储能装置检测系统、方法、设备及存储介质

：本发明涉及储能装置领域和光学传感领域，特别涉及储能装置检测系统、方法、设备及存储介质。

背景技术

0、
背景技术：

1、随着“碳达峰，碳中和”目标的提出，储能装置作为一种高效新型能源的储能载体备受青睐。但是储能装置的安全状态及其造成的火灾安全事故阻碍了其在新能源汽车及储能领域的大规模应用。储能装置安全状态的监测预警技术可尽早地甄别储能装置热失控风险，实现“早发现，早处理，更安全”，成为保障储能装置安全的重要一环。

2、安全性是实现储能电池规模化推广应用的先决条件。合理有效的储能装置安全状态监测预警技术依赖于预警的有效获取、特征提取和阈值的准确设定，目前常用的热失控预警主要包括外部检测(如电流、电压、内阻、表面温度、安全阀开启、烟雾和气体浓度等)和内部特征(如状态估计和内部温度等)。目前的储能装置安全状态预警多依赖于外部电、热、声、气等信号的选取测量，且电池从正常状态到不正常状态的预警时间大约为500s。由于储能装置内部的卷绕式结构，外部电、热传感器的响应速度滞后于内部，而外部声、气等信号极大受安全阀开启的影响，对于部分安全阀开启与热失控间隔较小的电池以及大型的储能装置难以实现早期预警。

3、针对上述问题，现有技术开始尝试使用植入式传感器对储能装置内部状态进行监测，因此需要发展和创新一种植入式传感器、装置和方法，可无损植入储能装置且准确获取储能装置内部信息，通过快速获取储能装置内部压力和温度变化信息实现储能装置提前且精确预警。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、发明的目的是提供一种储能装置检测系统、方法、设备及存储介质，旨在解决现有技术难以获取和利用储能装置内部温度和压力的变化信号，难以对储能装置进行早期预警，从而不能准确分析储能装置安全状态的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供一种储能装置检测系统，包括传感模块和分析模块，传感模块置于储能装置内部，传感模块用于获取储能装置内部温度和内部压力并传输至分析模块，分析模块通过分析内部温度和/或内部压力的变化信号评估储能装置的状态。

3、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。

4、压力的导数关系是指内部压力上升速率，温度的导数关系是指内部温度上升速率，压力的数值关系是指内部压力随时间的变化关系、温度的数值关系是指内部温度随时间的变化关系。

5、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，分析模块通过分析内部温度和/或内部压力的变化信号提供预警。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，预警包括第一预警，其中，当确定储能装置处于不可逆状态时，第一预警被激发。

7、其中，不可逆状态是指电池的容量平衡发生改变，这种改变就是不可逆的，并且可以通过多次循环进行累积，对电池性能产生严重影响，因此可作为电池热失控发生极早期的特征信号，不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。

8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，储能装置包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池和钠硫电池时，不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。

9、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一预警可以根据内部温度的导数关系和/或压力的导数关系确定。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一预警根据内部温度导数出现拐点以及压力导数出现拐点至少之一来确定。

11、拐点指温度导数或者压力导数出现转折，在一种可能的实现方式中，温度上升速率升高转折为内部温度上升速率保持不变定义为温度导数的拐点，压力上升速率不变转折为压力上升速率升高定义为压力导数的拐点。

12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，预警还包括第二预警，其中，当确定储能装置处于内短路和/或安全阀开启状态时，第二预警被激发。

13、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，内短路状态包括隔膜融化、正负极接触、电压掉落至少之一。

14、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，安全阀开启状态包括气体释放、压力升高、质量损失中的至少一种。

15、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度突然跳跃和/或压力达到最大值后同然骤降时，第二预警被激发。

16、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，预警还包括第三预警，其中，当确定储能装置处于热失控状态时，第三预警被激发。

17、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，热失控状态包括温度持续上升、气体释放、第二压力峰值出现、燃烧、爆炸中的至少一种。

18、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度持续上升同时压力出现先升后降时，第三预警被激发。

19、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，传感模块包括光学传感器和电学传感器。

20、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，光学传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、法布里珀罗光纤器件、单多模光纤结构器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种。

21、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，电学传感器包括热敏电阻、热电偶、热敏电容、纳米温度传感器、红外线温度传感器、压阻式传感器、压电式传感器、压电陶瓷传感器、压电声波传感器、压电共振传感器、压力细丝传感器、电容式传感器中的一种或多种。

22、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，纤维传感器包括倾斜光纤光栅。

23、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，传感模块包括单一或多个传感器，其中，多个传感器之间串联连接或并联连接。

24、传感器为光学传感器时，包括反射式光学传感器和/或透射式光学传感器；分析模块包括光源、光信号分析器和光路连接器。

25、储能装置内部包括内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；内部间隙位置包括：电池中孔位置、电池顶盖位置和电池外壳内侧位置中的一种或多种。

26、传感器用于同时测量储能装置内部的温度和压力信号，并将光学信号的变化传送至分析模块，再由分析模块解调分析温度和压力的变化信号用于评判储能装置的状态。

27、第二方面，本发明实施例提供储能装置检测方法，用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的方法。包括：

28、对储能装置植入传感模块，获取储能装置内部温度和内部压力的变化信号并传输至分析模块，根据内部温度和/或述内部压力的变化信号评估储能装置的状态。

29、其中，检测装置包括传感模块和分析模块。

30、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。

31、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：根据内部温度和/或内部压力的变化信号提供预警。

32、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当确定储能装置处于不可逆状态时，第一预警被激发。

33、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，储能装置包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池和钠硫电池时，所述不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。

34、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一预警可以根据内部温度的导数关系和/或压力的导数关系确定。

35、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一预警根据内部温度导数出现拐点以及压力导数出现拐点至少之一来确定。

36、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当确定所述储能装置处于内短路和/或安全阀开启状态时，第二预警被激发。

37、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，内短路状态包括隔膜融化、正负极接触、电压掉落至少之一。

38、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，安全阀开启状态包括气体释放、压力升高、质量损失中的至少一种。

39、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度突然跳跃和/或压力达到最大值后突然骤降时，第二预警被激发。

40、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当确定储能装置处于热失控状态时，第三预警被激发。

41、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，热失控状态包括温度持续上升、气体释放、第二压力峰值出现、燃烧、爆炸中的至少一种。

42、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度持续上升同时压力出现先升后降时，第三预警被激发。

43、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，传感模块包括光学传感器和电学传感器。

44、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，光学传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、法布里珀罗光纤器件、单多模光纤结构器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种。

45、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，光学传感器、电学传感器具有耐高温特性，光学传感器温度工作范围包含电池从正常状态到热失控整个过程的温度范围。具体温度范围根据不同电池类型热失控时最高温度的不同而不同。

46、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，纤维传感器包括光纤布拉格光栅和法布里珀罗光纤器件。

47、结合第二方面，在一种可能的实现方式中，储能装置内部包括内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；

48、其中，内部间隙位置包括：电池中孔位置、电池顶盖位置和电池外壳内侧位置中的一种或多种。

49、简言之，第一预警、第二预警、第三预警与内部压力的导数关系、内部温度的导数关系、内部压力的数值关系、内部温度的数值关系、内部温度变化持续时间、内部压力变化持续时间中的至少一个相关。

50、其中，内部压力的导数关系是指内部压力上升速率，内部温度的导数关系是指内部温度上升速率、内部压力的数值关系是指内部压力随时间的变化关系、内部温度的数值关系是指内部温度随时间的变化关系。

51、传感器为光学传感器时，光学传感器接收携带储能装置内部温度和压力的变化信息，并将变化信息传输至分析模块，分析模块对光学信号对应的光谱信号进行强度变化分析、波长变化分析、包络变化分析、微分分析和积分分析，建立储能装置的状态与光学信号的对应关系。

52、其中，储能装置的状态包括健康状态(stateofhealth,soh)、充电状态(stateofcharge,soc)和安全寿命。

53、储能装置内部的温度和压力变化信息可以用于评估储能装置内部多物理量状态和化学反应过程，包括：电解液蒸发情况、sei的分解情况、隔膜的融化情况、正负极接触情况、电压掉落情况、内短路的形成情况、安全阀的开启状态、气体释放情况、电极与电解液的反应情况、石墨电极与粘结剂的反应情况，电解液分解燃烧情况以及电极分解燃烧情况。

54、本发明实施例通过传感器对储能装置内部进行光学综合分析，为有效评估储能装置工作性能、使用寿命和安全隐患提早预警提供检测系统、方法、设备及存储介质，有效地针对储能装置内部特征信息进行光学分析；通过判断光学信号的变化，准确分析储能装置的安全特性，从而对储能装置可能出现的问题作出判断。

55、第三方面，提供了一种储能装置检测设备，设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行计算机程序指令时实现如第二方面所述的储能装置检测方法。

56、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第二方面所述的储能装置检测方法。