CN110931908B - 一种基于光纤测温的储能装置安全控制*** - Google Patents
一种基于光纤测温的储能装置安全控制*** Download PDFInfo
- Publication number
- CN110931908B CN110931908B CN201911202331.2A CN201911202331A CN110931908B CN 110931908 B CN110931908 B CN 110931908B CN 201911202331 A CN201911202331 A CN 201911202331A CN 110931908 B CN110931908 B CN 110931908B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- battery
- value
- safety
- temperature
- thermal runaway
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 66
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000036541 health Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 claims description 30
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 28
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 23
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 21
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 15
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 10
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 claims 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 14
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 4
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 4
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- 101100404726 Arabidopsis thaliana NHX7 gene Proteins 0.000 description 2
- 101000868154 Homo sapiens Son of sevenless homolog 2 Proteins 0.000 description 2
- 108700022176 SOS1 Proteins 0.000 description 2
- 101100197320 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) RPL35A gene Proteins 0.000 description 2
- 102100032929 Son of sevenless homolog 1 Human genes 0.000 description 2
- 102100032930 Son of sevenless homolog 2 Human genes 0.000 description 2
- 101150100839 Sos1 gene Proteins 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 2
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 2
- 206010000369 Accident Diseases 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
- G01R31/3835—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC involving only voltage measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于光纤测温的储能装置安全控制***，通过光纤测温技术实时监测锂电池储能装置中每一块电池温度，来判断电池的热稳定状态，同时记录电池整个使用周期的温度曲线，并结合电池电压安全状态算法等分析电池的健康程度，达到保障锂电池储能***安全运行，避免电池发生热失控风险的目的。
Description
技术领域
本发明一种安全控制***，特别涉及一种基于光纤测温的锂电池储能装置安全控制***。
背景技术
根据CNESA的数据显示，截止2018年底我国已投运电化学储能项目累计装机规模达1.1GW，其中新增投运电化学储能项目装机规模为682.9MW，同比增长464.4％，即使在事故多发地韩国，装机量也在不断攀升中。总体上，在我国储能***发生问题的还比较少见，但近期多地接连发生了储能***失火燃烧事件。对于储能***来说，电池安全问题一直是这个行业发展中最关键的问题，对于用户侧储能的应用环境来讲，安全问题更是其首要关注点。
电池的安全性是储能***稳定运行的关键因素，目前锂电池的设计结构及化学特性，导致其在使用过程中存在热失控的风险，一旦出现热失控状况，发生火情后极难被熄灭。所以在提高储能***安全方面，除了要提高电池本身的安全性外，更要注重电池在使用过程中的热状态监控，对电池的热失控发生提前进行预判，将火灾隐患遏止在萌芽状态。
目前行业内普遍采用的测温技术对电池热状态的监控及安全管控能力有限，且温度检测范围不全面，主要方式是使用NTC热敏电阻对电池温度进行采集，且受限于采样芯片的通道数量，通常一个包含12～24块电池的电池模组中仅配备了2～4个温度采样点，无法做到对每一个电芯的温度采集，当未被监测到温度的电池出现温度异常时，无法提前抑制电池热失控的发生。同样，当前行业内普遍使用的电池过温保护的方法也比较简单，仅仅是在当电池温度达到过温阈值时停止电池工作，或降低一定比例的电池运行功率，这些做法无判断电池的健康状态，也会降低整个储能***的运行效率。
目前行业内普遍采用的NTC热敏电阻采集电池温度方法，受限于采样芯片的通道数量，无法做到对每一个电池多方位的温度监控，且对电池过温保护的方法仅靠判断电池达到过温阈值后才进行保护动作，无法做到对***中每一个电池健康状态的监控及对电池热失控的预判。
现有的技术缺乏对储能***中的电池，做到准确检测、提前预警且高效***。
发明内容
基于以上问题，本发明提出一种基于光纤测温的锂电池储能装置安全控制***，该***采用了光纤测温技术，可为每块电池配备4个温度采样点，能全面且高速的监控每个电芯的各部分温度状态，同时基于电池温度数据，设计了电池安全状态判断方法及热失控诊断方法，全方位控制保障储能***稳定安全运行，亦可提前预警电池可能发生的热失控状态，避免储能***装置出现火灾隐患，实现大大降低储能***火灾事故发生的目的。
本发明提出一种基于光纤测温的储能***安全控制***，所述***包括，光纤测温装置和安全控制装置；
所述光纤测温装置包括利用光纤的布拉格光栅作为传感元件，所述光纤测温装置设置在电芯处以测量电芯的温度；所述光纤测温装置将温度数据发送给安全控制装置，
所述安全控制装置包括安全状态控制模块，所述安全状态模块包括数据处理单元和数据采集单元；所数据采集单元用于采集电阻R，CO一氧化碳浓度值和VOC挥发性有机物浓度值；
所述数据处理单元用于根据接收到的检测数据评估安全等级，所述评估安全等级的方式为：
SOS(State of Safety)是电池安全参数的综合评估值；
SOSi＝(100-SOHi)+ΔT+ΔR+COi+VOCi；
SOSj＝(100-SOHj)+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj；
其中，SOSi为电池安全参数的基准值；
SOHi为电池健康状态基准值，最大值为100；ΔT为电池安全温度变化率基准值；ΔR为电池安全内阻变化率基准值；COi为电池安全一氧化碳浓度基准值；VOCi为电池安全挥发性有机物浓度基准值；SOSj为当前时刻电池安全参数值；SOHj为当前电池健康状态值，最大值为100；Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；COj为当前时刻一氧化碳浓度值；VOCj为当前挥发性有机物浓度值；i,j为用于标识不同测量时刻；获取SOSj与SOSi的差值所处的区域，确定不同的安全等级。
进一步，所述光纤测温装置，包括无线通信模块，将光纤测温的温度数发送给安全控制装置；所述安全控制装置记录电池整个使用周期的温度曲线。
进一步，所述光纤测温装置，包括无线通信模块，所述模块能够采用蓝牙或WIFI协议进行数据的传输。
进一步，安全控制装置进一步包括热失控控制模块，所述热失控控制模块包括数据处理处理和数据采集单元：所述数据采集单元用于采集电阻R，CO一氧化碳浓度的值和VOC挥发性有机物浓度的值，
所述数据处理单元用于根据接收到的检测数据进行热失控诊断，所述热失控诊断，具体为：
T_runaway是电池热失控诊断的综合评估值；
T_runaway1＝SOSi+ΔR+ΔT+COi+VOCi；
T_runaway2＝SOSj+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj
其中，T_runaway1为判断电池热失控的比较基准值；SOSi为电池安全参数的基准值；ΔT为电池热失控温度变化率基准值；ΔR为电池热失控内阻变化率基准值；COi为电池热失控一氧化碳浓度基准值；VOCi为电池热失控挥发性有机物浓度基准值；SOSj为当前电池安全参数计算值；Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；COj为当前时刻一氧化碳浓度值；VOCj为当前的挥发性有机物浓度值；
实时将T_runaway2值与T_runaway1值对比，根据两者的差值获得热失控的状态等级。
进一步，其中热失控控制模块和安全状态控制模块中的数据采集单元可以集成到光纤测温装置中。
进一步，所述安全控制装置，进一步包括安全策略控制模块，所述安全策略控制模块用于根据热失控的状态等级和/安全等级进行故障诊断，并采用对应的安全控制操作。
进一步，所述安全策略控制模块中，所述故障诊断为：对故障进行区分***级别故障还是电池模组级别的故障，当判断电池模组的热失控或严重安全等级时，直接触发可切断电池模组内继电器，隔离故障电池。
进一步，所述故障诊断具体为：对故障进行区分***级别故障还是电池模组级别的故障，当判断是***级别故障时，消防、PCS储能变流器、EMS能量管理系联动，进入保护机制后，可切断***电源输出和输入。
进一步，所安全策略控制模块进一步用于执行告警复位操作，对于不同安全等级的信号，设置不同的告警值复位延迟时间。
进一步，所述的***所述安全策略控制模块中的告警复位操作与PCS待机和停机相结合。
本发明公开的一种基于光纤测温的储能装置安全控制***，通过光纤测温技术实时监测锂电池储能装置中每一块电池温度，来判断电池的热稳定状态，同时记录电池整个使用周期的温度曲线，并结合电池电压安全状态算法等分析电池的健康程度，达到保障锂电池储能***安全运行，避免电池发生热失控风险的目的。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本公开的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中
图1基于光纤测温的储能装置安全控制***示意图；
图2热失控示意图；
图3安全控制策略示意图
具体实施方式
参看下面的说明以及附图，本公开的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本公开的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。本公开中使用了多种结构图用来说明根据本公开的实施例的各种变形。
实施例1
一种基于光纤测温的锂电池储能装置安全控制***，其包括光纤测温装置与安全控制装置。光纤测温装置：光纤测温装置使用光纤作为感温元件和信号传输介质，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区—布拉格光栅，这些敏感区可以精确、灵敏的探测到周围温度的细微变化，光纤的其他部分只是用于信号传输，对环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅感温探测的高灵敏性和低错误率。
光纤测温装置利用光纤的布拉格光栅作为传感元件，结合激光、光纤及光通信技术构建成监测***。在光纤上采用激光微加工技术刻写周期性缺陷结构，形成布拉格光栅，当入射光进入布拉格光栅中，在满足布拉格条件的情况下，就会发生选择性反射，当光栅受到外部温度作用时，反射光的波长发生变化。根据反射光波长变化的大小就可以确定待测部位相应温度的变化。同一光纤上刻写不用波长的光栅可实现多点同时测量。之后光纤光栅感温探测信号处理器内部各功能模块完成对光纤光栅感温探测器的输入光源激励/输出光学频谱分析和物理量换算，以数字方式给出各监测点的温度信息。
光纤测温装置可以包括光源发生器，处理器和光电探测单元。光纤测温装置还可以包括蓝牙/WIFI通信电路或USB通信电路及存储模块，对光纤测温的数据进行存储并发送给近距离的数据采集装置。光纤测温装置不仅局限于测温，也可以进一步集成其它参数传感器，将信号传输给其它处理装置。
安全控制装置接收光纤测温装置发送的温度数据同时记录电池整个使用周期的温度曲线，安全控制装置可以包括安全状态控制模块，所述安全状态控制模块包括数据处理单元和数据采集单元，所述数据采集单元用于电池装置数据收集和/或检测，所述对电池状态数据的检测可以是通过光纤测温装置和数据采集单元来共同或单独完成对通过对每个单体电池的温度、电压监测、气体监测，结合SOH(电池健康状态值)、ΔT(电池温度变化率)、ΔR(电池内阻变化率)、CO(消防探测器一氧化碳浓度值)、VOC(消防探测器挥发性有机物浓度值)等进行测量。数据采集单元将采集到的数据发送给数据处理单元，所述数据处理单元用于根据接收到的检测数据评估安全等级，具体评估的安全方式为：
SOS(State of Safety)是电池安全参数的综合评估值。
SOSi＝(100-SOHi)+ΔT+ΔR+COi+VOCi；
SOSj＝(100-SOHj)+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj；
其中，SOSi为电池安全参数的基准值；
SOHi为电池健康状态基准值，最大值为100；
ΔT为电池安全温度变化率基准值；
ΔR为电池安全内阻变化率基准值；
COi为电池安全一氧化碳浓度基准值；
VOCi为电池安全挥发性有机物浓度基准值；
SOSj为当前时刻电池安全参数值；
SOHj为当前电池健康状态值，最大值为100；
Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；
Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；
COj为当前时刻一氧化碳浓度值；
VOCj为挥发性有机物浓度值；i,j为用于标识不同的时刻，
当实时测算得出的SOSj值与SOSi比较，当SOSj＞SOSi时，根据两者不同差值所在的区间，启动告警流程，设置SOS三级故障告警级别：一级为风险等级最低，安全；三级为风险等级最高，极度危险；通过对电池安全状态的预警，避免电池工作在高危区域，对“带病”运行的电池***，给出预警，便于运维预防安全事故的发生。
优先的：
SOSi＝(100-SOHi)+ΔT+ΔR+COi+VOCi；
SOSj＝(100-SOHj)+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj；上述测量参数的中ΔT，ΔR的取值与Tj，Ti，Rj，Ri的测量周期设置相关，可选当测量间隔，因突发情形，需要间隔成倍数增大或缩小时，预设的ΔT，ΔR可以成按照相应的比例变换。优先的当同时刻存在多个测量点时，对不同的测温点和内阻率的数值采用加权平均获得Tj，Ti，Rj，Ri的值。可为每块电池配备4个温度采样点。
所述安装控制装置，进一步可以包括热失控控制模块，所述热失控控制模块可以包括数据处理处理和数据采集单元，数据采集单元通过光纤测温装置，执行对全电池温度场数据的采集，并将数据采集单元的数据发送给数据处理单元。所述数据采集单元通过光纤测温装置可以集成其它传感器或测量器的方式，来检测每个单体电池的温度、电压监测、气体监测，结合SOH(电池健康状态值)、ΔT(电池温度变化率)、ΔR(电池内阻变化率)、CO(消防探测器一氧化碳浓度值)、VOC(消防探测器挥发性有机物浓度值)。
根据预先设置的电热失控模型，对电池过热失控进行有效的诊断，从而执行相应的安全控制策略。
T_runaway是电池热失控诊断的综合评估值。
T_runaway1＝SOSi+ΔR+ΔT+COi+VOCi；
T_runaway2＝SOSj+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj
其中，T_runaway1为判断电池热失控的比较基准值；
SOSi为电池安全参数的基准值；
ΔT为电池热失控温度变化率基准值；
ΔR为电池热失控内阻变化率基准值；
COi为电池热失控一氧化碳浓度基准值；
VOCi为电池热失控挥发性有机物浓度基准值；
SOSj为当前电池安全参数计算值；
Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；
Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；
COj为当前时刻一氧化碳浓度值；
VOCj为挥发性有机物浓度值；
实时将T_runaway2值与T_runaway1值对比，当T_runaway2＞T_runaway1时即断定电池此时为热失控状态。
可选的上述测量参数的ΔT，ΔR的取值与Tj，Ti，Rj，Ri的测量周期设置相关，可选当测量间隔，因突发情形，需要间隔成倍数增大或缩小时，预设的ΔT，ΔR可以成按照相应的比例变换。优先的当同时刻存在多个测量点时，对不同的测温点和内阻率的数值采用加权平均获得Tj，Ti，Rj，Ri的值。
发现热失控措施的安全策略有：报警、断电、隔离、消防协同。
图2示出了不同电池的对应的状态显示，安全策略可以根据不同的温度，向远端控制装置发送响应的报警信息，通过安全控制的联动装置，向安全管理控制员发送或触发安全告警信息。
实施例二、
一种基于光纤测温的锂电池储能装置安全控制***，其包括光纤测温装置与安全控制装置。光纤测温装置：光纤测温装置使用光纤作为感温元件和信号传输介质，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区—布拉格光栅，这些敏感区可以精确、灵敏的探测到周围温度的细微变化，光纤的其他部分只是用于信号传输，对环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅感温探测的高灵敏性和低错误率。
光纤测温装置利用光纤的布拉格光栅作为传感元件，结合激光、光纤及光通信技术构建成监测***。在光纤上采用激光微加工技术刻写周期性缺陷结构，形成布拉格光栅，当入射光进入布拉格光栅中，在满足布拉格条件的情况下，就会发生选择性反射，当光栅受到外部温度作用时，反射光的波长发生变化。根据反射光波长变化的大小就可以确定待测部位相应温度的变化。同一光纤上刻写不用波长的光栅可实现多点同时测量。之后光纤光栅感温探测信号处理器内部各功能模块完成对光纤光栅感温探测器的输入光源激励/输出光学频谱分析和物理量换算，以数字方式给出各监测点的温度信息。
光纤测温装置可以包括光源发生器，处理器和光电探测单元。光纤测温装置还可以包括蓝牙通信电路或USB通信电路及存储模块，对光纤测温的数据进行存储并发送给近距离的数据采集装置。光纤测温装置不仅局限于测温，也可以进一步集成其它参数传感器，将信号传输给其它处理装置。
所述安全状态控制模块包括数据处理单元和数据采集单元，所述数据采集单元用于电池装置数据收集和/或检测，所述对电池状态数据的检测可以是通过光纤测温装置和数据采集单元来共同或单独完成对通过对每个单体电池的温度、电压监测、气体监测，结合SOH(电池健康状态值)、ΔT(电池温度变化率)、ΔR(电池内阻变化率)、CO(消防探测器一氧化碳浓度值)、VOC(消防探测器挥发性有机物浓度值)等进行测量。数据采集单元将采集到的数据发送给数据处理单元，所述数据处理单元用于根据接收到的检测数据评估安全等级，具体评估的安全方式为：
SOS(State of Safety)是电池安全参数的综合评估值。
SOSi＝(100-SOHi)+ΔT+ΔR+COi+VOCi；
SOSj＝(100-SOHj)+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj；
其中，SOSi为电池安全参数的基准值；
SOHi为电池健康状态基准值，最大值为100；
ΔT为电池安全温度变化率基准值；
ΔR为电池安全内阻变化率基准值；
COi为电池安全一氧化碳浓度基准值；
VOCi为电池安全挥发性有机物浓度基准值；
SOSj为当前时刻电池安全参数值；
SOHj为当前电池健康状态值，最大值为100；
Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；
Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；
COj为当前时刻一氧化碳浓度值；
VOCj为挥发性有机物浓度值；i,j为用于标识不同的时刻，
以i＝1,j＝2，为例，i＝1为基准，当实时测算得出的SOS2值与SOS1比较，当SOS2＞SOS1时，根据两者的差值所在的区间，启动告警流程，设置SOS三级故障告警级别：一级为风险等级最低，安全；三级为风险等级最高，极度危险；通过对电池安全状态的预警，避免电池工作在高危区域，对“带病”运行的电池***，给出预警，便于运维预防安全事故的发生。
优先的：
SOSi＝(100-SOHi)+ΔT+ΔR+COi+VOCi；
SOSj＝(100-SOHj)+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj；上述测量参数的中ΔT，ΔR的取值与Tj，Ti，Rj，Ri的测量周期设置相关，可选当测量间隔，因突发情形，需要间隔成倍数增大或缩小时，预设的ΔT，ΔR可以成按照相应的比例变换。优先的当同时刻存在多个测量点时，对不同的测温点和内阻率的数值采用加权平均获得Tj，Ti，Rj，Ri的值。
所述安装控制装置，进一步可以包括热失控控制模块，所述热失控控制模块可以包括数据处理处理和数据采集单元，数据采集单元通过光纤测温装置，执行对全电池温度场数据的采集，并将数据采集单元的数据发送给数据处理单元。所述数据采集单元通过光纤测温装置可以集成其它传感器或测量器的方式，来检测每个单体电池的温度、电压监测、气体监测，结合SOH(电池健康状态值)、ΔT(电池温度变化率)、ΔR(电池内阻变化率)、CO(消防探测器一氧化碳浓度值)、VOC(消防探测器挥发性有机物浓度值)。
根据预先设置的电热失控模型，对电池过热失控进行有效的诊断，从而执行相应的安全控制策略。
T_runaway是电池热失控诊断的综合评估值。
T_runaway1＝SOSi+ΔR+ΔT+COi+VOCi；
T_runaway2＝SOSj+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj
其中，T_runaway1为判断电池热失控的比较基准值；
SOSi为电池安全参数的基准值；
ΔT为电池热失控温度变化率基准值；
ΔR为电池热失控内阻变化率基准值；
COi为电池热失控一氧化碳浓度基准值；
VOCi为电池热失控挥发性有机物浓度基准值；
SOSj为当前电池安全参数计算值；
Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；
Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；
COj为当前时刻一氧化碳浓度值；
VOCj为挥发性有机物浓度值；
实时将T_runaway2值与T_runaway1值对比，当T_runaway2＞T_runaway1时即断定电池此时为热失控状态，并根据差值确定不同的状态。
可选的上述测量参数的ΔT，ΔR的取值与Tj，Ti，Rj，Ri的测量周期设置相关，可选当测量间隔，因突发情形，需要间隔成倍数增大或缩小时，预设的ΔT，ΔR可以成按照相应的比例变换。优先的当同时刻存在多个测量点时，对不同的测温点和内阻率的数值采用加权平均获得Tj，Ti，Rj，Ri的值。
发现热失控措施的安全策略有：报警、断电、隔离、消防协同。图2表示出了不同电池的对应的状态显示，安全策略可以根据不同的温度，向远端控制装置发送响应的报警信息，通过安全控制的联动装置，向安全管理控制员发送或触发安全告警信息。
进一步包括一个安全控制装置，进一步可以包括安全控制策略单元，将检测出的不同失控状态的阈值和/或安全状态的阈值，划分出不同的安全等级；通过预先安全模板的数据，对不同的参数对应不同的故障等，实现分层控制和多层隔离保护。
对故障进行区分***级别故障还是电池模组级别的故障，当判断是电池模组热失控或严重故障时候，可以直接触发可切断模组内继电器，隔离故障对象。
当判断是***基本故障时，可以消防、PCS储能变流器、EMS能量管理系联动，当***发生或收到故障进入保护机制后，可切断***的电源输入和输出。
所述安全控制装置中的安全策略控制模块进一步包括执行告警复位操作，所述执行告警复位操作，对于不同安全等级的信号，设置告警值复位延迟时间，复位延迟时间值因告警程度而不同，可以呈现等差序列，也可以与PCS待机和停机相结合，图3示例性的：当轻度告警时，动作复位延时30秒，当存在中度告警时，触发PCS待机，禁止电池的充分电功能，当确定为重度告警时，触发PCS停机，同时禁止电池充放，对切断电池继电器的复位时延信号首次设置在15秒，第二次复位设置25秒；通过告警复位延迟来控制保障电池组***的安全。
本发明应用了光纤测温技术，能全面且高速的监控每个电芯的各部分温度状态，大大提高了储能***的温度管控能力，同时基于电池温度数据，在储能***全生命周期内应用***安全工程和***安全管理方法，辨识***中的隐患，并采取有效的控制措施使其危险性最小，从而使***在规定的性能、时间和成本范围内达到最佳的安全程度。***安全的基本原则就是在一个新***的构思阶段就必须考虑其安全性的问题，制定并执行安全工作规划(***安全活动)，属于事前分析和预先的防护。***安全活动贯穿于生命整个***生命周期，直到***报废为止。对于***安全管控就是要把潜伏的危险可能发生事故的概率降到最低，把可能发生的危险所造成的损害控制在可接受的程度。该安全控制***全方位控制保障储能***稳定安全运行，亦可提前预警电池可能发生的热失控状态，避免储能***装置出现火灾隐患，实现大大降低储能***火灾事故发生的目的。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
Claims (10)
1.一种基于光纤测温的储能***安全控制***，其特征在于：所述***包括，光纤测温装置和安全控制装置；
所述光纤测温装置包括利用光纤的布拉格光栅作为传感元件，所述光纤测温装置设置在电芯处以测量电芯的温度；所述光纤测温装置将温度数据发送给安全控制装置，
所述安全控制装置包括安全状态控制模块，所述安全状态控制模块包括数据处理单元和数据采集单元；所数据采集单元用于采集电阻R，CO一氧化碳浓度值和VOC挥发性有机物浓度值；
所述数据处理单元用于根据接收到的检测数据评估安全等级，所述评估安全等级的方式为：
SOS(State of Safety)是电池安全参数的综合评估值；
SOSi＝(100-SOHi)+ΔT+ΔR+COi+VOCi；
SOSj＝(100-SOHj)+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj；
其中，SOSi为电池安全参数的基准值；
SOHi为电池健康状态基准值，最大值为100；ΔT为电池安全温度变化率基准值；ΔR为电池安全内阻变化率基准值；COi为电池安全一氧化碳浓度基准值；VOCi为电池安全挥发性有机物浓度基准值；SOSj为当前时刻电池安全参数值；SOHj为当前电池健康状态值，最大值为100；Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；COj为当前时刻一氧化碳浓度值；VOCj为当前挥发性有机物浓度值；i,j为用于标识不同测量时刻；获取SOSj与SOSi的差值所处的区域，确定不同的安全等级。
2.如权利要求1所述的基于光纤测温的储能***安全控制***，所述光纤测温装置，包括无线通信模块，将光纤测温的温度数发送给安全控制装置；所述安全控制装置记录电池整个使用周期的温度曲线。
3.如权利要求2所述的***，其中所述光纤测温装置，包括无线通信模块，所述无线通信模块能够采用蓝牙或WIFI协议进行数据的传输。
4.如权利要求1-3任一所述的***，安全控制装置进一步包括热失控控制模块，所述热失控控制模块包括数据处理处理和数据采集单元：所述数据采集单元用于采集电阻R，CO一氧化碳浓度的值和VOC挥发性有机物浓度的值，
所述数据处理单元用于根据接收到的检测数据进行热失控诊断，所述热失控诊断，具体为：
T_runaway是电池热失控诊断的综合评估值；
T_runaway1＝SOSi+ΔR+ΔT+COi+VOCi；
T_runaway2＝SOSj+(Tj-Ti)+(Rj-Ri)+COj+VOCj
其中，T_runaway1为判断电池热失控的比较基准值；SOSi为电池安全参数的基准值；ΔT为电池热失控温度变化率基准值；ΔR为电池热失控内阻变化率基准值；COi为电池热失控一氧化碳浓度基准值；VOCi为电池热失控挥发性有机物浓度基准值；SOSj为当前电池安全参数计算值；Tj为当前温度采样值，Ti为上一采样时刻温度值；Rj为当前测量电池内阻值，Ri为上一测量时刻电池内阻值；COj为当前时刻一氧化碳浓度值；VOCj为当前的挥发性有机物浓度值；
实时将T_runaway2值与T_runaway1值对比，根据两者的差值获得热失控的状态等级。
5.如权利要求4所述的***，其中热失控控制模块和安全状态控制模块中的数据采集单元可以集成到光纤测温装置中。
6.如权利要求5所述的***，所述安全控制装置，进一步包括安全策略控制模块，所述安全策略控制模块用于根据热失控的状态等级和/或安全等级进行故障诊断，并采用对应的安全控制操作。
7.如权利要求6所述的***，所述安全策略控制模块中，所述故障诊断为：对故障进行区分***级别故障还是电池模组级别的故障，当判断电池模组的热失控或严重安全等级时，直接触发可切断电池模组内继电器，隔离故障电池。
8.如权利要求7所述的***，所述故障诊断具体为：对故障进行区分***级别故障还是电池模组级别的故障，当判断是***级别故障时，消防、PCS储能变流器、EMS能量管理***联动，进入保护机制后，切断***电源输出和输入。
9.如权利要求8所述的***，所安全策略控制模块进一步用于执行告警复位操作，对于不同的安全等级信号，设置不同的告警值复位延迟时间。
10.如权利要求9所述的***，所述安全策略控制模块中的告警复位操作与PCS待机和停机相结合。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911182327 | 2019-11-27 | ||
| CN2019111823274 | 2019-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110931908A CN110931908A (zh) | 2020-03-27 |
| CN110931908B true CN110931908B (zh) | 2021-03-19 |
Family
ID=69847953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911202331.2A Active CN110931908B (zh) | 2019-11-27 | 2019-11-29 | 一种基于光纤测温的储能装置安全控制*** |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110931908B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3126785A1 (fr) * | 2021-09-09 | 2023-03-10 | Safran Electrical & Power | Procédé de surveillance de la sûreté d’une batterie exploitant une fibre optique à réseau de Bragg |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111751756B (zh) * | 2020-07-31 | 2022-06-03 | 中国汽车工程研究院股份有限公司 | 一种用累积动力电池温度曲线识别故障电池单体的方法 |
| CN111983466A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-11-24 | 哈尔滨市新量能电气技术有限公司 | 一种基于电压和温度特性的锂电池安全度估算方法及装置 |
| CN116826219A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池、用电装置和电池的装配方法 |
| CN117175752B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-04-02 | 荣耀终端有限公司 | 充电异常处理方法、设备、***、存储介质及程序产品 |
| CN117633939A (zh) * | 2024-01-26 | 2024-03-01 | 山东浪潮数据库技术有限公司 | 一种储能柜消防设计方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103679558A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-26 | 国家电网公司 | 电动汽车充换电站火灾风险数据评估方法 |
| CN106772112A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-05-31 | 三峡大学 | 一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置 |
| CN108375344A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-07 | 成都蓝炬科技有限公司 | 基于机器智能预测多参数光纤传感器的测量***及方法 |
| CN108649282A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-10-12 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种规避锂离子电池内短路风险的安全防护方法及*** |
| CN109316687A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 华为技术有限公司 | 一种电池***的灭火方法及电池*** |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6411912B1 (en) * | 1999-07-09 | 2002-06-25 | Alcatel | Voltage level bus translator and safety interlock system for battery modules |
| JP5127383B2 (ja) * | 2007-09-28 | 2013-01-23 | 株式会社日立製作所 | 電池用集積回路および該電池用集積回路を使用した車両用電源システム |
| FR2947283B1 (fr) * | 2009-06-24 | 2011-07-01 | Commissariat Energie Atomique | Procede d'elimination de lithium metallique |
| CN207572502U (zh) * | 2017-12-27 | 2018-07-03 | 东莞市必扬新能源科技有限公司 | 一种新型高安全性能环保聚合物锂电池 |
| CN209471117U (zh) * | 2018-12-04 | 2019-10-08 | 山东省田庄煤矿有限公司 | 一种矿用便携式甲烷检测装置 |
| CN110133508B (zh) * | 2019-04-24 | 2022-04-01 | 上海博强微电子有限公司 | 电动汽车动力电池的安全预警方法 |
| CN110058159A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-26 | 杭州电子科技大学 | 一种基于灰色神经网络的锂电池健康状态估计方法 |
-
2019
- 2019-11-29 CN CN201911202331.2A patent/CN110931908B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103679558A (zh) * | 2013-12-20 | 2014-03-26 | 国家电网公司 | 电动汽车充换电站火灾风险数据评估方法 |
| CN106772112A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-05-31 | 三峡大学 | 一种用于电动汽车的健康安全状态评估装置 |
| CN109316687A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 华为技术有限公司 | 一种电池***的灭火方法及电池*** |
| CN108375344A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-07 | 成都蓝炬科技有限公司 | 基于机器智能预测多参数光纤传感器的测量***及方法 |
| CN108649282A (zh) * | 2018-04-23 | 2018-10-12 | 中国科学院广州能源研究所 | 一种规避锂离子电池内短路风险的安全防护方法及*** |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3126785A1 (fr) * | 2021-09-09 | 2023-03-10 | Safran Electrical & Power | Procédé de surveillance de la sûreté d’une batterie exploitant une fibre optique à réseau de Bragg |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110931908A (zh) | 2020-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110931908B (zh) | 一种基于光纤测温的储能装置安全控制*** | |
| CN100492035C (zh) | 一种电缆安全运行监控方法 | |
| CN101719299B (zh) | 一种火灾、可燃气体报警***及方法 | |
| CN110635182B (zh) | 电池热失控的预警方法和装置、电子设备、存储介质 | |
| CN100538381C (zh) | 一种电缆安全运行评价方法 | |
| CN116758656B (zh) | 用于车辆监管的车载终端、***及方法 | |
| CN1687724A (zh) | 一种电缆安全运行的监控、评价方法及其装置 | |
| CN107093306A (zh) | 动力电池预警方法 | |
| CN103195583B (zh) | 一种采用排气温度分散度监测保护燃气轮机燃烧的方法 | |
| CN103674286A (zh) | 一种基于红外图像的站内通信设备故障诊断方法 | |
| CN103308859A (zh) | 蓄电池状态的监测***及监测方法 | |
| CN105302087A (zh) | 配网中压开关设备智能监测管理*** | |
| CN109870627A (zh) | 基于分布式光纤温度应变和振动监测数据的海底电缆故障报警和诊断方法 | |
| CN106441626A (zh) | 一种基于无源无线测温的电力设备老化分析***及分析方法 | |
| CN117439141A (zh) | 基于bms的分级消防控制实现方法和*** | |
| CN117594889A (zh) | 一种适用于独立式蓄电池组的运行安全智能管控*** | |
| CN109324255A (zh) | 基于电能损耗的变压器匝间短路在线监测***及方法 | |
| CN112697306A (zh) | 一种电池包内部温度异常的检测方法、装置及相关产品 | |
| CN116703252A (zh) | 基于SaaS的智慧楼宇信息管理方法 | |
| CN113725511A (zh) | 一种储能电池热失控的综合探测***及判定方法 | |
| CN104268058B (zh) | 一种后台监控装置及方法 | |
| CN111525692A (zh) | 一种智能化配电监测***及方法 | |
| CN210441811U (zh) | 一种汽轮机组开度测量***及线性位移传感器自检测*** | |
| CN117434456B (zh) | 电池组的故障检测方法、装置、存储介质及电子设备 | |
| CN118136995B (zh) | 一种集装箱储能***火灾控制方法、设备以及存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |