CN111494840A - 一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法 - Google Patents

一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，包括以下步骤：步骤1：多数据监测；步骤2：全系统诊断；步骤3：全周期监测；步骤4：智能判断；步骤5：提前预警；步骤6：分级报警；步骤7：联动灭火。本发明能实现全方位的监控，从而实现对动力电池电柜的监控，确保动力电池电柜的安全。

Description

一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法
技术领域
本发明属于电池领域，尤其涉及一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法。
背景技术
近年来，使用动力锂电池的新能源车发生自燃、爆燃等事故新闻媒体时有报道，让业界不得不重新审视锂电池安全。从事故类型上分析，动力锂电池发生自燃通常有高温、外力作用、自身老化、过度充电等原因。因动力锂电池通常都是组合使用，因此一旦发生火灾，其扩散蔓延速度非常快。如何将动力锂电池火情在初期进行探测、控制并防止复燃，避免更大的财产和生命损失，成为科研工作者面临的首要问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，包括以下步骤：
步骤1：多数据监测，通过对动力电池充电柜内的温度、气体和烟雾进行监测；
步骤2：全系统诊断，通过对步骤1中的数据做诊断；，
步骤3：全周期监测，在步骤1和步骤2上的基础上，对动力电池充电柜进行全周期、连续性监测；
步骤4：智能判断，系统通过动力电池热失控模型对动力电池工作运行中各种数据的整理和分析，实现动力电池工况是否正常的智能判断；
步骤5：提前预警，通过多点监控和实时监测，及时发现动力电池工作中的异常状况，实现自动提前报警功能；
步骤6：分级报警，根据动力电池工况数据的检测情况，根据轻重缓急实现强弱分级报警；
步骤7：联动灭火，依据步骤6的分级报警做出相应处置方式。
优选地，所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的检测方法，所述步骤1中对动力电池充电柜内的温度、气体和烟雾均通过探测传感器。
优选地，所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的检测方法，再步骤3后，对系统做异常数据记录，在出现异常情况时，系统通过自带的大容量存储器，可以将异常点前连续的监测数据进行存储。
优选地，所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的检测方法，所述分级报警可对应动力电池火灾发展过程中的潜伏期、预警期、报警期和明火期。
优选地，所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，所述潜伏期(一级预警)为系统内部使用级别；预警期(二级预警)为高灵敏度的气体传感器探测到“热失控气体浓度”异常或烟雾传感器探测到“可见烟”时的预警级别；报警期(三级预警)为多传感器复合判断异常时的预警级别；明火期(四级预警)为在预警期和报警期的前提下，温度传感器探测到“温度特征值”异常并具有明显上升趋势时的预警级别。
优选地，所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，火情预警级别持续时间，二级预警：持续12秒；三级预警：持续8秒；四级预警：持续6秒；
在正常情况下，火情级别都需要持续时间，但“三级预警”在以下情况不需要考虑持续时间：
当系统判断出四级预警，但并未达到四级预警的持续时间，立即进行三级预警；
当由于动力电池的突然爆燃而导致“灭火器的热敏线被动启动”时，预警级别被强制设置为三级预警；此时，不需要达到三级预警的持续时间，便立即进行三级预警，并持续两分钟。
优选地，所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，所述失控模型包括火情预警与预警持续时间判断模块、传感器复合判断模块、温度单一条件判断模块、气体特征值及趋势判断模块和温度特征值及趋势判断。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、本发明能实现自动化的监控，从而实现对动力电池电柜的实时监控，确保其安全性。
2、本发明能实现电池箱内部早期火灾感知、智能判断、抑制初期火灾，具备电池热失控早期预警、自动灭火、手动启动灭火功能，确保安全。
3、本发明还能实现无人值守下的监控和灭火功能，提高安全性的同时还能降低人员监控的成本。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
实施例
一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，包括以下步骤：
步骤1：多数据监测，通过对动力电池充电柜内的温度、气体和烟雾进行监测；
步骤2：全系统诊断，通过对步骤1中的数据做诊断；，
步骤3：全周期监测，在步骤1和步骤2上的基础上，对动力电池充电柜进行全周期、连续性监测；
步骤4：智能判断，系统通过动力电池热失控模型对动力电池工作运行中各种数据的整理和分析，实现动力电池工况是否正常的智能判断；
步骤5：提前预警，通过多点监控和实时监测，及时发现动力电池工作中的异常状况，实现自动提前报警功能；
步骤6：分级报警，根据动力电池工况数据的检测情况，根据轻重缓急实现强弱分级报警；
步骤7：联动灭火，依据步骤6的分级报警做出相应处置方式。
本发明中所述步骤1中对动力电池充电柜内的温度、气体和烟雾均通过探测传感器。
本发明中再步骤3后，对系统做异常数据记录，在出现异常情况时，系统通过自带的大容量存储器，可以将异常点前连续的监测数据进行存储。
本发明中所述分级报警可对应动力电池火灾发展过程中的潜伏期、预警期、报警期和明火期。其中，所述潜伏期(一级预警)为系统内部使用级别；预警期(二级预警)为高灵敏度的气体传感器探测到“热失控气体浓度”异常或烟雾传感器探测到“可见烟”时的预警级别；报警期(三级预警)为多传感器复合判断异常时的预警级别；明火期(四级预警)为在预警期和报警期的前提下，温度传感器探测到“温度特征值”异常并具有明显上升趋势时的预警级别。
火情预警与预警持续时间判断模块
在上述实施例的基础上，火情预警级别持续时间，二级预警：持续12秒；三级预警：持续8秒；四级预警：持续6秒；
在正常情况下，火情级别都需要持续时间，但“三级预警”在以下情况不需要考虑持续时间：
当系统判断出四级预警，但并未达到四级预警的持续时间，立即进行三级预警；
当由于动力电池的突然爆燃而导致“灭火器的热敏线被动启动”时，预警级别被强制设置为三级预警；此时，不需要达到三级预警的持续时间，便立即进行三级预警，并持续两分钟。
传感器复合判断模块
由训练样本(来自实验数据)获取各传感器在传感器复合判断中的权重，枚举得到以下表1的数据：
表1：
Figure BDA0002463061480000051
其中，1、2、3、4分别与一级预警、二级预警、三级预警及四级预警相对应，
Figure BDA0002463061480000052
为数学符号表示任意下同。通过对气体传感器级别、温度传感器级别和烟雾预警标志来判断传感器的级别。
温度单一条件判断模块，如表2所示
表2：
Figure BDA0002463061480000053
依据表2中的数据可以清楚知道在达到哪一温度后对应的相应级别，与上述本发明中涉及的级别对应，这边不做任何的赘述。
气体特征值及趋势判断模块
当传感器复合判断得出的传感器级别为0级，为了实现早期预警，如果气体传感器采集数据特征值(变化率和加速度)呈现正向变化并且传感器采集数据在其稳态值之上具有上升趋势，将系统级别由0级提升至二级预警。
温度特征值及趋势判断
预警条件(不需要参考其他传感器数据)
温度传感器在采集数据特征值(变化率和加速度)呈现正向变化并且具有明显上升趋势，则将系统预警级别提升至三级预警。
灭火条件
1)传感器复合判断后的传感器级别达到三级预警或由第三步判断级别为二级预警；
2)温度特征值(变化率和加速度)呈现正向变化并且具有明显上升趋势，则将系统预警级别提升至四级预警，在到达四级预的持续时间后，便启动灭火器。
实施例一
针对换电柜的特殊使用环境，为了防止误报，增加了防干扰判断逻辑，按照30秒的滑动窗口，气体传感采集数据在500ppm以上且增长趋势高于1ppm的概率为65％，则判定为非干扰，按照正常报警策略进行报警。系统具有分级(分四级)预警功能，该四级预警分别对应动力火灾发展过程中的潜伏期、预警期、报警器和明火期。
结合实际运行工况和火灾事故特点，灭火装置的启动策略如下：
1)探测的环境温度不低于75℃持续5秒钟。
2)环境温度60℃以上温升高于0.62℃持续6秒钟。
“手动启动”功能是指在“手动开关”被按下后的十分钟内，任一电池箱的灭火装置，灭火装置级别达到二级或二级以上时启动灭火器；“自动启动”功能是由四级预警实现。
以下是具体的灭火方式：
S型气溶胶对火灾的抑制作用要体现在以下几个方面：
物理抑制
气溶胶中的金属盐微粒在高温下吸收大量的热，发生热熔、气化等物理吸热过程，火焰温度被降低，进而辐射到可燃烧物燃烧面用于气化可燃物分子和将已气化燃烧分子裂解成自由基的热量就会减少，燃烧反应速度得到一定抑制。
气溶胶的吸热降温作用也不可忽视，以KHCO3为例：
2KHCO3→K2CO3+CO2+H2O(吸热分解反应)
K2CO3(固相)→K2CO3(液相)→K2CO3(气相)(吸热相反应)
卤代烷的灭火机理中也有冷却作用，它主要源于灭火剂由液相转化为气相时的物理吸热反应和高温分解反应。
化学抑制
气溶胶在热作用下，产生的气相物质会分解金属离子或失去电子的阳离子，而气溶胶产生的固相物质粒径很小，具有表面能。两者均可吸附燃烧中的活性基团，并发生化学作用，大量消耗活性基团，减少燃烧自由基，实现化学抑制。
降低氧浓度
灭火器喷放的气体在很短的时间内迅速充满空间，降低氧气含量，达到抑制火情的目的。
S型气溶胶喷放物绝缘水平达到一级(即绝缘电阻不小于20MΩ)，不会对电气设备造成腐蚀。S型气溶胶其灭火药剂主化学成份是硝酸锶，故S型气溶胶灭火装置其喷放物绝缘水平达到一级(即绝缘电阻不小于20MΩ)，不导电无腐蚀，喷放灭火后微残留。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，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型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：多数据监测，通过对动力电池充电柜内的温度、气体和烟雾进行监测；
步骤2：全系统诊断，通过对步骤1中的数据做诊断；，
步骤3：全周期监测，在步骤1和步骤2上的基础上，对动力电池充电柜进行全周期、连续性监测；
步骤4：智能判断，系统通过动力电池热失控模型对动力电池工作运行中各种数据的整理和分析，实现动力电池工况是否正常的智能判断；
步骤5：提前预警，通过多点监控和实时监测，及时发现动力电池工作中的异常状况，实现自动提前报警功能；
步骤6：分级报警，根据动力电池工况数据的检测情况，根据轻重缓急实现强弱分级报警；
步骤7：联动灭火，依据步骤6的分级报警做出相应处置方式。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的检测方法，其特征在于：所述步骤1中对动力电池充电柜内的温度、气体和烟雾均通过探测传感器。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的检测方法，其特征在于：再步骤3后，对系统做异常数据记录，在出现异常情况时，系统通过自带的大容量存储器，可以将异常点前连续的监测数据进行存储。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的检测方法，其特征在于：所述分级报警可对应动力电池火灾发展过程中的潜伏期、预警期、报警期和明火期。
5.根据权利要求4所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，其特征在于：所述潜伏期(一级预警)为系统内部使用级别；预警期(二级预警)为高灵敏度的气体传感器探测到“热失控气体浓度”异常或烟雾传感器探测到“可见烟”时的预警级别；报警期(三级预警)为多传感器复合判断异常时的预警级别；明火期(四级预警)为在预警期和报警期的前提下，温度传感器探测到“温度特征值”异常并具有明显上升趋势时的预警级别。
6.根据权利要求5所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，其特征在于：火情预警级别持续时间，二级预警：持续12秒；三级预警：持续8秒；四级预警：持续6秒；
在正常情况下，火情级别都需要持续时间，但“三级预警”在以下情况不需要考虑持续时间：
当系统判断出四级预警，但并未达到四级预警的持续时间，立即进行三级预警；
当由于动力电池的突然爆燃而导致“灭火器的热敏线被动启动”时，预警级别被强制设置为三级预警；此时，不需要达到三级预警的持续时间，便立即进行三级预警，并持续两分钟。
7.根据权利要求1所述的一种动力电池充电柜火灾预警及灭火的方法，其特征在于：所述失控模型包括火情预警与预警持续时间判断模块、传感器复合判断模块、温度单一条件判断模块、气体特征值及趋势判断模块和温度特征值及趋势判断。
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