CN112090006B - 一种预制舱消防控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制舱消防控制系统及其控制方法，方法包括：电池管理系统接收温度传感器采集的环境温度信息以及采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息和电池温度信息；判断单体电池所在电池模组的状态；如果电池模组处于热失控临界状态，则通过总控制器控制相应的控制阀开启第一开度使得相应的细水雾喷头朝处于热失控临界状态的电池模组喷射细水雾，如果电池模组处于热失控状态，则通过总控制器控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头朝处于热失控状态的电池模组喷射细水雾；该方法能够有效解决现有技术中的储能电站预制舱发生火灾时全面灭火造成的资源浪费、影响范围广的问题。

Description

一种预制舱消防控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种预制舱消防控制系统及其控制方法。

背景技术

磷酸铁锂电池具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长，环境污染小等优点，电化学储能电站中广泛使用。电化学储能电站的预制舱一旦发生火灾，严重危害供电可靠性和安全性，社会影响和危害极大。

现有的储能电站预制舱，火灾探测手段应用较多的包括感温型、气体型、感烟型等，当探测到有火灾发生时，打开预制舱内的灭火设备，喷射灭火剂进行灭火。上述方案存在以下问题：在预制舱内，感温型、气体型、感烟型等接触式的探测手段并不能识别出具体哪一个电池模组发生火灾，预制舱内往往是某一个电池模组起火，因此当识别出预制舱内发生火灾时只能对整个预制舱内全面喷射灭火剂进行灭火，一方面造成资源的浪费，另一方面灭火之后大面积影响其他正常的电池模组，修复时间长。

发明内容

本发明提供了一种预制舱消防控制系统及其控制方法，能够有效解决现有技术中的储能电站预制舱发生火灾时全面灭火造成的资源浪费、影响范围广的问题。

一种预制舱消防控制系统，包括设置于预制舱内的多个电池簇，每个电池簇包括多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电池；所述控制系统还包括灭火装置和总控制器，每个所述电池模组均设置有电池管理系统，所述电池模组外部设置有温度传感器；所述灭火装置包括储水装置、管路、多个控制阀以及与所述多个电池簇对应设置的多个细水雾喷头，多个细水雾喷头通过管路与所述储水装置连接，多个控制阀分别控制多个细水雾喷头；

所述电池管理系统用于接收所述温度传感器采集的环境温度信息以及采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息和电池温度信息，根据所述电压信息判断单体电池是否发生异常，发生异常时根据所述环境温度信息和电池温度信息计算所述单体电池的状态参数以及预设时间内最高预测温度，判断所述单体电池所在电池模组的状态，当所述电池模组处于热失控临界状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第一开度使得相应的细水雾喷头喷射细水雾；当电池模组处于热失控状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头，第二开度大于第一开度。

进一步地，所述电池管理系统用于采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息并进行分析，当所述单体电池的电压骤降为0，或者单体电池的电压超过额定电压，或者单体电池的电压下降，则确定所述单体电池发生异常。

进一步地，所述单体电池的状态参数通过以下公式进行计算：

其中，m为单体电池质量，

为单体电池的比热容，

为单体电池初始温度，

为单体电池当前温度，

为辐射权重因子，

为黑体辐射常数，

为当前环境温度，h为单体 电池与环境的对流换热系数，S为单体电池的表面积，μ为单体电池的状态参数。

进一步地，预设时间内最高预测温度通过以下公式确定：

其中，

为单体电池初始温度，

为预设时间，

为预设时间内最高预测温 度。

进一步地，所述电池管理系统用于当所述单体电池的状态参数为10-20且预设时间内最高预测温度为50℃至80℃时，确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控临界状态。

进一步地，所述电池管理系统用于当所述单体电池的状态参数大于20时且预设时间内最高预测温度超过80℃时确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控状态。

进一步地，各个所述细水雾喷头还配合设置有转向机构，各个转向机构与所述总控制器连接；

所述总控制器还用于控制转向机构使得相应的细水雾喷头朝向处于热失控临界状态单体电池所在电池模组或者处于热失控状态单体电池所在的电池模组。

进一步地，在所述第一开度下所述细水雾喷头喷射细水雾的强度为15L/min至20L/min，在所述第二开度下所述细水雾喷头喷射细水雾的强度为21L/min至30L/min。

进一步地，所述系统还包括空调系统和风机，所述电池管理系统还用于当单体电池温度超过预设温度，且单体电池未发生异常时生成制冷提示信息发送至所述总控制器，所述总控制器用于根据所述制冷提示信息生成制冷控制信号控制所述空凋系统增强制冷强度并打开风机。

一种预制舱消防控制方法，应用于上述的预制舱消防控制系统，所述方法包括：

电池管理系统接收所述温度传感器采集的环境温度信息以及采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息和电池温度信息；

根据所述电压信息判断单体电池是否发生异常；

发生异常时根据所述环境温度信息和电池温度信息计算所述单体电池的状态参数以及预设时间内最高预测温度，判断所述单体电池所在电池模组的状态；

当所述电池模组处于热失控临界状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第一开度使得相应的细水雾喷头喷射细水雾；当电池模组处于热失控状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头，第二开度大于第一开度。

本发明提供的预制舱消防控制系统及其控制方法，至少包括如下有益效果：

（1）通过各个电池管理系统判断对应电池模组是否处于热失控临界状态或者热失控状态，能够精确的判断具体发生热失控的电池模组，从而控制对应的细水雾喷头喷射细水雾进行灭火，从而避免大规模喷射细水雾而影响正常的电池簇，有效节约资源；

（2）能够对电池模组处于热失控临界状态还是热失控状态进行精确的判断，对于不同的状态采取不同强度的细水雾喷射，在一定程度上可以在临界状态时避免电池模组发展到热失控状态，在热失控状态下可以进行更有效的抑制，防止损失进一步扩大；

（3）通过单体电池的状态参数和预设时间内最高预测温度判断电池模组的状态，准确性更高；

（4）当检测到单体电池表面温度升高且未发生异常时通过空调系统增强制冷效果，打开风机，在一定程度上能够避免热失控的发生；

（5）簇级分区设置细水雾喷头，通过转向机构控制细水雾喷头，能够准确地对发生异常的电池模组喷射细水雾。

附图说明

图1 为本发明提供的预制舱消防控制系统一种实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的预制舱消防控制系统另一种实施例的结构示意图。

图3为本发明提供的预制舱消防控制系统中电池管理系统一种实施例的结构示意图。

图4为本发明提供的预制舱消防控制方法一种实施例的结构示意图。

具体实施方案

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

参考图1，在一些实施例中，提供一种预制舱消防控制系统，包括设置于预制舱内的多个电池簇101，每个电池簇101包括多个电池模组101a，每个电池模组101a包括多个单体电池；所述控制系统还包括灭火装置和总控制器102，每个电池模组101a均设置有电池管理系统103，电池模组101a外部设置有用于采集环境温度信息的温度传感器104，温度传感器104与电池管理系统103电连接；

灭火装置包括储水装置106、管路107、多个控制阀108以及与多个电池簇对应设置的多个细水雾喷头109，多个细水雾喷头109通过管路与储水装置106连接，多个控制阀108设置在管路107上分别控制多个细水雾喷头109，多个控制阀108与总控制器102电连接；

电池管理系统103用于接收温度传感器104采集的环境温度信息以及采集电池模组101a中各个单体电池的电压信息和电池温度信息，根据电压信息判断单体电池是否发生异常，如果发生异常，则根据环境温度信息和电池温度信息计算单体电池的状态参数，根据电池温度信息计算预设时间内最高预测温度，根据单体电池的状态参数和预设时间内最高预测温度判断所述单体电池所在电池模组的状态，当电池模组处于热失控临界状态时通过总控制器102控制相应的控制阀108开启第一开度使得相应的细水雾喷头109喷射细水雾；当电池模组处于热失控状态时通过总控制器102控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头，第二开度大于第一开度。

具体地，如果电池模组101a处于热失控临界状态，则电池管理系统103生成临界提醒信息发送至总控制器102，如果电池模组101a处于热失控状态，则生成热失控提醒信息发送至总控制器102；

总控制器102用于根据所述临界提醒信息生成第一阀门控制信号发送至对应的控制阀108，以及根据所述热失控提醒信息生成第二阀门控制信号发送至对应的控制阀108，所述第一阀门控制信号用于控制对应的控制阀108开启第一开度使得相应的细水雾喷头109朝处于热失控临界状态的电池模组喷射细水雾，所述第二阀门控制信号用于控制相应的控制阀108开启第二开度使得相应的细水雾喷头109朝处于热失控状态的电池模组喷射细水雾。

上述实施例提供的预制舱消防控制系统，通过各个电池管理系统判断对应电池模组是否处于热失控临界状态或者热失控状态，能够精确的判断具体发生热失控的电池模组，从而控制对应的细水雾喷头喷射细水雾进行灭火，从而避免大规模喷射细水雾而影响正常的电池簇，有效节约资源。

另一方面，上述实施例提供的预制舱消防控制系统，能够对电池模组处于热失控临界状态还是热失控状态进行精确的判断，对于不同的状态采取不同强度的细水雾喷射，在一定程度上可以在临界状态时避免电池模组发展到热失控状态，在热失控状态下可以进行更有效的抑制，防止损失进一步扩大。

在一些实施例中，电池管理系统103用于采集电池模组中各个单体电池的电压信息并进行分析，当单体电池的电压骤降为0，或者单体电池的电压超过额定电压，或者单体电池的电压下降，则确定单体电池发生异常。

一般情况下，单体电池的电压骤降为0，原因是单体电池遭到机械性的损坏导致的内部短路，单体电池的电压超过额定电压，原因是过充，单体电池电压下降但不为0，原因是长时间环境温度过高，单体电池的电压参数相较于其他参数，能够更加快速的检测到单体电池是否发生异常。

在一些实施例中，所述单体电池的状态参数通过以下公式进行计算：

其中，m为单体电池质量，

为单体电池的比热容，

为单体电池初始温度，

为单体电池当前温度，

为辐射权重因子，

为黑体辐射常数，

为当前环境温度，h 为单体电池与环境的对流换热系数，S为单体电池的表面积，μ为单体电池的状态参数。

在一些实施例中，预设时间内最高预测温度通过以下公式确定：

其中，

为单体电池初始温度，

为预设时间，

为预设时间内最高预测 温度，

为温度和时间的关系函数。

在一些实施例中，电池管理系统103用于当所述单体电池的状态参数为10-20且预设时间内最高预测温度为50℃至80℃时，确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控临界状态。

在一些实施例中，电池管理系统103用于当所述单体电池的状态参数大于20时且预设时间内最高预测温度超过80℃时确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控状态。

具体地，公式（1）中，等式右边的分子表示单体电池产生的总热量，分母表示单体电池与周围环境发生热交换所产生的热损失，事实上，一个电池模组中，仅仅只是一个单体电池发生热失控并不会影响整个系统，但是如果发生热失控的单体电池有足够的热量扩散到其他的单体电池，那么可以使得整个电池模组快速的发生热失控，因此，如果单体电池与周围环境发生热交换所产生的热损失越大，则传递到周围单体电池的热量越少，则整个电池模组发生热失控的概率越小，反之，如果单体电池与周围环境发生热交换所产生的热损失越小，则传递到周围单体电池的热量越大，则整个电池模组发生热失控的概率越大，因此将单体电池产生的总热量和周围环境发生热交换所产生的热损失的比值作为状态参数，对电池模组的状态进行判断。

单体电池一般的工作温度不超过45℃，因此，还可以根据温度随时间的变化规律，对于未来一段时间内所能达到的最高温度进行预测，结合单体电池的状态参数，提高判断的准确性。

在热失控临界状态，单体电池传递到其他单体电池的热量能够使其发生热失控，但还需要一定时间，在热失控状态下，电池模组中已经有一定数量的单体电池已经发生燃烧。

在热失控临界状态下，相应的控制阀108开启第一开度，在所述第一开度下相应的细水雾喷头109喷射细水雾的强度为15L/min至20L/min，最大限度的避免热失控发生。

在热失控状态下，相应的控制阀108开启第二开度，在所述第二开度下相应的细水雾喷头109喷射细水雾的强度为21L/min至30L/min，该强度下的细水雾能够有效的抑制电池模组的燃烧。

由于细水雾喷头与相应的电池簇配合设置，因此，各个细水雾喷头还配合设置有转向机构110，用于将相应的细水雾喷头转向对应的电池模组，各个转向机构110与总控制器102连接；

临界提醒信息包括处于热失控临界状态单体电池模组的位置信息，该位置信息可以是预先设置的对应的电池管理系统的唯一标识；

热失控提醒信息包括处于热失控状态单体电池所在电池模组的位置信息，该位置信息可以是预先设置的对应的电池管理系统的唯一标识；

总控制器102可以根据电池管理系统的唯一标识，判断具体是哪个电池模组异常，根据所述临界提醒信息生成第一转向控制信号，根据所述热失控提醒信息生成第二转向控制信号，第一转向控制信号用于控制相应的转向机构110使得细水雾喷头109转向处于热失控临界状态单体电池所在电池模组，第二转向控制信号用于控制相应的转向机构110使得细水雾喷头109转向处于热失控状态单体电池所在电池模组。

在一些实施例中，参考图2，所述系统还包括空调系统111和风机112，电池管理系统103还用于当单体电池温度超过预设温度，且单体电池未发生异常时生成制冷提示信息发送至总控制器102，总控制器102用于根据所述制冷提示信息生成制冷控制信号控制空凋系统111增强制冷强度并打开风机112。

在一些实施例中，预设温度为48℃。

在单体电池温度升高时，通过空调系统增强制冷效果，打开风机，在一定程度上能够避免热失控的发生。

在一些实施例中，参考图3，电池管理系统103包括接收模块1031、采集模块1032、异常判断模块1033、计算模块1034、状态判断模块1035和信息生成模块1036；

接收模块1031用于接收温度传感器104采集的环境温度信息，采集模块1032用于采集电池模组101a中各个单体电池的电压信息和电池温度信息，异常判断模块用于根据电压信息判断单体电池是否发生异常；计算模块1034用于当单体电池发生异常时根据环境温度信息和电池温度信息计算单体电池的状态参数，根据电池温度信息计算预设时间内最高预测温度；状态判断模块1035用于根据单体电池的状态参数和预设时间内最高预测温度判断所述单体电池所在电池模组的状态；信息生成模块1036用于当电池模组101a处于热失控临界状态时生成临界提醒信息发送至总控制器102，当电池模组101a处于热失控状态时生成热失控提醒信息发送至总控制器102。

在一些实施例中，异常判断模块1033用于当所述单体电池的电压骤降为0，或者单体电池的电压超过额定电压，或者单体电池的电压下降，则确定所述单体电池发生异常。

在一些实施例中，计算模块1034通过公式（1）计算单体电池的状态参数，通过公式（2）计算预设时间内最高预测温度，在此不再赘述。

在一些实施例中，状态判断模块1035用于当所述单体电池的状态参数为10-20且预设时间内最高预测温度为50℃至80℃时，确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控临界状态；当单体电池的状态参数大于20时且预设时间内最高预测温度超过80℃时确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控状态。

在一些实施例中，电池管理系统103还包括制冷控制模块，用于当单体电池温度超过预设温度，且单体电池未发生异常时生成制冷提示信息发送至总控制器。

参考图4，在一些实施例中，提供一种预制舱消防控制方法，应用于上述的预制舱消防控制系统，所述方法包括：

步骤S201，电池管理系统接收所述温度传感器采集的环境温度信息以及采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息、电流信息和电池温度信息；

步骤S202，根据所述电压信息判断单体电池是否发生异常；

步骤S203，发生异常时根据所述环境温度信息、电流信息和电池温度信息计算所述单体电池的状态参数以及预设时间内最高预测温度，判断所述单体电池所在电池模组的状态；

步骤S204，当所述电池模组处于热失控临界状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第一开度使得相应的细水雾喷头喷射细水雾；当电池模组处于热失控状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头，第二开度大于第一开度。

具体地，步骤S202中，当所述单体电池的电压骤降为0，或者单体电池的电压超过额定电压，或者单体电池的电压下降，则确定所述单体电池发生异常。

步骤S203中，通过公式（1）计算单体电池的状态参数，通过公式（2）计算预设时间内最高预测温度。

步骤S203中，当所述单体电池的状态参数为10-20且预设时间内最高预测温度为50℃至80℃时，确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控临界状态；当单体电池的状态参数大于20时且预设时间内最高预测温度超过80℃时确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控状态。

在一些实施例中，所述方法还包括：

电池管理系统当检测到单体电池温度超过预设温度，且单体电池未发生异常时生成制冷提示信息发送至总控制器，总控制器根据所述制冷提示信息生成制冷控制信号控制空凋系统增强制冷强度并打开风机。

在一些实施例中，所述方法还包括：

总控制器根据所述临界提醒信息生成第一转向控制信号，根据所述热失控提醒信息生成第二转向控制信号，所述第一转向控制信号用于控制相应的转向机构使得所述细水雾喷头转向处于热失控临界状态单体电池所在电池模组，所述第二转向控制信号用于控制相应的转向机构使得所述细水雾喷头转向处于热失控状态单体电池所在电池模组。

综上，上述实施例提供的预制舱消防控制系统及其控制方法，至少包括如下有益效果：

（1）通过各个电池管理系统判断对应电池模组是否处于热失控临界状态或者热失控状态，能够精确的判断具体发生热失控的电池模组，从而控制对应的细水雾喷头喷射细水雾进行灭火，从而避免大规模喷射细水雾而影响正常的电池簇，有效节约资源；

（2）能够对电池模组处于热失控临界状态还是热失控状态进行精确的判断，对于不同的状态采取不同强度的细水雾喷射，在一定程度上可以在临界状态时避免电池模组发展到热失控状态，在热失控状态下可以进行更有效的抑制，防止损失进一步扩大；

（3）通过单体电池的状态参数和预设时间内最高预测温度判断电池模组的状态，准确性更高；

（4）当检测到单体电池表面温度升高且未发生异常时通过空调系统增强制冷效果，打开风机，在一定程度上能够避免热失控的发生；

（5）簇级分区设置细水雾喷头，通过转向机构控制细水雾喷头，能够准确地对发生异常的电池模组喷射细水雾。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种预制舱消防控制系统，包括设置于预制舱内的多个电池簇，每个电池簇包括多个电池模组，每个电池模组包括多个单体电池；其特征在于，所述控制系统还包括灭火装置和总控制器，每个电池模组均设置有电池管理系统，所述电池模组外部设置有温度传感器；所述灭火装置包括储水装置、管路、多个控制阀以及与所述多个电池簇对应设置的多个细水雾喷头，多个细水雾喷头通过管路与所述储水装置连接，多个控制阀分别控制多个细水雾喷头；

所述电池管理系统用于接收所述温度传感器采集的环境温度信息以及采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息和电池温度信息，根据所述电压信息判断单体电池是否发生异常，发生异常时根据所述环境温度信息和电池温度信息计算所述单体电池的状态参数以及预设时间内最高预测温度，判断所述单体电池所在电池模组的状态，当所述电池模组处于热失控临界状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第一开度使得相应的细水雾喷头喷射细水雾；当电池模组处于热失控状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头，第二开度大于第一开度；

所述单体电池的状态参数通过以下公式进行计算：

；

其中，m为单体电池质量，

为单体电池的比热容，

为单体电池初始温度，

为单体电池当前温度，

为辐射权重因子，

为黑体辐射常数，

为当前环境温度，h为单体电池与环境的对流换热系数，S为单体电池的表面积，μ为单体电池的状态参数。

2.根据权利要求1所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，所述电池管理系统用于采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息并进行分析，当所述单体电池的电压骤降为0，或者单体电池的电压超过额定电压，或者单体电池的电压下降，则确定所述单体电池发生异常。

3.根据权利要求1所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，预设时间内最高预测温度通过以下公式确定：

；

其中，

为单体电池初始温度，

为预设时间，

为预设时间内最高预测温度。

4.根据权利要求3所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，所述电池管理系统用于当所述单体电池的状态参数为10-20且预设时间内最高预测温度为50℃至80℃时，确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控临界状态。

5.根据权利要求3所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，所述电池管理系统用于当所述单体电池的状态参数大于20时且预设时间内最高预测温度超过80℃时确定所述单体电池所在的电池模组处于热失控状态。

6.根据权利要求1所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，各个所述细水雾喷头还配合设置有转向机构，各个转向机构与所述总控制器连接；

所述总控制器还用于控制转向机构使得相应的细水雾喷头朝向处于热失控临界状态单体电池所在电池模组或者处于热失控状态单体电池所在的电池模组。

7.根据权利要求1所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，在所述第一开度下所述细水雾喷头喷射细水雾的强度为15L/min至20L/min，在所述第二开度下所述细水雾喷头喷射细水雾的强度为21L/min至30L/min。

8.根据权利要求1所述的预制舱消防控制系统，其特征在于，所述系统还包括空调系统和风机，所述电池管理系统还用于当单体电池温度超过预设温度，且单体电池未发生异常时生成制冷提示信息发送至所述总控制器，所述总控制器用于根据所述制冷提示信息生成制冷控制信号控制所述空凋系统增强制冷强度并打开风机。

9.一种预制舱消防控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一所述的预制舱消防控制系统，所述方法包括：

电池管理系统接收所述温度传感器采集的环境温度信息以及采集所述电池模组中各个单体电池的电压信息和电池温度信息；

根据所述电压信息判断单体电池是否发生异常；

发生异常时根据所述环境温度信息和电池温度信息计算所述单体电池的状态参数以及预设时间内最高预测温度，判断所述单体电池所在电池模组的状态；

当所述电池模组处于热失控临界状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第一开度使得相应的细水雾喷头喷射细水雾；当电池模组处于热失控状态时通过总控制器控制相应的控制阀开启第二开度使得相应的细水雾喷头，第二开度大于第一开度；

所述单体电池的状态参数通过以下公式进行计算：

；

其中，m为单体电池质量，

为单体电池的比热容，

为单体电池初始温度，

为单体电池当前温度，

为辐射权重因子，

为黑体辐射常数，

为当前环境温度，h为单体电池与环境的对流换热系数，S为单体电池的表面积，μ为单体电池的状态参数。

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