CN117065255A - 一种自主可控电化学储能站火灾防控***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自主可控电化学储能站火灾防控***及方法，属于储能电站安控技术领域，解决了现有电化学储能站对于出现火情前的预防手段缺失问题；本发明在电化学储能站中，采用热失控定位技术，对热失控电池模组或单体电池进行定位，具体运用了温度传感器阵列及声音定位技术；同时，本发明辅以5种热失控预警模式，结合专用的BMS电池管理子***，当任一预警模式被触发时，能发出对应热失控电池的火情预警信号，并将该信号通过人机界面向外界呈现；本发明实现了对电池状态、温度、电流等参数的监测和管理，能够准确定位热失控电池模组及单体，从而提前预警火灾的发生，提高了电化学储能站的火灾防控效果，保证其安全、可靠的运行。
Description
技术领域
本发明属于储能电站安控技术领域，具体为一种自主可控电化学储能站火灾防控***及方法。
背景技术
电化学储能站是一种将电能转化为化学能进行储存的电站设备，主要包括储能电池、电池管理***、能量转换***、储能控制***和通信***等组件；其中，电池为核心组件，在储能站中以电池箱或电池模组的形式进行布置，可以储存电能，并在需要时将电能释放。
但是，电化学储能站一旦发生诸如火灾等安全事故，则存在着燃烧速率大、温度上升快、易发生***等问题；火灾事故的主要原因是电池的热失控现象，因热失控而引发火灾和***的同时，还极易产生有毒气体，造成经济损失和人员伤亡。
现有技术中，电化学储能站的火灾防控过程存在如下问题：
储能站中布置着大规模的电池箱和电池模组，而火灾的发生往往仅由于其中的某一电池单体发生短路等故障后，使该电池单体热失控而起火燃烧，火势进而扩展至相邻电池，最终引发大规模火灾。
目前没有能够在热失控初期及时准确的找到热失控电池单体的技术方法，因此难以在热失控初期及时处理，中断起火前的势态，难以有效预防火灾的发生。
同时，现有的电化学储能站中防控监测数据过少，位置布设不合理，无法充分实现实际的预警作用；现有技术的火灾消防***未能把消防重心放在火灾预警环节，无法做到防微杜渐。因此，如何及时的发现燃烧征兆，避免电化学储能站的初期火情演变为火灾，成为了本领域技术人员的研究要点。
发明内容
本发明的目的是针对电化学储能站火灾燃烧速率大、温度上升快、易发生***等问题，在了解热失控演变规律和致灾机理的前提下，通过热失控定位技术，在早期监测预警的情况下防控可能产生的火情火灾，实现电化学储能站的安全、可靠运行。
本发明采用了以下技术方案来实现目的：
一种自主可控电化学储能站火灾防控***，所述***由热失控定位子***、热失控预警子***和BMS电池管理子***组成，所述BMS电池管理子***分别连接所述热失控定位子***和所述热失控预警子***；所述热失控定位子***，用于定位在电化学储能站中出现热失控现象的单体电池或电池模组，并将定位数据传输至BMS电池管理子***中；所述BMS电池管理子***，用于依据定位数据，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号；所述热失控预警子***，用于为BMS电池管理子***提供多种能够判别监测数据是否异常的预警模式。
所述热失控定位子***，主要具有以下特点：
1、温度传感器阵列定位：通过多个温度传感器监测电池模组内部温度，利用温度分布的差异，采用三角定位或多边形定位算法，可实现对热失控电池模组中单体电池或单体电池组位置的精确定位；依据实际的电池模组规格及布局方式，其定位精度可优于0.1m。
2、声音传感器阵列定位：通过多个声音传感器监测热失控电池模组发出的特定声音信号，利用声音的传播时间差形成声源定位算法，实现对热失控电池模组的准确定位。
所述热失控预警子***，实现5种热失控预警模式，分别由其具体的模块组成实现：包括温度变化率模块、温度异常阈值模块、温度异常分布模块、电池模组位置模块和气体释放监测模块；当任一模块的触发条件满足时，向BMS电池管理子***发出定位请求，BMS电池管理子***向热失控定位子***传递定位请求并获得定位数据后，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号。
进一步的，所述热失控定位子***，包括定位用IO接口、温度传感器、声音传感器、烟雾传感器和定位算法模块；每个电池模组上均设置所述定位用IO接口，所述温度传感器、声音传感器和烟雾传感器均分别连接所述定位用IO接口和所述定位算法模块；所述定位算法模块用于接收定位请求，得出定位数据并传输至BMS电池管理子***。
本发明同时提供一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，所述方法包括如下步骤：
S1、设置电化学储能站火灾防控***，完成温度传感器、声音传感器和烟雾传感器的布设与连接；
S2、初始化并运行***，通过BMS电池管理子***，以特定频率获取每个电池模组的监测数据；
S3、当监测数据无异常时，BMS电池管理子***继续以特定频率获取每个电池模组的监测数据；
S4、当监测数据中的任一数据或数据组合满足热失控预警子***中任一模块的触发条件时，热失控预警子***产生定位请求；
S5、热失控定位子***依据定位请求，通过传感器数据和定位算法模块，得出定位数据；
S6、BMS电池管理子***依据定位数据，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号，并将该信号通过人机界面向外界呈现。
进一步的，在步骤S4的所述热失控预警子***中：
温度变化率模块的触发条件为：依据监测数据中每个单体电池组的温度信号，计算对应的温升速率；当温升速率超过20℃/s时，模块触发；
温度异常阈值模块的触发条件为：预设每个单体电池组的温度异常预警值为50℃；依据监测数据中每个单体电池组的温度信号，当对应单体电池组的温度值达到或超过温度异常预警值后，模块触发；
温度异常分布模块的触发条件为：预设整个电池模组的温度差异阈值，依据监测数据中所有单体电池组的温度信号，当其中任意温度信号间的差异达到或超过温度差异阈值时，模块触发；
电池模组位置模块的触发条件为：预设整个电池模组中的警戒区域，依据对应电池模组的全部监测数据，当警戒区域中的单体电池组出现异常数据时，模块触发；
气体释放监测模块的触发条件为：预设每个单体电池组所在位置的易燃易爆气体浓度阈值，依据监测数据中每个单体电池组的烟雾信号，当对应单体电池组的烟雾信号达到或超过浓度阈值后，模块触发。
综上所述，由于采用了本技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明的***及方法，通过热失控电池模组定位技术和多种热失控预警模式的结合，能够准确定位电化学储能站中大规模的电池箱或电池模组中出现热失控的电池单体或整个模组，从而提前对可能出现的火情进行预警，进而预防火灾的发生，显著提高了火灾防控效果。在此基础上，后续还可辅以快速抑制灭火等措施，及时控制热失控电池模组，消除火灾隐患，最终增强了电化学储能站的***运行稳定性、可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明的热失控定位子***的原理示意框图；
图2为本发明中BMS电池管理子***对电池模组的连接管理示意图；
图3为本发明中电池模组与温度传感器的连接关系示意图；
图4为本发明中热失控预警模式的实施流程示意图。
具体实施方式
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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以按各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
实施例1
一种自主可控电化学储能站火灾防控***，所述***由热失控定位子***、热失控预警子***和BMS电池管理子***组成，BMS电池管理子***分别连接热失控定位子***和热失控预警子***；热失控定位子***，用于定位在电化学储能站中出现热失控现象的单体电池或电池模组，并将定位数据传输至BMS电池管理子***中；BMS电池管理子***，用于依据定位数据，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号；热失控预警子***，用于为BMS电池管理子***提供多种能够判别监测数据是否异常的预警模式。
本实施例中，首先介绍电化学储能站的电池模组管理情况，主要涉及BMS电池管理子***的管控构成，可参看图2的示意。
BMS电池管理子***，包括1个BCU主控和多个BMU从控，BMU从控的数量与电化学储能站中的电池模组数量相同；BCU主控分别连接多个BMU从控，BMU从控与电池模组一一对应连接；所述BMS电池管理子***，还用于通过所述BCU主控，对与BMU从控相连的电池模组进行状态监测，获取监测数据，并下发控制信息。
本实施例中，热失控定位子***，包括定位用IO接口、温度传感器、声音传感器、烟雾传感器和定位算法模块；每个电池模组上均设置定位用IO接口，温度传感器、声音传感器和烟雾传感器均分别连接定位用IO接口和定位算法模块；定位算法模块用于接收定位请求，得出定位数据并传输至BMS电池管理子***。图3示出了电池模组、定位用IO接口和温度传感器的连接关系，主要通过定位传感引脚区进行划分，如下详述。
每个电池模组内包括多个单体电池组，每个单体电池组由相邻的多个单体电池组成；定位用IO接口划分有多个定位传感引脚区，每个定位传感引脚区均与1个单体电池组相连接，每个定位传感引脚区还分别连接1个温度传感器的测量端引脚、1个声音传感器的测量端引脚和1个烟雾传感器的测量端引脚；每个传感器的反馈端均连接至所述BMU从控。
因此，如图1所示，整个热失控定位子***，主要具有以下特点：
1、温度传感器阵列定位：通过多个温度传感器监测电池模组内部温度，利用温度分布的差异，采用三角定位或多边形定位算法，可实现对热失控电池模组中单体电池或单体电池组位置的精确定位，此两种定位算法基于温度传感器等直接信号来源，定位过程均为现有技术，此处不再赘述；依据实际的电池模组规格及布局方式，其定位精度可优于0.1m。
2、声音传感器阵列定位：通过多个声音传感器监测热失控电池模组发出的特定声音信号，利用声音的传播时间差形成声源定位算法，实现对热失控电池模组的准确定位。
本实施例中，热失控预警子***，实现5种热失控预警模式，分别由其具体的模块组成实现：包括温度变化率模块、温度异常阈值模块、温度异常分布模块、电池模组位置模块和气体释放监测模块；当任一模块的触发条件满足时，向BMS电池管理子***发出定位请求，BMS电池管理子***向热失控定位子***传递定位请求并获得定位数据后，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号。
综上，本实施例的整个火灾防控***，着重于火灾预警环节的数据信号监测，以发现燃烧征兆为目标，实现避免火情变成实际火灾的效果；在***的开发设计过程中，可结合热失控定位子***、热失控预警子***的布局结构及功能特点，再开发单独且专用的BMS电池管理子***，实现对电池模组中状态、温度、电流电压等参数的监测和管理，整体提高火灾防控能力。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例具体介绍一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，包括如下步骤：
S1、设置电化学储能站火灾防控***，完成温度传感器、声音传感器和烟雾传感器的布设与连接；
S2、初始化并运行***，通过BMS电池管理子***，以特定频率获取每个电池模组的监测数据；
S3、当监测数据无异常时，BMS电池管理子***继续以特定频率获取每个电池模组的监测数据；
S4、当监测数据中的任一数据或数据组合满足热失控预警子***中任一模块的触发条件时，热失控预警子***产生定位请求；
S5、热失控定位子***依据定位请求，通过传感器数据和定位算法模块，得出定位数据；
S6、BMS电池管理子***依据定位数据，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号，并将该信号通过人机界面向外界呈现。
本实施例中，自步骤S2开始并运行***后，***流程示意可参看图4；其中，监测数据最先的异常判别取决于烟雾信号与温度信号的监测与传递；若检测信号满足触发条件，则可确定其已成为异常信号，便进行火情预警。
以下为本实施例的方法的细节介绍。
步骤S1中，将电化学储能站中的每个电池模组中的单体电池，按照相邻的顺序依次分为多组，同时设置每个电池模组对应的定位用IO接口；将每个单体电池组与定位用IO接口上对应的定位传感引脚区相连接，再将每个定位传感引脚区均连接上对应的温度传感器、声音传感器和烟雾传感器的测量端，实现各传感器的布设连接。
在设置***及连接传感器时，需注意的是，需将1个电池模组中串联的总计M个单体电池，按相邻顺序分为N组，实际情况中，M与N也可相等，即实现每个单体电池的具体监测。N组的单体电池组的公共引脚与定位用IO接口上对应的定位传感引脚区相连接。而至于传感器的数量，1个电池模组，需对应连接N个温度传感器、N个声音传感器和N个烟雾传感器；烟雾传感器实现对应位置的易燃易爆气体浓度检测功能。
因此，在步骤S2及步骤S3中，监测数据包括每个电池模组的全部单体电池组的电压、电流数据，以及温度信号、声音信号和烟雾信号。
本实施例的步骤S4的热失控预警子***中：
温度变化率模块的触发条件为：依据监测数据中每个单体电池组的温度信号，计算对应的温升速率；当温升速率超过20℃/s时，模块触发；
温度异常阈值模块的触发条件为：预设每个单体电池组的温度异常预警值为50℃；依据监测数据中每个单体电池组的温度信号，当对应单体电池组的温度值达到或超过温度异常预警值后，模块触发；
温度异常分布模块的触发条件为：预设整个电池模组的温度差异阈值，依据监测数据中所有单体电池组的温度信号，当其中任意温度信号间的差异达到或超过温度差异阈值时，模块触发；
电池模组位置模块的触发条件为：预设整个电池模组中的警戒区域，依据对应电池模组的全部监测数据，当警戒区域中的单体电池组出现异常数据时，模块触发；
气体释放监测模块的触发条件为：预设每个单体电池组所在位置的易燃易爆气体浓度阈值，依据监测数据中每个单体电池组的烟雾信号，当对应单体电池组的烟雾信号达到或超过浓度阈值后，模块触发。
最后，关于步骤S5，主要涉及定位算法模块的内容如下：定位算法模块内置有三角定位算法、多边形定位算法和声源定位算法。
声源定位算法的实现过程为：当电池模组出现热失控现象时，对应模块被触发，声音传感器开始监测对应电池模组中的全部声音信号；由于热失控电池会发出明显异于正常情况下的典型声音信号，该信号特征明显，为本领域公知常识内容，因此依据热失控部位的特定声音信号及不同声音传感器接收到声音信号的时间差，可迅速实现对热失控单体电池或单体电池组的准确定位。
本实施例的方法通过电池模组定位技术和热失控预警模式相结合，可依据实际情况进行调整和优化，以适应具有不同规模和布局特征下的电化学储能站等场景需求。
Claims (10)
1.一种自主可控电化学储能站火灾防控***，其特征在于：所述***由热失控定位子***、热失控预警子***和BMS电池管理子***组成，所述BMS电池管理子***分别连接所述热失控定位子***和所述热失控预警子***；所述热失控定位子***，用于定位在电化学储能站中出现热失控现象的单体电池或电池模组，并将定位数据传输至BMS电池管理子***中；所述BMS电池管理子***，用于依据定位数据，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号；所述热失控预警子***，用于为BMS电池管理子***提供多种能够判别监测数据是否异常的预警模式。
2.根据权利要求1所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控***，其特征在于：所述BMS电池管理子***，包括1个BCU主控和多个BMU从控，BMU从控的数量与电化学储能站中的电池模组数量相同；BCU主控分别连接多个BMU从控，BMU从控与电池模组一一对应连接；所述BMS电池管理子***，还用于通过所述BCU主控，对与BMU从控相连的电池模组进行状态监测，获取监测数据，并下发控制信息。
3.根据权利要求2所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控***，其特征在于：所述热失控定位子***，包括定位用IO接口、温度传感器、声音传感器、烟雾传感器和定位算法模块；每个电池模组上均设置所述定位用IO接口，所述温度传感器、声音传感器和烟雾传感器均分别连接所述定位用IO接口和所述定位算法模块；所述定位算法模块用于接收定位请求，得出定位数据并传输至BMS电池管理子***。
4.根据权利要求3所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控***，其特征在于：每个电池模组内包括多个单体电池组，每个单体电池组由相邻的多个单体电池组成；所述定位用IO接口划分有多个定位传感引脚区，每个定位传感引脚区均与1个单体电池组相连接，每个定位传感引脚区还分别连接1个温度传感器的测量端引脚、1个声音传感器的测量端引脚和1个烟雾传感器的测量端引脚；每个传感器的反馈端均连接至所述BMU从控。
5.根据权利要求3所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控***，其特征在于：所述热失控预警子***，包括温度变化率模块、温度异常阈值模块、温度异常分布模块、电池模组位置模块和气体释放监测模块；所述热失控预警子***，还用于当任一模块的触发条件满足时，向BMS电池管理子***发出定位请求，BMS电池管理子***向热失控定位子***传递定位请求并获得定位数据后，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号。
6.一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、设置电化学储能站火灾防控***，完成温度传感器、声音传感器和烟雾传感器的布设与连接；
S2、初始化并运行***，通过BMS电池管理子***，以特定频率获取每个电池模组的监测数据；
S3、当监测数据无异常时，BMS电池管理子***继续以特定频率获取每个电池模组的监测数据；
S4、当监测数据中的任一数据或数据组合满足热失控预警子***中任一模块的触发条件时，热失控预警子***产生定位请求；
S5、热失控定位子***依据定位请求，通过传感器数据和定位算法模块，得出定位数据；
S6、BMS电池管理子***依据定位数据，结合监测数据，发出对应热失控电池的火情预警信号，并将该信号通过人机界面向外界呈现。
7.根据权利要求6所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，其特征在于：步骤S1中，将电化学储能站中的每个电池模组中的单体电池，按照相邻的顺序依次分为多组，同时设置每个电池模组对应的定位用IO接口；将每个单体电池组与定位用IO接口上对应的定位传感引脚区相连接，再将每个定位传感引脚区均连接上对应的温度传感器、声音传感器和烟雾传感器的测量端，实现各传感器的布设连接。
8.根据权利要求6所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，其特征在于：在步骤S2及步骤S3中，监测数据包括每个电池模组的全部单体电池组的电压、电流数据，以及温度信号、声音信号和烟雾信号。
9.根据权利要求6所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，其特征在于，在步骤S4的所述热失控预警子***中：
温度变化率模块的触发条件为：依据监测数据中每个单体电池组的温度信号，计算对应的温升速率；当温升速率超过20℃/s时，模块触发；
温度异常阈值模块的触发条件为：预设每个单体电池组的温度异常预警值为50℃；依据监测数据中每个单体电池组的温度信号，当对应单体电池组的温度值达到或超过温度异常预警值后，模块触发；
温度异常分布模块的触发条件为：预设整个电池模组的温度差异阈值，依据监测数据中所有单体电池组的温度信号，当其中任意温度信号间的差异达到或超过温度差异阈值时，模块触发；
电池模组位置模块的触发条件为：预设整个电池模组中的警戒区域，依据对应电池模组的全部监测数据，当警戒区域中的单体电池组出现异常数据时，模块触发；
气体释放监测模块的触发条件为：预设每个单体电池组所在位置的易燃易爆气体浓度阈值，依据监测数据中每个单体电池组的烟雾信号，当对应单体电池组的烟雾信号达到或超过浓度阈值后，模块触发。
10.根据权利要求6所述的一种自主可控电化学储能站火灾防控方法，其特征在于：步骤S5中，定位算法模块内置有三角定位算法、多边形定位算法和声源定位算法；所述声源定位算法的实现过程为：当电池模组出现热失控现象时，对应模块被触发，声音传感器开始监测对应电池模组中的全部声音信号，依据热失控部位的特定声音信号及不同声音传感器接收到声音信号的时间差，实现对热失控单体电池或单体电池组的准确定位。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117706389A (zh) * | 2023-12-21 | 2024-03-15 | 中国矿业大学(北京) | 一种电化学储能电站的监测预警***及方法 |
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2023
- 2023-07-07 CN CN202310830818.5A patent/CN117065255A/zh active Pending
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