CN110739495A - 一种储能电池模组热失控监测装置、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电池模组热失控监测装置、系统和方法，本发明所述的热失控监测装置包括电池单体、单体连接线和形变压力传感器，单体连接线将不同的电池单体正负极连接在一起，形成电池模组，形变压力传感器装在电池单体表面，用于向电池管理系统实时传送监测信号，本发明的热失控监测系统，包括储能电池模组热失控监测装置以及电池管理系统，本发明的热失控监测方法通过形变压力传感器监测电池壳体形变和受力，相比较于常见的烟感、温度监测预警和特征气体监测预警，本方法可在电池热失控前期发出告警，大幅提升储能电池热失控预警的灵敏性、可靠性和实时性，提升储能电池安全运行水平。

Description

一种储能电池模组热失控监测装置、系统和方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，特别涉及一种储能电池模组热失控监测装置、系统和方法。
背景技术
储能是指通过介质或者设备把能量存储起来，在需要时再释放出来的过程，储能技术是解决可再生能源大规模接入和弃风、弃光问题的关键技术，是分布式能源、智能电网、能源互联网发展的必备技术，也是解决常规电力削峰填谷，提高常规能源发电与输电效率、安全性和经济性的重要支撑技术。储能技术可提高清洁能源发电比率，实现化石能源清洁高效利用，有效减少污染物的排放，对雾霾等环境问题的治理和改善人居环境起到极大推动作用；同时，储能技术的发展关系到能源、交通、电力等多个重要行业的发展，尤其在当今能源枯竭日益加剧、能源消费供求不平衡的大环境下，储能能够突破传统能源模式时间与空间的限制，其重要作用日益凸显，已成为主要发达国家竞相发展的战略性新兴产业。
储能技术的安全问题至今尚未完全解决，以目前发展最为迅速的电池储能技术为代表，大规模储能电池集中运行期间有可能出现异常发热和热失控现象，国内外已建储能电站中，多次发生储能电站火灾事故，造成了重大的经济损失和恶劣的社会影响；随着退役动力电池的回收再利用和电池的质量、数量、容量以及能量密度的增加，电池储能电站事故发生概率和危险程度也大大提高，因此，对电池的热失控过程进行实时监测和提前预警，是保障储能电站安全运行、推动储能技术可持续发展的重要措施。目前应用较多的储能电池火灾预警方法多为烟感、温感信号探测、红外热成像探测、可燃气体探测等，但上述方法均需电池热失控达到较严重程度，出现显著过温、浓烟或可燃气体后方能发出告警信息，对电池火灾及时发现还需一定提升空间。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明的目的是提供一种储能电池模组热失控监测装置、系统和方法，对储能电站内的储能电池的热失控风险进行早期预警和预控，提升储能电站安全运行水平。
技术方案：本发明提出一种储能电池模组热失控监测装置，包括电池单体、单体连接线和形变压力传感器，其中，所述单体连接线将不同的电池单体正负极连接在一起，形成电池模组；
所述形变压力传感器装在电池单体表面，用于向电池管理系统实时传送监测信号。
进一步，所述电池单体为固体结构的储能电池或电动汽车动力电池，电池模组中不同电池单体间连接方式为串联或并联。
进一步，所述形变压力传感器安装在相邻电池单体接触面的中心位置。
一种储能电池模组热失控监测系统，包括所述的储能电池模组热失控监测装置、以及电池管理系统，其中，所述电池管理系统与所述储能电池模组热失控监测装置的形变压力传感器通信连接，用于接收所述形变压力传感器传送的监测信号以对电池模组的运行状态进行监测。
所述电池管理系统进一步用于在所述形变压力传感器反馈的监测信号超过预设阈值时发出告警指令。
所述电池管理系统进一步用于在所述形变压力传感器反馈的监测信号超过预设阈值且持续预设时间时发出告警指令。
所述电池管理系统进一步用于切断电池模组的开关。
一种储能电池模组热失控监测方法，包括：通过形变压力传感器实时监测电池单体的形变情况和受力大小，所述形变压力传感器将监测信号传送给电池管理系统；
所述电池管理系统对传来的监测信号进行实时对比分析，当监测信号超过所述电池管理系统预先设置的告警阈值且持续预设时间时，确定存在热失控风险并给予告警，发出告警指令，切断电池模组的开关。
进一步，所述形变压力传感器采用CAN、RS485、RS232、干接点或LORA通信方式和接口。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)监测装置通过监测储能电池壳体受力和形变，完善了储能电池异常发热、内部产气、机械形变的告警机制，避免了因为空气对流、电池内部热量扩散缓慢等造成的电池表面温度监测值偏低和告警延迟的情况，能够提前发现电池的热失控现象和火灾隐患；
(2)将监测信号实时传送至电池管理系统，根据设置好的告警阈值和控制策略，采取切断电池开关、停止电池充放电等措施；
(3)本热失控监测方法通过在每个电池单体表面装设形变压力传感器，保证了预警效果的灵敏性、可靠性和实时性，相比于常规基于烟感探测器和温感探测器的电池火灾告警方法，监测范围更加深入电池模组内部，反应时间大幅缩短，预警准确性显著提升。
附图说明
图1为本发明提出的储能电池模组热失控监测系统示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的储能电池模组热失控监测装置，包括电池单体1、单体连接线2和形变压力传感器5，单体连接线2将不同的电池单体1正负极连接在一起，形成电池模组3，形变压力传感器5装在电池单体1表面，用于向电池管理系统4实时传送监测信号。
进一步，电池单体1为固体结构的储能电池或电动汽车动力电池，电池模组3中不同电池单体1间连接方式为串联或并联。形变压力传感器5安装在相邻电池单体1接触面的中心位置。
一种储能电池模组热失控监测系统，包括储能电池模组热失控监测装置以及电池管理系统4，其中，电池管理系统4与所述储能电池模组热失控监测装置的形变压力传感器5通信连接，用于接收形变压力传感器5传送的监测信号以对电池模组3的运行状态进行监测。
电池管理系统4进一步用于在形变压力传感器反馈的监测信号超过预设阈值时发出告警指令。
电池管理系统4进一步用于在形变压力传感器反馈的监测信号超过预设阈值且持续预设时间时发出告警指令。
电池管理系统4进一步用于切断电池模组3的开关。
一种储能电池模组热失控监测方法，包括：通过形变压力传感器5实时监测电池单体1的形变情况和受力大小，形变压力传感器5将监测信号传送给电池管理系统4；电池管理系统4对传来的监测信号进行实时对比分析，当监测信号超过电池管理系统4预先设置的告警阈值且持续预设时间时，确定存在热失控风险并给予告警，发出告警指令，切断电池模组3的开关。
进一步，形变压力传感器(5)采用CAN、RS485、RS232、干接点或LORA通信方式和接口。
储能电池模组3运行期间，可能因为硬件失效或软件算法设计不当导致个别电池单体1过充电，根据测试数据，以0.5C倍率对100％SOC的储能电池模组3持续进行恒流过充电时，8分钟后形变压力传感器5监测数值明显变大，电池单体1内部发热并产生大量气体，16分钟后，气压过高导致电池模组3第一个安全阀开启泄压，该电池模组3进入热失控阶段。从监测结果来看，过充电8分钟后，电池管理系统4读取到形变压力传感器5监测信号变大，监测信号超过电池管理系统4设置警告阈值且持续一定时间，电池管理系统4随即发出指令，切断电池模组3开关，避免热失控进一步升级，并记录本次告警和动作信息，将处理结果返回至储能电站监控系统。测试结果表明形变压力传感器5预警时间比第一个电池单体1安全阀打开时间提前8分钟，可为现场赢得处置时间，提升储能电站安全运行水平。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能电池模组热失控监测装置，其特征在于：包括电池单体(1)、单体连接线(2)和形变压力传感器(5)，其中，
所述单体连接线(2)将不同的电池单体(1)正负极连接在一起，形成电池模组(3)；
所述形变压力传感器(5)装在电池单体(1)表面，用于向电池管理系统(4)实时传送监测信号。
2.根据权利要求1所述的一种储能电池模组热失控监测装置，其特征在于：所述电池单体(1)为固体结构的储能电池或电动汽车动力电池。
3.根据权利要求1所述的一种储能电池模组热失控监测装置，其特征在于：所述电池模组(3)中不同电池单体(1)间连接方式为串联或并联。
4.根据权利要求1所述的一种储能电池模组热失控监测装置，其特征在于：所述形变压力传感器(5)安装在相邻电池单体(1)接触面的中心位置。
5.一种储能电池模组热失控监测系统，其特征在于：包括如权利要求1至4任一所述的储能电池模组热失控监测装置、以及电池管理系统(4)，其中，
所述电池管理系统(4)与所述储能电池模组热失控监测装置的形变压力传感器(5)通信连接，用于接收所述形变压力传感器(5)传送的监测信号以对电池模组(3)的运行状态进行监测。
6.根据权利要求5所述的一种储能电池模组热失控监测系统，其特征在于：所述电池管理系统(4)进一步用于在所述形变压力传感器(5)反馈的监测信号超过预设阈值时发出告警指令。
7.根据权利要求5所述的一种储能电池模组热失控监测系统，其特征在于：所述电池管理系统(4)进一步用于在所述形变压力传感器(5)反馈的监测信号超过预设阈值且持续预设时间时发出告警指令。
8.根据权利要求6或7所述的一种储能电池模组热失控监测系统，其特征在于：所述电池管理系统(4)进一步用于切断电池模组(3)的开关。
9.一种储能电池模组热失控监测方法，其特征在于，包括：
通过形变压力传感器(5)实时监测电池单体(1)的形变情况和受力大小，所述形变压力传感器(5)将监测信号传送给电池管理系统(4)；
所述电池管理系统(4)对传来的监测信号进行实时对比分析，当监测信号超过所述电池管理系统(4)预先设置的告警阈值且持续预设时间时，确定存在热失控风险并给予告警，发出告警指令，切断电池模组(3)的开关。
10.根据权利要求9所述的一种储能电池模组热失控监测方法，其特征在于：所述形变压力传感器(5)采用CAN、RS485、RS232、干接点或LORA通信方式和接口。
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