[发明专利]一种大容量电池储能系统安全状态多层级综合评价方法

说明书

本发明公开了一种大容量电池储能系统安全状态多层级综合评价方法，先基于BMS监测数据与电池本征安全参数，从损失期望值、事故频率性以及事故持续时间三方面提出BESS安全状态评估指标；再将各BESS安全状态评估指采用标度法两两比较，得到风险判定矩阵，再计算出风险判定矩阵最大特征值所对应的特征向量，即为各评估指标权重值；然后将BESS元件集的安全指标值耦合得到安全评价矩阵，再计算BESS元件的相对贴近度，将风险判定矩阵与安全状态评价矩阵相结合，计算得到安全状态多层级综合评价结果。本发明能实现电池储能系统潜在安全风险的在线监测与早期预警，克服传统方案按照经验估计安全状态的滞后性与不可靠性，并能够克服单一赋权方法导致的风险评估偏差。

技术领域

本发明涉及电池安全评估技术领域，具体为一种大容量电池储能系统安全状态多层级综合评价方法。

背景技术

电化学电池储能单元因其能量密度高、使用寿命长、记忆效应弱，近年来不再局限于小型机电设备及电子产品的细分领域，走向了更大规模、更大容量的的储能市场。随着储能市场的升温，各厂商都在开发自己的大容量电池储能系统(battery energu storagesystem，BESS)，其中既有比亚迪、宁德时代这样的行业巨头，也有大量追求短期利益的中小企业。但各企业追求成本效益，安全标准立项缓慢，相比于电动汽车动力电池的百余项国家标准，大容量储能设备的国家标准目前仅有十余项，且至今缺少消防安全国标。电池安全指标模糊，规划设计粗放，安全状态监测缺少研究与理论支撑，存在很大的安全隐患。仅以韩国LG新能源一家公司为例，自2017年8月以来，LG的储能电池就发生了20起热失控事故，造成了极大的人身财产损失，电池储能系统安全问题已经成为储能行业亟待解决的关键问题。

截止2020年初，锂离子电池装机容量占据电化学储能电池总容量的82.4％，目前储能电池安全问题主要来自于锂离子电池。锂电池通过锂离子的脱嵌传输能量，电池循环过程中的过充过放、温度积聚以及外部挤压都可能会导致电池内部发生热失控，如果不能及时阻止热蔓延，就可能导致系统性的消防事故。以往锂电池安全事故诱因可划分为电池本质安全因素、外部激励因素、运行环境因素以及电池管理系统(battery managementsystem，BMS)因素四类，其中外部激励因素与运行环境因素均为运行工况，受国家标准约束，电池本质安全因素是最核心的安全问题，其监测与调控均要依托电池管理系统来实现。

电池本质安全因素是现阶段BESS安全事故的主要来源，其诱因主要为两个方面：一是电池生产过程的瑕疵以及电池循环老化所引起的BESS安全性能下降；二是电池运行于非常规工况或者BMS异常所导致的电池内部老化过程加速发展。以上电池本体安全风险的两类诱因，在外部激源及运行环境的共同作用下于较长周期内逐步发展，通过电极表面毛刺生长、锂枝晶延伸、产热增加、散热不足等物理过程逐步造成电池内部的性能劣化，并以电池滥用的形式表现出来，最终导致BESS安全事故发生。

现有的电池安全状态检测方法一般采用如文献[冯旭宁.车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D]；清华大学,2016.]和文献[FENG X N,WENG C H,OUYANG M G,et al.Online internal short circuit detection for a large formatlithium ion battery[J].Applied Energy,2016,161(168-80]所示，利用参数估计设置风险阈值的方法，其技术方案如下：

首先建立电池储能系统的完整模型，将储能系统的安全问题转变成为内部参数(如SOH、SOC与电池寿命等)的估计问题，通过BMS的在线监测数据与经验设定的阈值相比较，从而实现电池事故风险的预警。但其存下以下问题：

1)现有技术面对不同的设备分别建立储能系统模型，阐释了内部故障的发生机理，针对部分储能系统方案能够在故障早期就发现问题，但是现有技术泛用性差，应用成本高，反应速度慢，很难对目前市面上多种类型的储能系统与电池选型方案起到很好的安全状态评估效果，且大多受实验室条件局限，目前还没有一个可行的安全状态综合评价技术方案。