← 返回
储能系统技术
★ 5.0
一种基于稀疏传感器系统的大型电池组全工况电热特性在线感知方法
A Holistic Electrothermal Profiles Online Sensing Method With Sparse Sensor System in Large-Format Battery Pack
| 作者 | Wei Li · Yi Xie · Rui Yang · Yining Fan · Kai Zhang · Satyam Panchal |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Electronics |
| 出版日期 | 2025年4月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 锂离子电池 传感器系统架构优化 全局电热分布 在线感知 误差验证 |
语言:
中文摘要
随着锂离子电池技术的蓬勃发展,大规模电池组的管理面临着一项重大挑战:虽然全面的时变电热特性曲线至关重要,但稀疏的传感器系统仅能提供有限的传感信息。在新兴的电池管理系统中,传感器系统的信息缺失问题通常被忽视。本文提出了一种电池传感器系统架构的优化方法,可实现对大规模电池组全局电热特性曲线的在线传感。首先,通过拓展信息熵的应用,提出了一种适用于任意电池传感器系统的架构优化方法。基于这种优化后的传感器拓扑结构,本文随后重点研究了一种用于捕捉大规模电池组全局电热特性曲线的在线传感方法。通过这种方法,利用改进的分形过程推导得到三维热特性曲线,同时实时更新全局电气参数,并考虑热效应的影响。最后,本研究表明,本文提出的传感器拓扑优化准则能够更全面地揭示全局电热场的特征。电气和热特性曲线的在线传感结果验证了该方法的有效性,在电池组层面实现了小于 2%的误差。
English Abstract
With the promising advancements in lithium-ion battery technology, the management of large-scale battery packs is confronted with a significant challenge: while comprehensive, time-varying electrothermal profiles are essential, the sparse sensor system offers only limited sensing information. In emerging battery management systems, the lack of information in sensor systems is generally overlooked. This article proposes an optimization method for the architecture of battery sensor systems, enabling online sensing of global electrothermal profiles in large-scale battery packs. First, by expanding the application of information entropy, an architecture optimization method for an arbitrary battery sensor system is proposed. Building on this optimized sensor topology, the article then focuses on an online sensing method to capture global electrothermal profiles in large-scale battery packs. Through this approach, 3-D thermal profiles are derived using an enhanced fractal process, while global electrical parameters are updated in real time, accounting for thermal effects. Finally, this study shows that this article's criteria for optimizing sensor topology can reveal more comprehensive characteristics of the global electrothermal field. The effectiveness of our methodology is validated by online sensing results of the electric and thermal profiles, achieving the error of less than 2% at the pack levels.
S
SunView 深度解读
从阳光电源储能系统业务视角来看,这项基于稀疏传感器系统的大型电池包全局电热场在线感知技术具有重要的工程应用价值。当前储能系统向大规模、高能量密度方向发展,我们的液冷储能产品和集装箱级储能解决方案中,电池包规模动辄数百至数千个电芯,传统BMS面临传感器成本与监测精度的矛盾:全面部署温度和电压传感器会显著增加硬件成本和系统复杂度,而稀疏布置又难以捕捉局部热失控等安全隐患。
该论文提出的信息熵优化传感器拓扑方法,为解决这一困境提供了理论框架。通过优化传感器布局,结合分形算法重构三维温度场和实时电参数更新,能够在保持稀疏传感器配置的前提下实现包级误差小于2%的全局电热状态感知。这对我们的储能产品具有三方面价值:一是可降低15-30%的传感器硬件成本;二是提升热管理系统的预测性维护能力,特别是在大型地面电站和工商业储能场景中延长系统寿命;三是增强安全预警机制,通过电热耦合模型更早识别异常单体。
技术成熟度方面,该方法的包级验证误差已达到工程应用标准,但在实际部署中仍需关注:不同化学体系电池的模型泛化性、极端工况下算法实时性、以及与现有BMS架构的集成复杂度。建议我们的中央研究院可与学术机构合作,在PowerStack和PowerTitan等旗舰储能产品上开展中试验证,重点评估其在高倍率充放电和温度梯度较大场景下的鲁棒性,这将成为下一代智能BMS的核心竞争力之一。