CN117706389A - 一种电化学储能电站的监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电化学储能电站的监测预警系统及方法，涉及电化学储能电站监测预警技术领域，罗氏线圈磁感应装置与电化学储能电站的电池模组中的单体电池一一对应，罗氏线圈磁感应装置用于采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势，处理器与罗氏线圈磁感应装置通信连接，处理器用于基于感应电动势确定单体电池的工作状态是否异常，并在单体电池的工作状态为异常时进行预警，能够在热失控事故发生前进行警示。通过设置罗氏线圈磁感应装置，能够准确采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势，后续即可基于感应电动势准确判断单体电池的工作状态，并在工作状态为异常时进行预警，最大程度上避免热失控事故的发生。

Description

一种电化学储能电站的监测预警系统及方法

技术领域

本发明涉及电化学储能电站监测预警技术领域，特别是涉及一种电化学储能电站的监测预警系统及方法。

背景技术

随着电化学储能电站运行时间的累计和运行模式的变化，单体电池之间的性能和状态会出现明显的差异化特征，造成电化学储能电站运行效率明显减弱和能量利用率显著下降。因此，开展电化学储能电站中锂电池储能系统的一致性管理以及系统级早期安全监控预警技术研究，实现锂电池储能电站的高效、安全、稳定、可靠运行和维护，对其规模化应用有重要影响。

电化学储能电站由于其内部电化学反应复杂多样，单体电池热失控现象尚无法完全避免，故储能电站监测预警技术成为保证电化学储能电站安全的关键。但传统的温度、电压等安全监测技术存在难以实现早期预警，因成本和准确度问题尚未解决主动运维、交流阻抗等技术难题。

基于此，亟需一种新型的电化学储能电站的监测预警技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学储能电站的监测预警系统及方法，通过设置罗氏线圈磁感应装置，能够准确采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势，后续即可基于感应电动势准确判断单体电池的工作状态，并在工作状态为异常时进行预警，最大程度上避免热失控事故的发生。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电化学储能电站的监测预警系统，所述监测预警系统包括：罗氏线圈磁感应装置和处理器；

所述罗氏线圈磁感应装置与电化学储能电站的电池模组中的单体电池一一对应；所述罗氏线圈磁感应装置用于采集得到用于表征所述单体电池的工作电流的变化的感应电动势；

所述处理器与所述罗氏线圈磁感应装置通信连接；所述处理器用于基于所述感应电动势确定所述单体电池的工作状态是否异常，并在所述单体电池的工作状态为异常时进行预警。

在一些实施例中，所述罗氏线圈磁感应装置包括罗氏线圈和积分器；

所述罗氏线圈环绕所述单体电池四周设置，所述罗氏线圈用于感应得到用于表征所述单体电池的工作电流的变化的电动势；

所述积分器与所述罗氏线圈电连接；所述积分器用于对所述电动势进行放大和积分，得到与所述工作电流成正比的感应电动势。

在一些实施例中，所述罗氏线圈包括罗氏线圈环形骨架和线匝，所述线匝均匀绕制在所述罗氏线圈环形骨架上；所述罗氏线圈环形骨架采用温度膨胀系数小于第一设定值且自感系数大于第二设定值的材料；

所述积分器包括电容器；所述电容器采用聚酯电容器。

在一些实施例中，所述监测预警系统还包括数据采集装置，所述数据采集装置分别与所述罗氏线圈磁感应装置和所述处理器通信连接；

所述数据采集装置包括多个采集通道，每一所述采集通道对应一所述罗氏线圈磁感应装置；所述数据采集装置用于同时对多个所述罗氏线圈磁感应装置采集得到的感应电动势进行采集，并将采集得到的所有所述感应电动势传输至所述处理器。

在一些实施例中，所述数据采集装置还用于采用扩展卡尔曼滤波算法对所述感应电动势进行滤波，得到滤波后数据，并将所述滤波后数据传输至所述处理器。

在一些实施例中，每一所述采集通道均具有两种工作状态，所述工作状态包括第一采集状态和第二采集状态，所述第一采集状态的采集频率低于所述第二采集状态的采集频率；当所述单体电池的工作状态为正常时，则所述处理器控制所述单体电池对应的所述采集通道处于第一采集状态；当所述单体电池的工作状态为异常时，则所述处理器控制所述单体电池对应的所述采集通道处于第二采集状态。

在一些实施例中，当所述单体电池的工作状态为异常时，则所述处理器还控制以所述单体电池为中心的预设范围内的每一单体电池对应的所述采集通道处于第二采集状态。

在一些实施例中，所述处理器用于判断所述感应电动势是否超过第一预设阈值，或者所述感应电动势相较于上一时刻的感应电动势的变化率是否超过第二预设阈值，若是，则确定所述单体电池的工作状态为异常，若否，则确定所述单体电池的工作状态为正常。

在一些实施例中，所述处理器所用的预警方式包括视觉预警和听觉预警；所述视觉预警为在所述处理器中的显示面板上标识出所述工作状态为异常的单体电池，所述显示面板上显示有按照单体电池所在位置进行排列的所有单体电池；所述听觉预警为通过报警器进行预警。

一种电化学储能电站的监测预警方法，基于上述的监测预警系统进行工作，所述监测预警方法包括：

接收罗氏线圈磁感应装置采集得到的用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势；

基于所述感应电动势确定所述单体电池的工作状态是否异常，并在所述单体电池的工作状态为异常时进行预警。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明用于提供一种电化学储能电站的监测预警系统及方法，包括：罗氏线圈磁感应装置和处理器，罗氏线圈磁感应装置与电化学储能电站的电池模组中的单体电池一一对应，罗氏线圈磁感应装置用于采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势，处理器与罗氏线圈磁感应装置通信连接，处理器用于基于感应电动势确定单体电池的工作状态是否异常，并在单体电池的工作状态为异常时进行预警，能够在热失控事故发生前进行警示，便于人员及时处理，相较于在热失控事故发生后进行报警的方式，能够避免热失控事故的发生。通过设置罗氏线圈磁感应装置，能够准确采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势，后续即可基于感应电动势准确判断单体电池的工作状态，并在工作状态为异常时进行预警，最大程度上避免热失控事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的监测预警系统工作的整体流程示意图；

图2为本发明实施例1所提供的罗氏线圈包裹单体电池的结构示意图；

图3为本发明实施例1所提供的罗氏线圈包裹单体电池的电路示意图；

图4为本发明实施例1所提供的罗氏线圈磁感应装置与电池模组连接时的多层接线示意图；

图5为本发明实施例1所提供的数据采集装置的工作流程示意图。

符号说明：

1-单体电池；2-罗氏线圈环形骨架；3-线匝；4-采样电阻；5-导线；6-线槽；7-底板；8-积分器；9-接线通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明的目的是提供一种电化学储能电站的监测预警系统及方法，通过设置罗氏线圈磁感应装置，能够准确采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势，后续即可准确判断单体电池的工作状态，并在工作状态为异常时进行预警，最大程度上避免热失控事故的发生。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例用于提供一种电化学储能电站的监测预警系统，如图1所示，所述监测预警系统包括：罗氏线圈磁感应装置和处理器。

罗氏线圈磁感应装置也可称为电化学储能电站集成式罗氏线圈磁感应装置，该罗氏线圈磁感应装置与电化学储能电站的电池模组中的单体电池一一对应，即罗氏线圈磁感应装置的个数与单体电池的个数相同，一个罗氏线圈磁感应装置对一个单体电池进行采集，罗氏线圈磁感应装置用于采集得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势。

处理器与罗氏线圈磁感应装置通信连接，所有罗氏线圈磁感应装置所采集得到的感应电动势均传输至处理器。处理器用于基于感应电动势确定单体电池的工作状态是否异常，并在单体电池的工作状态为异常时进行预警。

因高压电气设备和超高压电网的不断更新和建设，被测电流幅值越来越大，电压等级也越来越高，传统的电流互感器存在体积、重量大，防爆绝缘困难等技术难题，针对这一问题，本实施例采用罗氏线圈磁感应装置对工作电流进行测量，能够准确测量单体电池的工作电流，得到用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势。

本实施例的罗氏线圈磁感应装置包括罗氏线圈和积分器。

罗氏线圈环绕单体电池四周设置，罗氏线圈用于感应得到用于表征单体电池的工作电流的变化的电动势，具体在电化学储能电站的电池模组中的各个单体电池外侧均笼罩设置有一360°全环绕四周包裹式的罗氏线圈，通过闭合罗氏线圈感应出的电动势信号来表征单体电池工作过程中被测电流（即工作电流）变化。

本实施例的罗氏线圈为环绕包裹式结构，360°环绕单体电池，对该单体电池的四周进行包裹，但单体电池的顶部与底部无遮挡，可满足单体电池正常工作时的端口接线。依照实际使用情况，可灵活设置罗氏线圈的内径、外径、高度及线匝匝数等参数。

如图2所示，本实施例的罗氏线圈包括罗氏线圈环形骨架2和线匝3，罗氏线圈环形骨架2环绕单体电池1四周设置，且与单体电池1之间存在间隙，线匝3均匀绕制在罗氏线圈环形骨架2上，且绕制结束后线匝3呈闭合状态，线匝3与采样电阻4连接。显然本实施例的罗氏线圈属于无铁芯的空心线圈，依据安培环路定律与法拉第电磁感应定律，闭合线圈的面积不变，当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时，该闭合线圈中会生成电动势，电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即通过闭合罗氏线圈感应出的电动势信号便能够来表征单体电池1工作过程中被测电流变化。如图3所示，图3中，i（t）为单体电池1的工作电流，i₂（t）为罗氏线圈的感应电流，u（t）为罗氏线圈的电动势，当被测电流沿轴线通过线圈中心时，方向由内向外，环形罗氏线圈所包围的空间里会产生一个变化的磁场，根据右手螺旋定则可知，磁场方向为顺时针方向，如图3中箭头所示，垂直穿过线匝3且平行于罗氏线圈环形骨架2。在实际测量电流时，需要在罗氏线圈输出端接一个采样电阻4，通过测量采样电阻4两端的电压计算被测电流。理想罗氏线圈其输出的电动势正比于被测电流随时间的变化率，如下：

u（t）=Mdi（t）/dt；

其中，u（t）为罗氏线圈测量输出的电动势；M为互感系数；i（t）为被测电流，其垂直通过罗氏线圈所在的平面。

上述整体是一个微分环节，若要准确地反映被测电流，需要增加积分器，对u进行积分，才能还原出与被测电流i成线性关系的波形曲线。

其中，罗氏线圈环形骨架2是非磁性骨架，其也可称为空芯螺线管，罗氏线圈环形骨架2优选采用温度膨胀系数小于第一设定值且自感系数大于第二设定值的材料，即罗氏线圈环形骨架2选用温度膨胀系数小且自感系数高的材料，这主要因为受温度影响，非磁性的罗氏线圈环形骨架2会热胀冷缩，导致罗氏线圈环形骨架2的尺寸发生变化，从而引起罗氏线圈的磁通面积发生变化，磁通面积的变化将会影响自积分条件的好坏，当罗氏线圈环形骨架2选用温度膨胀系数小的材料时，可有效缓解上述问题，且罗氏线圈环形骨架2起支撑和绝缘作用，自感系数高的骨架材料能够做到较小骨架尺寸的罗氏线圈也可以进行低频信号的测量。

如图4所示，积分器8与罗氏线圈电连接，具体的，积分器8可通过导线5与罗氏线圈电连接，还可在导线5外表喷涂耐热胶。其中，罗氏线圈与导线5连接时，可以是罗氏线圈直接与导线5连接，此时导线5缠绕在罗氏线圈环形骨架2上，并与线匝3相接触，或者，此时导线5不缠绕在罗氏线圈环形骨架2上，直接与线匝3相接触，也可以是罗氏线圈通过焊锡丝与导线5连接。

积分器8用于对电动势进行放大和积分，得到与工作电流成正比的感应电动势。积分器8可为基于运算增益放大电路的积分器，在每个罗氏线圈下方连接导线5，将罗氏线圈输出的电动势信号先通过积分器8中的运算增益放大电路进行放大，再通过积分器8进行解调（即积分），即可得到与单体电池1工作电流的一次方成正比的输出电压（即感应电动势）。

本实施例的积分器8选用基于运算增益放大电路的积分器，是因为罗氏线圈感应出的电动势信号相当微弱，为实现更高精度的测量，需要先通过运算增益放大电路将电动势信号放大再积分，这样一方面可以增强还原信号，另一方面，积分器8中电容的存在可以过滤掉不必要的干扰。积分器8通过对罗氏线圈输出的感应电压（即电动势）的积分处理，可还原出被测电流波形，得到与被测电流成线性关系的感应电动势信号。

积分器8所包括的电容器优选采用聚酯电容器，其具有小于5%的容差和低失调漂移，最大失调电压为25μV，增益带宽积为2MHz，能精确还原信号数据并有效过滤不必要的干扰，低偏置电流可最大程度减小罗氏线圈上的负载。

当本实施例的积分器8选用基本反相积分器时，积分器8的输出电压V_OUT是输入电压V_IN的函数，基本反相积分器的增益系数是-1/R_C，该系数可应用于输入电压积分，具体使用以下公式计算：

。

本实施例运用的罗氏线圈是集测量、保护、通讯能力于一体的无源电流传感器，具有更短的响应时间，精度高，抗干扰能力强。由于罗氏线圈环形骨架2为非铁磁空芯材料，具有体积小、重量轻、成本低等特点，几乎不受被测电流大小的限制，与被测回路没有直接的电连接，并且具有极佳的瞬态跟踪能力且没有饱和效应，可以用于测量尺寸很大或形状不规则的导体电流，测量时不需要外接电源，也不需要断开被测电路。电化学储能电站功率较大，其输出的电流较大，且测量的动态范围宽，罗氏线圈磁感应装置正好符合它的测量特性，能够准确测量单体电池1的工作电流，得到用于表征单体电池1的工作电流的变化的感应电动势。

如图4所示，本实施例的电池模组为三维结构，包括多层电池，每一层电池均安装在底板7上，每一层电池又包括多行电池，每一行电池前设置有线槽6，每一行电池又包括多个单体电池1，多个单体电池1外设置的罗氏线圈所连接的导线5通过线槽6和积分器8上的接线通道9引至积分器8。由于本实施例的罗氏线圈磁感应装置与单体电池1一一对应，故本实施例所设置的所有罗氏线圈磁感应装置整体采用单点位（即单体电池1）分层布控结构，由多个单点位采集装置（即单个单体电池1对应的罗氏线圈磁感应装置）组成线集中采集装置、面集中采集装置和体集中采集装置，可认为各单点位采集装置是最小单元，所有罗氏线圈磁感应装置整体是一个由点、线、面、体构成的综合采集装置。每个单体电池1需要分别集成罗氏线圈磁感应装置，并统一输出与各单点位的工作电流成正比的感应电动势，以便可以实时监测并精准定位各单体电池1，并将各单点位的感应电动势信号以线、面及体为单位进行集成，之后将多单点位的感应电动势信号集成于电化学储能电站单侧统一输出至后续的处理器。

作为一种可选的实施方式，本实施例的监测预警系统还包括数据采集装置，数据采集装置也可称为感应电动势数据采集装置，数据采集装置分别与罗氏线圈磁感应装置和处理器通信连接，可接收各点位单体电池1工作过程中积分器8输出的感应电动势，并将所有的感应电动势信号数据实时传输至处理器。

本实施例的数据采集装置具有多通道接收工作信号（即感应电动势信号）并同时输出多组定位点信息（即感应电动势信号所对应的单体电池1的位置信息）的功能，负责数据的传输与交换。本实施例的数据采集装置可采用尼高力（Nicolet）多通道信号采集系统SYSTEM 500，其带有一个Motorola 68020微处理器和68881协处理器的单板机，极大地提高了处理速度，通用数据总线可将数据采集装置和控制它的计算机（在本实施例中即为处理器）联结起来，包括有线、无线两种网络传输模式，二者可同时工作，相辅相成。具体的，本实施例的数据采集装置可包括多个采集通道，每一采集通道对应一罗氏线圈磁感应装置，数据采集装置用于同时对多个罗氏线圈磁感应装置采集得到的感应电动势进行采集，并将采集得到的所有感应电动势传输至处理器。由于一采集通道对应一罗氏线圈磁感应装置，而一罗氏线圈磁感应装置对应一单体电池1，故一采集通道对应一单体电池1，处理器可根据采集通道的不同确定接收到的感应电动势是哪一单体电池1的感应电动势，即处理器可同时接收到单体电池1的感应电动势及位置信息。

上述多个采集通道组成数据采集模块，数据采集装置中的数据采集模块还用于采用扩展卡尔曼滤波算法对感应电动势进行滤波，得到滤波后数据，并将滤波后数据传输至处理器，以提高数据的稳定性。扩展卡尔曼滤波算法既可用于线性模型也可用于非线性模型，有较好的收敛性且实时性高，能够在保持数据的稳定性的同时提高数据的准确性。

数据采集装置中的每一采集通道均具有两种工作状态（也可称为运行状态），工作状态包括第一采集状态（也可称为休眠低能耗状态）和第二采集状态（也可称为连续测量状态），第一采集状态的采集频率低于第二采集状态的采集频率，故第一采集状态的能耗低于第二采集状态的能耗。当单体电池1的工作状态为正常时，则处理器控制该单体电池1对应的采集通道处于第一采集状态，当单体电池1的工作状态为异常时，则处理器控制单体电池1对应的采集通道处于第二采集状态。

如图5所示，本实施例采用阈值及趋势值（即变化率）复合指标来判断单体电池1的工作状态是否异常，当感应电动势数值达到设定的某一阈值或感应电动势变化率呈现较大波动趋势（即激增骤减），则处理器可自诊断识别异常信号并立即作出反应，即处理器用于判断感应电动势是否超过第一预设阈值，或者感应电动势相较于上一时刻的感应电动势的变化率是否超过第二预设阈值，若是，则确定单体电池1的工作状态为异常，若否，则确定单体电池1的工作状态为正常。特别指出，第一预设阈值也可为一个阈值范围，上一时刻的感应电动势与感应电动势属于同一采集通道。当采集通道连续多周期采集到的感应电动势在阈值范围内波动或变化率平缓，则采集通道进入休眠低能耗状态，此时采集通道传输至处理器的数据处于检查监测模式；当采集通道采集到的感应电动势超过阈值范围或变化率较大，则采集通道进入连续测量状态，此时采集通道传输至处理器的数据处于双效视觉听觉预警模式。

本实施例的数据采集装置可灵活设置触发方式，利用预触发或后触发方式方便观察触发点前后的信号，预触发是指人工触发的方式，后触发是指处理器在接收到异常信号后进行触发的方式，后触发具体包括：当单体电池1的工作状态为异常时，则处理器还控制以单体电池1为中心的预设范围内的每一单体电池1对应的采集通道处于第二采集状态，此时利用采集通道信号的逻辑“或”触发，当某个采集通道接收到某个瞬态信号时，即该采集通道对应的单体电池1的工作状态异常时，可以同时触发以该采集通道为中心的预定范围的所有采集通道都工作于第二采集状态，以较高频率采集信号，提供了更优的多通道采集信号方式和机会。

本实施例的数据采集装置还包括存储器，通常，数据采集装置检测到触发信号后开始记录数据，数据采集装置要将第一次记录的数据存入磁盘后才能接着记录下一组数据，当间隔时间较长时，往往会造成第二次信号数据的丢失。本实施例中，数据采集装置检测到触发信号采集完有效数据后，数据采集装置内的存储器立即开始存贮下一段有用数据，每次采集的数据不必立即转存到磁盘上，能够充分利用静寂时间，当数据采集装置第一次触发采集完有效数据后，立即指定存储器准备存贮下一段有用数据，使存储器容量不会浪费在暂态信号出现之间的静寂时间上。

本实施例的处理器具有联网系统，可通过可视化平台进行监控、管理和安全检测，识别阈值及趋势值复合指标并达到听觉与视觉双预警效果。

处理器所用的预警方式包括视觉预警和听觉预警，即该处理器可实现视觉与听觉（触发热事件报警）预警效果双重释放。本实施例的处理器包括显示面板，该显示面板上显示有按照单体电池1所在位置进行排列的所有单体电池，视觉预警为在处理器中的显示面板上标识出工作状态为异常的单体电池1，听觉预警为通过报警器进行预警。通过采用视觉预警方式，显示面板可呈现问题发生点（精确到具体某层某行某个存在安全征兆的电池），精准定位事故单体电池及模组，及时对异常信号做出反应，便于操作人员及时精准处理，避免大范围热扩散发生。

其中，视觉预警的标识方式可以为将工作状态为异常的单体电池1直接圈出，或者，可以在显示面板的所有单体电池旁设置预警指示灯，当单体电池1的工作状态为异常时，则处理器控制该单体电池1旁所设置的预警指示灯亮或者闪烁。优选的，本实施例的处理器还可依据接收到的感应电动势的数值来确定这一异常情况可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，设置多级信号预警指示灯，处理器根据不同等级控制预警指示灯显示不同的颜色，以建立安全分级评估体系，发展基于运行数据驱动和先进人工智能算法的储能系统安全状态动态智能监测技术。如表1所示，本实施例划分为四级：V级(一般)、Ⅲ级(较重)、Ⅱ级(严重)、Ⅰ级(特别严重），四级分别对应的颜色为红、橙、黄、蓝。

表1

注：表1中有关数量的表述中，“以上”含本数，“以下”不含本数。

本实施例的处理器包括储存模块，该储存模块可实现数据覆盖式存储，待存储空间数据满载，且达到一定的饱和度时，储存模块会实时将接收到的数据信息（即感应电动势）及单体电池1相应工作状态（即正常或者异常的工作状态）上传至云平台，确保处理器处于连续正常工作状态。

本实施例的处理器还能够通过输入移动设备用户识别码进行无线通信，即在处理器中输入移动设备用户识别码，以使处理器和移动设备可以通信，此时操作人员便可以通过移动设备进行实时监测处理器响应信息、登录云平台查看存储数据以及周期性审查电池工作状态信息等操作。

本实施例的处理器还拥有防攻击、防病毒、防篡改等安全防护能力，以保证监测预警系统正常有序工作。

在此，本实施例给出一具体实例，来对本实施例的监测预警系统进行进一步介绍：

设置电池模组为立方体结构，单体电池1选用18650磷酸铁锂（LFP）电池，直径18±0.2mm，高度65±2.0mm，电池容量15Ah或15000mAh，电池荷电状态（SOC）100%，单节标称电压一般为3.2V，充电限制电压一般为3.6V，最小放电终止电压一般为2V。本实例中，仅讨论较为典型的热失控行为，阈值监测发生事故为过充和过放，趋势值监测发生事故为外部短路和内部短路，随机选取单体电池1实施热失控行为，如下表2。

表2

在本实施例中，对立方体电池模组中某些单体电池1（随机选取得到）进行了四种典型的热失控行为，包括过充、过放、外部短路和内部短路，使所选单体电池1发生电流紊乱现象，故分为以下四种情况：

情况一、（超过阈值）对随机选取的坐标为1-3.2单体电池1进行“过充”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，1-3.2单体电池1的采集通道处于连续测量状态，同时处理器控制以1-3.2单体电池1为中心的预设范围内的每一单体电池对应的采集通道均处于连续测量状态，其他单体电池1的采集通道保持休眠低能耗状态。

情况二、（超过阈值）对随机选取的坐标为2-2.3单体电池1进行“过放”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，2-2.3单体电池1的采集通道处于连续测量状态，同时处理器控制以2-2.3单体电池1为中心的预设范围内的每一单体电池对应的采集通道均处于连续测量状态，其他单体电池1的采集通道保持休眠低能耗状态。

情况三、（激增骤减）对随机选取的坐标为2-3.1单体电池1进行“外部短路”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，2-3.1单体电池1的采集通道处于连续测量状态，同时处理器控制以2-3.1单体电池1为中心的预设范围内的每一单体电池对应的采集通道均处于连续测量状态，其他单体电池1的采集通道保持休眠低能耗状态。

情况四、（激增骤减）对随机选取的坐标为3-1.2单体电池1进行“内部短路”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，3-1.2单体电池1的采集通道处于连续测量状态，同时处理器控制以3-1.2单体电池1为中心的预设范围内的每一单体电池对应的采集通道均处于连续测量状态，其他单体电池1的采集通道保持休眠低能耗状态。

数据采集装置可以实时并完整记录整个周期罗氏线圈产生的感应电动势数据，并在电流稳定期间呈现休眠低能耗状态，在电流出现超过设定阈值或变化率激增骤减时启动连续测量状态。

处理器接收数据采集装置所记录的立方体电池模组中每一单体电池1的感应电动势，及时发出警示信号并精准定位存在安全征兆的单体电池1。

情况一、（超过阈值）对随机选取的坐标为1-3.2单体电池1进行“过充”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，处理器接收到1-3.2单体电池1的感应电动势数据，呈现预警信号并精准定位，未发生失效的电池处于正常监测状态。

情况二、（超过阈值）对随机选取的坐标为2-2.3单体电池1进行“过放”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，处理器接收到2-2.3单体电池1的感应电动势数据，呈现预警信号并精准定位，未发生失效的电池处于正常监测状态。

情况三、（激增骤减）对随机选取的坐标为2-3.1单体电池1进行“外部短路”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，处理器接收到2-3.1单体电池1的感应电动势数据，呈现预警信号并精准定位，未发生失效的电池处于正常监测状态。

情况四、（激增骤减）对随机选取的坐标为3-1.2单体电池1进行“内部短路”热失控行为时，电池内部电流发生异常变化，处理器接收到3-1.2单体电池1的感应电动势数据，呈现预警信号并精准定位，未发生失效的电池处于正常监测状态。

本实施例公开一种电化学储能电站监测预警系统，将罗氏线圈感应电动势技术与电化学储能电站智能监测技术相结合发展出一种新型的能源技术，包括罗氏线圈磁感应装置、数据采集装置及处理器，以主要改善现有监测预警系统所存在的被动式运维，即主要关注设计建设阶段和热失控发生后的应急处理问题，运行阶段的安全防控尚存在缺失。在储能电站电池模组中各单体电池1外侧笼罩360°全环绕四周包裹式罗氏线圈，通过闭合罗氏线圈感应出的电动势信号来表征单体电池1工作过程中电流异常变化，随后将电动势信号先通过运算增益放大电路放大，再通过积分器8解调即可得到与一次电流成正比的感应电动势，数据采集装置接收多通道工作信号并同时输出多组定位点信息，完成数据的传输与交换，处理器通过可视化平台进行监控，精准定位事故单体电池或模组并发出预警信号，通过实时监测电流的变化情况，最大程度上避免或阻止热失控事故的发生，提升电池系统安全性能，同时也为工程应用和设计开发者提供参考。本实施例最大程度上实现电化学储能电站高效、稳定及可靠运行，及时响应潜在问题，提升电池系统安全性能，实现热失控事故早期有效预警。

相较于现有技术，本实施例具有如下有益效果：

（1）相对现有技术中通过需外接电源的设备感知温度变化、气体浓度等指标监测储能电站整体工作情况的方案，本实施例采用罗氏线圈全环绕单体电池1，属于无源设备，与被测回路没有直接的电连接，对原边信号影响很小，可实现对储能电站大电流及高压回路的隔离测量。

（2）本实施例用于电化学储能电站的罗氏线圈磁感应装置不需要提前准备和搭建检测设备，体积小，重量轻，占用空间少，节约资源的同时又降低了成本，可实时监测单体电池1工作过程中电流变化，有效预防储能电站事故的发生，确保操作人员的生命安全。

（3）本实施例提出的电化学储能电站监测预警系统，基于阈值及趋势值复合指标预警分析采集到的感应电动势数据，能够增强准确性，及时响应潜在问题；此外，运用处理器对存有安全征兆的电池实现精准定位，较好地克服了储能电池组合复杂，难区分的问题，提高整体运维效率。

实施例2：

本实施例用于提供一种电化学储能电站的监测预警方法，基于实施例1所述的监测预警系统进行工作，所述监测预警方法包括：

接收罗氏线圈磁感应装置采集得到的用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势；

基于所述感应电动势确定所述单体电池的工作状态是否异常，并在所述单体电池的工作状态为异常时进行预警。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电化学储能电站的监测预警系统，其特征在于，所述监测预警系统包括：罗氏线圈磁感应装置和处理器；

所述罗氏线圈磁感应装置与电化学储能电站的电池模组中的单体电池一一对应；所述罗氏线圈磁感应装置用于采集得到用于表征所述单体电池的工作电流的变化的感应电动势；

所述处理器与所述罗氏线圈磁感应装置通信连接；所述处理器用于基于所述感应电动势确定所述单体电池的工作状态是否异常，并在所述单体电池的工作状态为异常时进行预警。

2.根据权利要求1所述的监测预警系统，其特征在于，所述罗氏线圈磁感应装置包括罗氏线圈和积分器；

所述罗氏线圈环绕所述单体电池四周设置，所述罗氏线圈用于感应得到用于表征所述单体电池的工作电流的变化的电动势；

所述积分器与所述罗氏线圈电连接；所述积分器用于对所述电动势进行放大和积分，得到与所述工作电流成正比的感应电动势。

3.根据权利要求2所述的监测预警系统，其特征在于，所述罗氏线圈包括罗氏线圈环形骨架和线匝，所述线匝均匀绕制在所述罗氏线圈环形骨架上；所述罗氏线圈环形骨架采用温度膨胀系数小于第一设定值且自感系数大于第二设定值的材料；

所述积分器包括电容器；所述电容器采用聚酯电容器。

4.根据权利要求1所述的监测预警系统，其特征在于，所述监测预警系统还包括数据采集装置，所述数据采集装置分别与所述罗氏线圈磁感应装置和所述处理器通信连接；

所述数据采集装置包括多个采集通道，每一所述采集通道对应一所述罗氏线圈磁感应装置；所述数据采集装置用于同时对多个所述罗氏线圈磁感应装置采集得到的感应电动势进行采集，并将采集得到的所有所述感应电动势传输至所述处理器。

5.根据权利要求4所述的监测预警系统，其特征在于，所述数据采集装置还用于采用扩展卡尔曼滤波算法对所述感应电动势进行滤波，得到滤波后数据，并将所述滤波后数据传输至所述处理器。

6.根据权利要求4所述的监测预警系统，其特征在于，每一所述采集通道均具有两种工作状态，所述工作状态包括第一采集状态和第二采集状态，所述第一采集状态的采集频率低于所述第二采集状态的采集频率；当所述单体电池的工作状态为正常时，则所述处理器控制所述单体电池对应的所述采集通道处于第一采集状态；当所述单体电池的工作状态为异常时，则所述处理器控制所述单体电池对应的所述采集通道处于第二采集状态。

7.根据权利要求6所述的监测预警系统，其特征在于，当所述单体电池的工作状态为异常时，则所述处理器还控制以所述单体电池为中心的预设范围内的每一单体电池对应的所述采集通道处于第二采集状态。

8.根据权利要求1所述的监测预警系统，其特征在于，所述处理器用于判断所述感应电动势是否超过第一预设阈值，或者所述感应电动势相较于上一时刻的感应电动势的变化率是否超过第二预设阈值，若是，则确定所述单体电池的工作状态为异常，若否，则确定所述单体电池的工作状态为正常。

9.根据权利要求1所述的监测预警系统，其特征在于，所述处理器所用的预警方式包括视觉预警和听觉预警；所述视觉预警为在所述处理器中的显示面板上标识出所述工作状态为异常的单体电池，所述显示面板上显示有按照单体电池所在位置进行排列的所有单体电池；所述听觉预警为通过报警器进行预警。

10.一种电化学储能电站的监测预警方法，基于权利要求1-9任一项所述的监测预警系统进行工作，其特征在于，所述监测预警方法包括：

接收罗氏线圈磁感应装置采集得到的用于表征单体电池的工作电流的变化的感应电动势；

基于所述感应电动势确定所述单体电池的工作状态是否异常，并在所述单体电池的工作状态为异常时进行预警。