs>2.56Δt。
根据本发明实施例，所述步骤S302具体步骤为：对于任意时刻t，以所有温度状态标记为mi≥2的储能单元作为空间边界，形成储能单元温度监测关注区域，对该区域内所有点位进行该时刻下的温度空间梯度计算，序号为i点位的温度空间梯度方向为：
序号为i点位的温度空间梯度大小为：
根据本发明实施例，所述步骤S303具体步骤为：将处于t＝t0时刻的时间梯度定义为在t∈[t0-tmon+Δt,t0]监测时间窗口内的局部线性回归模型加权损失函数最小化的斜率最优解，
进一步的，根据本发明实施例，考虑时间间隔越长对计算时刻温度时间梯度实际影响越小，为提升数据精度，引入遗忘因子常数ρ∈(0,1)，则对所有温度状态标记为mi≥3的储能单元进行温度时间梯度计算，具体公式为：
其中，gradt为温度时间梯度(K/s)，t∈[t0-tmon+Δt,t0]为监测时间窗口，tmon为监测时间窗口宽度(s)，Δt为相邻采样时间间隔(s),Tch为解析得到的储能单元温度数据(K)，ρ为遗忘因子常数(ρ∈(0,1))。
优选的，根据本发明实施例，储能单元自身热散失速率较慢，且储能设备群内储能单元布置方式为多层多排、整体呈立方体形式布置，热传导效果较好，取遗忘因子常数为ρ＝0.95。
根据本发明实施例，如图5所示，依据精度要求和安全要求，求得需关注点位的梯度数据峰值及空间位置焦点，将处理结果对应储能单元点位分类标记为各健康程度类型点位并获得各类型健康程度集合，完成处理方式集合运算，并对不同处理方式集合内的储能单元完成报警、保留关注、取消关注等处理。具体包括：
S401，根据精度要求和安全要求，求得步骤S3所涉及点位的温度时间梯度最大值gradt,max、温度空间梯度最大值对应直线温度空间梯度方向法平面围成的空间M；
S402，将处理结果对应储能单元点位分类标记为各健康程度类型点位并获得各类型健康程度集合；
S403，在观察时间窗口内，完成处理方式集合运算，对不同处理方式集合内的储能单元完成报警、保留关注、取消关注等处理。
根据本发明实施例，所述步骤S402具体步骤为：根据储能设备群温升速率性能设置温度时间梯度安全阈值Gt,lim，完成储能单元点位分类标记：
若gradt-mag,i(t)>Gt,lim则将序号i点标记为A1类重点监测位置点，纳入A1健康程度集合，同时令温度状态标记值mi(t+1)＝mi(t)并锁止；
若gradt-mag,i(t)＝gradt,max则将序号i点标记为A1类重点监测位置点，纳入A2健康程度集合，同时令温度状态标记值mi(t+1)＝mi(t)并锁止；
若点(xi，yi，zi)落在直线上则将序号i点标记为B1类重点监测位置点，纳入B1健康程度集合，同时令温度状态标记值mi(t+1)＝mi(t)并锁止；
若点(xi，yi，zi)落在空间区域M内则将序号i点标记为B2类重点监测位置点，纳入B2健康程度集合，同时令温度状态标记值mi(t+1)＝mi(t)并锁止；
根据本发明实施例，所述步骤S403具体步骤为：对t∈(t0-tobs,t0]观察时间窗口范围内的各健康程度类型点位进行跟踪观察、分类及处理：
若该点仅属于单一集合但标记次数大于一次，则将该点归于C5健康程度集合；
同时令C4＝A1∩B1，令C3＝A1∩B2，令C2＝A2∩B1，令C1＝A2∩B2；进一步的，对各储能单元点位温度状态进行设定：
对于仅属于单一集合且仅标记过一次的点位，令其温度状态标记值为mi(t+1)＝mi(t)-1并取消锁止；
令C5健康程度集合内各储能单元点位温度状态标记值取消锁止；
令C3与C4健康程度集合内各储能单元点位温度状态标记值维持现状；
令C1与C2健康程度集合内各储能单元点位温度状态标记值为mi(t+1)＝mi(t)+1并锁止。
进一步的，对各健康程度集合内的储能单元点位进行分级警报；
对于C5健康程度集合内的储能单元点位，按五级报警点进行警报；
对于C4健康程度集合内的储能单元点位，按四级报警点进行警报；
对于C3健康程度集合内的储能单元点位，按三级报警点进行警报；
对于C2健康程度集合内的储能单元点位，按二级报警点进行警报；
对于C1健康程度集合内的储能单元点位，按一级报警点进行警报。
根据持续监测需求，完成一个监测循环后，本发明实施例进入下一个监测循环，依次重复步骤S202至步骤S403，持续对储能设备中储能单元温度健康进行实时监测、数据解析、精准定位与分级警报。
本发明实施例实时监测结果稳定且精度高，在3000次监测报警循环中，其监测结果实时数据与测温精度±0.5K、温漂小于0.1K、探测间距不大于12μm的实验室用红外热像仪测试结果误差不大于2％；与测量精度±0.1K、温漂小于0.05K的实验室用数显红外温度传感器单体测试结果误差不大于1％。
本发明实施例分级警报动作可具体到储能设备群的某一储能单元，在3000次监测报警循环中，分别对(2,2,2)、(2,2,3)、(4,2,2)、(4,2,3)位置储能单元进行了一次三级警报，对(3,2,2)位置储能单元进行了一次二级警报，并在进行针对性降温措施后10～50个循环内解除警报。
Claims (8)
1.一种储能设备温度监测报警方法，其特征在于，包括以下步骤，
步骤S1，对储能设备群的储能单元一对一布置基于温差发电原理的温度监测报警设备，记录装置序号、位置数据，并在储能设备群使用过程中获取电压数据信号；
步骤S2，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，并对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据，完成各储能单元温度状态标记，获得储能单元温度状态数据矩阵；
步骤S3，根据精度要求和安全要求，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间和时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度和温度时间梯度数据；
步骤S4，根据精度要求和安全要求，求得需关注点位的梯度数据峰值及空间位置焦点，将处理结果对应储能单元点位分类标记为各类型健康程度类型点位，获得各类型健康程度集合，实现高排布密度储能设备群的集中式、点对点温度监测；根据获得各类型健康程度集合完成处理方式集合运算，并对不同处理方式集合内的储能单元进行处理，提升电池组健康管控效率，降低整体电池组更换频率，提高储能设备的使用寿命；所述处理包括报警、保留关注、取消关注。
2.根据权利要求1所述的一种储能设备温度监测报警方法，其特征在于：所述步骤S2包含以下步骤，
步骤S201，对温度监测设备进行校准，监测基准环境温度数据，获得信号解析基础数据；
步骤S202，对温度监测装置传输的电压数据信号进行解析及迭代，获得高精度储能单元表面温度数据；
步骤S203，根据储能单元温度健康许用值，结合经济性需求，完成各储能单元温度状态标记；
步骤S204，完成所有点位储能单元信号解析及温度状态标记，形成基于位置信息的储能单元温度状态数据矩阵。
3.根据权利要求2所述的一种储能设备温度监测报警方法，其特征在于：所述步骤S202具体方法为：根据温差发电原理，通过测得基准环境温度，将各个储能单元上测得的电压信号高精度转化为储能单元表面温度数据，并通过多次迭代运算提高信号解析精度，具体计算公式为：
其中，Tch为外侧导热片温度即储能单元表面温度，U0为电压信号,R0为包括信号灯在内的负载总电阻，n为测温区P型半导体与N型半导体对数，l为每对P型半导体与N型半导体长度，β为半导体长度换算系数，c为加工圆角半径，σ为半导体电导率，a为半导体厚度，b为半导体宽度，v为半导体截面积校准系数，αp为设备测温区P型半导体塞贝克系数，αn为设备测温区N型半导体塞贝克系数，Ten为外侧导热片温度即基准环境温度,T0为系统校准因子。
4.根据权利要求3所述的一种储能设备温度监测报警方法，其特征在于：所述步骤S3包含以下步骤，
步骤S301，根据温度监测需求精度，设置监测时间窗口宽度，根据设备安全需求，设置观察时间窗口宽度；
步骤S302，对需关注的各温度状态储能单元进行基于空间维度的数据处理，获得需关注点位的温度空间梯度数据；
步骤S303，对需关注的各温度状态储能单元进行基于时间维度的数据处理，获得需关注点位的温度时间梯度数据。
5.根据权利要求4所述的一种储能设备温度监测报警方法，其特征在于：所述步骤S303具体方法为：将处于具体时刻的温度时间梯度定义为在监测时间窗口内的令温度局部线性回归模型的加权损失函数最小化的斜率最优解，同时考虑数据精度引入遗忘因子，对所有状态标记为重点关注状态及以上的储能单元进行温度时间梯度计算，具体公式为：
其中，gradt为温度时间梯度，t∈[t0-tmon+Δt,t0]为监测时间窗口，tmon为监测时间窗口宽度，Δt为相邻采样时间间隔,Tch为解析得到的储能单元温度数据，ρ为遗忘因子常数，ρ∈(0,1)。
6.一种储能设备温度监测报警设备，其特征在于：包括测温区和报警区，
所述测温区包括内侧导热片、内侧电极片、P型半导体、N型半导体、外侧电极片、外侧导热片；内侧导热片紧贴储能设备外表面或待测温面，外侧导热片暴露于储能设备外环境中；储能设备工作时表面温度升高与储能设备外部环境温度形成温度差；内侧导热片将储能设备表面温度传导至内侧电极片以及P型半导体和N型半导体内侧面；外侧导热片将储能设备表面温度传导至外侧电极片以及P型半导体和N型半导体外侧面；P型半导体和N型半导体因塞贝克效应在两端温差下内部产生电流；该电流通过内侧电极片与外侧电极片，在测温区电极两侧产生电压；
所述报警区包括设备盒、设备盖、绝缘隔热垫、指示灯及导线和信号线；设备盒承装测温区部件，并在使用时粘贴于储能设备表面；设备盖固定测温区部件及指示灯；绝缘隔热垫环衬于测温区外侧；内部导线布置于设备盒内侧，通过测温区部件产生电压为指示灯供电；信号线布置于设备盒内侧，向外输出电压信号。
7.根据权利要求6所述的一种储能设备温度监测报警设备，其特征在于：该设备两端温度不同时，所述测温区电路通路两端自主产生与温差大小成正比的电压，其电能供给到报警区具有色温调节功能的指示灯，该指示色温随电压增大而增大，同时报警区信号端口处能够连接电压信号线，对外输出电压信号。
8.根据权利要求6所述的一种储能设备温度监测报警设备，其特征在于：所述测温区形成电路通路的两端电压大小与温差成正比，通过传输简单的电压信号进行一一对应地指征不易传输的温度信号，同时通过增加P型半导体与N型半导体的对数或测温区面积来实现电压信号放大。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117907845A (zh) * | 2024-03-20 | 2024-04-19 | 山东泰开电力电子有限公司 | 基于电参数分析的电化学储能系统绝缘检测方法 |
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2023
- 2023-07-17 CN CN202310869691.8A patent/CN116893011A/zh active Pending
Cited By (2)
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