CN110311179A - 一种储能电池系统智能预警的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电池系统智能预警的方法，包括以下步骤：(1)BMS实时获取电池的电量、温度量、电池释放的各种类气体浓度值信息；(2)BMS根据实时获取的信息进行电池模型的实时仿真，得到电池老化后的电量、温度量、各种类气体浓度参数；所述参数与根据接近仿真模型热失控临界值的程度设定各等级的告警阈值相比较得到相应预警等级；(4)根据达到的预警等级采取相应的控制措施实现智能预警。该方法将实时获取的各类气体浓度信息与电池当前电量、温度信息结合，建立实时更新的仿真模型，根据该模型的信息建立预警策略，从而提高预警的可靠度，及时做到安全预警。

Description

一种储能电池系统智能预警的方法
技术领域
本发明涉及一种智能预警的方法，尤其涉及一种储能电池系统智能预警的方法。
背景技术
随着人们保护环境、节能减排意识的不断提高，各国不断加大对风能、太阳能等清洁可再生能源采集利用的投入力度，使得可再生能源发电在电力系统中的渗透率不断提高。分布式电源的大量接入增加了电力系统运行的复杂性，对电网的规划、建设和运营都有着深刻的影响。大规模储能装置的引入很好地避免了分布式电源对电网运行造成不稳定的问题，也为可再生能源消纳提供了全新思路。在各种储能方式中，以电池储能为主的储能系统最具有发展前景。
目前电网侧电化学储能主要采用预制舱式布置的磷酸铁锂电池，其安全系数相对较高，但在过充、短路等极端工况或电池自身质量不良时，也可能发生燃烧。随着电网侧锂离子电池储能电站的规模化应用，如何保证储能电站的安全运行成为其发展的第一要务。目前储能电站BMS主要采用电动汽车电池管理的方案，缺乏对大规模储能电站电池的需求细化分析。储能电站电池通常由集装箱放在户外，具有容量大，监管范围小，发生热失控后风险高，难控制等特点。常规储能电站BMS不具备安全监管功能，缺乏对电量、温度、气体等多种信息的处理，仅仅依据传感器来检测电池的温度、气体浓度，即电池电量、温度、释放气体的种类、气体浓度特征进行预警，可靠性不高，不能及时做到安全预警，无法提前开启保护动作，只能在事故发生后开启保护措施，这种滞后的保护方案无法为储能电站的安全提供绝对的保障，存在安全隐患。同时国内针对储能电站安全以及消防方面的规范标准要求较低，且不能满足现场需求，需要针对电池储能电站的消防等安全进行系统性深入性的研究。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种储能电池系统智能预警的方法，该方法将实时获取的电池释放各种类气体浓度信息与电池当前电量、温度信息结合，建立实时更新的仿真模型，根据该模型的信息建立预警策略，从而提高预警的可靠度，及时做到安全预警。
技术方案：本发明的一种储能电池系统智能预警的方法，所述电池系统包括电池组、电池管理系统BMS和消防预警系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)BMS实时获取电池的电量、温度量、释放的各种类气体浓度值信息；
(2)BMS根据实时获取的所述信息进行电池模型的实时仿真，得到电池老化后的包括电量、温度量、各种类气体浓度参数；根据接近仿真模型热失控临界值的程度设定各等级告警阈值；
(3)将得到的所述老化后的参数与各告警阈值相比较得到相应预警等级；
(4)BMS及消防预警系统根据达到的预警等级采取相应的控制措施实现智能预警。
优选地，根据所述参数接近热失控临界值的程度设定两个预警等级，所述一级预警等级大于二级预警。
优选地，达到所述二级预警，则BMS控制切除电池开关，阻止电池热失控进一步蔓延；达到所述一级预警，则BMS切除电池开关并触发灭火装置对失火区域灭火。
优选地，还设定三级预警，所述二级预警等级大于三级预警；在未达到所述二级预警时，则BMS对报警位置的电池信息与仿真得到的所述老化参数进行比对判断是否出现异常，若同时发生预警，则触发二级预警。
优选地，所述BMS自上之下分为总控单元、主控单元和从控单元三级管理架构，所述从控单元采集所辖电池组内各单体电池的电量、温度，多种类气体浓度信息，并将信息上传至主控单元；所述主控单元获取各从控单元采集的信息，建立SOC、SOH、SOP数据曲线，并将所述曲线上传至总控单元；所述总控单元获取各主控单元上传的数据曲线建立电池的实时仿真模型，确定热失控边界值；所述从控单元监测的实时信息与该实时确定的热失控边界值相比较来确定预警等级。
有益效果：本发明与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、将气体信息与电量、温度信息结合，建立电池全寿命周期建模，通过边缘计算分析预知电池危险状态，实现对电池火灾事故的早期识别和控制，提前采取预防控制措施。2、建立三级预警等级，最小一级预警可将该预警等级反映的气体信息与模型得到的老化数据进一步对比，查明是否误判，使预警系统更加真实可靠。3、可实时监测判断电池热失控特征气体浓度，发现气体超过告警阈值，可立即通过就地控制方式切除电池开关，阻止电池热失控进一步蔓延，达到火灾隐患早期告警和及时处置的目标。4、该系统的应用可大幅提升电池储能电站安全运行水平。
附图说明
图1为本发明的系统架构示意图；
图2为本发明的BMS功能图；
图3为本发明的控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例
如图1所示，以常见500kW/1MWh储能电站为例，每MWh配一套BMS总控、主控、从控系统以及消防预警系统。采用磷酸铁锂电池作为储能最小单元，每12串电池组成一个电池包，每个电池包接一个电池采集管理模块BMU；每19个电池包组成一个电池簇，每个电池簇接一个电池组控制管理模块BCU；1MWh容量的储能电站共有5个电池簇，每5个电池簇配备一个总控BAMU，5簇并联后通过带电操的断路器接入500kW PCS。动力电池组、BMS、消防预警系统布置在一个储能集装箱内，其中电池簇分布在集装箱两侧，消防预警系统布置在集装箱顶部的预置轨道上，并通过CAN与总控BAMU通讯，图2为本发明的BMS功能图。
图3为本发明的控制逻辑图，本发明的储能电池系统智能预警的方法，包括以下步骤：
(1)建立包括动力电池组、BMS、消防预警系统的1MWh集装箱储能单元。动力电池组采用磷酸铁锂电池作为储能最小单元，单体电池参数为3.2V/72Ah，电池包参数为38.4V/11.06kWh(4P12S)，电池簇参数为729.6V/210.14kWh(228S)，每个电池簇放置于一个电池架，包含19个电池包，集装箱包含5个电池簇和1个汇流柜，储能总容量为：11.06kWh*19PACK*5簇＝1.0507MWh；BMS采用总控、主控、从控三层级的架构。消防预警系统布置在集装箱顶部的预置轨道上，融合多种传感器技术，具备特征气体探测功能，并与BMU通过CAN通讯，接收执行保护动作。
(2)储能电站进入运行状态，智能预警装置开始实时工作。
(3)BMS从控BMU对电池包电量、温度量、多种类气体浓度等信息进行采集，所述气体包括氢气、甲烷、乙烯、乙烯和一氧化碳中的至少一种，从控BMU通过CAN与主控BCU通讯，将采集的数据发送至主控BCU；布置在巡检轨道上的消防预警系统按照预设值对集装箱进行巡检，将传感器采集到的气体信息数据发送至总控BAMU。
(4)主控BCU利用获取的各电池包内单体电池的电量、温度量、多种类气体浓度信息，在线实时建立电池单体和电池簇的SOC、SOH、SOP数据曲线，并通过通信总线实现与总控单元、储能变流器(PCS)、能量管理系统(EMS)、人机界面等装置的数据交换。
(5)总控单元BAMU利用主控BCU上传的数据曲线进行电池模型实时仿真，使用的仿真模型可以是现有的仿真模型，结合当前多种类数据进行拟合仿真，得到电池老化后的电量、温度量、气体浓度参数，通过实际运行工况下电池的失效数据获取仿真模型热失控临界值，然后制定预警策略，该预警策略为：根据接近仿真模型热失控临界值的程度设定三等级告警阈值，根据与三等级告警阈值的比较分为三级预警，其中，一级预警严重程度大于二级预警，二级预警大于三级预警。若气体浓度信息未超过三级告警阈值，则不下发预警策略返回步骤(3)继续执行。
(6)从控BMU根据下发的预警策略开启保护动作。若为一级预警则总控BAMU将对应报警位置的电池簇信息与仿真得到的所述老化参数进行比对，判断是否出现异常，若同时发生告警则触发二级预警，则总控发出降低功率运行提示，从控通过就地控制方式切除电池开关，阻止电池热失控进一步蔓延；若为三级预警则切除电池开关并触发灭火装置进行精准灭火，总控发出故障预警并断开相应电池簇的直流继电器。

Claims (5)

1.一种储能电池系统智能预警的方法，所述电池系统包括电池组、电池管理系统BMS和消防预警系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)BMS实时获取电池的电量、温度量、释放的各种类气体浓度值信息；
(2)BMS根据实时获取的所述信息进行电池模型的实时仿真，得到电池老化后的包括电量、温度量、各种类气体浓度参数；根据接近仿真模型热失控临界值的程度设定各等级告警阈值；
(3)将得到的所述老化后的参数与各告警阈值相比较得到相应预警等级；
(4)BMS及消防预警系统根据达到的预警等级采取相应的控制措施实现智能预警。
2.根据权利要求1所述的储能电池系统智能预警的方法，其特征在于，根据所述老化后的参数接近热失控临界值的程度设定两个预警等级，所述一级预警等级大于二级预警。
3.根据权利要求2所述的储能电池系统智能预警的方法，其特征在于，达到所述二级预警，则BMS控制切除电池开关，阻止电池热失控进一步蔓延；达到所述一级预警，则BMS切除电池开关并触发灭火装置对失火区域灭火。
4.根据权利要求2所述的储能电池系统智能预警的方法，其特征在于，还设定三级预警，所述二级预警等级大于三级预警；在未达到所述二级预警时，则BMS对报警位置的电池信息与仿真得到的所述老化参数进行比对判断是否出现异常，若同时发生预警，则触发二级预警。
5.根据权利要求1所述的储能电池系统智能预警的方法，其特征在于，所述BMS自上之下分为总控单元、主控单元和从控单元三级管理架构，所述从控单元采集所辖电池组内各单体电池的电量、温度，多种类气体浓度信息，并将信息上传至主控单元；所述主控单元获取各从控单元采集的信息，建立SOC、SOH、SOP数据曲线，并将所述曲线上传至总控单元；所述总控单元获取各主控单元上传的数据曲线建立电池的实时仿真模型，得到电池老化后的电量、温度量、各种类气体浓度参数并确定该模型的热失控边界值。
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