CN117439141A - 基于bms的分级消防控制实现方法和*** - Google Patents

基于bms的分级消防控制实现方法和*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于BMS的分级消防控制实现方法和***，其中该方法包括：通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度；判断电芯温度是否超过第一阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS降载运行；判断电芯温度是否超过第二阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS停止充放电；判断电芯温度是否超过第三阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS的输入输出开关和电池簇的输出开关断开；判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施；其中，第一阀值<第二阀值<第三阀值<第四阀值。本发明有效地提高了消防控制的精度和响应速度。

Description

基于BMS的分级消防控制实现方法和***
技术领域
本发明涉及电池控制管理技术领域，特别是涉及一种基于BMS的分级消防控制实现方法和***。
背景技术
电池储能***是电网平衡电能和提高电力调节灵活性的重要技术手段，也是电厂和用户调峰调频、应急备用主要的优选设备；尤其是锂离子电池技术与产品的进步发展，使得电池储能能够广泛应用。与此同时，电池储能***的安全事故也不断出现，特别是锂电池的燃爆恶性事故也出现多起。
在现有技术中，电池消防探测通常采用的都是感烟、感温、可燃气体等火灾探测器来实现的。由于上述火灾探测器都安装在电池电芯模组之外，火灾探测器的有限感敏度难以及时探测到电池的预燃状态，导致失去了消防灭火的最佳时机。并且，上述火灾探测器受限于电池设备的空间大小，安装难度较大，不便于安装，亟需改进。此外，现有检测储能***热失控的方式较为单一，热失控控制精度低，速度慢，可能会遇到已经检测到发生热失控时，即使通过消防措施也难以抑制锂电池的热失控的状况。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于BMS的分级消防控制实现方法和***。
一种基于BMS的分级消防控制实现方法，所述方法包括：
通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度；
判断电芯温度是否超过第一阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS降载运行；
判断电芯温度是否超过第二阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS停止充放电；
判断电芯温度是否超过第三阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS的输入输出开关和电池簇的输出开关断开；
判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施；
其中，所述第一阀值<第二阀值<第三阀值<第四阀值。
在其中一个实施例中，所述通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度的步骤之后还包括：
将采集到的电芯温度通过菊花链通信方式发送至簇级BMS单元。
在其中一个实施例中，判断电芯温度是否超过第一阀值/第二阀值/第三阀值/第四阀值的步骤还包括：
若超过则记录当前电芯的位置以及电芯温度超过对应阀值的次数，当记录次数超过预设的阈值时则确认当前电芯温度已经超过对应阀值。
在其中一个实施例中，判断电芯温度是否超过第一阀值/第二阀值/第三阀值/第四阀值的步骤还包括：
计算一段时间内采集电芯温度的上升斜率并判断所述上升斜率是否符合逐步升高的趋势，若符合则发送对应的控制指令。
在其中一个实施例中，所述判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施的步骤还包括：
在簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施之前，判断当前电芯周边电芯温度的上升斜率是否符合逐步升高的趋势，若符合则发送指令启动对应的消防措施。
在其中一个实施例中，所述判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施的步骤还包括：
若确认电芯温度超过第四阀值，则簇级BMS单元先发送指令触发气体消防，若电芯温度持续上升并超过第五阀值，则簇级BMS单元发送指令触发水消防。
在其中一个实施例中，所述若电芯温度持续上升并超过第五阀值，则簇级BMS单元发送指令触发水消防的步骤还包括：
记录电芯温度超过第五阀值的次数，当记录次数超过预设的阈值时则簇级BMS单元发送指令触发水消防。
在其中一个实施例中，所述气体消防包括气溶胶、全氟乙酮以及七氟丙烷。
在其中一个实施例中，所述簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施还包括所述簇级BMS单元发送指令触发***的声光报警。
一种基于BMS的分级消防控制实现***，所述***包括：
由电池模组、温度传感器和包级BMS单元组成电池PACK；
多个电池PACK串联形成一电池簇，每个电池簇有一个簇级BMS单元，簇级BMS单元与每个电池PACK内的包级BMS单元通过菊花链模式进行通信；
每个电池PACK都与气体消防总线和水消防总线电连接，所述气体消防总线的控制阀和所述水消防总线的控制阀由簇级BMS单元控制，声光报警开关由簇级BMS单元控制触发；
所述***执行如上述任一项所述的基于BMS的分级消防控制实现方法。
上述基于BMS的分级消防控制实现方法和***，当电池簇内部温度发生变化时，能快速读取数据并进行判断分级预警，及时探测电池火灾的预燃状态，无需或可相对减少安装在电芯模组外的火灾探测器数量，节约成本，减少安装程序。同时，电池簇电芯与BMS控制模块为一对一的控制关系，在出现故障机报警的同时，可精准定位至对应的电池簇电芯位置，精准进行灭火。此外，通过对电芯温度数据进行深度分析，相对于传统的BMS信号三级保护，本发明采用四级保护方案，对不同温度下的消防响应措施进行了更加细致的分级处理，能够快速把握消防的最佳时机，而且该数据来源于电池电芯模组自身，出现异常后，采集的数据响应速度比外部温感、烟感和气体都要快，有效地提高了消防控制的精度和响应速度。
附图说明
图1为一个实施例中基于BMS的分级消防控制实现方法的流程示意图；
图2为另一个实施例中基于BMS的分级消防控制实现方法的流程示意图；
图3为再一个实施例中基于BMS的分级消防控制实现方法的流程示意图；
图4为一个实施例中基于BMS的分级消防控制实现***的构架图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于BMS的分级消防控制实现方法，该方法包括：
步骤102，通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度；
步骤104，判断电芯温度是否超过第一阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS降载运行；
步骤106，判断电芯温度是否超过第二阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS停止充放电；
步骤108，判断电芯温度是否超过第三阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS的输入输出开关和电池簇的输出开关断开；
步骤110，判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施；第一阀值<第二阀值<第三阀值<第四阀值。
在本实施例中，提出了一种基于BMS的分级消防控制实现方法，该方法中首先通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度。其中，电池模组、温度传感器和包级BMS单元(即BMU)组成电池PACK，多个电池PACK1-PACKn串联输出形成一个电池簇，每个电池簇有一个簇级BMS单元(即BCMU)。BMU和BCMU组合完成BMS控制模块的功能，由BMU连接电芯温度传感器获取电芯温度。该电芯温度数据来源于电池电芯模组自身，出现异常后，采集的数据响应速度比外部温感、烟感和气体都要快，并且可相对减少电芯模组外部火灾探测器和控制器的安装数量。
在一个实施例中，通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度的步骤之后还包括：将采集到的电芯温度通过菊花链通信方式发送至簇级BMS单元。
在本实施例中，通过菊花链的通信方式将采集到的电芯温度数据输送到簇级BCMU模块。菊花链的通信方式取消了BMU模块上面的CAN芯片和MCU控制器，成本更低，而且线束也更简洁。
BCMU模块根据获取到的电芯温度执行***的对应的分级保护策略，具体地，先预设四个阀值，第一阀值<第二阀值<第三阀值<第四阀值，例如：预设第一阀值为40℃，第二阀值为45℃，第三阀值为50℃，第四阀值为60℃。
第一级，当电芯温度确认超过第一阀值时，通过BMS上传指令控制储能逆变器PCS降载运行。第二级，当电芯温度确认超过第二阀值时，通过BMS上传指令控制储能逆变器PCS停止充放电。第三级，当电芯温度确认超过第三阀值时，BMS通过指令控制储能逆变器PCS的输入输出开关和电池簇的输出开关断开。第四级，当电芯温度确认超过第四阀值时，BMS通过指令控制消防灭火装置触发，启动灭火。
在本实施例中，当电池簇内部温度发生变化时，能快速读取数据并进行判断分级预警，及时探测电池火灾的预燃状态，无需或可相对减少安装在电芯模组外的火灾探测器数量，节约成本，减少安装程序。同时，电池簇电芯与BMS控制模块为一对一的控制关系，在出现故障机报警的同时，可精准定位至对应的电池簇电芯位置，精准进行灭火。此外，通过对电芯温度数据进行深度分析，相对于传统的BMS信号三级保护，本发明采用四级保护方案，对不同温度下的消防响应措施进行了更加细致的分级处理，能够快速把握消防的最佳时机，而且该数据来源于电池电芯模组自身，出现异常后，采集的数据响应速度比外部温感、烟感和气体都要快，有效地提高了消防控制的精度和响应速度。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于BMS的分级消防控制实现方法，该方法中判断电芯温度是否超过第一阀值/第二阀值/第三阀值/第四阀值的步骤还包括：
步骤202，若超过则记录当前电芯的位置以及电芯温度超过对应阀值的次数，当记录次数超过预设的阈值时则确认当前电芯温度已经超过对应阀值；
步骤204，计算一段时间内采集电芯温度的上升斜率并判断上升斜率是否符合逐步升高的趋势，若符合则发送对应的控制指令。
具体地，电芯温度确认超过阀值的方法包括多次确认的方式，也包括确认温度变化上升速率的方式，用以排除电路瞬间部分失效导致的温度确认错误。参考图3所示的流程示意图，簇级BMS单元依次轮巡采集电池簇中每个pack的电芯温度。
当检测到某个电芯的温度超过阀值1(40℃)后，记录下该电芯的位置，并标注超过40度的次数增加1次到N1计数器，如果N1计数器的值大于3次(预设的阈值)，那么簇级BMS单元发出指令控制PCS的输出功率降低，一般是降载一半，即半载运行。在N1的计数过程中，如果N1<3的时候，出现轮巡到该位置电芯的温度未超过40℃，那么标注N1＝0，防止单次的干扰误检测导致判断错误。
进一步地，当检测到某个电芯的温度超过阀值2(45℃)后，记录下该电芯的位置，并标注超过45度的次数增加1次到N2计数器，如果N2计数器的值大于3次，那么簇级BMS单元发出指令控制PCS的停止充放电，即待机运行。在N2的计数过程中，如果N2<3的时候，出现轮巡到该位置电芯的温度未超过45℃，那么标注N2＝0，防止单次的干扰误检测导致判断错误。
进一步地，当检测到某个电芯的温度超过阀值3(50℃)后，记录下该电芯的位置，并标注超过50度的次数增加1次到N3计数器，如果N3计数器的值大于3次，那么簇级BMS单元发出指令控制PCS的输入输出开关和电池簇的输出开关都断开，即***停机保护。在N3的计数过程中，如果N3<3的时候，出现轮巡到该位置电芯的温度未超过50℃，那么标注N3＝0，防止单次的干扰误检测导致判断错误。
进一步地，当检测到某个电芯的温度超过阀值4(60℃)后，记录下该电芯的位置，并标注超过60度的次数增加1次到N4计数器，如果N4计数器的值大于3次，那么簇级BMS单元发出指令控制气体消防装置动作进行灭火。在N4的计数过程中，如果N4<3的时候，出现轮巡到该位置电芯的温度未超过60℃，那么标注N4＝0，防止单次的干扰误检测导致判断错误。同时，在N4计数器的值大于3次，簇级BMS单元发出指令控制气体消防装置动作进行灭火前，再次确认采样的电芯温度上升斜率，判断电芯温度是否符合逐步升高的趋势，来进一步防止误判断的可能。
在本实施例中，可通过多种不同的方式确认电芯温度是否超过了阀值，尽可能地减低了出现误判的可能。
在一个实施例中，判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施的步骤还包括：在簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施之前，判断当前电芯周边电芯温度的上升斜率是否符合逐步升高的趋势，若符合则发送指令启动对应的消防措施。
具体地，参考图3所示的流程示意图，接续上一个实施例中的步骤，在N4计数器的值大于3次，簇级BMS单元发出指令控制气体消防装置动作进行灭火前，可以再次对比周边位置电芯温度的走势，是否同步有温度的上升来进一步确认电芯失控的状态。如果周边电芯温度的上升斜率也符合逐步升高的趋势则发送指令启动对应的消防措施。
在一个实施例中，判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施的步骤还包括：
若确认电芯温度超过第四阀值，则簇级BMS单元先发送指令触发气体消防，若电芯温度持续上升并超过第五阀值，则簇级BMS单元发送指令触发水消防。
在一个实施例中，若电芯温度持续上升并超过第五阀值，则簇级BMS单元发送指令触发水消防的步骤还包括：记录电芯温度超过第五阀值的次数，当记录次数超过预设的阈值时则簇级BMS单元发送指令触发水消防。
在一个实施例中，气体消防包括气溶胶、全氟乙酮以及七氟丙烷。
在一个实施例中，簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施还包括所述簇级BMS单元发送指令触发***的声光报警。
具体地，在本实施例中，消防灭火装置为气溶胶、全氟乙酮、七氟丙烷或消防水。当电芯温度确认超过阀值4时，先触发气体消防，如气溶胶、全氟乙酮或七氟丙烷等；在执行气体消防后，如果温度依然上升到超过阀值5时，再触发水消防。
参考图3所示的流程示意图，在控制气体消防装置动作进行灭火后，如果检测到某个电芯的温度超过阀值5(80℃)后，记录下该电芯的位置，并标注超过80度的次数增加1次到N5计数器，如果N5计数器的值大于3次，那么簇级BMS单元发出指令控制水消防装置动作进行灭火。在N5的计数过程中，如果N5<3的时候，出现轮巡到该位置电芯的温度未超过80℃，那么标注N5＝0，防止单次的干扰误检测导致判断错误。
在上述实施例中，通过对BMS采集到的电芯温度数据进行深度分析，利用BMS自身信号的变化，探测电池火灾的预燃状态，精确定位起火点，联动消防***及时进行消防灭火，且BMS信号来源于电池电芯模组自身，无需额外安装火灾探测器便可探测电池火灾预燃状态，可以减少火灾探测器安装数量，具备操作简单，***合理等优点。
应该理解的是，虽然图1-图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种基于BMS的分级消防控制实现***，该***包括：
由电池模组、温度传感器和包级BMS单元组成电池PACK；
多个电池PACK串联形成一电池簇，每个电池簇有一个簇级BMS单元，簇级BMS单元与每个电池PACK内的包级BMS单元通过菊花链模式进行通信；
每个电池PACK都与气体消防总线和水消防总线电连接，所述气体消防总线的控制阀和所述水消防总线的控制阀由簇级BMS单元控制，声光报警开关由簇级BMS单元控制触发；
该***执行上述实施例记载的任一基于BMS的分级消防控制实现方法。
具体地，该***构架如图4所示，包括电池模组、电芯温度传感器、BMS控制模块和消防灭火装置。
其中，电池模组、温度传感器和包级BMS单元组成电池PACK，多个电池PACK1-PACKn串联输出形成一个电池簇，每个电池簇有一个簇级BMS单元。BMU和BCMU组合完成BMS控制模块的功能，由BMU连接电芯温度传感器获取电芯温度，然后通过菊花链的通信方式输送到簇级BCMU模块。菊花链的通信方式取消了BMU模块上面的CAN芯片和MCU控制器，成本更低，而且线束也更简洁。
每个电池PACK都与气体消防总线和水消防总线连接，气体消防总线的控制阀Q1和水消防总线的控制阀Q2都由簇级BMS单元控制，同时声光报警开关也由簇级BMS单元控制触发。在该***用于执行如上述任一实施例中记载的基于BMS的分级消防控制实现方法。关于基于BMS的分级消防控制实现方法的具体限定可以参见上文各个实施例中记载的方案，在此不再赘述。
在本实施例中，当电池簇内部温度发生变化时，BMS控制模块能快速读取数据并进行判断，及时探测电池火灾的预燃状态，无需或可相对减少安装在电芯模组外的火灾探测器数量，节约成本，减少安装程序。同时，电池簇电芯与BMS控制模块为一对一的控制关系，在出现故障机报警的同时，可精准定位至对应的电池簇电芯位置，精准进行灭火。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于BMS的分级消防控制实现方法，所述方法包括：
通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度；
判断电芯温度是否超过第一阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS降载运行；
判断电芯温度是否超过第二阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS停止充放电；
判断电芯温度是否超过第三阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令控制储能逆变器PCS的输入输出开关和电池簇的输出开关断开；
判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施；
其中，所述第一阀值<第二阀值<第三阀值<第四阀值。
2.根据权利要求1所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，所述通过电池内部与包级BMS单元连接的电芯温度传感器采集电芯温度的步骤之后还包括：
将采集到的电芯温度通过菊花链通信方式发送至簇级BMS单元。
3.根据权利要求1所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，判断电芯温度是否超过第一阀值/第二阀值/第三阀值/第四阀值的步骤还包括：
若超过则记录当前电芯的位置以及电芯温度超过对应阀值的次数，当记录次数超过预设的阈值时则确认当前电芯温度已经超过对应阀值。
4.根据权利要求3所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，判断电芯温度是否超过第一阀值/第二阀值/第三阀值/第四阀值的步骤还包括：
计算一段时间内采集电芯温度的上升斜率并判断所述上升斜率是否符合逐步升高的趋势，若符合则发送对应的控制指令。
5.根据权利要求4所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，所述判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施的步骤还包括：
在簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施之前，判断当前电芯周边电芯温度的上升斜率是否符合逐步升高的趋势，若符合则发送指令启动对应的消防措施。
6.根据权利要求1所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，所述判断电芯温度是否超过第四阀值，若确认超过则簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施的步骤还包括：
若确认电芯温度超过第四阀值，则簇级BMS单元先发送指令触发气体消防，若电芯温度持续上升并超过第五阀值，则簇级BMS单元发送指令触发水消防。
7.根据权利要求6所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，所述若电芯温度持续上升并超过第五阀值，则簇级BMS单元发送指令触发水消防的步骤还包括：
记录电芯温度超过第五阀值的次数，当记录次数超过预设的阈值时则簇级BMS单元发送指令触发水消防。
8.根据权利要求7所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，所述气体消防包括气溶胶、全氟乙酮以及七氟丙烷。
9.根据权利要求1所述的基于BMS的分级消防控制实现方法，其特征在于，所述簇级BMS单元发送指令启动对应的消防措施还包括所述簇级BMS单元发送指令触发***的声光报警。
10.一种基于BMS的分级消防控制实现***，其特征在于，所述***包括：
由电池模组、温度传感器和包级BMS单元组成电池PACK；
多个电池PACK串联形成一电池簇，每个电池簇有一个簇级BMS单元，簇级BMS单元与每个电池PACK内的包级BMS单元通过菊花链模式进行通信；
每个电池PACK都与气体消防总线和水消防总线电连接，所述气体消防总线的控制阀和所述水消防总线的控制阀由簇级BMS单元控制，声光报警开关由簇级BMS单元控制触发；
所述***执行如权利要求1-9中任一项所述的基于BMS的分级消防控制实现方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118040109A (zh) * 2024-04-12 2024-05-14 广东采日能源科技有限公司 储能***的数据传输方法、数据存储方法及装置

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