CN113804855B - 一种电池***冲击波超压测量方法及*** - Google Patents
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Abstract
一种电池***冲击波超压测量方法及***，在封闭空间内，使电池模块热失控释放出易燃易爆气体，在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气；通过***冲击波测试***得到热失控烟气燃爆产生的***冲击波；根据热失控烟气燃爆产生的***冲击波以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。在测得电池模块热失控产生气体的***冲击波超压的基础上，可以估算电池储能模块甚至***的烟气***冲击波，为电站应急处置提供依据，为***及人员安全防护设计提供依据。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种电池***冲击波超压测量方法及***。
背景技术
近年来，随着我国能源改型升级步伐的加快，以储能技术与***为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视，储能技术被大规模的应用于电力***的发电、输电、配电、用电的各个环节，不仅推动我国能源供给革命，而且是实现智能电网必不可少的核心技术。
锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其灵活、快速的优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。特别是近些年来，随着电动汽车渗透率的提升，锂电池规模效应显现，成本快速降低，在可再生能源消纳和交通电气化产业链上的作用日益重要。在全球范围内，电化学储能行业市场的规模日益扩大，商业化的拐点加速到来。电化学储能装机规模跨越式发展将极大推动电网高质量，对未来电网的建设和发展发挥着重要作用。
在国家政策与社会发展需要的双重推力下，电化学储能市场快速发展，锂离子电池的总体保有量逐年递增，据CNESA统计，截止2019年底锂离子电池储能保有量达到8454MW。
近来，国内外发生的电力储能***火灾引起大家对锂电池储能***的普遍关注。据不完全统计，全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在过去的一年内发生超过30起，造成了重大的财产损失。因此，锂离子电池的安全问题就成为制约锂离子电池电力储能大规模推广的关键瓶颈。
目前，还没有一套测算电池烟气***冲击波的方法，无法为电池火灾现场的应急处置提供依据。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种电池***冲击波超压测量方法及***，该方法测得的电池***冲击波超压能够为电池火灾提供处置依据。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电池***冲击波超压测量方法，包括以下步骤：
在封闭空间内，使电池模块热失控释放出热失控烟气，在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气产生***冲击波；
测试所述***冲击波；
根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
进一步的，封闭空间与电池模块的体积比等于安装电池储能***的集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比。
进一步的，所述在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气产生***冲击波的步骤中，通过电火花方式引燃热失控烟气。
进一步的，所述在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气产生***冲击波的步骤中，通过设置在电池模块正上方的脉冲点火器引燃热失控烟气。
进一步的，根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压，具体包括：
电池储能***能量等级除以电池模块的能量等级，再乘以电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波，得到电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
一种电池***冲击波超压测量***，包括估算单元、封闭箱体、设置在封闭箱体内的电池模块以及用于测量电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波的***冲击波测试***，
估算单元，用于根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
进一步的，封闭空间与电池模块的体积比等于集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比。
进一步的，电池模块上方设置有脉冲点火器。
进一步的，***冲击波测试***包括压力传感器、示波器与压力数据分析仪，其中，将压力传感器采集的压力信号传输给与示波器，示波器将接收到的压力信号转化为波形，并将波形传输给压力数据分析仪，压力数据分析仪对接收到的波形分析得到***冲击波，并将***冲击波传输给估算单元。
进一步的，压力传感器设置在封闭空间内，与电池模块在同一水平面上，并且距离电池模块的距离为50cm、1m或5m。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过在封闭空间内，使电池模块热失控释放出热失控烟气，在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气；通过***冲击波测试***得到热失控烟气燃爆产生的***冲击波；根据热失控烟气燃爆产生的***冲击波以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。本发明在测得电池模块热失控产生气体的***冲击波超压的基础上，可以估算电池储能模块甚至***的烟气***冲击波，为电站应急处置提供依据，为***及人员安全防护设计提供依据。
进一步的，本发明以电火花方式引燃热失控气体产生燃爆反应，与电池储能***火灾事故中的燃爆现象原理一致，使得测试结果更接近真实情况。
本发明通过设置在封闭箱体内的电池模块以及用于测量电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波的***冲击波测试***，当电池模块热失控后通过***冲击波测试***的***冲击波，通过该装置可以模拟电池储能***中电池模块的热失控，从而通过估算单元可以估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。该装置结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明的***结构示意图。
图中，1为封闭箱体，2为电池模块，3为脉冲点火器，4为压力传感器，5为示波器，6为压力数据分析仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
本发明涉及技术术语为电池模块、电池簇、电池模块热失控、燃爆与冲击波超压，具体含义如下：
电池模块：很多个电池构成一个电池模块，是一个方形物体，有进风口，有出风口，这是采用风冷散热的电池模块，本专利也是针对风冷散热的模块；另一种是液冷散热的模块，不是本专利的范围。
电池簇：每个电池模块都很重，需要放在机架上来支撑，类似于上下多层的货架，每个电池模块放置在一层，上下有很多层，这样摆满一个机架，就是一个电池簇，一般一个电池簇有5-9个电池模块。
电池模块热失控：电池在过充、过放、外部短路、高温条件下，电池内部会发生大量的放热副反应，使电池内部的温度不可控的迅速上升，其结果是电池内部压力迅速增大，电池安全阀破开，向外喷射大量高温易燃易爆气体，这些气体充满电池模块以及附近区域会触发其它电池的热失控，造成热失控连锁反应，最终造成火灾。
燃爆：电池热失控后会释放出大量高温的易燃易爆气体，这些气体在火花、电火花的作用下，会迅速燃烧***，产生一个火球，伴随有冲击波的出现。
冲击波超压：电池烟气燃爆反应过程中，在由于空气短时间内迅速膨胀导致附近气压迅速上升的现象，冲击波超压是有方向性的。
参见图2，一种电池***冲击波超压测量***，包括估算单元、封闭箱体1、设置在封闭箱体1内的电池模块2以及用于测量电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波的***冲击波测试***。
封闭箱体1的封闭空间与电池模块2的体积比等于集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比；
电池模块2上方设置有脉冲点火器3。
***冲击波测试***包括压力传感器4、示波器5与压力数据分析仪6，其中，压力传感器4与示波器5相连，示波器5与压力数据分析仪6相连；将压力传感器4采集的压力信号传输给与示波器5，示波器5将接收到的压力信号转化为波形，并将波形传输给压力数据分析仪6，压力数据分析仪6对接收到的波形分析得到***冲击波，并将***冲击波传输给估算单元。
压力传感器4设置在封闭空间内，并且与电池模块2在同一水平面上。
估算单元，用于根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
本发明的目的是考虑到电池模块热失控后会产生易燃易爆气体，这种高温气体会发生***反应，产生***冲击波，极易造成人员的伤亡，为此提出一种电池模块***危害评估的方法，以此作为应急处理预案和人员防护的依据。
电池储能***设置在集装箱内。
参见图1，本发明的基本方案为：首先，在封闭空间内，使电池模块热失控释放出易燃易爆气体，封闭空间与电池模块的体积比等于集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比；
其次，在电池模块正上方，设置有脉冲点火器，在电池模块释放出热失控烟气后，启动脉冲点火器，引燃热失控烟气；
再次，在封闭空间外设置有***冲击波测试***，***冲击波测试***包括压力传感器、信号采集线、示波器、压力数据分析仪，其中，在距离电池模块水平位置一定距离处设置有压力传感器采集冲击波超压；压力传感器与示波器相连，示波器与压力数据分析仪相连，通过压力数据分析仪得到热失控烟气燃爆产生的***冲击波。
根据热失控烟气燃爆产生的***冲击波以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
具体的，电池储能***能量等级除以电池模块的能量等级，再乘以电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波，得到电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
其中，压力传感器设置在电池模块一侧，压力传感器可以设置着火点不同位置，比如在距离电池模块水平位置50cm、1m或5m处，不同着火位置得到不同的热失控烟气燃爆产生的***冲击波。
实施例1
（1）选择一个半封闭空间，有泄压阀，有进风口，面积根据集装箱上的泄压阀和进风口按照半封闭空间和集装箱的体积等比例缩小；
（2）在半封闭空间内，通过过充或加热的方式使电池簇的一个电池模块热失控释放出大量的高温易燃易爆气体，封闭空间与电池模块的体积比等于集装箱内空间体积与电池储能***的体积比；
（3）在电池模块正上方10cm处，固定放置一个脉冲点火器，在电池模块释放出热失控烟气后30min，启动脉冲点火器，引燃热失控烟气；
（4）在封闭空间***组装一套***冲击波测试***，包括压力传感器、信号采集线、示波器以及、压力数据分析仪，用于记录热失控烟气燃爆产生的***冲击波，在距离电池模块水平位置50cm处放置压力传感器，用于采集冲击波超压；
（5）电池储能***能量等级除以电池模块的能量等级，再乘以电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波，得到电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
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、完整地描述，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做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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
在本发明中，“模块”、“装置”、“***”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地***、分布式***中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它***交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电池***冲击波超压测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
在封闭空间内，使电池模块热失控释放出热失控烟气，在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气产生***冲击波；
测试所述***冲击波；
根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压；
其中，封闭空间与电池模块的体积比等于安装电池储能***的集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比；
根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压，具体包括：
电池储能***能量等级除以电池模块的能量等级，再乘以电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波，得到电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
2.根据权利要求1所述的一种电池***冲击波超压测量方法，其特征在于，所述在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气产生***冲击波的步骤中，通过电火花方式引燃热失控烟气。
3.根据权利要求1所述的一种电池***冲击波超压测量方法，其特征在于，所述在电池模块释放出热失控烟气后引燃热失控烟气产生***冲击波的步骤中，通过设置在电池模块正上方的脉冲点火器引燃热失控烟气。
4.一种电池***冲击波超压测量***，其特征在于，包括估算单元、封闭箱体(1)、设置在封闭箱体(1)内的电池模块(2)以及用于测量电池模块(2)热失控烟气燃爆产生的***冲击波的***冲击波测试***；估算单元，用于根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压；其中，封闭箱体(1)的封闭空间与电池模块的体积比等于安装电池储能***的集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比；
根据测量的***冲击波，以及电池储能***能量等级与电池模块能量等级的比例，估算电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压，具体包括：
电池储能***能量等级除以电池模块的能量等级，再乘以电池模块热失控烟气燃爆产生的***冲击波，得到电池储能***热失控烟气燃爆产生的冲击波超压。
5.根据权利要求4所述的一种电池***冲击波超压测量***，其特征在于，封闭箱体(1)的封闭空间与电池模块(2)的体积比等于安装电池储能***的集装箱内空间体积与电池储能***的体积的比。
6.根据权利要求4所述的一种电池***冲击波超压测量***，其特征在于，电池模块(2)上方设置有脉冲点火器(3)。
7.根据权利要求4所述的一种电池***冲击波超压测量***，其特征在于，***冲击波测试***包括压力传感器(4)、示波器(5)与压力数据分析仪(6)，其中，将压力传感器(4)采集的压力信号传输给示波器(5)，示波器(5)将接收到的压力信号转化为波形，并将波形传输给压力数据分析仪(6)，压力数据分析仪(6)对接收到的波形分析得到***冲击波，并将***冲击波传输给估算单元。
8.根据权利要求7所述的一种电池***冲击波超压测量***，其特征在于，压力传感器(4)设置在封闭箱体(1)的封闭空间内，与电池模块(2)在同一水平面上，并且距离电池模块(2)的距离为50cm、1m或5m。
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