锂离子电池储能电站早期安全预警及防护

　　储能技术是支撑我国新能源发展和保障能源安全的关键技术之一，在促进新能源并网消纳、保障电网稳定运行等方面发挥着重要作用。现有广泛应用于规模化储能的锂离子电池存在安全隐患，锂离子电池储能电站火灾和爆炸事故频发，造成了巨大的负面影响。本书针对锂离子电池储能电站的安全性问题，结合作者的研究实践，提出了适用于储能电站环境的早期预警及防护措施，详细阐述了阻抗预警、内部温度预警、特征气体预警、特征声音预警、特征声音故障定位、特征图像预警等早期预警方法，以及气体爆炸特性及防护、火灾事故处置等防护措施，并对关键技术进行了系统的分析论证、仿真和实验研究，同时给出了大量应用案例。 本书可作为储能、电池领域技术人员的参考用书，也可以作为电气工程和储能专业的高年级本科生和研究生的教学参考书。

　　金阳，博士毕业于西安交通大学电气工程学院，现任郑州大学电气工程学院教授，博士生导师，郑州大学电网储能与电池应用研究中心主任，中国电工技术学会储能系统与装备专业委员会，主要研究方向为规模化电池储能安全防护。入选2020年《麻省理工科技评论》35岁以下科技创新35人中国榜单，河南省中原青年拔尖人才等。

目录
前言
第1章绪论
1.1锂离子电池储能应用前景广阔
1.2锂离子电池储能电站构成
1.3锂离子电池储能电站安全事故频发
1.4锂离子电池储能电站安全事故分析
1.5锂离子电池储能电站安全防护现状
1.5.1储能电站安全风险
1.5.2储能电站相关安全规范
1.6本章小结

第2章锂离子电池热失控过程
2.1锂离子电池工作原理
2.1.1锂离子电池充放电原理
2.1.2电池的相关评价指标
2.2锂离子电池产热机理
2.2.1正常工况下的产热机理
2.2.2滥用工况下的产热机理
2.3锂离子电池热失控机理
2.3.1锂离子电池热失控过程
2.3.2锂离子电池热失控特征参数
2.4锂离子电池热失控研究常用设备
2.4.1电池安全性测试设备
2.4.2电池参数测量仪器
2.5本章小结

第3章磷酸铁锂电池过充热失控特性
3.1电池热特性及机械特性
3.1.1过充热特性研究
3.1.2过充热特性仿真
3.1.3过充机械特性仿真
3.2过充热蔓延特性
3.2.1单体电池间热蔓延实验和仿真
3.2.2模组内单体热蔓延仿真
3.2.3模组间热蔓延仿真
3.3过充热防护设计
3.3.1不同散热条件对单体电池的影响
3.3.2不同散热条件对模组的影响
3.3.3电池簇热防护
3.4本章小结

第4章储能电站早期安全预警
4.1早期安全预警的概念
4.2多级安全预警系统
4.3系统构架和实现
4.4本章小结

第5章阻抗预警
5.1单频点阻抗
5.1.1电化学阻抗谱
5.1.2单频点阻抗的提出
5.2电流激励型阻抗测量设备
5.2.1设计思路
5.2.2设计方案
5.2.3数据处理和功能验证
5.3单频点阻抗过充预警
5.3.1过充前的单频点阻抗特征
5.3.2正常充电时单频点阻抗变化
5.3.3基于单频点阻抗的单体过充预警
5.3.4基于单频点阻抗的模组局部过充预警
5.4单频点阻抗鼓包预警
5.4.1过充鼓包前后的阻抗变化
5.4.2鼓包过程阻抗变化
5.4.3基于单频点的鼓包预警测试
5.5本章小结

第6章内部温度预警
6.1内部温度与阻抗
6.1.1内部温度测量挑战
6.1.2电化学阻抗谱与内部温度
6.1.3基于单频点阻抗的内部温度检测
6.2内部温度标定
6.2.1电池充放电过程中的阻抗变化
6.2.2最优阻抗频率的选择
6.2.3内部温度测量验证
6.3利用内部温度进行早期安全预警
6.4本章小结

第7章特征气体预警
7.1氢气产生机理
7.1.1氢气原位探测平台
7.1.2氢气探测实验
7.1.3氢气产生的反应机理
7.2氢气预警效果验证
7.2.1单体电池氢气预警效果
7.2.2电池模组级氢气预警效果
7.2.3电池簇级氢气预警效果
7.3氢气传感器及氢气预警工程应用
7.3.1氢气传感器介绍
7.3.2储能电站中氢气预警的应用
7.4本章小结

第8章特征声音预警
8.1特征声音信号产生
8.2安全阀声信号有效性
8.2.1单体电池安全阀声信号有效性
8.2.2电池模组安全阀声信号有效性
8.3安全阀声信号预警
8.3.1储能舱内部声信号采集与分析
8.3.2电池舱内声信号预处理
8.3.3声信号特征参数提取
8.3.4安全阀声信号模式识别
8.4本章小结

第9章特征声音故障定位
9.1声信号采集系统设计
9.2故障定位方法
9.2.1基于时延估计的定位算法
9.2.2互相关时差提取算法
9.3故障定位效果
9.3.1平台搭建与数据采集
9.3.2数据分析
9.4本章小结

第10章特征图像预警
10.1汽化电解液产生原理
10.2特征图像识别方法
10.2.1YOLO算法介绍
10.2.2算法改进策略
10.3特征图像识别预警效果
10.3.1数据集准备
10.3.2模型训练
10.3.3评价指标
10.3.4结果分析与对比
10.4本章小结

第11章储能电站气体爆炸特性及防护
11.1气体爆炸数值模型
11.1.1单层储能舱几何模型
11.1.2双层储能舱几何模型
11.1.3爆炸条件设置
11.2单层储能舱
11.2.1气体爆炸实验
11.2.2单层储能舱气体爆炸特性
11.2.3单层储能舱爆炸防护
11.3双层储能舱
11.3.1底层舱爆炸特性
11.3.2顶层舱爆炸特性
11.3.3结构可行性分析
11.4本章小结

第12章火灾事故处置
12.1储能电站火灾特性
12.2灭火介质选择
12.2.1灭火原理
12.2.2常用灭火剂
12.3灭火剂效果对比
12.3.1Novec1230灭火剂
12.3.2七氟丙烷灭火剂
12.3.3六氟丙烷灭火剂
12.3.4细水雾灭火剂
12.4本章小结
参考文献