本文亮點(diǎn)：1.充分考慮了多個(gè)影響因素，可預(yù)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行走勢(shì)；2.對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期有不同等級(jí)的預(yù)警，可及時(shí)解除危險(xiǎn)；3.與傳統(tǒng)方法相比，所用方法一定程度降低了誤警率和漏警率。
摘 要 為了降低集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)發(fā)生概率，提出消防安全早期預(yù)警方法。分析鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的生熱過程，確定溫度、電壓等因素與儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的影響關(guān)系。采集電壓、電流、溫度、聲信號(hào)等電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)，檢測(cè)表面健康程序，根據(jù)工作數(shù)據(jù)與表面健康狀態(tài)的變化規(guī)律，綜合考慮影響因素，預(yù)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行走勢(shì)，設(shè)置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警等級(jí)，完成電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的早期預(yù)警。通過性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：與傳統(tǒng)預(yù)警方法相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的誤警率和漏警率降低了0.90%以上，不同預(yù)警等級(jí)下，該方法僅出現(xiàn)1個(gè)預(yù)警錯(cuò)誤，而且不同表面破損位置下的預(yù)警準(zhǔn)確率達(dá)到了99.7%，具備有效性和可靠性。
關(guān)鍵詞 集裝箱式電池；鋰離子電池；儲(chǔ)能系統(tǒng)；消防安全；早期預(yù)警
集裝箱式鋰離子電池是一種以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體的儲(chǔ)能系統(tǒng)，它集成了鋰離子電池、電池管理系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等多個(gè)組成部分，是實(shí)現(xiàn)高集成度、大容量和可移動(dòng)的儲(chǔ)能裝置。與傳統(tǒng)鋰電池相比，集裝箱式鋰離子電池具有集成度高、容量大、可移動(dòng)性強(qiáng)、接口設(shè)計(jì)靈活等特征，因此被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。然而，由于鋰離子電池的特殊性質(zhì)和集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)的復(fù)雜性，這種儲(chǔ)能系統(tǒng)也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，在使用和維護(hù)過程中需要采取相應(yīng)的措施，包括定期檢查和維護(hù)電池、嚴(yán)格控制電池的充電和放電狀態(tài)等，以保證電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
消防安全是集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障之一，這是因?yàn)殡姵貎?chǔ)能系統(tǒng)在過充、過放、短路、機(jī)械碰撞等情況下，可能發(fā)生熱失控，產(chǎn)生高溫、冒煙，甚至起火。這些危險(xiǎn)情況不僅會(huì)損壞電池本身，更可能對(duì)人身安全和設(shè)備安全構(gòu)成威脅。為了防止電池火災(zāi)的發(fā)生，提出集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法。現(xiàn)階段發(fā)展較為成熟的早期預(yù)警方法包括：基于數(shù)據(jù)-模型混合驅(qū)動(dòng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法、基于氣液逸出物圖像識(shí)別的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法和基于氣體分析的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法，然而上述傳統(tǒng)早期預(yù)警方法主要針對(duì)的是普通鋰電池，將其應(yīng)用到集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全早期預(yù)警工作中，存在明顯的誤警與漏警現(xiàn)象，為此以集裝箱式鋰離子電池為研究對(duì)象，對(duì)消防安全早期預(yù)警方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期能夠最大程度地降低電池火災(zāi)的發(fā)生概率及其帶來的損失。
1 儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法設(shè)計(jì)
優(yōu)化設(shè)計(jì)的集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法以集裝箱式鋰離子電池為研究對(duì)象，通過對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)工作機(jī)理和流程的分析，確定影響儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的影響因素，并以此作為集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象。從電壓、電流、溫度、表面健康和聲信號(hào)等方面，采集鋰電池的工作數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)演變特征，對(duì)未來任意時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)結(jié)果與設(shè)置的預(yù)警條件和等級(jí)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)比對(duì)結(jié)果，判斷是否啟動(dòng)早期預(yù)警程序、選擇合適的預(yù)警等級(jí)，實(shí)現(xiàn)集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全早期預(yù)警工作。
1.1 確定鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全影響因素
集裝箱式鋰離子電池主要由電池模塊、電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等組成。其中，電池模塊是儲(chǔ)能系統(tǒng)的核心，由多個(gè)單體電池組成，其負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和釋放電能。電池管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控電池的運(yùn)行狀態(tài)，確保電池的安全穩(wěn)定運(yùn)行。熱管理系統(tǒng)則負(fù)責(zé)控制電池的溫度，防止過熱和過冷。由于內(nèi)部產(chǎn)熱遠(yuǎn)高于散熱速率，在鋰離子電池的內(nèi)部存在大量的熱量，容易產(chǎn)生熱失控現(xiàn)象，這也是集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生原因。圖1所示為集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的火災(zāi)發(fā)生過程。
圖1 集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)火災(zāi)發(fā)生過程
集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的生熱過程可以量化表示為：
式中，Vbattery為集裝箱式鋰離子電池體積；U0和U分別為開路電壓和工作電壓；?U0/?T為熵?zé)嵯禂?shù)；T為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的溫度。從式(1)中可以看出，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全與溫度和電壓等因素有關(guān)，其中溫度因素與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的影響關(guān)系如圖2所示。
圖2 溫度因素與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的影響關(guān)系
除溫度因素外，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全還會(huì)受到電流、表面健康狀況、聲信號(hào)等因素的影響，按照上述方式可以得出其他因素與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全之間的影響關(guān)系，并以影響因素作為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的檢測(cè)對(duì)象。
1.2 采集集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)
基于上述確定的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全影響因素，采集電壓、電流、溫度、聲信號(hào)等工作數(shù)據(jù)，使用數(shù)據(jù)采集器或數(shù)據(jù)記錄儀來采集電壓和電流數(shù)據(jù)。這些設(shè)備可以連接到集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣接口上，以獲取電壓和電流數(shù)據(jù)。鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓數(shù)據(jù)的采集結(jié)果為：
式中，max()和min()分別為初始采集工作數(shù)據(jù)中的最大值和最小值；xg為處理后的數(shù)據(jù)。
將處理結(jié)果重新賦值給初始采集數(shù)據(jù)。重復(fù)上述操作，對(duì)任意時(shí)刻集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，得出滿足質(zhì)量要求的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集結(jié)果。
1.3 檢測(cè)集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)表面健康程度
除了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部工作數(shù)據(jù)外，還需要度量電池的表面健康狀態(tài)，即采用成像設(shè)備生成集裝箱式鋰離子電池各個(gè)平面的成像結(jié)果，從而充分考慮集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的內(nèi)外部影響因素。檢測(cè)集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)表面健康程度的過程中，采用特征提取和特征匹配的方式，確定電池平面中任意像素點(diǎn)是否存在異常，最終得出表面破損面積的檢測(cè)結(jié)果為：
式中，si()為第i個(gè)判定為表面破損像素點(diǎn)所占圖像面積；κimage為成像系數(shù)；np為判定為破損像素點(diǎn)的像素總數(shù)量。按照上述方式即可得出表面健康程度的檢測(cè)結(jié)果。
1.4 預(yù)測(cè)集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)
以采集集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，提取儲(chǔ)能系統(tǒng)的變化特征，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行走勢(shì)進(jìn)行推算。儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)變化特征的提取過程可以量化表示為：
式中，xg(t1)和xg(t2)分別為t1和t2時(shí)刻采集的工作數(shù)據(jù)。則任意時(shí)刻tw集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)預(yù)測(cè)為：
式中，κeffect為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)程的影響系數(shù)。將式(6)的計(jì)算結(jié)果代入式(7)中，即可得出集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果。按照上述方式也可以得出集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果，為儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警奠定基礎(chǔ)。
1.5 實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警
在完成集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)預(yù)測(cè)后，設(shè)置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警等級(jí)。首先，優(yōu)化設(shè)計(jì)的早期預(yù)警方法采用分級(jí)預(yù)警方式，即根據(jù)集裝箱式鋰離子電池運(yùn)行的異常程序，啟動(dòng)不同的預(yù)警程序。在正常運(yùn)行條件下電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作電壓的正常值定義為額定電壓，可以表示為：
式中，Ue為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定電壓。電流的正常值如下：
式中，Rbattery為集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的總電阻。同理可以得出電池儲(chǔ)能系統(tǒng)其他指標(biāo)的正常值，則電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警程序的啟動(dòng)條件為：
式中，rnormal為任意工作參數(shù)的正常值；r為電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)際工作參數(shù)，具體包括溫度、電壓、電流等。集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警等級(jí)的設(shè)置情況見表1。
表1 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警等級(jí)設(shè)置
通過指示燈、通知信息和蜂鳴器三種方式，執(zhí)行集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的預(yù)警程序，若檢測(cè)當(dāng)前鋰離子電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)滿足Ⅰ預(yù)警等級(jí)條件，則同時(shí)啟動(dòng)三種預(yù)警方式，指示燈顯示紅燈，閃爍頻率為60次/s，預(yù)警信息發(fā)送給管理人員，蜂鳴器發(fā)出信號(hào)強(qiáng)度為50 Hz，預(yù)警等級(jí)為Ⅱ、Ⅲ時(shí)，指示燈顯示紅燈，閃爍頻率分別為40次/s和30次/s，蜂鳴器信號(hào)強(qiáng)度分別為40 Hz和30 Hz，無(wú)需將通知信息發(fā)送給管理人員，而預(yù)警等級(jí)為Ⅳ、Ⅴ時(shí)，指示燈顯示黃燈，閃爍頻率為20次/s。
根據(jù)集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)果，將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與表1表示的預(yù)警條件進(jìn)行比對(duì)，判斷是否啟動(dòng)預(yù)警程序，預(yù)警程度的啟動(dòng)條件可以量化表示為：
式中，Uprediction、Iprediction、Tprediction、Yprediction和Sprediction為電壓、電流、溫度、聲信號(hào)和表面破損面積的預(yù)測(cè)值；U(Ⅴ)、I(Ⅴ)、T(Ⅴ)、Y(Ⅴ)和S(Ⅴ)為Ⅴ預(yù)警等級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)的下限閾值。當(dāng)前儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)結(jié)果滿足式(11)中的任意一個(gè)條件，即啟動(dòng)早期預(yù)警程序。按照相同的比對(duì)方式，確定具體的預(yù)警方式，當(dāng)認(rèn)為停止預(yù)警程序或集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)變更時(shí)，退出早期預(yù)警程序。
2 預(yù)警性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析
以測(cè)試集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法的預(yù)警功能為目的，采用白盒測(cè)試與對(duì)比測(cè)試相結(jié)合的方式，設(shè)計(jì)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。此次實(shí)驗(yàn)的基本原理為，采用人為設(shè)定的方式，控制選擇集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和消防安全程度，以此作為預(yù)警效果的期望值。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的消防安全早期預(yù)警方法完成預(yù)警工作，并記錄預(yù)警響應(yīng)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中設(shè)置傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)-模型混合驅(qū)動(dòng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法和基于氣液逸出物圖像識(shí)別的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法作為對(duì)比方法，在相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)同樣的電池樣品的消防安全進(jìn)行早期預(yù)警，得出相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。
2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
2.1.1 集裝箱式鋰離子電池樣品
為保證集裝箱式鋰離子電池樣品工作參數(shù)的可控性，采用制備的方式準(zhǔn)備集裝箱式鋰離子電池樣品。根據(jù)需求和目標(biāo)，設(shè)計(jì)集裝箱式鋰離子電池的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)。考慮電池組的串并聯(lián)方式、安全保護(hù)、熱管理等因素，確保電池組能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。選擇鈷酸鋰作為集裝箱式鋰離子電池的電極材料，以有機(jī)電解質(zhì)作為電解質(zhì)材料，隔膜主要由聚烯烴等高分子材料制成。通過電極制備、電芯組裝、熱管理系統(tǒng)的安裝等步驟，完成集裝箱式鋰離子電池樣品的制造工藝，制備完成后，對(duì)集裝箱式鋰離子電池進(jìn)行性能測(cè)試和安全性評(píng)估，保證初始制備電池樣品處于安全狀態(tài)。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度，共制備300個(gè)集裝箱式鋰離子電池樣品。由于造成鋰離子電池發(fā)生熱失控有內(nèi)部因素和外部因素兩種情況，因此從內(nèi)部工作參數(shù)和外部表面結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，對(duì)集裝箱式鋰離子電池樣品的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，并由此生成早期預(yù)警的期望結(jié)果。表2所示為部分集裝箱式鋰離子電池樣品運(yùn)行參數(shù)與期望預(yù)警結(jié)果的設(shè)置情況。
表2 集裝箱式鋰離子電池樣品參數(shù)設(shè)置
按照上述方式可以得出所有集裝箱式鋰離子電池樣品工作參數(shù)與早期預(yù)警期望目標(biāo)的設(shè)置結(jié)果。
2.1.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)備
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、溫度等工作參數(shù)的采集，在集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作環(huán)境中安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的布設(shè)情況，如圖3所示。
圖3 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備布設(shè)實(shí)景
數(shù)據(jù)采集卡選用USB5622型號(hào)，該型號(hào)兼容USB2.0，具備16路模擬與數(shù)字量輸入輸出功能，且支持即插即用。USB5622的AD模擬量輸入采樣頻率高達(dá)500 kSps，輸入阻抗高達(dá)10 MΩ，而DA模擬量輸出的各通道轉(zhuǎn)換速率為100 ksps，轉(zhuǎn)換精度高達(dá)12位。此外，它支持10/100 M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)類型，并采用TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
2.1.3 早期預(yù)警方法開發(fā)工具
優(yōu)化設(shè)計(jì)的集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法使用keiluVision5作為軟件開發(fā)環(huán)境，并在配置開發(fā)環(huán)境過程中選擇ARM中的MDK作為編譯和下載工具。
2.2 實(shí)驗(yàn)過程
利用準(zhǔn)備的早期預(yù)警方法開發(fā)工具，完成對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)早期預(yù)警方法的開發(fā)，并接入制備的集裝箱式鋰離子電池樣品。通過工作數(shù)據(jù)采集、工作走勢(shì)預(yù)測(cè)等步驟，得出消防安全的早期預(yù)警結(jié)果。其中01號(hào)電池樣品的消防安全早期預(yù)警輸出結(jié)果，如圖4所示。
圖4 儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警結(jié)果
按照上述方式可以得出實(shí)驗(yàn)中所有集裝箱式鋰離子電池樣品儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全的早期預(yù)警結(jié)果。利用相同的開發(fā)工具，對(duì)兩種傳統(tǒng)方法進(jìn)行開發(fā)，并得出相應(yīng)的早期預(yù)警結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)警性能的量化測(cè)試，設(shè)置誤警率和漏警率作為測(cè)試指標(biāo)，其中誤警率指的是等級(jí)預(yù)警錯(cuò)誤的樣本數(shù)量，而漏警率是指應(yīng)啟動(dòng)預(yù)警程序但未啟動(dòng)的樣本數(shù)量，上述測(cè)試指標(biāo)的數(shù)值結(jié)果為：
式中，Nerr、Nwarning、Nreality和N分別為等級(jí)預(yù)警錯(cuò)誤、預(yù)期預(yù)警、實(shí)際預(yù)警的樣本數(shù)量以及樣本總數(shù)量。最終計(jì)算得出誤警率和漏警率越低，說明對(duì)應(yīng)方法的預(yù)警性能越優(yōu)。
2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通過相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，得出反映早期預(yù)警性能的測(cè)試結(jié)果，見表3。
表3 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警性能測(cè)試數(shù)據(jù)
將表3中的數(shù)據(jù)代入式(12)中，計(jì)算得出兩種傳統(tǒng)方法的平均誤警率分別為1.29%和1.62%，漏警率平均值分別為1.01%和1.35%，優(yōu)化設(shè)計(jì)消防安全早期預(yù)警方法誤警率和漏警率平均值均為0.07%。由此可知，本工作方法的誤警率和漏警率均低于傳統(tǒng)方法，其降低了0.90%以上，說明該方法有效降低了預(yù)警錯(cuò)誤性。根據(jù)表4數(shù)據(jù)可知，三種方法在不同預(yù)警等級(jí)中預(yù)警情況不同，基于數(shù)據(jù)-模型混合驅(qū)動(dòng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法僅Ⅳ等級(jí)全部預(yù)警正確，而其他預(yù)警等級(jí)均存在預(yù)警錯(cuò)誤的情況，最高預(yù)警錯(cuò)誤個(gè)數(shù)達(dá)到了2個(gè)，并且預(yù)警等級(jí)錯(cuò)誤無(wú)規(guī)律，而基于氣液逸出物圖像識(shí)別的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法在Ⅱ～Ⅴ預(yù)警等級(jí)時(shí)，均存在2個(gè)預(yù)警錯(cuò)誤，Ⅰ預(yù)警等級(jí)存在1個(gè)預(yù)警錯(cuò)誤，而且該方法發(fā)生的錯(cuò)誤均為預(yù)警等級(jí)低，與這兩個(gè)傳統(tǒng)方法相比，本工作設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法僅在Ⅳ預(yù)警等級(jí)時(shí)出現(xiàn)1個(gè)預(yù)警錯(cuò)誤，將其預(yù)警為更高的Ⅲ，也觸發(fā)了預(yù)警，由此可知，本工作方法在不同預(yù)警等級(jí)下，其可以準(zhǔn)確預(yù)警。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法沒有充分考慮內(nèi)外部影響因素，導(dǎo)致預(yù)警不夠準(zhǔn)確，而本工作方法充分考慮了集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的內(nèi)外部影響因素，采用特征提取和特征匹配的方式，確定了電池平面中任意像素點(diǎn)是否存在異常，因此，可以在不同預(yù)警等級(jí)下準(zhǔn)確預(yù)警。
表4 預(yù)警等級(jí)預(yù)測(cè)結(jié)果分析
考慮到實(shí)際工作中鋰離子電池表面破損位置可能不同，該情況可能影響本工作方法預(yù)警的準(zhǔn)確性，因此，分析不同表面破損位置下三種方法的預(yù)警準(zhǔn)確率，結(jié)果見表5。
表5 不同表面破損位置下預(yù)警準(zhǔn)確
根據(jù)表5數(shù)據(jù)可知，三種方法的預(yù)警準(zhǔn)確率均達(dá)到了96.0%以上，但是傳統(tǒng)方法的預(yù)警準(zhǔn)確率相對(duì)較低，在樣本數(shù)量達(dá)到300個(gè)時(shí)，基于數(shù)據(jù)-模型混合驅(qū)動(dòng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法的預(yù)警準(zhǔn)確率為97.7%，基于氣液逸出物圖像識(shí)別的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)早期預(yù)警方法的預(yù)警準(zhǔn)確率為96.0%，而此時(shí)本工作方法的預(yù)警準(zhǔn)確率為99.7%，相比可知，本工作方法的預(yù)警準(zhǔn)確率比傳統(tǒng)方法提高了2.0%以上，其仍可以保持較高的預(yù)警準(zhǔn)確率，因此，該結(jié)果說明本工作方法受到表面破損位置不同的影響較小，可以準(zhǔn)確預(yù)警。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法考慮影響因素不全面，并且沒有準(zhǔn)確預(yù)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行走勢(shì)，導(dǎo)致預(yù)警不準(zhǔn)確，而本工作方法采用成像設(shè)備生成了集裝箱式鋰離子電池各個(gè)平面的成像結(jié)果，也充分考慮了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的內(nèi)外部影響因素，得出了表面破損面積的檢測(cè)結(jié)果，并且以采集電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，提取儲(chǔ)能系統(tǒng)的變化特征，推算了儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行走勢(shì)，從而可以在不同表面破損位置下準(zhǔn)確預(yù)警，提高了預(yù)警準(zhǔn)確率。
3 結(jié) 論
集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的安全問題是本體因素和運(yùn)行環(huán)境因素長(zhǎng)期演化導(dǎo)致的，同時(shí)也是部分外部因素影響發(fā)生的問題。因此，對(duì)這些因素進(jìn)行演化過程的分析、監(jiān)測(cè)和評(píng)估，設(shè)計(jì)了集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警方法。該方法充分考慮了多個(gè)影響因素，并且結(jié)合了集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行走勢(shì)，設(shè)計(jì)了預(yù)警等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的早期預(yù)警。實(shí)驗(yàn)分析可知，該方法的集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全早期預(yù)警準(zhǔn)確，并且不同預(yù)警等級(jí)和不同表面破損位置下均預(yù)警準(zhǔn)確，準(zhǔn)確率達(dá)到了99.7%，其具備了較好的預(yù)警性能。以期通過該研究避免集裝箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展到熱失控階段，降低火災(zāi)發(fā)生概率與損失。
