一种预警方法、预警系统、存储介质及电子设备与流程

1.本发明涉及一种预警方法，特别是涉及一种预警方法、预警系统、存储介质及电子设备。


背景技术：

2.在现代智能电网中，储能是提升大规模集中式和分布式新能源发电接入和有效利用不可缺少的支撑技术。储能电站接入电网后，不仅可以作为电力系统消费侧的分布式储能设施，提升分布式可再生能源发电的接入，起到调节电网用电负荷的作用，同时可以作为分布式电源向电网反向提供电能，为电网提供调峰调频等一些辅助服务，能够更好实现电力系统的削峰填谷。
3.实际应用中，为了维持储能电站的正常运行，在储能电站中会使用大量的锂电池。锂电池在工作过程中可能会存在老化、发热、电路故障等问题，从而危及储能电站的安全。现有技术通常依据储能电站中传感器采集到的温度来判断储能电站是否存在危险，此种方式及时性较差且准确度较低。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预警方法、预警系统、存储介质及电子设备，用于解决现有预警方案及时性较差以及准确度较低的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明的第一方面提供一种预警方法，所述预警方法包括：获取电池的工况参数和几何参数；根据所述电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度；利用温度传感器获取所述目标位置的实际温度；根据所述目标位置的理论温度和实际温度进行预警。
6.于所述第一方面的一实施例中，根据所述电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度包括：根据所述电池的工况参数获取电池总热量，所述电池总热量包括所述电池吸收的热量或释放的热量；根据所述电池的几何参数生成电池网格；根据所述电池总热量和所述电池网格获取所述目标位置的理论温度。
7.于所述第一方面的一实施例中，根据所述电池的工况参数获取电池总热量包括：根据所述电池的工况参数获取所述电池的电化学参数；根据所述电池的电化学参数获取所述电池的极化热、反应热和欧姆热；根据所述电池的极化热、反应热和欧姆热获取所述电池总热量。
8.于所述第一方面的一实施例中，根据所述电池总热量和所述电池网格获取所述目标位置的理论温度包括：根据所述电池总热量和所述电池网格构建热传导方程；对所述热传导方程进行离散化处理；对离散化的所述热传导方程进行求解以获取所述目标位置的理论温度。
9.于所述第一方面的一实施例中，根据所述目标位置的理论温度和实际温度进行预警包括：获取所述目标位置的理论温度和实际温度的差值；根据所述目标位置的理论温度
和实际温度的差值判断预警级别；根据所述预警级别执行对应的预警方案。
10.于所述第一方面的一实施例中，所述电池的工况参数包括所述电池工作状态下的电流和电压，所述电池的几何参数包括所述电池的尺寸、极耳位置以及极耳尺寸。
11.于所述第一方面的一实施例中，所述电池包括储能电站中的锂电池。
12.本发明的第二方面提供一种预警系统，所述预警系统包括：电池参数获取模块，用于获取电池的工况参数和几何参数；理论温度获取模块，用于根据所述电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度；实际温度获取模块，用于利用温度传感器获取所述目标位置的实际温度；预警模块，用于根据所述目标位置的理论温度和实际温度进行预警。
13.本发明的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面任一项所述的预警方法。
14.本发明的第四方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：存储器，存储有一计算机程序；处理器，与所述存储器通信相连，调用所述计算机程序时执行本发明第一方面中任一项所述的预警方法。
15.如上所述，本发明一个或多个实施例中所述的预警方法、预警系统、存储介质及电子设备具有以下有益效果：
16.所述预警方法能够根据电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度，并通过传感器获取目标位置的实际温度。基于目标位置的理论温度和实际温度，所述预警方法能够准确且及时地判断储能电站的危险等级并进行预警。
17.此外，所述预警方法可以根据目标位置的理论温度和实际温度之间的差值来判断储能电站的危险等级并进行预警。因此，即便温度传感器采集到的目标位置的实际温度正常，所述预警方法仍然能够发现电池存在的异常状况并进行预警。
18.再者，所述预警方法可以通过划分电池网格并使用有限体积法和有限元法来求解离散化的热传导方程，有利于进一步提升热模型的精度和准确度。
19.进一步地，现有储能电站通常设置有温度传感器，并且储能电站在日常运行时即会记录温度传感器采集到的目标位置的实际温度以及电池的工况参数。因此，所述预警方法能够利用已有的温度传感器和已有的电池工况参数进行分析，从而在提升精度的前提下尽可能减少人力和耗材成本。
附图说明
20.图1显示为本发明所述预警方法于一具体实施例中的流程图。
21.图2显示为本发明所述预警方法于一具体实施例中获取理论温度的流程图。
22.图3显示为本发明所述预警方法于一具体实施例中获取电池总热量的流程图。
23.图4显示为本发明所述预警方法于一具体实施例中获取理论温度的详细流程图。
24.图5显示为本发明所述预警方法于一具体实施例中执行预警方案的流程图。
25.图6显示为本发明所述预警系统于一具体实施例中的结构示意图。
26.图7显示为本发明所述电子设备于一具体实施例中的结构示意图。
27.元件标号说明
28.600
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预警系统
29.610
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电池参数获取模块
30.620
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理论温度获取模块
31.630
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实际温度获取模块
32.640
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预警模块
33.700
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电子设备
34.710
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存储器
35.720
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处理器
36.730
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显示器
37.s11～s14 步骤
38.s21～s23 步骤
39.s31～s33 步骤
40.s41～s43 步骤
41.s51～s53 步骤
具体实施方式
42.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
43.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。此外，在本文中，诸如“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
44.实际应用中，为了维持储能电站的正常运行，在储能电站中会使用大量的锂电池。锂电池在工作过程中可能会存在老化、发热、电路故障等问题，从而危及储能电站的安全。现有技术通常依据储能电站中温度传感器采集到的温度来判断储能电站是否存在危险。然而，发明人经过研究和实践发现，储能电站中的电池在刚开始出现故障时，温度传感器采集到的温度通常仍处于正常范围。因此，如果仅仅根据传感器采集到的温度等指标进行预警存在及时性差以及准确度低的问题。
45.至少针对上述问题，本发明提供一种预警方法。接下来将通过具体实施例结合附图的方式对该预警方法进行详细介绍。
46.于本发明的一实施例中，所述预警方法应用于储能电站。图1是示出本实施例中所述预警方法的流程图，如图1所示，本实施例中所述预警方法包括以下步骤s11至s14。
47.s11，获取电池的工况参数和几何参数。其中，该电池例如可以为储能电站中的锂电池。电池的工况参数是指表示电池工作状况的参数，例如可以包括电池工作状态下的电流和电压等。优选地，电池的工况参数可以带有时间戳。电池的几何参数是指表示电池几何形状的参数，例如可以包括电池的尺寸、极耳位置以及极耳尺寸等。
48.s12，根据电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度。其中，目标位置可以根据实际需求指定，其可以为空间中的任意一个位置。
49.s13，利用温度传感器(temperature transducer)获取目标位置的实际温度。其中，温度传感器是指能够感受目标位置的实际温度并将其转换成可用输出信号的传感器。于步骤s13中可以利用接触式或者非接触式传感器来获取目标位置的实际温度。
50.s14，根据目标位置的理论温度和实际温度进行预警。例如，可以根据目标位置的理论温度和实际温度的差异值判断电池是否存在故障，或者判断电池故障的严重程度，进而执行相应的预警策略。
51.根据以上描述可知，本实施例提供的预警方法能够根据电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度，并通过传感器获取目标位置的实际温度。基于目标位置的理论温度和实际温度，所述预警方法能够准确且及时地判断储能电站的危险等级并进行预警。此外，该预警方法可以根据目标位置的理论温度和实际温度之间的差值来判断储能电站的危险等级并进行预警。因此，即便温度传感器采集到的目标位置的实际温度正常，所述预警方法仍然能够发现电池存在的异常状况并进行预警。
52.请参阅图2，于本发明的一实施例中，根据电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度包括以下步骤s21至步骤s23。
53.s21，根据电池的工况参数获取电池总热量，其中，电池总热量可以为电池吸收的热量或释放的热量。
54.s22，根据电池的几何参数生成电池网格。例如，于步骤s22中可以利用gmsh(三维有限元网格生成器)等软件根据电池主体的长度、宽度、高度以及电池极耳自动生成电池网络，也可以通过人工方式生成电池网络，具体方式本发明不做限制。
55.s23，根据电池总热量和电池网格获取目标位置的理论温度。
56.可选地，请参阅图3，根据电池的工况参数获取电池总热量包括步骤s31至步骤s33。
57.s31，根据电池的工况参数获取电池的电化学参数。其中，电池的电化学参数例如可以包括电池正负极厚度、正负极粒径、正负极活性材料体积分数、正负极初始锂离子浓度、正负极最大锂离子浓度、正负极材料孔隙率等。
58.可选地，于步骤s31中可以利用遗传算法(genetic algorithm，ga)对电池的工况参数进行处理以获取电池的电化学参数。具体地，遗传算法是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。该算法通过数学的方式，利用计算机仿真运算将问题的求解过程转换成类似生物进化中的染色体基因的交叉、变异等过程。本实施例中，在求解电池的电化学参数问题时，遗传算法相对一些常规的优化算法能够更快地获得较好的优化结果。
59.s32，根据电池的电化学参数获取电池的极化热、反应热和欧姆热。
60.s33，根据电池的极化热、反应热和欧姆热获取电池总热量。
61.具体地，于步骤s33中可以通过以下式(1)至式(4)分别得到极化热q
act
、反应热q
rea
、欧姆热q
ohm
以及电池总热量q。
62.q
act
＝as×f×jn
×
(φ
s-φ
e-f
×jn
×rsei
)＝as×f×jn
×
η，式(1)；
63.[0064][0065][0066]
其中as表示材料有效反应面积，f表示法拉第常数，jn表示锂离子摩尔通量，η表示过电势，φs表示固相电势，φe表示液相电势，r
sei
表示sei(solid electrolyte interphase，固体电解质界面)膜电阻，r表示普适气体常数，t表示当前温度，表示材料熵变系数，表示材料的固相有效电导率，表示材料的液相有效电导率，t
+
表示锂离子迁移数，ce表示液相浓度，x表示位置，ln表示负极厚度，l
sep
表示隔膜厚度，l
p
表示正极厚度。特别地，若根据上述式(4)计算得到的总热量q为正值，则表示电池释放热量，反之则表示电池吸收热量。此外，本实施例中还可以根据比热容、质量以及总热量q来获取单位体积上的温度变化。
[0067]
可选地，请参阅图4，本实施例中根据电池总热量和电池网格获取目标位置的理论温度包括以下步骤s41至步骤s43。
[0068]
s41，根据电池总热量和电池网格构建热传导方程，其中，该热传导方程如下式(5)所示。
[0069][0070]
其中，a
x
、ay和az分别表示x方向、y方向和z方向的热扩散系数，vo(x,y,z)表示初值条件，q为热源项，t为时间项。
[0071]
s42，对热传导方程进行离散化处理。可选地，于步骤s42中可以采用euler法对式(5)中的时间项进行离散化，离散化的热传导方程例如下式(6)所示。
[0072][0073]
其中，n为整数。
[0074]
s43，对离散化的热传导方程进行求解以获取目标位置的理论温度。例如，可以利用网格技术和有限体积法对该离散化的热传导方程进行求解以获取目标位置的理论温度。
[0075]
相对于基于集总模型的电池热计算方法而言，集总模型下忽视了电池形状和电池内部传热的影响，从而导致具有较大的误差。而本实施例中根据热传导方程来计算目标位置的理论温度，此种方式具有更高的计算精度。
[0076]
请参阅图5，于本发明的一实施例中，根据目标位置的理论温度和实际温度进行预警包括以下步骤s51至步骤s53。
[0077]
s51，获取目标位置的理论温度和实际温度的差值。
[0078]
s52，根据目标位置的理论温度和实际温度的差值判断预警级别。具体地，电池在
signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0088]
本发明所述的预警方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
[0089]
本发明还提供一种预警系统，所述预警系统可以实现本发明所述的预警方法，但本发明所述的预警方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的预警系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
[0090]
综上所述，本发明一个或多个实施例提供的预警方法能够根据电池的工况参数和几何参数获取目标位置的理论温度，并通过传感器获取目标位置的实际温度。基于目标位置的理论温度和实际温度，所述预警方法能够准确且及时地判断储能电站的危险等级并进行预警。
[0091]
此外，所述预警方法可以根据目标位置的理论温度和实际温度之间的差值来判断储能电站的危险等级并进行预警。因此，即便温度传感器采集到的目标位置的实际温度正常，所述预警方法仍然能够发现电池存在的异常状况并进行预警。
[0092]
再者，所述预警方法可以通过划分电池网格并使用有限体积法和有限元法来求解离散化的热传导方程，有利于进一步提升热模型的精度和准确度。
[0093]
进一步地，现有储能电站通常设置有温度传感器，并且储能电站在日常运行时即会记录温度传感器采集到的目标位置的实际温度以及电池的工况参数。因此，所述预警方法能够利用已有的温度传感器和已有的电池工况参数进行分析，从而在提升精度的前提下尽可能减少人力和耗材成本。
[0094]
因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0095]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。