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基于多元多尺度样本熵的储能电站电池内部短路故障诊断
Internal Short-Circuit Fault Diagnosis for Batteries of Energy Storage Stations Based on Multivariate Multiscale Sample Entropy
| 作者 | Chao Li · Kaidi Zeng · Bin Li · Guanzheng Li · He Yang · Shengwei Li |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2024年7月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂离子电池 电池储能站 内部短路故障 多变量多尺度样本熵 故障诊断 |
语言:
中文摘要
电池储能站(BESS)中锂离子电池(LIBs)的安全性正受到越来越多的关注。为确保电池储能站的安全运行,有必要检测可能导致火灾或爆炸的电池内部短路(ISC)故障。本文提出了一种基于多元多尺度样本熵(MMSE)的电池早期内部短路故障诊断方法。该方法利用电池的电压、电流和温度来提取故障特征。采用小波去噪方法提高多元多尺度样本熵的性能。提出自适应阈值来诊断早期内部短路故障并防止误诊断。最后,通过内部短路故障实验和电池过充实验验证了所提出的早期内部短路诊断方法的有效性。利用实际电池储能站运行数据验证了该方法的鲁棒性。结果表明,所提出的方法能有效诊断早期内部短路故障。
English Abstract
The safety of lithium-ion batteries (LIBs) in the battery energy storage station (BESS) is attracting increasing attention. To ensure the safe operation of BESS, it is necessary to detect the battery internal short circuit (ISC) fault which may lead to fire or explosion. This article proposes an early battery ISC fault diagnosis method based on the multivariate multiscale sample entropy (MMSE). The voltage, current, and temperature of the battery are utilized to extract the fault feature. The wavelet denoising method are employed to improve the MMSE performance. The adaptable threshold is proposed to diagnose the early ISC fault and prevent misdiagnosis. Finally, the ISC fault experiment and the battery overcharge experiment are used to validate the efficiency of the proposed early ISC diagnosis method. The real BESS operation data are used to validate the robustness of the proposed method. The results shows that the proposed method is effective in diagnosing the early ISC fault.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于多元多尺度样本熵(MMSE)的锂电池内短路故障诊断技术具有重要的应用价值。当前,我司储能产品线涵盖工商业储能和大型储能电站解决方案,电池安全监测是系统可靠性的核心痛点。该技术通过融合电压、电流、温度等多维数据进行早期故障预警,与我司现有BMS系统形成技术互补,可显著提升PowerTitan、PowerStack等储能产品的安全防护能力。
该方法的技术优势在于早期诊断能力和自适应阈值设计。传统BMS多依赖单一参数阈值告警,易产生漏报或误报,而MMSE方法通过熵值变化捕捉电池状态的细微异常,结合小波去噪提高信噪比,理论上可在热失控前数小时甚至数天发出预警。论文采用实际储能站运行数据验证,说明技术已具备一定工程化基础,但从实验室到大规模商用仍需解决计算复杂度和实时性问题。
对于阳光电源而言,技术集成面临三方面挑战:一是MMSE算法的计算负荷可能对现有边缘计算硬件提出更高要求;二是需要建立适配不同电芯体系(磷酸铁锂、三元等)的参数库;三是与iSolarCloud平台的数据融合架构需要重新设计。然而,这也带来差异化竞争机遇——若能率先将该技术整合进智慧能源管理系统,将在欧美等高安全标准市场形成显著优势,同时为电站全生命周期运维服务创造新的增值空间。建议启动小规模试点验证,重点评估误报率和响应时间等关键指标。