CN110767853A - 一种储能电池舱及舱内储能电池状态判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电池舱，包括电池舱、电池架、电池模组、空气调节器、电池簇汇流柜、多个声发射装置、电池安全阀、电池单体；电池架分布在电池舱内两侧，电池模组安装在电池架上；多个声发射装置分布安装在电池舱内，其中，第一声发射装置探测开启声信号，第二声发射装置探测空气调节器运行声信号，第三声发射装置探测电池簇汇流柜的开关动作声信号；多个声发射装置传送探测到的声信号。本发明能够对储能电池的热失控实时监测和提前预警，避免了储能电站火灾事故发生，提升储能电站安全运行水平。本发明还公开了一种储能电池舱内储能电池状态判别方法。

Description

一种储能电池舱及舱内储能电池状态判别方法

技术领域

本发明属于储能技术，具体涉及一种储能电池舱及舱内储能电池状态判别方法。

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，也是分布式能源、智能电网、能源互联网发展的必备技术；同时储能技术还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。

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。

但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，已经多次发生储能电站火灾事故，造成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将大大提高。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的在于提供一种能够对储能电站内储能电池的热失控实时监测和提前预警，提升储能电站安全运行水平的储能电池舱；本发明的第二目的在于提供一种储能电池舱内储能电池状态判别方法，对采集到的声信号进行分析处理从而判别舱内储能电池状态，定位处于异常状态的电池模组。

技术方案：本发明的储能电池舱，包括电池舱、电池架、电池模组、空气调节器、电池簇汇流柜、多个声发射装置、电池安全阀、电池单体；所述电池架分布在电池舱内的两侧，电池模组安装在电池架上；所述多个声发射装置分布安装在电池舱内，其中，第一声发射装置探测开启声信号，第二声发射装置用于探测空气调节器运行声信号，第三声发射装置用于探测电池簇汇流柜的开关动作声信号；多个声发射装置传送探测到的声信号。

所述多个声发射装置为声压型装置，第一声发射装置有四个，四个第一声发射装置安装在电池架上且向电池模组一侧倾斜；所述第二声发射装置有两个，两个第二声发射装置安装在电池舱顶部且面向空气调节器，空气调节器处于其接收角范围内；所述第三声发射装置有两个，两个第三声发射装置安装在电池簇汇流柜内且面向电池簇汇流柜。

所述电池舱外部设有分析平台，多个声发射装置通过有线方式向分析平台传送探测到的声信号，实现信号的实时传送。

所述多个声发射装置采用CAN、RS485、干接点通信接口，性价比高且传送的信号可靠。

所述多个声发射装置采用LORA物联网通信方式与分析平台进行数据传输，提高声发射装置通信可靠性和本方法的智能化水平。

所述储能电池舱内设有单体连接线，单体连接线将多个电池单体的正负极依次串联在一起，形成电池模组，该电池模组能够将多个电池单体的能量集中存储。

所述电池安全阀用于泄放电池单体内部的压力，该电池安全阀在电池单体内部气压过高时开启阀体，可以对电池单体起到保护作用。

所述电池单体为储能电池或电动汽车动力电池。

一种判别储能电池舱内储能电池状态的方法，包括以下步骤:在电池舱内分布安装多个声发射装置，第一声发射装置探测电池安全阀开启声信号，第二声发射装置探测空气调节器运行声信号，第三声发射装置探测电池簇汇流柜的开关动作声信号；

多个声发射装置将探测到的声信号实时传送给分析平台，分析平台对多个声发射装置采集到的声发射信号进行分析处理，滤除第二发射装置探测到的空气调节器运行声信号以及第三声发射装置探测到的电池簇汇流柜开关动作声信号对电池安全阀开启声信号的干扰，保留第一声发射装置探测到的电池安全阀开启声信号，根据滤波处理后的电池安全阀开启声信号判断电池安全阀状态。

所述滤除第二发射装置探测到的空气调节器运行声信号以及第三声发射装置探测到的电池簇汇流柜开关动作声信号的过滤判据包括声信号响度、声信号频率、声信号谐波含量。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果在于：(1)通过监测储能电池安全阀动作时声信号的变化情况，间接反应安全阀破损、开启状态，能够提前发现储能电池的热失控现象和火灾隐患；(2)能够将信号实时传送至分析平台，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)通过声发射装置监测电池安全阀状态，提高了对故障电池的定位能力。

附图说明

图1为本发明的储能电池舱结构的俯视图；

图2为本发明的储能电池舱中电池模组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明包括电池舱1、电池架2、电池模组3、空气调节器4、电池簇汇流柜5、多个声发射装置、分析平台7、电池安全阀8、电池单体9和单体连接线10；电池架2分布在电池舱1内两侧，单体连接线10将多个电池单体9正负极依次串联9在一起，形成电池模组3，电池舱1内设有多个电池模组3，多个电池模组3整齐地安装在两侧的电池架2上；在本实施例中，电池单体9为储能电池或电动汽车动力电池。

位于同一侧的电池架2空隙之间安装一个空气调节器4，空气调节器4用来调节电池舱1内空气的温度和湿度，在本实施例中，两个空气调节器4交错安装，可实现调整范围的最大化。两侧的电池架2上均安装一个电池簇汇流柜5，位于同一竖排的电池模组3串联形成一个电池簇，形成的一个个电池簇并联进入同侧的电池簇汇流柜5。

多个声发射装置分布安装在电池舱1内，多个声发射装置为声压型装置，其中，第一声发射装置61有四个，四个第一声发射装置61安装在电池架2上且向电池模组3一侧倾斜，用于探测电池安全阀8开启声信号；第二声发射装置62有两个，两个第二声发射装置62安装在电池舱1顶部且面向空气调节器4，空气调节器处于其信号接收范围内，用于探测空气调节器4运行声信号；第三声发射装置63有两个，两个第三声发射装置63安装在电池簇汇流柜5内且面向电池簇汇流柜5，用于探测电池簇汇流柜5的开关动作声信号。多个声发射装置采用现有技术中常见的CAN、RS485、干接点等通信接口与分析平台7进行数据传输，并可拓展采用LORA物联网通信方式，提高传感器通信可靠性和本方法的智能化水平。

分析平台7位于电池舱1外部，且与多个声发射装置连接，多个声发射装置通过有线方式向分析平台7传送探测到的声信号。电池安全阀8在电池单体9内部气压过高时，发生形变、脱落导致阀体开启，泄放电池单体9内部压力。

本发明的判别储能电池舱内储能电池状态的方法，包括以下步骤:

(1)在电池舱1内分布安装多个声发射装置，第一声发射装置61探测电池安全阀8开启声信号，第二声发射装置62探测空气调节器4运行声信号，第三声发射装置63探测电池簇汇流柜5的开关动作声信号；

(2)多个声发射装置将探测到的声信号实时传送给分析平台7，分析平台7对多个声发射装置6采集到的声发射信号进行分析处理，滤除第二发射装置62探测到的空气调节器4运行声信号以及第三声发射装置63探测到的电池簇汇流柜5开关动作声信号对电池安全阀4开启声信号的干扰，保留第一声发射装置61探测到的电池安全阀4开启声信号，根据滤波处理后的电池安全阀4开启声信号判断电池安全阀4状态。

其中，分析平台7滤除第二发射装置62探测到的空气调节器4运行声信号以及第三声发射装置63探测到的电池簇汇流柜5开关动作声信号的过滤判据包括声信号响度、声信号频率、声信号谐波含量。

大规模储能电池集中运行期间出现异常发生热失控后，电池单体9内部将产生大量气体，导致内部气压上升，当气体产量达到一定程度后，电池单体9内气压过高将导致电池安全阀8开启泄压，高压气流外冲产生振动同时发出声波。利用多个声发射装置在电池舱内构建电池舱声发射探测阵列，可以对舱内的声音进行实时监测，通过不同部件工作时产生声音的响度、频域不同可以滤除舱内电池簇汇流柜5开关动作声、空气调节器4运行声等无关噪声，识别电池安全阀开启时产生的声信号，从而判断电池安全阀8状态，定位电池安全阀8处于异常状态的电池模组3，为储能电池热失控预警、故障电池定位提供依据。本发明通过判别电池安全阀状态，实现对储能电站内的储能电池的热失控实时监测和提前预警，有效避免了储能电站火灾事故的发生，提升了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)

1.一种储能电池舱，其特征在于：包括电池舱(1)、电池架(2)、电池模组(3)、空气调节器(4)、电池簇汇流柜(5)、多个声发射装置、电池安全阀(8)、电池单体(9)；所述电池架(2)分布在电池舱(1)内两侧，电池模组(3)安装在电池架(2)上；所述多个声发射装置分布安装在电池舱(1)内，其中，第一声发射装置(61)探测开启声信号，第二声发射装置(62)用于探测空气调节器(4)运行声信号，第三声发射装置(63)用于探测电池簇汇流柜(5)的开关动作声信号；多个声发射装置(6)传送探测到的声信号。

2.根据权利要求1所述的储能电池舱，其特征在于：所述多个声发射装置为声压型装置，第一声发射装置(61)有四个，四个第一声发射装置(61)安装在电池架(2)上且向电池模组(3)一侧倾斜；所述第二声发射装置(62)有两个，两个第二声发射装置(62)安装在电池舱(1)顶部且面向空气调节器(4)，空气调节器处于其信号接收范围内；所述第三声发射装置(63)有两个，两个第三声发射装置(63)安装在电池簇汇流柜(5)内且面向电池簇汇流柜(5)。

3.根据权利要求1所述的储能电池舱，其特征在于：所述电池舱(1)外部设有分析平台(7)，多个声发射装置通过有线方式向分析平台(7)传送探测到的声信号。

4.根据权利要求1所述的储能电池舱，其特征在于：所述多个声发射装置采用CAN、RS485、干接点通信接口。

5.根据权利要求3所述的储能电池舱，其特征在于：所述多个声发射装置采用LORA物联网通信方式与分析平台(7)进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的储能电池舱，其特征在于：所述储能电池舱内设有单体连接线(10)，单体连接线(10)将多个电池单体(9)的正负极依次串联在一起，形成电池模组(3)。

7.根据权利要求1所述的储能电池舱，其特征在于：所述电池安全阀(8)用于泄放电池单体(9)内部的压力。

8.根据权利要求1所述的储能电池舱，其特征在于：所述电池单体(9)为储能电池或电动汽车动力电池。

9.一种判别权利要求1所述储能电池舱内储能电池状态的方法，其特征在于：包括以下步骤:

在电池舱(1)内分布安装多个声发射装置，第一声发射装置(61)安装在电池架(6)上且向电池模组(3)一侧倾斜，第二声发射装置(62)安装在电池舱(1)顶部且面向空气调节器(4)，使得空气调节器处于其接收范围内，第三声发射装置(63)安装在电池簇汇流柜(5)内且面向电池簇汇流柜(5)；

多个声发射装置将探测到的声信号实时传送给分析平台(7)，分析平台(7)对多个声发射装置采集到的声发射信号进行分析处理，滤除第二发射装置(62)探测到的空气调节器(4)运行声信号以及第三声发射装置(63)探测到的电池簇汇流柜(5)开关动作声信号对电池安全阀开启声信号的干扰，保留第一声发射装置(61)探测到的电池安全阀(8)开启声信号，根据滤波处理后的电池安全阀(8)开启声信号判断电池安全阀(8)状态。

10.根据权利要求9所述的判别储能电池舱内储能电池状态的方法，其特征在于：所述滤除第二发射装置(62)探测到的空气调节器(4)运行声信号以及第三声发射装置(63)探测到的电池簇汇流柜(5)开关动作声信号的过滤判据包括声信号响度、声信号频率、声信号谐波含量。

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