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儲能技術(shù)是支撐我國新能源發(fā)展和保障能源安全的關(guān)鍵技術(shù)之一，在促進新能源并網(wǎng)消納、保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行等方面發(fā)揮著重要作用。現(xiàn)有廣泛應用于規(guī)�；瘍δ艿匿囯x子電池存在安全隱患，鋰離子電池儲能電站火災和爆炸事故頻發(fā)，造成了巨大的負面影響。本書針對鋰離子電池儲能電站的安全性問題，結(jié)合作者的研究實踐，提出了適用于儲能電站環(huán)境的早期預警及防護措施，詳細闡述了阻抗預警、內(nèi)部溫度預警、特征氣體預警、特征聲音預警、特征聲音故障定位、特征圖像預警等早期預警方法，以及氣體爆炸特性及防護、火災事故處置等防護措施，并對關(guān)鍵技術(shù)進行了系統(tǒng)的分析論證、仿真和實驗研究，同時給出了大量應用案例。
本書可作為儲能、電池領(lǐng)域技術(shù)人員的參考用書，也可以作為電氣工程和儲能專業(yè)的高年級本科生和研究生的教學參考書。

前言
鋰離子電池儲能電站早期安全預警及防護
21世紀是新能源革命蓬勃發(fā)展的時代。大力發(fā)展可再生能源，是人類解決資源短缺、能源危機和環(huán)境污染等問題的必由之路。然而，可再生能源發(fā)電的大規(guī)模并網(wǎng)問題一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵。新能源配套儲能，是目前世界上公認的消納可再生能源有效的途徑之一。2020年我國電化學儲能新增裝機容量為785.1MW，其中鋰離子電池儲能新增裝機容量為762.3MW。得益于十四五期間更多利好政策的頒布，預計在20202024年期間電化學儲能的年復合增長率將有望超過65%，2024年年底電化學儲能的市場裝機規(guī)模將接近24GW。
然而，鋰離子電池本身存在著不能忽視的安全隱患，隨著電池能量密度等指標的提高，鋰離子電池的安全性問題也越發(fā)尖銳。已經(jīng)報道了多起鋰離子電池儲能電站安全事故，儲能電池的安全性已經(jīng)成為了當前重要的研究方向。相對電動汽車而言，儲能電站電池數(shù)量多、排列相對密集，運行工況更加嚴峻。若單體電池因故障發(fā)生熱失控，極易導致周圍電池發(fā)生連鎖反應，引發(fā)儲能艙著火和爆炸事故�，F(xiàn)有的儲能電站預警手段尚不足以完全避免安全事故的發(fā)生，因此需要更加有效和及時的早期預警系統(tǒng)或者裝置相互配合，從而全面保障儲能電站的安全可靠運行。
本書結(jié)合作者多年來的研究實踐，詳細敘述了鋰離子電池儲能電站的早期安全預警和防護技術(shù)細節(jié)。第1章闡述了鋰離子電池儲能電站存在的安全隱患，梳理分析了國內(nèi)外一系列鋰離子電池儲能電站安全事故，并總結(jié)了現(xiàn)行的電化學儲能及鋰離子電池儲能電站相關(guān)安全規(guī)范；第2章闡述了鋰離子電池熱失控相關(guān)原理和過程，為熱失控預警方法的研究做理論準備；第3章主要討論了磷酸鐵鋰電池單體及模組過充特性、熱蔓延問題和熱防護方法；第4章提出了鋰離子電池儲能電站早期安全預警的概念；第5～10章系統(tǒng)深入地論述了阻抗預警、內(nèi)部溫度預警、特征氣體預警、特征聲音預警、特征聲音故障定位、特征圖像預警等早期預警方法基礎(chǔ)理論、仿真建模、實驗驗證與實施細節(jié)；第11、12章介紹了預制艙式鋰離子電池儲能電站的爆炸特性和防護要點，以及火災事故中的滅火劑選擇和能效問題。本書力求從儲能電站的實際運行環(huán)境出發(fā)，以精練準確的文字和翔實的內(nèi)容，幫助相關(guān)領(lǐng)域讀者了解儲能電站的安全需求、掌握儲能電站的早期安全預警方法和防護要點，助力我國儲能行業(yè)的健康發(fā)展。
本書是作者所在團隊在電化學儲能安全領(lǐng)域研究開發(fā)工作的結(jié)晶，也是多年研究成果的集中體現(xiàn)。在此對團隊博士、碩士研究生的辛苦付出表示由衷的感謝。還要感謝國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學研究院對本書中電池模組燃燒實驗研究提供的支持和幫助。
鋰離子電池儲能安全涉及電氣、電化學、安全工程、材料等多學科交叉，我們希望將研究團隊在該領(lǐng)域的研究成果與心得體會奉獻給讀者。但由于作者水平有限，有些理論與技術(shù)還在探討中，書中難免存在疏漏之處，歡迎廣大讀者批評指正。
金陽
2021年冬于鄭州大學電氣工程學院

目錄
前言
第1章緒論
1.1鋰離子電池儲能應用前景廣闊
1.2鋰離子電池儲能電站構(gòu)成
1.3鋰離子電池儲能電站安全事故頻發(fā)
1.4鋰離子電池儲能電站安全事故分析
1.5鋰離子電池儲能電站安全防護現(xiàn)狀
1.5.1儲能電站安全風險
1.5.2儲能電站相關(guān)安全規(guī)范
1.6本章小結(jié)

第2章鋰離子電池熱失控過程
2.1鋰離子電池工作原理
2.1.1鋰離子電池充放電原理
2.1.2電池的相關(guān)評價指標
2.2鋰離子電池產(chǎn)熱機理
2.2.1正常工況下的產(chǎn)熱機理
2.2.2濫用工況下的產(chǎn)熱機理
2.3鋰離子電池熱失控機理
2.3.1鋰離子電池熱失控過程
2.3.2鋰離子電池熱失控特征參數(shù)
2.4鋰離子電池熱失控研究常用設(shè)備
2.4.1電池安全性測試設(shè)備
2.4.2電池參數(shù)測量儀器
2.5本章小結(jié)

第3章磷酸鐵鋰電池過充熱失控特性
3.1電池熱特性及機械特性
3.1.1過充熱特性研究
3.1.2過充熱特性仿真
3.1.3過充機械特性仿真
3.2過充熱蔓延特性
3.2.1單體電池間熱蔓延實驗和仿真
3.2.2模組內(nèi)單體熱蔓延仿真
3.2.3模組間熱蔓延仿真
3.3過充熱防護設(shè)計
3.3.1不同散熱條件對單體電池的影響
3.3.2不同散熱條件對模組的影響
3.3.3電池簇熱防護
3.4本章小結(jié)

第4章儲能電站早期安全預警
4.1早期安全預警的概念
4.2多級安全預警系統(tǒng)
4.3系統(tǒng)構(gòu)架和實現(xiàn)
4.4本章小結(jié)

第5章阻抗預警
5.1單頻點阻抗
5.1.1電化學阻抗譜
5.1.2單頻點阻抗的提出
5.2電流激勵型阻抗測量設(shè)備
5.2.1設(shè)計思路
5.2.2設(shè)計方案
5.2.3數(shù)據(jù)處理和功能驗證
5.3單頻點阻抗過充預警
5.3.1過充前的單頻點阻抗特征
5.3.2正常充電時單頻點阻抗變化
5.3.3基于單頻點阻抗的單體過充預警
5.3.4基于單頻點阻抗的模組局部過充預警
5.4單頻點阻抗鼓包預警
5.4.1過充鼓包前后的阻抗變化
5.4.2鼓包過程阻抗變化
5.4.3基于單頻點的鼓包預警測試
5.5本章小結(jié)

第6章內(nèi)部溫度預警
6.1內(nèi)部溫度與阻抗
6.1.1內(nèi)部溫度測量挑戰(zhàn)
6.1.2電化學阻抗譜與內(nèi)部溫度
6.1.3基于單頻點阻抗的內(nèi)部溫度檢測
6.2內(nèi)部溫度標定
6.2.1電池充放電過程中的阻抗變化
6.2.2阻抗頻率的選擇
6.2.3內(nèi)部溫度測量驗證
6.3利用內(nèi)部溫度進行早期安全預警
6.4本章小結(jié)

第7章特征氣體預警
7.1氫氣產(chǎn)生機理
7.1.1氫氣原位探測平臺
7.1.2氫氣探測實驗
7.1.3氫氣產(chǎn)生的反應機理
7.2氫氣預警效果驗證
7.2.1單體電池氫氣預警效果
7.2.2電池模組級氫氣預警效果
7.2.3電池簇級氫氣預警效果
7.3氫氣傳感器及氫氣預警工程應用
7.3.1氫氣傳感器介紹
7.3.2儲能電站中氫氣預警的應用
7.4本章小結(jié)

第8章特征聲音預警
8.1特征聲音信號產(chǎn)生
8.2安全閥聲信號有效性
8.2.1單體電池安全閥聲信號有效性
8.2.2電池模組安全閥聲信號有效性
8.3安全閥聲信號預警
8.3.1儲能艙內(nèi)部聲信號采集與分析
8.3.2電池艙內(nèi)聲信號預處理
8.3.3聲信號特征參數(shù)提取
8.3.4安全閥聲信號模式識別
8.4本章小結(jié)

第9章特征聲音故障定位
9.1聲信號采集系統(tǒng)設(shè)計
9.2故障定位方法
9.2.1基于時延估計的定位算法
9.2.2互相關(guān)時差提取算法
9.3故障定位效果
9.3.1平臺搭建與數(shù)據(jù)采集
9.3.2數(shù)據(jù)分析
9.4本章小結(jié)

第10章特征圖像預警
10.1汽化電解液產(chǎn)生原理
10.2特征圖像識別方法
10.2.1YOLO算法介紹
10.2.2算法改進策略
10.3特征圖像識別預警效果
10.3.1數(shù)據(jù)集準備
10.3.2模型訓練
10.3.3評價指標
10.3.4結(jié)果分析與對比
10.4本章小結(jié)

第11章儲能電站氣體爆炸特性及防護
11.1氣體爆炸數(shù)值模型
11.1.1單層儲能艙幾何模型
11.1.2雙層儲能艙幾何模型
11.1.3爆炸條件設(shè)置
11.2單層儲能艙
11.2.1氣體爆炸實驗
11.2.2單層儲能艙氣體爆炸特性
11.2.3單層儲能艙爆炸防護
11.3雙層儲能艙
11.3.1底層艙爆炸特性
11.3.2頂層艙爆炸特性
11.3.3結(jié)構(gòu)可行性分析
11.4本章小結(jié)

第12章火災事故處置
12.1儲能電站火災特性
12.2滅火介質(zhì)選擇
12.2.1滅火原理
12.2.2常用滅火劑
12.3滅火劑效果對比
12.3.1Novec1230滅火劑
12.3.2七氟丙烷滅火劑
12.3.3六氟丙烷滅火劑
12.3.4細水霧滅火劑
12.4本章小結(jié)
參考文獻

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