摘 要

随着我国社会经济的不断发展，锂离子电池在电站的储能应用中显示出巨大的潜力，目前有两个关于锂离子电池储能系统的两大突出性问题:成本和安全。成本问题正在逐步解决，但锂离子电池能否大规模应用的关键问题是其安全性。应变和温度是锂离子电池监测的关键参数，对这两参数实现实时监测预警可提高储能系统安全性和长期循环稳定性。因此，根据锂电池热失控机理，本研究拟选用光纤技术，利用光纤传感技术无可比拟的优势，采用基于分布式光纤布里渊散射原理实现对储能系统的空间环境的温度，精确的测出空间内各个测量点的温度以及锂电池某个位置的应变。当光纤传感器检测到储能系统的单体电池温差过大、储能系统总体温度过高、锂电池单体形变过大时，计算机对观测到的数据进行分析，若发现数据异常则报警系统开始工作，进行报警提示，从而提高储能系统的安全性能，实现储能系统锂离子电池火灾预警。

关键词：储能系统；热失控参数；分布式光纤传感；

Abstract

With the development of Economy and society in China, lithium-ion battery has shown great potential in the application of energy storage in power plants. There are two outstanding problems about lithium-ion battery: Cost and safety.The cost issue is gradually being resolved, but the key to large-scale use of lithium-ion batteries is their safety.Strain and temperature are the key parameters of lithium ion battery monitoring. Real-time monitoring and early warning of these two parameters can improve the safety and long-term cycle stability of the energy storage system.Therefore, based on the mechanism of lithium battery thermal runaway, this study intends to use fiber optic technology, using optical fiber sensing technology has incomparable advantages, based on the distributed optical fiber temperature Brillouin scattering principle to measure the energy storage system, accurately measuring the temperature and strain of lithium battery measurement points in space.When optical fiber sensor detected monomer battery energy storage system temperature difference is too large, the overall high temperature, lithium battery energy storage system monomer deformation is too large, the computer analysis of observed data, if discover the abnormal data, the operation of the alarm system will prompt the alarm, thus improving the safety performance of the energy storage system and realizing the lithium-ion battery fire early warning of the energy storage system.

Keywords: energy storage system;Thermal runaway parameter;Distributed optical fiber sensing;

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 锂离子电池储能系统的安全问题 1

1.3 储能系统监测技术国内外研究现状 2

1.4 主要内容 3

第2章 储能系统监测技术 4

2.1 热电偶技术 4

2.2 红外热成像技术 5

2.3 光纤传感技术 5

2.3.1 光纤中的布里渊散射 8

2.3.2 光纤布里渊散射的分布式光纤传感技术 9

第3章 储能系统锂离子电池热失控特征参数 13

3.1 热失控过程应变参数 15

3.2 热失控过程温度参数 16

第4章 储能系统锂离子电池火灾预警系统功能设计 18

4.1 分布式布里渊光纤监测系统 18

4.1.1 分布式光纤布里渊传感系统的器件选择 19

4.1.2 传感光纤布置方案 21

4.2 数据显示与控制系统 22

4.3 报警系统 23

第5章 总结与展望 26

参考文献 27

致 谢 28

绪论

1.1 研究背景及意义

随着人们生活水平的提高，人们在电能方面的需求和稳定性要求也不断提高，电能的有效储存在管理能源生产和需求方面的重要性也随之提升。一方面，传统的电网模式面临着输电可靠性低、稳定性差以及远距离输电成本高等诸多难题：与此同时，因能源消耗迅速和环境污染等问题的加剧，将风能、太阳能等可再生能源接入电网中的方式，虽受到了人们的重视，但可再生能源也有一定的缺点。当将其直接并入电网的时，对电网工作的安全性和稳定性则会带来一定的威胁；另一方面，可再生能源电网中的使用方面，人们往往以追求更高的效益为目的，当电网出现问题时，一般会采取将这些可再生能源所产的电能不接入大电网采取孤岛供电的方式，当进行孤岛供电时，因无大电网进行持续稳定的支撑，孤岛供电运行时系统的稳定性和可靠性将会面临严峻的挑战。而储能技术的应用未解决这一系列的问题提供了一种有效的方案，尤其是在维持孤岛供电稳定性方^[1]。因此，储能技术的研究与应用将是目前重点研究课题之一，而储能技术领域这一关键便是锂离子电池，锂离子电池电池本身的能力密度比和功率密度比较高，使得锂离子电池对能源的收集效益方面远超传统储能方式。这也导致以锂离子电池为体系的储能系统其越来越复杂，保障储能系统的安全运行也越来越困难。主要原因有以下几个方面：

（1）由于锂离子电池本身使用的是可燃性电解液，因此其从本征上就是不安全的体系，在错误的使用和意外情况下，会发生热失控引发火灾；