多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化方法与系统与流程

本技术涉及领域，尤其是涉及一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化方法与系统。

背景技术：

1、随着电动汽车保有量的快速增长，充电站作为核心配套设施建设规模不断扩大。充电站内电动汽车分散停放，充电过程中电池处于高能量状态，热失控风险显著。现有灭火技术主要针对固定式储能系统或换电站设计，难以适应充电站车辆型号多样、停放间距不等、充电桩与车辆耦合等特点。新型磷酸铁锂电池专用灭火剂逐步应用，但缺乏针对充电站场景的系统性试验评估方法，亟需建立适用于分散充电场景的灭火效能评估体系。

2、本发明旨在解决现有技术中面向电动汽车充电站场景的磷酸铁锂电池灭火效能评估方法存在的以下不足：

3、1、场景适配性差：现有方法多针对封闭式储能系统或单体电池设计，未考虑充电站多车分散停放、车辆间距不等、充电功率动态变化等实际特征，难以真实反映充电站火灾发展规律。

4、2、灭火剂效能评估维度单一：现有评估方法主要关注电池本体降温，忽视了充电站空间内毒害产物的跨车位扩散路径、相邻车辆热失控触发概率以及灭火剂在分散车辆之间的协同冷却效应。

5、3、缺乏动态评估能力：充电站中不同车辆充电状态（慢充/快充）、不同停放位置对火灾行为影响显著，现有静态评估方法无法捕捉充电过程中的动态变化。

6、4、优化输出不具操作性：现有研究多停留在试验数据层面，未能输出可直接指导充电站消防设计的工程参数，如灭火喷头最佳安装位置、分级启动时机、单桩灭火剂配置用量等。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中无法精准获取充换电站内电池簇火蔓延特征参数及缺乏多因素耦合预测模型的问题，本技术提供了一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化方法与系统。

2、第一方面，本技术提供一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化方法，采用如下的技术方案：

3、一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化方法，包括以下步骤：

4、开展多因素正交灭火试验，采集灭火试验过程中生成的气态产物与液态产物，分析其成分及空间浓度分布，同时获取降温速度与总降温量参数；

5、采用随机森林回归模型或xgboost模型，以试验因素、气液态产物浓度以及获取的降温速度与总降温量参数为训练集，输出响应为综合灭火效能指数cfeei；

6、采用shap值分析法计算各输入特征对cfeei的量化影响权重，揭示冷却效果作用机制；

7、基于冷却效果作用机制构建充电站专用灭火效能综合评估模型，并基于该模型输出优化灭火策略。

8、可选地，灭火试验中需要使用若干个车位与充电桩，充电桩充电功率可调；车位间距可调节；车位下方设置电动升降平台，用于模拟不同车型底盘高度及电池包安装位置；试验平台顶部及车位间设置可移动式灭火剂喷洒装置；

9、通过采样阵列进行采集，采样阵列包括车位级采样点、充电桩侧采样点及站内公共区域采样点，采样点总数不少于18个；所述空间浓度分布以车位为单位构建浓度分布矩阵，并识别毒害产物在相邻车位间的扩散路径与扩散速率。

10、可选的，所述降温速度的计算区分电池近场降温速度与充电站空间降温速度；电池近场降温速度基于电池表面热电偶计算，充电站空间降温速度基于充电站顶部及四周环境温度传感器计算；总降温量包括电池本体总降温量与充电站内部环境总降温量。

11、可选的，正交灭火试验中，以电池类型、电池数量、充电功率、车辆停放间距为试验因素，采用正交试验设计开展全因子或析因试验；

12、对于每组试验，记录以下响应指标：

13、温降效果指标：峰值温度抑制率、平均降温速率、温度空间均匀性；

14、毒害产物指标：各车位产物峰值浓度、毒害产物最大扩散距离、各车位达到安全阈值所需时间；

15、火灾蔓延指标：相邻车辆热失控触发概率、火灾蔓延阻断率；

16、最后，改变灭火剂类型、用量及施加方式，重复上述试验。

17、可选的，所述冷却效果作用机制的揭示方法为：结合红外热成像动态分析、电池截面温度梯度分析及灭火剂残留物能谱分析，判断充电站场景下灭火剂在分散停放车辆之间的热阻断能力及多车协同冷却效应，进而将冷却机制分类为单车隔离冷却型、多车同步冷却型或热辐射阻断型。

18、可选的，所述充电站专用灭火效能综合评估模型的构建方法为：建立基于长短期记忆网络lstm或时序卷积网络tcn的动态评估模型，模型输入为充电过程中实时监测数据，输出为动态综合灭火效能评分及实时风险等级；

19、模型架构包括：

20、输入层：t个时间步长的多通道监测数据；

21、隐藏层：2层lstm，每层128个单元；

22、注意力层：计算各车位的重要性权重；

23、输出层：全连接层+sigmoid激活函数，输出cfeei时序曲线。

24、可选的，所述输出优化灭火策略的具体内容包括：采用多目标贝叶斯优化算法，以最小化灭火剂用量、最小化毒害产物峰值浓度、最大化平均降温速度为优化目标，受限于热失控传播阻断率大于等于95%，输出以下工程参数：

25、充电桩灭火喷头最优安装位置：喷头距地面高度、喷头与电池包水平距离、喷射角度；

26、最优灭火剂喷洒启动时机：基于电池温升速率阈值与毒害产物检出浓度联合阈值；

27、最优灭火剂分级用量配置方案：根据车辆充电功率分级配置差异化灭火剂用量；

28、最优喷洒策略：连续喷洒或脉冲喷洒的最优时长与间隔。

29、第二方面，本技术还提供一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化系统，用于实现第一方面的一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化方法，采用如下技术方案：

30、一种多车分散充电场景的电池灭火效能评估优化系统，包括：

31、数据采集模块，用于采集灭火试验过程中生成的气态产物与液态产物，分析其成分及空间浓度分布，同时获取降温速度与总降温量参数；

32、效能评估模块，用于采用随机森林回归模型或xgboost模型，以试验因素、气液态产物浓度以及获取的降温速度与总降温量参数为训练集，输出响应为综合灭火效能指数cfeei；

33、权重量化模块：用于采用shap值分析法计算各输入特征对cfeei的量化影响权重，揭示冷却效果作用机制；

34、策略优化模块，用于基于冷却效果作用机制构建充电站专用灭火效能综合评估模型，并基于该模型输出优化灭火策略。

35、可选的，所述数据采集模块中包括采样阵列，采样阵列包括车位级采样点、充电桩侧采样点及站内公共区域采样点，采样点总数不少于18个；在分析空间浓度分布时，以车位为单位构建浓度分布矩阵，并识别毒害产物在相邻车位间的扩散路径与扩散速率。

36、可选地，所述数据采集模块在获取降温速度与总降温量参数时，区分电池近场降温速度与充电站空间降温速度；电池近场降温速度基于电池表面热电偶计算，充电站空间降温速度基于充电站顶部及四周环境温度传感器计算；总降温量包括电池本体总降温量与充电站内部环境总降温量。

37、综上所述，本技术包括以下有益技术效果：

38、1、场景真实性：首次构建了支持可变车位间距、可变充电功率、多车并行充电的真型试验平台，真实还原充电站分散充电场景下的火灾行为与灭火过程。

39、2、评估维度的全面性：从单电池降温效果扩展到多车协同冷却效应、跨车位毒害产物扩散、热失控传播阻断等多维度评价体系，填补了现有方法在分散场景下的空白。

40、3、动态评估能力：引入lstm时序模型，实现对充电过程中灭火效能的动态预测与实时风险评估，优于现有静态评估方法。

41、4、量化权重分析：采用shap值法量化电池类型、充电功率、停放间距等因素的影响权重，为充电站消防设计提供数据驱动的决策依据。

42、5、工程可操作性：输出成果直接面向工程应用，包括喷头安装位置、启动阈值、分级用量等可量化参数，便于直接指导充电站消防系统设计与改造。