一种基于线性感温电缆的锂电池储能电站热失控早期预警系统及方法

本发明涉及一种基于线性感温电缆的锂电池储能电站热失控早期预警系统及方法，属于电化学储能安全工程领域。

背景技术：

1、随着电化学储能电站装机规模快速扩张，锂电池热失控已成为制约储能系统安全运行的核心瓶颈。储能舱、储能柜等设备内部空间紧凑、电池模组呈密集阵列式排布，单体电池一旦发生热失控，热量将沿模组快速链式传递，可在短时间内引发模组级、整舱级火灾爆炸事故，传统消防技术难以实现早期干预。

2、线型感温探测技术主要包括传统线性感温电缆和光纤分布式测温系统。传统线性感温电缆通常沿被保护对象连续敷设，在达到预设动作温度或差温条件后输出报警信号，具有结构简单、可靠性高、抗电磁干扰、适合消防系统硬联动等优点，但其通常仅输出报警区段、动作状态或故障状态，难以直接重建沿线连续温度剖面。光纤分布式测温系统可基于拉曼散射、瑞利散射、布里渊散射、光时域反射或光频域反射等原理获取沿线连续温度分布，适合实现温度曲线重建、空间采样和热点定位，但在工程现场仍需考虑解调主机、光纤敷设、应变干扰、断纤故障及消防硬触发可靠性等问题。

3、在储能电站应用场景中，现有技术存在显著局限：

4、第一，探测维度单一。现有线性感温电缆系统仅输出定温报警或差温报警的区段信号，无法解析温度场时空演化特征，难以区分正常充放电温升、局部散热不良与热失控前兆，存在误报或漏报风险。

5、第二，空间定位粗粒度。传统方案将数十米电缆划分为一个报警分区，定位精度为米级甚至十米级，而储能舱内电池模组间距通常小于0.5m，粗粒度定位无法指导精准处置，错失热失控临界干预窗口。

6、第三，防控手段割裂。现有系统探测与处置分离，线性感温电缆仅作为报警触发器联动固定式气体灭火装置，无法实现热失控分级响应，从早期预警、模组级准确抑制到舱级全淹没灭火的递进式防控。

7、第四，多物理场耦合缺失。锂电池热失控伴随温度骤升、电压骤降、气体逸出（co、h2、vocs）等多物理量突变，单一温度探测存在盲区，且无法评估热失控蔓延风险。

8、当前储能消防领域存在pack级点式探测和固定式灭火方案，但点式温度、烟雾或气体传感器覆盖密度有限，难以捕捉模组内部温度梯度变化；固定喷头难以对准热失控电芯/模组实施靶向冷却，灭火与降温效率低下。

9、综上，现有储能消防技术普遍存在探测不精准、预警不及时、定位不精细、处置不对准的痛点。目前尚无将线性感温电缆冗余硬报警、光纤分布式连续温度探测与锂电池热失控多物理场特征融合识别及多级精准防控进行深度结合的公开方案。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于线性感温电缆的锂电池储能电站热失控早期预警系统及方法，解决现有储能消防技术中存在的早期识别困难、空间定位粗疏、防控响应滞后及多系统协同不足等问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的一种基于线性感温电缆的锂电池储能电站热失控早期预警系统，包括双线型复合温度探测网络模块、多物理场融合感知模块、热失控早期预警与定位模块、多级联动防控执行模块及智能决策与协同控制模块；

3、所述双线型复合温度探测网络模块包括布设的第一线型传感单元和第二线型传感单元，实现双路温度探测冗余互补；所述第一线型传感单元为光纤分布式测温线缆或等效连续测温型线缆，用于沿储能舱内电池模组获取连续温度剖面、温升速率、空间温度梯度及异常热点位置；所述第二线型传感单元为传统线性感温电缆，用于在达到预设定温、差温、短路或熔断动作条件时输出独立硬报警信号；

4、所述多物理场融合感知模块用于同步采集并融合温度信息、电池电参数信息、特征气体浓度信息以及环境参数信息，形成多源时序特征，并根据电池荷电状态与环境温度设置动态温升报警阈值；

5、所述热失控早期预警与定位模块用于基于所述多源时序特征进行热失控阶段识别，并实现异常热源的亚米级定位；

6、所述多级联动防控执行模块用于根据热失控阶段与定位结果执行多级联动防控策略；

7、所述智能决策与协同控制模块用于统筹各模块运行，对防控抑制效果进行闭环评估并自动调整防控等级。

8、作为优选的，所述第一线型传感单元沿电池模组间隙呈s型或螺旋型布设，紧贴模组表面或嵌入模组间风道；所述第二线型传感单元与第一线型传感单元采用同路径布设、相邻并行布设或高热风险区域互补布设的方式，构建双路冗余温度探测回路，以实时监测并表征热异常的时空演化规律。

9、作为优选的，所述多物理场融合感知模块所融合的信息包括：bms输出的单体电压、模组电压、电流及荷电状态信息，co、h2、vocs特征气体浓度信息，以及环境温湿度信息和声发射能量信息。

10、作为优选的，所述多物理场融合感知模块还用于建立统一时间基准的数据同步机制，并通过位置映射实现各类传感信息与电池模组、温度采样点之间的空间配准。

11、作为优选的，所述热失控早期预警与定位模块将热失控状态划分为正常、孕育期、早期预警期、临界期和失控期五个阶段，并采用多物理场交叉验证机制对热失控阶段进行联合判别。

12、作为优选的，所述热失控早期预警与定位模块根据光纤分布式测温线缆输出的异常点沿缆距离，结合预设的储能舱布局数据库，将异常位置映射至对应电池模组或电芯区域；当所述异常位置与传统线性感温电缆报警区段在空间映射上重合时，提高对应区域的热失控风险置信度；当二者不一致时，调用气体、电压、声发射及历史趋势信息进行二次复核。

13、作为优选的，所述多级联动防控执行模块执行的多级联动防控策略按照热失控阶段分为1级至4级；其中，孕育期对应1级防控，早期预警期对应2级防控，临界期对应3级防控，失控期对应4级防控；若3级防控抑制无效，则自动升级至4级防控。

14、作为优选的，所述1级防控包括：触发声光报警、限制充放电功率、启动排风系统；所述2级防控包括：断开直流侧连接、关闭防火阀、灭火系统进入预启动状态；所述3级防控包括：对定位的异常模组执行精准抑制喷放；所述4级防控包括：启动舱级全淹没灭火、紧急排烟及远程告警。

15、本发明的第二方面，还提供了一种基于线性感温电缆的锂电池储能电站热失控早期预警方法，用于所述的基于线性感温电缆的锂电池储能电站热失控早期预警系统，包括以下步骤：

16、s1、沿储能舱内的电池模组布设光纤分布式测温线缆和传统线性感温电缆，构建双线型复合温度探测网络；

17、s2、由光纤分布式测温线缆获取连续温度剖面、温升速率、空间温度梯度及异常热点位置，由传统线性感温电缆获取定温、差温或故障安全硬报警信号；

18、s3、同步融合温度信息、电池电参数信息、特征气体浓度信息以及环境参数信息，形成多源时序特征，根据电池荷电状态与环境温度设置动态温升报警阈值；

19、s4、基于所述多源时序特征进行热失控阶段识别，并通过温度场、硬报警信号、气体、电压和声发射信息进行交叉验证；

20、s5、基于光纤分布式测温定位结果、传统线性感温电缆报警区段和储能舱布局数据库确定异常模组编号和空间位置；

21、s6、根据热失控阶段与定位结果执行多级联动防控策略；

22、s7、对防控抑制效果进行闭环评估并自动调整防控等级。

23、作为优选的，在步骤s5中，若光纤分布式测温定位区域与传统线性感温电缆报警区段存在空间重合，则将该位置标记为异常源；若二者不存在空间重合，则基于特征气体浓度变化率、电压跌落幅值、声发射能量和历史温升趋势进行二次复核，并在复核结果达到预设阈值后触发对应防控等级。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、（1）连续测温与硬报警互补。本发明通过光纤分布式测温线缆连续获取温度剖面、温升速率、空间温度梯度和热点移动趋势，通过传统线性感温电缆提供定温/差温硬报警和消防联动冗余，使早期趋势识别与安全触发机制相互补充。

26、（2）定位结果更适用于模组级处置。本发明建立“光纤沿缆距离—线性感温电缆报警区段—空间坐标—模组编号—执行单元编号”的映射关系，可将异常热点对应至具体电池模组或模组区域，为局部精准抑制提供定位依据。

27、（3）多物理场交叉验证降低误动作风险。本发明融合温度场变化、线性感温电缆报警信号、气体析出、电参数异常、soc、环境温湿度和声发射能量等信息，对热失控阶段进行确认或修正，避免仅依赖单一温度阈值造成误判。

28、（4）分级按需联动处置。本发明根据正常、孕育期、早期预警期、临界期和失控期等不同阶段分别执行限功率、断电隔离、局部精准抑制、舱级全淹没灭火和排烟泄压等策略，减少全舱盲目喷放对非故障模组的影响。

29、（5）闭环评估与动态升级。本发明在模组级精准抑制后继续监测异常模组温度和气体浓度变化，根据抑制效果决定维持监测、降级处置或升级至舱级处置，提高储能电站热失控防控的系统性和工程适用性。