储能装置检测系统、方法、设备及存储介质

：
1.本发明涉及储能装置领域和光学传感领域，特别涉及储能装置检测系统、方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着“碳达峰，碳中和”目标的提出，储能装置作为一种高效新型能源的储能载体备受青睐。但是储能装置的安全状态及其造成的火灾安全事故阻碍了其在新能源汽车及储能领域的大规模应用。储能装置安全状态的监测预警技术可尽早地甄别储能装置热失控风险，实现“早发现，早处理，更安全”，成为保障储能装置安全的重要一环。
3.安全性是实现储能电池规模化推广应用的先决条件。合理有效的储能装置安全状态监测预警技术依赖于预警的有效获取、特征提取和阈值的准确设定，目前常用的热失控预警主要包括外部检测(如电流、电压、内阻、表面温度、安全阀开启、烟雾和气体浓度等)和内部特征(如状态估计和内部温度等)。目前的储能装置安全状态预警多依赖于外部电、热、声、气等信号的选取测量，且电池从正常状态到不正常状态的预警时间大约为500s。由于储能装置内部的卷绕式结构，外部电、热传感器的响应速度滞后于内部，而外部声、气等信号极大受安全阀开启的影响，对于部分安全阀开启与热失控间隔较小的电池以及大型的储能装置难以实现早期预警。
4.针对上述问题，现有技术开始尝试使用植入式传感器对储能装置内部状态进行监测，因此需要发展和创新一种植入式传感器、装置和方法，可无损植入储能装置且准确获取储能装置内部信息，通过快速获取储能装置内部压力和温度变化信息实现储能装置提前且精确预警。


技术实现要素：

5.发明的目的是提供一种储能装置检测系统、方法、设备及存储介质，旨在解决现有技术难以获取和利用储能装置内部温度和压力的变化信号，难以对储能装置进行早期预警，从而不能准确分析储能装置安全状态的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供一种储能装置检测系统，包括传感模块和分析模块，传感模块置于储能装置内部，传感模块用于获取储能装置内部温度和内部压力并传输至分析模块，分析模块通过分析内部温度和/或内部压力的变化信号评估储能装置的状态。
7.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。
8.压力的导数关系是指内部压力上升速率，温度的导数关系是指内部温度上升速率，压力的数值关系是指内部压力随时间的变化关系、温度的数值关系是指内部温度随时间的变化关系。
9.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，分析模块通过分析内部温度和/或内部
压力的变化信号提供预警。
10.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，预警包括第一预警，其中，当确定储能装置处于不可逆状态时，第一预警被激发。
11.其中，不可逆状态是指电池的容量平衡发生改变，这种改变就是不可逆的，并且可以通过多次循环进行累积，对电池性能产生严重影响，因此可作为电池热失控发生极早期的特征信号，不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。
12.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，储能装置包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池和钠硫电池时，不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。
13.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一预警可以根据内部温度的导数关系和/或压力的导数关系确定。
14.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，第一预警根据内部温度导数出现拐点以及压力导数出现拐点至少之一来确定。
15.拐点指温度导数或者压力导数出现转折，在一种可能的实现方式中，温度上升速率升高转折为内部温度上升速率保持不变定义为温度导数的拐点，压力上升速率不变转折为压力上升速率升高定义为压力导数的拐点。
16.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，预警还包括第二预警，其中，当确定储能装置处于内短路和/或安全阀开启状态时，第二预警被激发。
17.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，内短路状态包括隔膜融化、正负极接触、电压掉落至少之一。
18.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，安全阀开启状态包括气体释放、压力升高、质量损失中的至少一种。
19.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度突然跳跃和/或压力达到最大值后同然骤降时，第二预警被激发。
20.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，预警还包括第三预警，其中，当确定储能装置处于热失控状态时，第三预警被激发。
21.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，热失控状态包括温度持续上升、气体释放、第二压力峰值出现、燃烧、爆炸中的至少一种。
22.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度持续上升同时压力出现先升后降时，第三预警被激发。
23.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，传感模块包括光学传感器和电学传感器。
24.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，光学传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、法布里珀罗光纤器件、单多模光纤结构器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种。
25.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，电学传感器包括热敏电阻、热电偶、热敏电容、纳米温度传感器、红外线温度传感器、压阻式传感器、压电式传感器、压电陶瓷传感器、压电声波传感器、压电共振传感器、压力细丝传感器、电容式传感器中的一种或多种。
26.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，纤维传感器包括倾斜光纤光栅。
27.结合第一方面，在一种可能的实现方式中，传感模块包括单一或多个传感器，其中，多个传感器之间串联连接或并联连接。
28.传感器为光学传感器时，包括反射式光学传感器和/或透射式光学传感器；分析模块包括光源、光信号分析器和光路连接器。
29.储能装置内部包括内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；内部间隙位置包括：电池中孔位置、电池顶盖位置和电池外壳内侧位置中的一种或多种。
30.传感器用于同时测量储能装置内部的温度和压力信号，并将光学信号的变化传送至分析模块，再由分析模块解调分析温度和压力的变化信号用于评判储能装置的状态。
31.第二方面，本发明实施例提供储能装置检测方法，用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的方法。包括：
32.对储能装置植入传感模块，获取储能装置内部温度和内部压力的变化信号并传输至分析模块，根据内部温度和/或述内部压力的变化信号评估储能装置的状态。
33.其中，检测装置包括传感模块和分析模块。
34.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。
35.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，该方法还包括：根据内部温度和/或内部压力的变化信号提供预警。
36.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当确定储能装置处于不可逆状态时，第一预警被激发。
37.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，储能装置包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池和钠硫电池时，所述不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。
38.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一预警可以根据内部温度的导数关系和/或压力的导数关系确定。
39.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，第一预警根据内部温度导数出现拐点以及压力导数出现拐点至少之一来确定。
40.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当确定所述储能装置处于内短路和/或安全阀开启状态时，第二预警被激发。
41.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，内短路状态包括隔膜融化、正负极接触、电压掉落至少之一。
42.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，安全阀开启状态包括气体释放、压力升高、质量损失中的至少一种。
43.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度突然跳跃和/或压力达到最大值后突然骤降时，第二预警被激发。
44.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当确定储能装置处于热失控状态时，第三预警被激发。
45.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，热失控状态包括温度持续上升、气体释放、第二压力峰值出现、燃烧、爆炸中的至少一种。
46.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，当内部温度持续上升同时压力出现先升后降时，第三预警被激发。
47.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，传感模块包括光学传感器和电学传感器。
48.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，光学传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、法布里珀罗光纤器件、单多模光纤结构器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种。
49.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，光学传感器、电学传感器具有耐高温特性，光学传感器温度工作范围包含电池从正常状态到热失控整个过程的温度范围。具体温度范围根据不同电池类型热失控时最高温度的不同而不同。
50.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，纤维传感器包括光纤布拉格光栅和法布里珀罗光纤器件。
51.结合第二方面，在一种可能的实现方式中，储能装置内部包括内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；
52.其中，内部间隙位置包括：电池中孔位置、电池顶盖位置和电池外壳内侧位置中的一种或多种。
53.简言之，第一预警、第二预警、第三预警与内部压力的导数关系、内部温度的导数关系、内部压力的数值关系、内部温度的数值关系、内部温度变化持续时间、内部压力变化持续时间中的至少一个相关。
54.其中，内部压力的导数关系是指内部压力上升速率，内部温度的导数关系是指内部温度上升速率、内部压力的数值关系是指内部压力随时间的变化关系、内部温度的数值关系是指内部温度随时间的变化关系。
55.传感器为光学传感器时，光学传感器接收携带储能装置内部温度和压力的变化信息，并将变化信息传输至分析模块，分析模块对光学信号对应的光谱信号进行强度变化分析、波长变化分析、包络变化分析、微分分析和积分分析，建立储能装置的状态与光学信号的对应关系。
56.其中，储能装置的状态包括健康状态(stateofhealth,soh)、充电状态(stateofcharge,soc)和安全寿命。
57.储能装置内部的温度和压力变化信息可以用于评估储能装置内部多物理量状态和化学反应过程，包括：电解液蒸发情况、sei的分解情况、隔膜的融化情况、正负极接触情况、电压掉落情况、内短路的形成情况、安全阀的开启状态、气体释放情况、电极与电解液的
反应情况、石墨电极与粘结剂的反应情况，电解液分解燃烧情况以及电极分解燃烧情况。
58.本发明实施例通过传感器对储能装置内部进行光学综合分析，为有效评估储能装置工作性能、使用寿命和安全隐患提早预警提供检测系统、方法、设备及存储介质，有效地针对储能装置内部特征信息进行光学分析；通过判断光学信号的变化，准确分析储能装置的安全特性，从而对储能装置可能出现的问题作出判断。
59.第三方面，提供了一种储能装置检测设备，设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；处理器执行计算机程序指令时实现如第二方面所述的储能装置检测方法。
60.第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第二方面所述的储能装置检测方法。
附图说明：
61.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
62.图1为本发明实施例提供的车辆的结构示意图；
63.图2为本发明实施例提供的储能电站装置的示意图；
64.图3为本发明实施例提供的储能箱体的示意图；
65.图4为本发明实施例提供的电池模组的系统示意图；
66.图5为本发明实施例提供的储能装置内部温度和内部压力检测系统示意框图；
67.图6为本发明实施例提供的储能装置反射式检测装置；
68.图7为本发明实施例提供的储能装置透射式检测装置；
69.图8为本发明实施例提供的储能装置内部温度和内部压力状态引起的光学信号的波长与强度变化曲线；
70.图9为本发明实施例提供的100％充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温度和内部压力状态变化曲线；
71.图10为本发明实施例提供的50％充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温度和内部压力状态变化曲线；
72.图11为本发明实施例提供的0％充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温度和内部压力状态变化曲线；
73.图12为本发明实施例提供的储能装置三级预警分析曲线；
74.图13为本发明实施例提供的储能装置温度上升速率拐点示意图；
75.图14为本发明实施例提供的储能装置压力上升速率拐点示意图；
76.图15为本发明实施例提供的由温度和压力导数关系对储能装置电解液蒸发进行预警分析的曲线；
77.图16为本发明实施例提供的100％充电状态电池的不可逆状态分析曲线；
78.图17为本发明实施例提供的50％充电状态电池的不可逆状态分析曲线；
79.图18为本发明实施例提供的0％充电状态电池的不可逆状态分析曲线；
80.图19为本发明实施例提供的100％充电状态电池的内短路状态分析曲线；
81.图20为本发明实施例提供的50％充电状态电池的内短路状态分析曲线；
82.图21为本发明实施例提供的0％充电状态电池的内短路状态分析曲线；
83.图22为本发明实施例提供的100％充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线；
84.图23为本发明实施例提供的50％充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线；
85.图24为本发明实施例提供的0％充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线；
86.图25为本发明实施例提供的储能装置热失控状态分析曲线；
87.图26为本发明实施例提供的储能装置热失控状态下的内部温度和外部温度变化曲线；
88.图27为本发明实施例提供的储能装置内部温度和内部压力检测方法的流程示意图系统框图。
89.图28为本发明实施例提供的储能装置检测系统的硬件结构示意图。
90.图中标识说明：
91.10、分析模块；101、光源；102、光路连接器；103、光信号分析器；
92.20、储能装置；
93.30、传感模块；
94.100、车辆；1002、电池；1003、控制器；1004、马达；
95.200、储能电站装置；
96.300、储能箱体；3001、储能装置单体；
97.3010、箱体；30101、第一部分；30102、第二部分；30103、容纳空间；
98.400、电池模组；4001、电池单体；
99.500、储能装置检测系统。
具体实施方式
100.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
101.除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本发明中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系。
102.在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。
103.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“附接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于
本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
104.本发明中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本发明中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
105.在本发明的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本发明实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本发明构成任何限定。
106.本发明中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)。
107.本发明以车辆的储能装置为应用场景进行介绍，当然还可以是具有储能装置的其他场景：
108.图1为本发明实施例提供的车辆的结构示意图。如图1所示，车辆100的内部设置有电池1002(即本技术的储能装置)，电池1002可以设置在车辆100的底部或头部或尾部。电池1002可以用于车辆100的供电，例如，电池1002可以作为车辆100的操作电源。
109.车辆100还可以包括控制器1003和马达1004，控制器1003用来控制电池1002为马达1004供电，例如，用于车辆100的启动、导航和行驶时的工作用电需求。
110.在本发明的一些实施例中，电池1002不仅仅可以作为车辆100的操作电源，还可以作为车辆100的驱动电源，代替或部分地代替燃油或天然气为车辆100提供驱动动力。
111.图2为本发明实施例提供的储能电站装置的示意图。如图2所示，储能电站装置200包括多个储能箱体300。储能电站装置200用于容纳多个储能箱体300，多个储能箱体300串并联形成储能电站装置200。其中，串联个数以储能箱体300的端电压设计要求而定，并联个数由储能电站装置200的容量设计要求、冗余度及运行模式等因素而定。
112.图3为本发明实施例提供的储能箱体的示意图。如图3所示，储能箱体300包括箱体3010和储能电池模块，储能电池模块包括至少一个储能装置单体3001，储能电池模块容纳于箱体3010内。
113.箱体3010用于容纳储能电池单体，箱体3010可以是多种结构。在一些实施例中，箱体3010可以包括第一部分30101和第二部分30102，第一部分30101与第二部分30102相互盖合，第一部分30101和第二部分30102共同限定出用于容纳储能电池单体的容纳空间30103。第二部分30102可以是一端开口的空心结构，第一部分30101为板状结构，第一部分30101盖合于第二部分30102的开口侧，以形成具有容纳空间30103的箱体3010；第一部分30101和第二部分30102也均可以是一侧开口的空心结构，第一部分30101的开口侧盖合于第二部分30102的开口侧，以形成具有容纳空间30103的箱体3010。当然，第一部分30101和第二部分30102可以是多种形状，比如，圆柱体、长方体等。
114.为提高第一部分30101与第二部分30102连接后的密封性，第一部分30101与第二部分30102之间也可以设置密封件，比如，密封胶、密封圈等。
115.假设第一部分30101盖合于第二部分30102的顶部，第一部分30101亦可称之为上箱盖，第二部分30102亦可称之为下箱体。
116.在储能箱体300中，储能装置单体3001可以是一个，也可以是多个。若储能装置单体3001为多个，多个储能装置单体3001之间可串联或并联或混联，混联是指多个储能装置
单体3001中既有串联又有并联。多个储能装置单体3001之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个储能装置单体3001构成的整体容纳于箱体3010内；当然，也可以是多个储能装置单体3001先串联或并联或混联组成储能装置模组，多个储能装置模组再串联或并联或混联形成一个整体，并容纳于箱体3010内。
117.图4为本发明实施例提供的电池模组的系统示意图；电池模组400包含多个电池单体4001，在电池单体4001运行过程中，电池单体4001的温度会逐步上升，内部压力会逐渐增大。当电池单体4001的温度升高到一定程度，电池单体4001内部压力也会提高，此时内部温度和内部压力的关联关系可用来评估电池单体4001内部环境的稳定性。在电池单体温度和压力增大到一定程度就有可能刺破隔离膜发生电池单体内部短路，并且电池单体4001的厚度增大到一定的程度导致电池单体变形、电解液分布不均，同样也会导致电池单体4001不稳定的运行，引发热失控安全事故，电池单体4001热失控的同时会成为一个或多个热源，形成热蔓延，引起电池模组400中的其他电池发生热失控安全事故。
118.综上，本发明中涉及的储能装置包括电池单体、储能电池包、储能箱体和储能电站等。
119.本发明中，电池单体可以包括锂离子二次电池单体、锂离子一次电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，本发明实施例对此并不限定。储能装置单体可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等，本发明实施例对此也不限定。
120.本发明的实施例所提到的储能装置是指包括一个或多个储能装置单体以提供更高的电压和容量的单一的物理模块。例如，本发明中所提到的储能装置可以包括储能装置模块或储能电池包等。储能装置一般包括用于封装一个或多个储能装置单体的外壳。外壳可以避免液体或其他异物影响储能装置单体的充电或放电。
121.其中，储能装置还包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池、钠硫电池、液流电池、液态金属电池、金属空气电池、铅酸电池、燃料电池、太阳能电池和超级电容器中的一种；本发明中的储能装置主要应用于电动汽车、混合动力汽车、新能源汽车、电化学储能电站、便携式电子设备、移动储能装置。
122.鉴于上述的问题，本发明提出了一种储能装置检测系统。
123.请参阅图5，图5为本发明实施例提供的储能装置检测系统的系统示意框图；
124.图5示出了储能装置检测系统500，该系统包括检测装置40与储能装置20，该检测装置40包括分析模块10和传感模块30，传感模块30置于储能装置20内部；传感模块30用于获取储能装置20内部温度和内部压力并传输至分析模块10，分析模块10通过分析内部温度和内部压力的变化信号评估储能装置的状态。
125.其中传感模块30包括光学传感器、电学传感器、声学传感器、磁学传感器和力学传感器中的一个或多个的组合。
126.示例性地，传感模块30具体为光学传感器，光学传感器刻有布拉格光栅(fiberbragggrating,fbg)和法布里珀罗(fabryperot，fp)干涉结构，温度引起布拉格光栅光谱的变化，通过分析模块10监测光谱的变化信息解调得到温度的变化信息；压力引起法布里珀罗干涉结构的变化，进而引起光谱的变化，通过分析模块10监测光谱的变化信息解
调得到压力的变化信息；分析模块10对由温度和压力变化引起光学传感器的光学信号分析解调得到光谱信号，建立光谱信号与储能装置20内部多参量的关系，进而实现多参量的并行检测。
127.其中，法布里珀罗干涉结构可以为开腔式的结构、闭腔式的结构或多个腔室的结构。
128.其中，光学传感器包括单一或多个光学传感器，所述多个光学传感器之间串联连接或并联连接；光学传感器可以为反射式光学传感器和/或透射式光学传感器。
129.其中，光学传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、法布里珀罗(fabryperot，fp)光纤器件、单多模光纤结构器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种。
130.其中，从调制上，光学传感器可以为强度调制型光纤传感器、偏振态制型光纤传感器、相位制型光纤传感器、频率制型光纤传感器中的一种或多种；从结构上，该光学传感器可以为双光束干涉仪和/或多光束干涉仪，双光束干涉仪包括迈克尔逊(michelson)干涉仪，马赫-曾德(mach-zehnde)干涉仪，塞纳克(sagnac)干涉仪和斐索干涉仪，多光束干涉仪包括fp干涉仪中的一种或多种。
131.电学传感器包括热敏电阻、热电偶、热敏电容、纳米温度传感器、红外线温度传感器、压阻式传感器、压电式传感器、压电陶瓷传感器、压电声波传感器、压电共振传感器、压力细丝传感器、电容式传感器中的一种或多种。
132.即当储能装置20内置单个光学传感器时可选用以上任意一种，当储能装置20内置多个光学传感器时，包括至少两个串联连接或并联连接的光学传感器，该至少两个光学传感器可选用以上任意一种或多种，其连接方式可以是串联连接也可以是并联连接，这些光学传感器具有抗腐蚀、抗干扰能力强的特点，更易于植入储能装置20的内部。
133.其中，储能装置20内部包括内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种。内部间隙位置包括：电池中孔位置、电池顶盖位置和电池外壳内侧位置中的一种或多种。
134.储能装置的状态包括其中储能装置20状态包括内部的工作性能(温度、内压、层间膨胀力、气体、枝晶、soc等)、健康状态(电解液老化、库伦效率下降)和安全隐患(内短路、内部副产物)。
135.示例性地，图6为本发明实施例提供的储能装置反射式检测装置。其中，分析模块10包括：光源101、光信号分析器103和光路连接器102。光源101用于发射光学信号至光学传感器，光源101包括激光器、宽带光源、超连续光源中的一种或多种。
136.其中，光源101的输出光谱为200～4000nm。
137.光路连接器102用于连接光源101、光学传感器和光信号分析器103。光路连接器102包括环形器和耦合器中的一种或多种。
138.其中光信号分析器103用于接收并解调处理光学信号测量的储能装置20内部温度和内部压力变化情况中的一种或多种，并输出光学特征信息。
139.本实施例通过将光学传感器置于储能装置20内部，获取储能装置20内部特征位置
的光学信号，对内部温度和内部压力的变化信号进行分析，即对光谱信号进行深入分析，准确分析储能装置20的电极特性与电化学特性，从而对储能装置20状态做出分析及判断。
140.下面具体介绍本发明中的分析模块10:
141.在一种实施例中，如图6所示，分析模块10可以包括：光源101、光路连接器102和光信号分析器103。
142.这里以光学传感器为光纤传感器为例进行说明，以下光学传感器选用反射式光纤传感器。
143.光源101用于提供光学信号至光学传感器。
144.光学传感器同时测量储能装置20内部的温度和压力变化信号，并通过光路连接器102将储能装置20内部的温度和压力变化信号传输至分析模块10。
145.分析模块10中的光信号分析器103实时获取储能装置20内部温度和压力的变化信号，根据变化信号结果对储能装置20进行安全性能评估。
146.具体的，本实施例的分析模块10的具体工作过程为：光源101将光学信号提供给光学传感器，光学传感器实时获取储能装置20内部温度和压力的变化信号，由光学传感器反射光学信号至第光信号分析器103，由光信号分析器103对接收的光学信号解调分析结果对储能装置20进行安全性能评估。
147.本实施例中的光路连接器102以环形器为例，环形器上设置有三个端口，光源101与环形器的第一端口连接，光学传感器与环形器的第二端口连接，环形器的第三端口与光信号分析器103连接。
148.具体的，本实施例的分析模块10的具体工作过程为：光源101将光学信号传播给环形器第一端口，第一端口传播至第二端口，并通过第二端口提供给光学传感器，光学传感器接收携带储能装置20内部的温度和压力变化信号，由光学传感器反射光学信号返回至第二端口，再从第二端口传播至第三端口，由光信号分析器103对接收的光学信号解调分析结果对储能装置20进行安全性能评估。
149.在另一实施例中，如图7所示为本发明实施例提供的储能装置透射式检测装置，分析模块10可以包括光源101和光信号分析器103。
150.光源101、光学传感器和光信号分析器103依次连接，这里光学传感器选用透射式光纤传感器。
151.光源101用于提供光学信号至光学传感器。
152.光学传感器同时测量储能装置20内部的温度和压力变化信号，并将储能装置20内部的温度和压力变化信号传输至分析模块10。
153.分析模块10中的光信号分析器103实时获取储能装置20内部温度和压力的变化信号，根据变化信号结果对储能装置20的状态进行评估。
154.具体的，本实施例的分析模块10的具体工作过程为：光源101将光学信号提供给光学传感器，光学传感器实时获取储能装置20内部温度和压力的变化信号，由光学传感器透射光学信号至光信号分析器103，光信号分析器103对接收的光学信号解调分析，从而对储能装置20的状态进行评估。
155.对接收的光学信号解调分析具体包括对储能装置内部温度和内部压力状态引起的光学信号的波长与强度变化曲线、不同充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温
度和内部压力状态变化曲线、储能装置三级预警分析曲线、储能装置温度上升速率拐点示意图、储能装置压力上升速率拐点示意图、由温度和压力导数关系对储能装置电解液蒸发进行预警分析的曲线、不同充电状态电池的不可逆状态分析曲线、不同充电状态电池的内短路状态分析曲线、不同充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线、储能装置热失控状态分析曲线、储能装置热失控状态下的内部温度和外部温度变化曲线等进行分析，从而建立温度和压力的变化信号与储能装置状态的关系。简言之，内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。
156.该分析模块10还用于设定第一预警、第二预警、第三预警。其中，第一预警用于确定储能装置20不可逆状态，第二预警用于确定储能装置20内短路和/或安全阀开启状态，第三预警用于确定储能装置20热失控状态。
157.本实施例还包括：获取所述变化信号对应的光谱信号；对光谱信号进行强度变化分析、波长变化分析、包络变化分析、微分分析和积分分析，建立储能装置状态相关参量的光学对应关系。
158.图8为本发明实施例提供的储能装置内部温度和内部压力状态引起的光学信号的波长与强度变化曲线。光学传感器置于储能装置20的内部，用于监测储能装置20内部温度和内部压力状态以评估储能装置20的状态。储能装置20包括固、液、气不同介质，光学信号随储能装置20内部的不同温度和压力响应主要体现在光谱信号上，具体为光谱信号强度和光谱信号波长的不同，通过建立储能装置20内部不同温度和压力与光学光谱信号的响应函数，可以判断储能装置20内部不同温度和压力状态，进而对储能装置20内部不同温度和压力状态的监测，实现对储能装置安全状态的评估。置于储能装置20内部的光学传感器接收到的光学信号的强度和波长如图8所示，当电池处于正常工作状态时，其波峰和波谷对应的波长分别如a和b所示，但发生热失控时储能装置内部的温度和压力均发生变化，波峰和波谷对应的波长发生一定程度的移动。需要注意的是，仅温度改变时，波峰a发生漂移，波谷不动；仅压力变化时，波谷b发生漂移，波峰不动。
159.在一种可能实现的方式中，温度从25℃增加到500℃时，光学信号的峰值波长从a往a’方向(长波长方向)移动5nm；当压力从0.1mpa增加到1.7mpa时，光学信号的波谷波长从b往b’方向(长波长方向)移动6.4nm。其中，内部温度和压力的变化引起光谱信号的响应是相互独立、互不影响。
160.图9为本发明实施例提供的100％充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温度和内部压力状态变化曲线。其中，储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用(热滥用是指电池在持续外部热源加热的情况下导致电池发生热失控行为的一种触发方式)以触发热失控，将加热棒与植入光学传感器的电池接触并固定在一起，实验开始时同时开启加热棒以及分析模块10，其中分析模块10获取的光学信号可实时转换为温度和压力数据。加热器开启后，电池内部温度逐渐升高(70℃以下)，内部压力保持在0.1mpa超过100秒，但随着温度进一步升高(达到约70℃)，电解液开始蒸发，内部压力也开始增加。然后，固体电解质膜(solidelectrolyteinterphase,sei)层开始分解，o2、co2和c2h4等气体相继释放，导致压力明显升高。随后，内部短路开始，温度发生20℃快速跳跃，持续约40s，然
后恢复到初始增长率。随着电池内部产生越来越多的气体，安全排气发生，导致电池内部压力迅速增加到1.79mpa，直到压力超过安全阀的阈值导致安全阀的打开。然后气体快速释放，导致内部压力急剧下降到0.1mpa(第一压力峰)，进一步地电池将发生热失控，涉及“阳极-电解液-阴极”材料的放热链式反应开始积累热量并再次产生气体，出现二次较小的压力峰(第二压力峰)。然后伴随着强烈的白烟喷出和内部温度持续升高，最大温度接近510℃。
161.图10为本发明实施例提供的50％充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温度和内部压力状态变化曲线。其中，储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用以触发热失控，将加热棒与植入光学传感器的电池接触并固定在一起，实验开始时同时开启加热棒以及分析模块10，其中分析模块10获取的光学信号可实时转换为温度和压力数据。加热器开启后，电池内部温度逐渐升高(70℃以下)，内部压力保持在0.1mpa超过110秒，但随着温度进一步升高(达到约50℃)，由于电解液的蒸发，内部压力也开始增加。然后，sei层开始分解，o2、co2和c2h4等气体相继释放，导致压力明显升高。随后，内部短路开始，温度发生15℃快速跳跃，持续约20s，然后恢复到初始增长率。随着电池内部产生越来越多的气体，安全排气发生，导致电池内部压力迅速增加到1.66mpa，直到压力超过安全阀的阈值导致安全阀的打开。然后气体快速释放，导致内部压力急剧下降到0.1mpa(第一压力峰)，进一步地电池将发生热失控，涉及“阳极-电解液-阴极”材料的放热链式反应开始积累热量并再次产生气体，出现二次较小的压力峰(第二压力峰)。然后伴随着强烈的白烟喷出和内部温度持续升高，最大温度接近438℃。
162.图11为本发明实施例提供的0％充电状态电池从正常状态到发生热失控时内部温度和内部压力状态变化曲线。其中，储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用以触发热失控，将加热棒与植入光学传感器的电池接触并固定在一起，实验开始时同时开启加热棒以及分析模块10，其中分析模块10获取的光学信号可实时转换为温度和压力数据。加热器开启后，电池内部温度逐渐升高(70℃以下)，内部压力保持在0.1mpa超过120秒，但随着温度进一步升高(达到约50℃)，由于电解液的蒸发，内部压力也开始增加。然后，sei层开始分解，气体相继释放，导致压力明显升高。随后，内部短路开始，温度发生50℃快速跳跃，持续约70s，然后恢复到初始增长率。随着电池内部产生越来越多的气体，安全排气发生，导致电池内部压力迅速增加到1.65mpa，直到压力超过安全阀的阈值导致安全阀的打开。然后气体快速释放，导致内部压力急剧下降到0.1mpa(第一压力峰)，与100％soc和50％soc电池情况不同，由于缺乏存储的内部能量，0％soc电池中不会发生热失控，没有(至少不明显)二次较小的压力峰(第二压力峰)，但是内部温度仍持续升高，最大温度接近达到330℃。
163.进一步的，上述实施例中使用的光学传感器用于同时获取储能装置20内部温度和内部压力并传输至分析模块10，分析模块10通过分析温度和压力的关联关系评估储能装置20的工作性能和安全状态。上述实施例中的变化信号包括温度的数值关系，压力的数值关系、温度的导数关系、压力的导数关系、温度和压力的导数关系中的至少一种，用于评估储能装置20的状态并设定第一预警、第二预警、第三预警；其中，第一预警用于确定储能装置
20不可逆状态；第二预警用于确定储能装置20内短路和/或安全阀开启状态；第三预警用于确定储能装置20热失控状态。
164.进一步的，内部压力的导数关系是指内部压力上升速率，内部温度的导数关系是指内部温度上升速率、内部压力的数值关系是指内部压力随时间的变化关系、内部温度的数值关系是指内部温度随时间的变化关系；
165.进一步的，变化信号还包括：获取储能装置的温度和压力变化信号对应的光谱信号；对光谱信号进行强度变化分析、波长变化分析、包络变化分析、微分分析和积分分析，建立储能装置状态相关参量的光学对应关系。
166.具体的，储能装置20内部温度和压力的变化信号可以用于评估储能装置的健康状态(stateofhealth,soh)、充电状态(stateofcharge,soc)和安全寿命。
167.具体的，储能装置20内部的温度和压力变化信息可以用于评估储能装置内部多物理量状态和化学反应过程，包括：电解液蒸发情况、sei的分解情况、隔膜的融化情况、正负极接触情况、电压掉落情况、内短路的形成情况、安全阀的开启状态、气体释放情况、电极与电解液的反应情况、石墨电极与粘结剂的反应情况，电解液分解燃烧情况以及电极分解燃烧情况等等。
168.图12为本发明实施例提供的储能装置三级预警分析曲线。电池分级预警的分级方法可能因不同的电池类型、测试方法和评价标准而有所差异，但可以根据电池的温度、电压、气体等特征要素的变化，判断电池安全的风险等级。具体的，在本实施中，通过光学传感器在电池整个热失控状态的演变过程中可以精确并同时获取内部温度和内部压力的变化信号，得到如下三个预警：
169.第一预警：温度上升速率升高同时压力上升速率不变作为第一预警的起始(电解液蒸发的预警)，温度上升速率不变和压力上升速率升高作为第一预警的结束(sei膜的分解的预警)。其中将温度上升速率升高转折为内部温度上升速率保持不变定义为温度导数的拐点，将压力上升速率不变转折为压力上升速率升高定义为压力导数的拐点。
170.第一预警的物理意义：在这一范围内，表示电池从电解液蒸发开始，到sei分解开始，在这一范围内还没有发生不可逆反应，保证电池在损坏前可以正常使用。
171.第二预警：内部温度突然跳跃(表现为温度信号上的“波包”)和/或压力达到最大值后突然骤降到大气压作为第二预警的起始(电池轻微内短路的信号预警)，内部温度速率的快速升高同时压力明显大于大气压时作为第二预警的结束(电池严重内短路或者完全内短路的预警)。
172.第二预警的物理意义：在这一范围内，表示电池从轻微内短路开始，到完全内短路结束，在这一范围内已经发生不可逆反应，保证在电池发生热失控前给出报警信号，为驾乘人员或操作人员预留足够的逃生时间，避免造成人员伤亡。
173.第三预警：内部温度持续上升同时压力先升后降出现“波包”时表示热失控开始，内部温度达到最高温度同时压力为大气压时表示热失控结束。
174.第三预警的物理意义：在这一范围内，表示电池从热失控开始，到热失控结束，在这一范围内应启动相应的灭火装置或切断电源，阻止电池热失控的扩散和恶化，减少车辆或设备或周围物体的损坏。
175.具体的，以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第一预
警：温度上升速率逐渐升高到0.38℃/s同时压力上升速率保持在1kpa/s以下作为第一预警的起始(电解液蒸发的预警)。温度上升速率保持在0.38℃/s同时压力上升速率从1kpa/s逐渐升高作为第一预警的结束(sei膜的分解的预警)。
176.第一预警区间还包括电解液蒸发预警，判断电解液蒸发预警的条件为：内部温度高于50℃和/或气压上升速率大于1kpa/s且持续5s以上和/或内部压力高于0.15mpa。
177.第二预警：内部温度突然跳跃10℃以上(表现为温度信号上的“波包”)和/或压力值大于1.5mpa后突然骤降到大气压0.1mpa作为第二预警的起始(电池轻微内短路的预警)，内部温度速率的快速升高(温度上升速率大于5℃/s)同时压力明显大于大气压时作为第二预警的结束(电池严重或者完全内短路的预警)。
178.第二预警还可以通过安全阀开启状态判定，安全阀开启状态预警的条件为：内部压力大于1.5mpa；压力变化速率小于-0.1mpa/s或/和大于0.1mpa/s。
179.第三预警：内部温度持续上升(上升速率等于或/和大于1℃/s)同时压力数值大于0.1mpa,压力先升后降出现“波包”时表示热失控开始，内部温度达到最高温度同时压力为大气压(0.1mpa)时表示热失控结束。
180.上述三个预警可以指具体数值，也可以指预警区间。其中，第一预警可判断电池发生的不可逆状态，表示电池由可逆状态转为不可逆状态的临界值，不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种等；第二预警可判断电池发生的内短路状态和安全阀开启状态，内短路状态包括隔膜融化、正负极接触、电压掉落中的至少一种，安全阀开启状态包括气体释放、压力升高、质量损失中的至少一种；第三预警可判断电池发生的热失控状态，热失控状态包括温度持续上升、气体释放、第二压力峰值出现、燃烧、爆炸中的至少一种。。
181.具体的，储能装置包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池、钠硫电池、液流电池、液态金属电池、金属空气电池、铅酸电池、燃料电池、太阳能电池和超级电容器中的一种。
182.具体的，储能装置可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等等。
183.需注意的是，本发明实施例根据压力和温度设定了三级预警，其可以根据储能装置的种类、储能装置的温度特点、储能装置的压力特点、储能装置的成分信息设定不同等级的预警。
184.图13为本发明实施例提供的储能装置温度上升速率拐点示意图。具体的储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。其中单体电池为100％充电状态电池。光学传感器在电池整个热失控状态的演变过程中可以精确获取内部温度上升速率信号。如阶段
①
所示，温度升高来自加热器的热传导，持续的温度上升有利于更多的电解液开始蒸发，在达到拐点c之前，温度上升速率小于0.38℃/s，在拐点c之前发生的主要是物理变化，是可逆的过程，主要表现为电解液的蒸发。如阶段
②
所示，在拐点c之后，温度上升速率大于0.38℃/s，并表现出相对平稳的温度上升速率变化。在拐点c之后持续的温度上升会导致不可逆转的sei分解的开始。因此可以根据光学传感器探测到的以拐点c作为储能装置不可逆状态的起始信号，不可逆状态信号是电池热失控发生极早期的特征信号，因此不可逆状态信号为储能装置安全使用提供极早期的安全预警。
185.进一步的，不同充电状态的储能装置都表现出相同的变化规律。
186.图14为本发明实施例提供的储能装置压力上升速率拐点示意图。具体的储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。其中单体电池为100％充电状态电池。光学传感器在电池整个热失控状态的演变过程中可以精确获取内部压力上升速率信号。如阶段
①
所示，由于温度的上升导致电解液的蒸发，进而引起电池内部压力上升速率发生变化，其中压力上升速率并表现出相对平稳的变化，在达到拐点d之前，压力上升速率小于1kpa/s。如阶段
②
所示，在拐点d之后持续的温度上升会导致不可逆转的sei分解的开始，sei分解会产生大量的气体并且迅速增加了电池内部压力，代价是热量消耗和向气体的转移，此时，内部压力上升速率大于1kpa/s。其中sei分解代表不可逆状态的开始。因此可以根据光学传感器探测到的以拐点d作为储能装置不可逆状态的起始信号，不可逆状态信号是电池热失控发生极早期的特征信号，因此不可逆状态信号为储能装置安全使用提供极早期的安全预警。
187.进一步的，不同充电状态的储能装置都表现出相同的变化规律。
188.图15为本发明实施例提供的由温度和压力变化信号对储能装置电解液蒸发进行预警分析的曲线。具体的储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。其中，光学传感器在电池整个热失控状态的演变过程中可以精确并同时获取电池内部温度、内部温度上升速率、内部压力、内部压力上升速率信号，当满足内部温度高于50℃，气压上升速率大于1kpa/s且持续5s以上，内部压力高于0.15mpa中的任何一项时，即达到电解液蒸发预警，此时通过电池温度演变、内部压力演变和外部特征确定电池未发生热失控，尚处于第一预警范围之内。
189.具体地，电解液蒸发预警可以指具体数值，也可以指一定范围。
190.具体地，在电解液蒸发预警之前，内部压力一直维持在0.1mpa左右，即一个大气压附近，且压力上升速率在0～1kpa/s之内波动。而在达到电解液蒸发预警之后，压力出现明显上升，压力上升速率大于1kpa/s。电解液蒸发导致内部压力的初始增加，此时电池内部仅发生物理变化，还未发生不可逆化学变化，可作为较明显的热失控极早期的预警，并保证电池在后续工作中正常使用。
191.在一种可能的实施例中，第一预警可以根据内部温度变化速率和/或压力变化速率确定。具体地，温度变化速率曲线和压力速率变化曲线出现“菱形”(预警区)相应区域，即早期温度快速上升，压力恒定；后期压力加速上升，温度稳定。在该“预警区”，所有soc的电解液蒸发增强和在一定温度(例如70～80
°
c左右)下早期不可逆的sei分解，因此，第一预警被设置为从电解液蒸发开始并以sei分解开始，在该范围中尚未发生不可逆反应，并且保证在损坏之前电池的正常使用。
192.图16为本发明实施例提供的100％充电状态电池的不可逆状态分析曲线，具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第一预警表示电池由可逆状态转为不可逆状态的临界值。将温度上升速率与压力上升速率关联，分析温度与压力的变化信号可得到第一预警。具体地，在第一预警之前，温度升高来自加热器的热传导，导致电解液蒸发并增加内部压力。然后，持续的温度上升有利于更多的电解液蒸汽和不可逆转的sei分解的开始，结果，大量气体的产生迅速增加了内部压力，代价是热量消耗和向气体的转移，如阶段
①
所示。此时，内部压力上升速率在0～1kpa/s之内波动，温度上升速率持续到0.3℃/s左右。而在达到第一预警之后，压力出现明显上升，压力上升速率大于1kpa/s，
同时，温度上升速率一直保持在0.3℃/s(如
②
)，传统检测方法并不能得到储能装置不可逆状态信号。因此可以根据光学传感器探测到的以第一预警作为储能装置不可逆状态信号，不可逆状态信号是电池热失控发生极早期的特征信号，因此不可逆状态信号为储能装置安全使用提供极早期的安全预警。
193.图17为本发明实施例提供的50％充电状态电池的不可逆状态分析曲线，具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第一预警表示电池由可逆状态转为不可逆状态的临界值。将温度上升速率与压力上升速率关联，分析温度与压力的变化信号可得到第一预警；具体地，在第一预警之前，温度升高来自加热器的热传导，导致电解液蒸发并增加内部压力。然后，持续的温度上升有利于更多的电解液蒸汽和不可逆转的sei分解的开始，结果，大量气体的产生迅速增加了内部压力，代价是热量消耗和向气体的转移，如阶段
①
所示。此时，内部压力上升速率在0～1kpa/s之内波动，温度上升速率持续到0.3℃/s左右。而在达到第一预警之后，压力出现明显上升，压力上升速率大于1kpa/s，同时，温度上升速率一直保持在0.3℃/s(如
②
)，传统检测方法并不能得到储能装置不可逆状态信号。因此可以根据光学传感器探测到的以第一预警作为储能装置不可逆状态信号，不可逆状态信号是电池热失控发生极早期的特征信号，因此不可逆状态信号为储能装置安全使用提供极早期的安全预警。
194.图18为本发明实施例提供的0％充电状态电池的不可逆状态分析曲线，具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第一预警表示电池由可逆状态转为不可逆状态的临界值。将温度上升速率与压力上升速率关联，分析温度与压力的变化信号可得到第一预警；具体地，在第一预警之前，温度升高来自加热器的热传导，导致电解液蒸发并增加内部压力。然后，持续的温度上升有利于更多的电解液蒸汽和不可逆转的sei分解的开始，结果，大量气体的产生迅速增加了内部压力，代价是热量消耗和向气体的转移，如阶段
①
所示。此时，内部压力上升速率在0～1kpa/s之内波动，温度上升速率持续到0.3℃/s左右。而在达到第一预警之后，压力出现明显上升，压力上升速率大于1kpa/s，同时，温度上升速率一直保持在0.3℃/s(如
②
)，传统检测方法并不能得到储能装置不可逆状态信号。因此可以根据光学传感器探测到的以第一预警作为储能装置不可逆状态信号，不可逆状态信号是电池热失控发生极早期的特征信号，因此不可逆状态信号为储能装置安全使用提供极早期的安全预警。
195.在一种可能的实施例中，第二预警判断如下：内部温度突然跳跃x以上(表现为温度信号上的“波包”)和/或压力值大于y后突然骤降到大气压0.1mpa作为第二预警的起始(电池轻微内短路的预警)。内部温度速率的快速升高(例如温度上升速率大于z)同时压力明显大于大气压(0.1mpa)时作为第二预警的结束(电池严重或者完全内短路的预警)。其中x/y和z根据电池的种类的确定。例如额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池中x为10℃，y为1.5mpa,z为5℃/s。
196.图19为本发明实施例提供的100％充电状态电池的内短路状态分析曲线，具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第二预警表示电池即将发生内短路状态的临界值。市面上储能装置内部商用的聚乙烯(pp)和聚丙烯(pe)隔膜材料的熔点分别为165℃和135℃左右。随着温度的持续升高，超过隔膜的熔点之后就会导致隔膜的收缩和分解，进而使得正负极材料相互接触形成内短路。由于内短路的形成，会在储能
装置内部检测到快速的温度上升变化，表现为温度突然上升35℃左右，压力逐渐上升为1.79mpa，然后电池安全阀开启，压力瞬间降到0.1mpa。通过同时获取内部温度和内部压力两个参量的变化信息以及分析温度和压力的关联关系，相互关联，综合分析，共同精准找到由第二预警确定的电池内短路状态。
197.图20为本发明实施例提供的50％充电状态电池的内短路状态分析曲线，具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第二预警表示电池即将发生内短路状态的临界值。市面上储能装置内部商用的聚乙烯(pp)和聚丙烯(pe)隔膜材料的熔点分别为165℃和135℃左右。随着温度的持续升高，超过隔膜的熔点之后就会导致隔膜的收缩和分解，进而使得正负极材料相互接触形成内短路。由于内短路的形成，会在储能装置内部检测到快速的温度上升变化，表现为温度突然上升20℃左右，压力逐渐上升为1.66mpa，然后电池安全阀开启，压力瞬间降到0.1mpa。通过同时获取内部温度和内部压力两个参量的变化信息以及分析温度和压力的关联关系，相互关联，综合分析，共同精准找到由第二预警确定的电池内短路状态。
198.图21为本发明实施例提供的0％充电状态电池的内短路状态分析曲线，具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例。第二预警表示电池即将发生内短路状态的临界值。市面上储能装置内部商用的聚乙烯(pp)和聚丙烯(pe)隔膜材料的熔点分别为165℃和135℃左右。随着温度的持续升高，超过隔膜的熔点之后就会导致隔膜的收缩和分解，进而使得正负极材料相互接触形成内短路。由于内短路的形成，会在储能装置内部检测到快速的温度上升变化，表现为温度突然上升45℃左右，压力逐渐上升为1.65mpa，然后电池安全阀开启，压力瞬间降到0.1mpa。通过同时获取内部温度和内部压力两个参量的变化信息以及分析温度和压力的关联关系，相互关联，综合分析，共同精准找到由第二预警确定的电池内短路状态。
199.安全阀开启状态可用于判断第二预警，安全阀开启状态预警的条件为：内部压力大于u；压力变化速率为v。其中u和v根据电池的种类和不同的充电状态确定的确定。例如额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池中u为1.5mpa；v为小于-0.1mpa/s/和大于0.1mpa/s。下面以具体实施例进行说明。
200.图22为本发明实施例提供的100％充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线，具体的，安全阀开启状态可用于判断第二预警。具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用。如图9和图19所示，当电池随着持续不断的外部热源，加上内部短路产生的热量，电池内部产生越来越多的气体，导致内部压力迅速增加到1.79mpa，此时压力变化速率大概在-0.7mpa/s到0.2mpa/s直到压力超过电池安全阀的阈值，安全排气就发生了，其中释放的气体包括电解液蒸汽和副反应产生的气体。由于传统压力检测设备不能够植入电池内部对电池气体释放进行预警，因此可以使用电池内部的光学传感器测量到的内部压力变化速率作为电池热失控安全阀开启状态的预警信息。
201.图23为本发明实施例提供的50％充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线，具体的，安全阀开启状态可用于判断第二预警。具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用。如图10和图20所示，当电池随着持续不断的外部热源，加上内部短路产生的
热量，电池内部产生越来越多的气体，导致内部压力迅速增加到1.66mpa，此时压力变化速率大概在-0.65mpa/s到0.1mpa/s直到压力超过电池安全阀的阈值，安全排气就发生了，其中释放的气体包括电解液蒸汽和副反应产生的气体。由于传统压力检测设备不能够植入电池内部对电池气体释放进行预警，因此可以使用电池内部的光学传感器测量到的内部压力变化速率作为电池热失控安全阀开启状态的预警信息。
202.图24为本发明实施例提供的0％充电状态电池的安全阀开启状态分析曲线，具体的，安全阀开启状态可用于判断第二预警。具体的以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用。如图11和图21所示，当电池随着持续不断的外部热源，加上内部短路产生的热量，电池内部产生越来越多的气体，导致内部压力迅速增加到1.65mpa，此时压力变化速率大概在-0.25mpa/s到0.1mpa/s直到压力超过电池安全阀的阈值，安全排气就发生了，其中释放的气体包括电解液蒸汽和副反应产生的气体。由于传统压力检测设备不能够植入电池内部对电池气体释放进行预警，因此可以使用电池内部的光学传感器测量到的内部压力变化速率作为电池热失控安全阀开启状态的预警信息。
203.在一种可能的实施例中，第三预警判断如下：内部温度上升速率等于或/和大于1℃/s同时压力数值大于0.1mpa,压力先升后降出现“波包”时表示热失控开始，内部温度达到最高温度同时压力为大气压(0.1mpa)时表示热失控结束。
204.图25为本发明实施例提供的储能装置热失控状态分析曲线。具体的，热失控状态处在第三预警。具体的储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，其中单体电池为100％充电状态电池。在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用模拟以触发热失控。当电池随着持续不断的外部热源，电极与电解液的反应和石墨电极与粘结剂的反应加速电池热失控的发生，当电池热失控的温度持续上升(上升速率达到5℃/s)时，判定为电池热失控状态的触发。其中，a点作为电池热失控状态的触发起始点(420s左右)。根据图9可知，此时电池内部温度达到200℃左右。从这之后，电池的内部温度上升速率逐渐增加到35℃/s，电池发生剧烈的冒烟，根据图9可知，内部温度达到最高峰510℃，热失控完成之后，电池温度开始下降。因此可以使用储能装置内部的光学传感器测量到的内部温度变化速率作为储能装置热失控状态的预警信息。
205.图26为本发明实施例提供的储能装置热失控状态下的内部温度和外部温度变化曲线。具体的储能装置20以额定容量1530mah的磷酸铁锂/石墨圆柱形18650单体电池为例，在电池内部植入光学传感器，使用额定功率为100w的加热棒对电池进行热滥用模拟以触发热失控。当电池随着持续不断的外部热源，电极与电解液的反应和石墨电极与粘结剂的反应加速电池热失控的发生，当电池热失控的温度上升速率达到5℃/s时，判定为电池热失控状态的触发。在420s左右(e点)，电池内部温度上升速率达到5℃/s，此时电池内部温度达到200℃左右，然而表面温度上升速率仅为0.5℃/s。从这之后，电池的内部温度上升速率逐渐增加到35℃/s，电池发生剧烈的冒烟，内部温度达到最高峰510℃。然而当电池表面温度上升速率达到5℃/s时，时间发生在520s左右(e’点)。因此，相比外部传统的温度传感器，电池内部光学传感器可以早100s探测到电池温度的异常，为预防电池热失控提供一种新的预警技术。
206.图27为本发明实施例提供的储能装置内部温度和内部压力检测方法的流程示意
图系统框图。具体的，该检测方法包括：
207.s2701、对储能装置植入温度和压力传感器；
208.s2702、获取储能装置内部温度和内部压力的变化信号；
209.s2703、根据变化信号对储能装置的状态进行评估。
210.其中，变化信号包括温度的数值关系、压力的数值关系、温度的导数关系、压力的导数关系、温度和压力的导数关系、温度和压力的积分关系中的至少一种。变化信号用于评估储能装置20的安全状态并设定第一预警、第二预警、第三预警；其中，第一预警用于确定储能装置20不可逆状态；第二预警用于确定储能装置20内短路和/或安全阀开启状态；第三预警用于确定储能装置20热失控状态。
211.该方法还包括：获取变化信号对应的光谱信号；对光谱信号进行强度变化分析、波长变化分析、包络变化分析、微分分析和积分分析，建立储能装置安全性能相关参量的光学对应关系。
212.图28示出了本发明提供的储能装置检测系统的硬件结构示意图。
213.该储能装置检测系统可以包括处理器2801以及存储有计算机程序指令的存储器2802。
214.具体地，上述处理器2801可以包括中央处理器(cpu)，或者特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)，或者可以被配置成实施本技术实施例的一个或多个集成电路。
215.存储器2802可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器2802可包括硬盘驱动器(harddiskdrive，hdd)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(universalserialbus，usb)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器2802可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器2802可在综合网关容灾设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器2802是非易失性固态存储器。
216.存储器2802可包括只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)，磁盘存储介质设备，光存储介质设备，闪存设备，电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。因此，通常，存储器2802包括一个或多个编码有包括计算机可执行指令的软件的有形(非暂态)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当该软件被执行(例如，由一个或多个处理器)时，其可操作来执行参考根据本公开的一方面的方法所描述的操作。
217.处理器2801通过读取并执行存储器2802中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种储能装置检测方法。
218.在一个示例中，该储能装置检测系统还可包括通信接口2803和总线2810。其中，如图28所示，处理器2801、存储器2802、通信接口2803通过总线2810连接并完成相互间的通信。
219.通信接口2803，主要用于实现本技术实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。
220.总线2810包括硬件、软件或两者的结合，将设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(agp)或其他图形总线、增强工业标准架构(eisa)总线、前端总线(fsb)、超传输(ht)互连、工业标准架构(isa)总线、无限带宽互连、低引脚数
(lpc)总线、存储器总线、微信道架构(mca)总线、外围组件互连(pci)总线、pci-express(pci-x)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会局部(vlb)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线2810可包括一个或多个总线。尽管本技术实施例描述和示出了特定的总线，但本技术考虑任何合适的总线或互连。
221.另外，结合上述实施例中的储能装置检测方法，本技术实施例可提供一种计算机存储介质来实现。该计算机存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种储能装置检测方法。
222.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
223.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种储能装置检测系统，其特征在于，包括传感模块和分析模块，所述传感模块置于所述储能装置内部，所述传感模块用于获取所述储能装置内部温度和内部压力并传输至所述分析模块，所述分析模块通过分析所述内部温度和/或所述内部压力的变化信号评估所述储能装置的状态。2.根据权利要求1所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。3.根据权利要求2所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述分析模块用于分析所述内部温度和/或所述内部压力的变化信号，并基于不同的变化信号激发对应的预警。4.根据权利要求3所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述预警包括第一预警，其中，当所述变化信号表示为确定所述储能装置处于不可逆状态时，所述第一预警被激发。5.根据权利要求4所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述储能装置包括锂离子电池、固态电池、锂金属电池、锂硫电池、锂空气电池、钠离子电池、锌离子电池、铝离子电池、镁离子电池、钾离子电池和钠硫电池时，所述不可逆状态包括固体电解质膜sei分解、隔膜融化、电极与电解液反应、电极与粘结剂反应、电解液分解中的至少一种。6.根据权利要求4所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述第一预警可以根据内部温度的导数关系和/或压力的导数关系确定。7.根据权利要求6所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述第一预警根据内部温度导数出现拐点以及压力导数出现拐点的至少之一来确定。8.根据权利要求3至7中任意一项所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述预警还包括第二预警，其中，当所述变化信号表示为确定所述储能装置处于内短路和/或安全阀开启状态时，所述第二预警被激发。9.根据权利要求8所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述内短路状态包括隔膜融化、正负极接触、电压掉落中的至少一种；所述安全阀开启状态包括气体释放、压力升高、质量损失中的至少一种。10.根据权利要求8或9所述的储能装置检测系统，其特征在于，当内部温度突然跳跃和/或压力达到最大值后突然骤降时，所述第二预警被激发。11.根据权利要求3至10中任意一项所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述预警还包括第三预警，其中，当所述变化信号表示为确定所述储能装置处于热失控状态时，所述第三预警被激发。12.根据权利要求11所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述热失控状态包括温度持续上升、气体释放、第二压力峰值出现、燃烧、爆炸中的至少一种。13.根据权利要求11或12所述的储能装置检测系统，其特征在于，当内部温度持续上升同时压力出现先升后降时，所述第三预警被激发。14.根据权利要求1至13中任意一项所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述传感模块包括光学传感器和电学传感器。15.根据权利要求14中所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述光学传感器包括光芯片和/或纤维传感器，所述纤维传感器包括倾斜光纤光栅、光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅、光纤纤芯直径不匹配器件、光纤纤芯错位器件、锥形光纤器件、微纳光纤器件、法布里
珀罗光纤器件、单多模光纤结构器件、光子晶体光纤器件、微结构光纤器件、聚合物光纤器件、蓝宝石光器件、光纤激光器件、光纤耦合器件、自组装光学器件中的一种或多种；所述电学传感器包括热敏电阻、热电偶、热敏电容、纳米温度传感器、红外线温度传感器、压阻式传感器、压电式传感器、压电陶瓷传感器、压电声波传感器、压电共振传感器、压力细丝传感器、电容式传感器中的一种或多种。16.根据权利要求15中所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述纤维传感器包括光纤布拉格光栅和法布里珀罗光纤器件。17.根据权利要求1所述的储能装置检测系统，其特征在于，所述储能装置内部包括内部间隙位置、电极位置、隔膜位置、电解液位置、极耳位置中的一种或多种；其中，所述内部间隙位置包括：电池中孔位置、电池顶盖位置和电池外壳内侧位置中的一种或多种。18.一种储能装置检测方法，其特征在于，所述检测方法采用所述权利要求1-17任意一项的储能装置检测系统进行检测，其特征在于，包括：对储能装置植入传感模块，获取储能装置内部温度和内部压力的变化信号并传输至分析模块，所述分析模块根据所述内部温度和/或所述内部压力的变化信号评估所述储能装置的状态。19.根据权利要求18所述的储能装置检测方法，其特征在于，所述内部温度的变化信号包括温度的数值关系、温度的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种；所述内部压力的变化信号包括压力的数值关系、压力的导数关系、温度与压力的导数关系中的至少一种。20.根据权利要求18或19所述的储能装置检测方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述内部温度和/或所述内部压力的变化信号提供预警。21.根据权利要求20所述的储能装置检测方法，其特征在于，包括：当所述变化信号表示为确定所述储能装置处于不可逆状态时，激发第一预警。22.根据权利要求21所述的储能装置检测方法，其特征在于，所述第一预警可以根据内部温度的导数关系和/或压力的导数关系确定。23.根据权利要求22所述的储能装置检测方法，其特征在于，所述第一预警根据内部温度导数出现拐点以及压力导数出现拐点的至少之一来确定。24.根据权利要求20所述的储能装置检测方法，其特征在于，当所述变化信号表示为确定所述储能装置处于内短路和/或安全阀开启状态时，激发第二预警。25.根据权利要求24所述的储能装置检测方法，其特征在于，所述第二预警根据内部温度突然跳跃和/或压力达到最大值后突然骤降的至少之一来确定。26.根据权利要求20所述的储能装置检测方法，其特征在于，当所述变化信号表示为确定所述储能装置处于热失控状态时，激发第三预警。27.根据权利要求26所述的储能装置检测方法，其特征在于，当内部温度持续上升同时压力出现先升后降时，激发第三预警。28.一种储能装置检测设备，其特征在于，所述设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如权利要求16-26所述的储能装置检测方法。
29.一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求16-26所述的储能装置检测方法。

技术总结
本发明公开了储能装置检测系统、方法、设备及存储介质。储能装置检测系统包括传感模块和分析模块，传感模块置于储能装置内部；传感模块接收携带储能装置内部状态信息的温度和压力信号；分析模块用于解调分析温度和压力信号的变化信号，得到用于评判储能装置的状态。本发明对储能装置植入内部温度和压力传感器，获取储能装置内部温度和压力的变化信号，根据内部温度和/或内部压力的变化信号对储能装置进行安全性能评估；此外本发明可以获取储能装置内部不同位置的原位状态信息，为评估储能装置的工作性能、使用寿命和安全隐患并提前预警提供检测传感器、装置和方法。装置和方法。装置和方法。


技术研发人员：郭团 王青松 梅文昕 薛小斌 刘誌 韩喜乐 肖高智
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：2023.07.10
技术公布日：2023/10/15