【摘 要】
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能源短缺和环境污染已经成为21世纪人类工业面临的最重要问题,可再生能源发电因其低碳环保的特点,配合储能装置成为了未来新型电力系统重要的解决方案。锂离子电池因具有高能量密度,快速充放电特性,已在电化学储能装置中得到了广泛应用。但近年来电化学储能领域频频出现自燃、爆炸事故,证明锂离子电池的故障具有潜伏性、自发性和毁灭性。锂离子电池的自燃和爆炸直接原因是热失控,而锂离子电池的内短路故障既是热失控的主要诱
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能源短缺和环境污染已经成为21世纪人类工业面临的最重要问题,可再生能源发电因其低碳环保的特点,配合储能装置成为了未来新型电力系统重要的解决方案。锂离子电池因具有高能量密度,快速充放电特性,已在电化学储能装置中得到了广泛应用。但近年来电化学储能领域频频出现自燃、爆炸事故,证明锂离子电池的故障具有潜伏性、自发性和毁灭性。锂离子电池的自燃和爆炸直接原因是热失控,而锂离子电池的内短路故障既是热失控的主要诱因也是共性环节。因此,本文从锂离子电池内短路故障诊断方法入手,结合锂离子电池内短路故障的模拟触发实验,在内短路故障辨识的基础上,对锂离子电池运行时的安全预警方法进行研究。为了解决锂离子电池内短路故障诊断困难的问题,以储能用磷酸铁锂电池作为实验对象,对内短路故障模拟方法进行研究。结合锂离子电池内/外短路故障具有相近等效电路的特点,从故障模拟量级可控、可复现和可操作的角度出发,选择并联电阻的方式模拟锂离子电池内短路故障过程中的电热特性,根据内短路故障具有的参数效应、耗尽效应以及绝热实验结果,分析内短路故障对锂离子电池电热特性的影响。根据所设计的实验方案,结合不同内短路模拟量级对触发元件的要求,设计不同材质和结构的内短路故障模拟触发元件。在此基础上,从对内短路故障模拟触发实验的温度分布特性角度出发,分析不同模拟触发元件材质和结构对温度分布特性的影响。根据锂离子电池内短路故障特性,提出一种基于电压余弦相似性的电池模组内短路故障诊断方法,以电池模组中的电压、电流信号构建二维特征向量,引入包含激励信息的增益倍数,对特征向量进行二次处理,实现对故障信号特征的有效分离,根据实验结果验证了诊断方法的有效性。
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