CN112363070A - 电池拉弧检测方法、装置和电池储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电池拉弧检测方法、装置和电池储能系统。电池拉弧检测方法为：对电池的端电压和充放电电流进行采样，对电池的端电压进行两次采样并计算第一电压差值，对电池的端电压和用电器的端电压进行采样并计算第二电压差值，对采样到的数据进行时域、频域分析而得到对应的时域频域特征值，基于时域频域特征值和第一、二电压差值判断是否符合拉弧特征，从而确定电池是否出现拉弧故障。电池拉弧检测装置包括传感器模块、滤波采样电路、处理器和通信电路。电池储能系统则包括电池、控制器和前述的电池拉弧检测装置。本发明的拉弧检测方法和装置能够可以方便、准确地针对电池进行拉弧检测，从而可以提高安全性，防止由于拉弧故障引发的火灾。
Description
技术领域
本发明属于电弧检测技术领域，具体涉及一种用于检测电池拉弧的方法和装置，以及具有拉弧检测功能的电池储能系统。
背景技术
随着各类绿色、清洁的新能源发电技术的发展，各类电池储能系统的应用越来越广泛。与光伏发电系统类似，电池储能系统也是一种直流系统，直流电弧这种高危害且不易检测的故障类型同样有可能发生在储能系统中。
对电池系统进行拉弧检测，可以预防部分直流电弧引起的事故，提高电池系统的安全性，保护用户的生命财产安全，所以针对电池储能系统进行拉弧检测是十分必要的。但目前，针对电池储能系统进行拉弧检测的研究较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对电池（储能系统）进行拉弧检测，从而保障电池（储能系统）安全性的电池拉弧检测方法和装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电池拉弧检测方法，用于检测电池是否出现拉弧故障，所述电池拉弧检测方法为：
对所述电池的端电压和充放电电流进行采样而分别得到电池的端电压数据和充放电电流数据，对所述电池的端电压进行两次采样并计算电压差值作为第一电压差值，对所述电池的端电压和所述电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样并计算电压差值作为第二电压差值，
对采样到的所述电池的端电压数据和充放电电流数据进行时域、频域分析而得到所述电池的电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值，
基于所述电流时域特征值、所述电流频域特征值、所述电压时域特征值、所述电压频域特征值、所述第一电压差值、所述第二电压差值判判断是否符合预设的拉弧特征，从而确定所述电池是否出现拉弧故障；
判断是否符合所述拉弧特征的判据包括：判据1：所述电流时域特征值超过预设的电流时域特征值阈值，判据2：所述电流频域特征值超过预设的电流频域特征值阈值，判据3：所述电压时域特征值超过预设的电压时域特征值阈值，判据4：所述电压频域特征值超过预设的电压频域特征值阈值，判据5：所述第一电压差值超过预设的电池压差阈值，判据6：所述第二电压差值超过预设的系统压差阈值，
若满足所述判据5和判据6中的至少一项以及所述判据1、判据2、判据3、判据4中的至少一项，则判断符合所述拉弧特征，确定所述电池出现拉弧故障。
获得所述电流时域特征值阈值、所述电流频域特征值阈值、所述的电压时域特征值阈值、所述电压频域特征值阈值、所述电池压差阈值、所述系统压差阈值的方法为：在各种电池拉弧条件下进行电池拉弧试验并采集拉弧数据，在各种电池无拉弧条件下进行电池无拉弧试验并采集无拉弧数据，基于所述拉弧数据和所述无拉弧数据进行归纳，从而确定所述电流时域特征值阈值、所述电流频域特征值阈值、所述的电压时域特征值阈值、所述电压频域特征值阈值、所述电池压差阈值、所述系统压差阈值。
一种电池拉弧检测装置，用于检测电池是否出现拉弧故障，所述电池拉弧检测装置包括：
传感器模块，所述传感器模块用于对所述电池的端电压和充放电电流进行采样而分别得到电池的端电压数据和充放电电流数据，对所述电池的端电压进行两次采样，对所述电池的端电压和所述电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样；
处理器模块，所述处理器模块与所述传感器模块相连接，用于计算对所述电池的端电压进行两次采样的电压差值作为第一电压差值，计算对所述电池的端电压和所述电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样的电压差值作为第二电压差值，对采样到的所述电池的端电压数据和充放电电流数据进行时域、频域分析而得到所述电池的电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值，基于所述电流时域特征值、所述电流频域特征值、所述电压时域特征值、所述电压频域特征值、所述第一电压差值、所述第二电压差值判断是否符合预设的拉弧特征，从而确定所述电池是否出现拉弧故障；
判断是否符合所述拉弧特征的判据包括：判据1：所述电流时域特征值超过预设的电流时域特征值阈值，判据2：所述电流频域特征值超过预设的电流频域特征值阈值，判据3：所述电压时域特征值超过预设的电压时域特征值阈值，判据4：所述电压频域特征值超过预设的电压频域特征值阈值，判据5：所述第一电压差值超过预设的电池压差阈值，判据6：所述第二电压差值超过预设的系统压差阈值；若满足所述判据5和判据6中的至少一项以及所述判据1、判据2、判据3、判据4中的至少一项，则判断符合所述拉弧特征，确定所述电池出现拉弧故障。。
所述电池拉弧检测装置还包括：
滤波采样电路，所述滤波采样电路设置在所述传感器模块和所述处理器模块之间，用于对所述传感器模块输出的采样信号进行滤波放大处理后传输给所述处理器模块。
所述传感器模块包括电压传感器和电流传感器。
所述电池拉弧检测装置还包括：
通信电路，所述通信电路与所述处理器模块相连接，还与能够控制所述电池所在回路接通或断开的控制器相连接，所述通信电路用于在确定所述电池出现拉弧故障时输出使所述控制器断开所述电池所在回路的控制信号。
本发明还提供一种具有拉弧检测功能，从而具有较高安全性的电池储能系统，其方案是：
一种电池储能系统，包括电池、用于控制所述电池所在回路接通或断开的控制器和前述的电池拉弧检测装置。所述电池拉弧检测装置集成于所述电池或所述控制器中。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的拉弧检测方法和装置能够可以方便、准确地针对电池进行拉弧检测，从而可以提高电池（储能系统）的安全性；本发明的电池储能系统安全性高，可以防止由于拉弧故障引发的火灾。
附图说明
附图1为本发明的电池拉弧检测方法的流程示意图。
附图2为本发明的电池拉弧检测装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：与直流电弧检测技术广泛应用于光伏系统中的情况不同，目前尚未将直流电弧检测技术用于电池等储能系统中。造成这一情况的原因可能有以下几点：1.上游电池厂家新电池出厂前就会进行电池连接点是否正常连接的测试，一般很难出现拉弧，没有进行电池拉弧检测的必要2.下游储能逆变器厂家或电动汽车厂家尚未意识到电池拉弧检测的重要性，没有开发相应的技术；3.尚未形成电池防拉弧的行业强制规定；4.现有技术中，认为电池等储能系统连接点少，无需在电池端进行拉弧检测。
但是经过研究，我们发现在电池等储能系统上进行拉弧检测的必要性是非常高的，原因如下：1.由于单个电池容量有限，储能电池以及电动汽车上的动力电池一般都是通过串联并联组成电池组的形式使用的。所以随着电池数量的增加，储能系统中的连接点其实并不少：例如一个9KWh的小型户用储能系统中的连接点就有几十个，而某型号电动汽车用了几千节锂电池作为动力，其连接点数量必然高的惊人。所以电池系统中连接点接触不良引起的直流拉弧故障是值得引起重视的；2.虽然新电池出厂前会做各种测试保证连接点的良好接触，但是这些电池经过运输、安装、以及各种温度、湿度、盐度和震动等条件下长时间的使用后，很难保证连接点是否仍然接触良好，发生直流拉弧故障的可能性大大增加；3.实验发现仅需0.2mm的距离就能产生稳定的电弧，且电弧温度高达上千摄氏度，可以想象若持续的拉弧发生在电池系统中，如此高温很快会融化引燃电池外壳，引发火灾甚至爆炸，特别是日常生活中人们可以密切接触家用储能系统和电动汽车，若产生拉弧，后果不堪设想；4.每年与电池相关的燃烧爆炸事故屡见不鲜，其中可能就有直流拉弧故障引起的事故。
基于此，提出以下电池（蓄电池）拉弧检测方法：
一种用于检测电池是否出现拉弧故障的电池拉弧检测方法，对电池端电压和电池充放电电流进行采样，对采样得到的电压电流信号进行分析计算，与预先存储在处理器中的电池拉弧特征信息进行比较，若符合电池拉弧特征条件，则输出报警信号给电池控制器或其他可以断开电池充放电回路的装置（如储能逆变器等）。如附图1所示，该电池拉弧检测方法具体包括以下步骤：
S101：对电池的端电压和充放电电流进行采样而分别得到电池的端电压数据和充放电电流数据，对电池的端电压进行两次采样并计算电压差值作为第一电压差值，对电池的端电压和电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样并计算电压差值作为第二电压差值。
S102：对采样到的电池的端电压数据和充放电电流数据进行时域、频域分析，得到电池的电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值，将其和第一电压差值、第二电压差值作为分析结果。
S103：将分析结果与预先设置保存的各类阈值或范围进行比较，判断是否符合预设的拉弧特征，具体如下：
基于电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值、第一电压差值、第二电压差值判断是否符合预设的拉弧特征，从而确定电池是否出现拉弧故障。
判断是否符合拉弧特征的判据包括：判据1：电流时域特征值超过预设的电流时域特征值阈值，判据2：电流频域特征值超过预设的电流频域特征值阈值，判据3：电压时域特征值超过预设的电压时域特征值阈值，判据4：电压频域特征值超过预设的电压频域特征值阈值。判据5：第一电压差值超过预设的电池压差阈值，判据6：第二电压差值超过预设的系统压差阈值。若满足判据5和判据6中的至少一项以及判据1、判据2、判据3、判据4中的至少一项，则判断符合拉弧特征，确定电池出现拉弧故障，否则判断不符合拉弧特征，确定电池未出现拉弧故障。通常需满足上述判据中的至少三项时即可判定电池出现拉弧故障。
电流时域特征值包括电流平均值、方差值、峰峰值、有效值、波形因子、电流变化率等中的一项或多项，电流频域特征值包括频谱幅值累加和、频谱幅值变化率、功率谱密度等中的一项或多项，电压时域特征值包括电压平均值、方差值、峰峰值、有效值、波形因子、电压变化率等中的一项或多项，电压频域特征值包括频谱幅值累加和、频谱幅值变化率、功率谱密度等中的一项或多项。
S104：若判断出电池无拉弧故障，则继续进行下一周期的检测，返回S101。
S105：若判断出电池出现拉弧故障，则需要输出报警信号给电池所在系统的控制器，通过其控制关断电池所在通路。
上述应用于电池的拉弧检测方法与现有的应用于光伏系统中的直流拉弧检测方法相比，进行创新的地方在于：电池拉弧检测方法引入了电压信息的采样和提取。目前光伏系统中的直流电弧检测一般只利用电流的时频域信息，而不利用电压信息，原因在于即使发生拉弧，由于光伏系统中逆变器的算法控制，逆变器端的组串电压几乎不变。而在电池系统中，由于电池本身是一个电压几乎不变的稳定电源，所以发生拉弧时，电弧电压会叠加在电池电压上，具体为：对电池充电时发生拉弧，电池系统的输入电压是电池电压和电弧电压的和，电池放电拉弧时，电池系统的输出电压为电池电压与电弧电压的差。若电池组内部连接点发生拉弧，电池端电压会因电弧电压而发生变化，即产生第一电压差值；若电池端和用电器端之间发生拉弧，则同一时刻电池端电压和用电器端电压之间会产生电压差，即所述第二电压差值。实验发现未接触的连接点距离仅为0.2mm时的电弧电压也达到了20V左右，且电弧电压随着距离的增大会继续增加，电弧电压相对于电池本身的电压波动很明显，所以反映在整个电池系统电压数值上，就会出现较为明显的突变，即电弧发生时电池系统电压的明显变化。另外拉弧时，电池系统的电压频域信息中也包含电弧特征。所以判断是否符合电池拉弧特征的条件，除了对比电池系统电流时域频域特征是否超过阈值外，还包括：对比电池端电压前后时刻是否异常变化、对比电池端电压与其连接的用电器（如储能逆变器）端电压同一时刻的电压差是否超过阈值、对比电池系统电压时域频域特征是否超过阈值综合判断是否发生电池拉弧。
上述方法中涉及多项预设的阈值，主要包括电流时域特征值阈值、电流频域特征值阈值、的电压时域特征值阈值、电压频域特征值阈值、电池压差阈值、系统压差阈值，获得这些阈值的方法为：在各种电池拉弧条件下进行电池拉弧试验并采集拉弧数据，在各种电池无拉弧条件下进行电池无拉弧试验并采集无拉弧数据，基于拉弧数据和无拉弧数据进行（人工）归纳，从而确定电流时域特征值阈值、电流频域特征值阈值、的电压时域特征值阈值、电压频域特征值阈值、电池压差阈值、系统压差阈值。
其中，电池拉弧条件包括电池运行在充电或放电状态，不同的电池电压，不同的工作电流，拉弧点在电池系统不同位置，以及人造拉弧时设置的不同拉弧速度以及电弧距离等条件。
在各种电池无拉弧条件下进行电池无拉弧试验并采集的无拉弧数据分为在各种特殊应用条件下记录无拉弧数据以及正常应用条件下的无拉弧数据。电池特殊应用条件是指无拉弧发生但是容易引起检测装置误判的电池运行条件，包括与其连接的用电器（如储能逆变器）引起的充放电电流快速变化、充放电模式快速切换等条件。
如附图2所示，一种用于检测电池是否出现拉弧故障的电池拉弧检测装置，包括传感器模块、处理器模块和滤波采样电路。传感器模块用于对电池的端电压和充放电电流进行采样而分别得到电池的端电压数据和充放电电流数据，对电池的端电压进行两次采样，对电池的端电压和电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样，其包括电压传感器和电流传感器。滤波采样电路设置在传感器模块和处理器模块之间，用于对传感器模块输出的采样信号进行滤波放大处理后传输给处理器模块，其与处理器模块的模数转换入口相连。传感器模块中电流传感器、电压传感器和滤波采样电路的数量可以根据串联电池组的数量增加。处理器模块则通过滤波采样电路而与传感器模块相连接，其用于计算对电池的端电压进行两次采样的电压差值作为第一电压差值，计算对电池的端电压和电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样的电压差值作为第二电压差值，对采样到的电池的端电压和充放电电流进行时域、频域分析而得到电池的电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值，基于电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值、第一电压差值、第二电压差值判断是否符合预设的拉弧特征，从而确定电池是否出现拉弧故障。其中所涉及的判断是否符合拉弧特征的判据包括：判据1：电流时域特征值超过预设的电流时域特征值阈值，判据2：电流频域特征值超过预设的电流频域特征值阈值，判据3：电压时域特征值超过预设的电压时域特征值阈值，判据4：电压频域特征值超过预设的电压频域特征值阈值等，判据5：第一电压差值超过预设的电池压差阈值，判据6：第二电压差值超过预设的系统压差阈值。若满足判据5和判据6中的至少一项以及判据1、判据2、判据3、判据4中的至少一项，则判断符合拉弧特征，确定电池出现拉弧故障。通常需至少满足三项判据时，即可判定电池出现拉弧故障。
此外，该电池拉弧检测装置还包括与处理器模块相连接的通信电路，该通信电路还与能够控制电池所在回路接通或断开的控制器相连接。通信电路用于在确定电池出现拉弧故障时输出使控制器断开电池所在回路的控制信号。从而当电池发生拉弧故障时，控制器可以基于通信电路传来的控制信号快速控制断开电池所在回路，使得电弧失去能量供应达到熄灭电池拉弧的目的。此外，处理器模块中所执行的方法也可以通过通信电路得到更新迭代，同时处理器模块也可以通过通信电路定时上传正常的原始数据以及判断存在拉弧时的原始数据。
上述电池拉弧检测装置可以独立外置，也可以集成在电池的控制器中、电池中，还可以集成在与电池相连接的用电端（例如储能逆变器）。由此，一种具有拉弧检测功能的电池储能系统的方案是：该电池储能系统包括电池、用于控制电池所在回路接通或断开的控制器和前述的电池拉弧检测装置。电池拉弧检测装置集成于电池或控制器中。
综上，本发明申请提供一种电池拉弧检测方法及装置。其中电池拉弧检测方法，通过传感器在采集电池的充放电电流信号的基础上，增加了对电池电压信号的采集，然后对电压电流信号的时频域进行分析和算法运算，判断是否符合电池拉弧特征，进而确定电池所在回路是否有电弧产生，若判断存在电弧故障，则产生报警信号至电池控制器或其他可以断开电池充放电回路的装置（如储能逆变器等），切断电弧电流的路径，达到熄灭电弧的目的。本发明在一定程度上可以提高目前广泛应用的电池系统的安全性，防止由于电池系统中连接点松动、接触不良引发的电池电路拉弧进而引燃电池引发火灾。另外本发明装置还可以上传不同状态时的原始数据，便于后续检测方法的调整演进以及现场误动作问题的快速解决。具有较好的实际应用价值和安全价值。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电池拉弧检测方法，用于检测电池是否出现拉弧故障，其特征在于：所述电池拉弧检测方法为：
对所述电池的端电压和充放电电流进行采样而分别得到电池的端电压数据和充放电电流数据，对所述电池的端电压进行两次采样并计算电压差值作为第一电压差值，对所述电池的端电压和所述电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样并计算电压差值作为第二电压差值，
对采样到的所述电池的端电压数据和充放电电流数据进行时域、频域分析而得到所述电池的电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值，
基于所述电流时域特征值、所述电流频域特征值、所述电压时域特征值、所述电压频域特征值、所述第一电压差值、所述第二电压差值判断是否符合预设的拉弧特征，从而确定所述电池是否出现拉弧故障；
判断是否符合所述拉弧特征的判据包括：判据1：所述电流时域特征值超过预设的电流时域特征值阈值，判据2：所述电流频域特征值超过预设的电流频域特征值阈值，判据3：所述电压时域特征值超过预设的电压时域特征值阈值，判据4：所述电压频域特征值超过预设的电压频域特征值阈值，判据5：所述第一电压差值超过预设的电池压差阈值，判据6：所述第二电压差值超过预设的系统压差阈值，
若满足所述判据5和判据6中的至少一项以及所述判据1、判据2、判据3、判据4中的至少一项，则判断符合所述拉弧特征，确定所述电池出现拉弧故障。
2.根据权利要求1所述的电池拉弧检测方法，其特征在于：获得所述电流时域特征值阈值、所述电流频域特征值阈值、所述的电压时域特征值阈值、所述电压频域特征值阈值、所述电池压差阈值、所述系统压差阈值的方法为：在各种电池拉弧条件下进行电池拉弧试验并采集拉弧数据，在各种电池无拉弧条件下进行电池无拉弧试验并采集无拉弧数据，基于所述拉弧数据和所述无拉弧数据进行归纳，从而确定所述电流时域特征值阈值、所述电流频域特征值阈值、所述的电压时域特征值阈值、所述电压频域特征值阈值、所述电池压差阈值、所述系统压差阈值。
3.一种电池拉弧检测装置，用于检测电池是否出现拉弧故障，其特征在于：所述电池拉弧检测装置包括：
传感器模块，所述传感器模块用于对所述电池的端电压和充放电电流进行采样而分别得到电池的端电压数据和充放电电流数据，对所述电池的端电压进行两次采样，对所述电池的端电压和所述电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样；
处理器模块，所述处理器模块与所述传感器模块相连接，用于计算对所述电池的端电压进行两次采样的电压差值作为第一电压差值，计算对所述电池的端电压和所述电池所连接的用电器的端电压在同一时刻进行采样的电压差值作为第二电压差值，对采样到的所述电池的端电压数据和充放电电流数据进行时域、频域分析而得到所述电池的电流时域特征值、电流频域特征值、电压时域特征值、电压频域特征值，基于所述电流时域特征值、所述电流频域特征值、所述电压时域特征值、所述电压频域特征值、所述第一电压差值、所述第二电压差值判断是否符合预设的拉弧特征，从而确定所述电池是否出现拉弧故障；
判断是否符合所述拉弧特征的判据包括：判据1：所述电流时域特征值超过预设的电流时域特征值阈值，判据2：所述电流频域特征值超过预设的电流频域特征值阈值，判据3：所述电压时域特征值超过预设的电压时域特征值阈值，判据4：所述电压频域特征值超过预设的电压频域特征值阈值，判据5：所述第一电压差值超过预设的电池压差阈值，判据6：所述第二电压差值超过预设的系统压差阈值；若满足所述判据5和判据6中的至少一项以及所述判据1、判据2、判据3、判据4中的至少一项，则判断符合所述拉弧特征，确定所述电池出现拉弧故障。
4.根据权利要求3所述的电池拉弧检测装置，其特征在于：所述电池拉弧检测装置还包括：
滤波采样电路，所述滤波采样电路设置在所述传感器模块和所述处理器模块之间，用于对所述传感器模块输出的采样信号进行滤波放大处理后传输给所述处理器模块。
5.根据权利要求3所述的电池拉弧检测装置，其特征在于：所述传感器模块包括电压传感器和电流传感器。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的电池拉弧检测装置，其特征在于：所述电池拉弧检测装置还包括：
通信电路，所述通信电路与所述处理器模块相连接，还与能够控制所述电池所在回路接通或断开的控制器相连接，所述通信电路用于在确定所述电池出现拉弧故障时输出使所述控制器断开所述电池所在回路的控制信号。
7.一种电池储能系统，包括电池、用于控制所述电池所在回路接通或断开的控制器，其特征在于：所述电池储能系统还包括如权利要求6所述的电池拉弧检测装置。
8.根据权利要求7所述的电池储能系统，其特征在于：所述电池拉弧检测装置集成于所述电池或所述控制器中。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113193568A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-07-30 | 北京凌阳伟业科技有限公司 | 基于功率谱密度的配置优化的方法、系统及装置 |
| CN114034999A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-11 | 阳光电源股份有限公司 | 拉弧的检测方法、装置、电子设备和用电系统 |
| CN114755546A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-07-15 | 锦浪科技股份有限公司 | 一种光伏系统直流故障电弧的检测方法、装置及光伏系统 |
| WO2022152199A1 (zh) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 固德威技术股份有限公司 | 电池系统拉弧检测方法、检测装置和电池储能系统 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117074889A (zh) * | 2023-10-16 | 2023-11-17 | 天津科林电气有限公司 | 一种直流电弧检测方法及装置 |
| CN118465596A (zh) * | 2024-07-15 | 2024-08-09 | 比亚迪股份有限公司 | 直流电弧检测电路、动力电池系统和直流电弧的检测方法 |
Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2460828A1 (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-03 | Daniel J. Aubertin | Portable battery operated electronic interactive electric arc detector |
| CN102288863A (zh) * | 2011-07-22 | 2011-12-21 | 北京海博智恒电气防火科技有限公司 | 低压供电系统中有害电弧的探测装置和方法 |
| CN102288857A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-12-21 | 浙江科技学院 | 一种故障电弧的辨识检测方法及其检测保护装置 |
| CN102435917A (zh) * | 2010-08-23 | 2012-05-02 | 通用电气公司 | 用于使用电流和电压检测电弧闪光事件的方法、系统和设备 |
| CN103774105A (zh) * | 2014-01-10 | 2014-05-07 | 西安理工大学 | 一种用于磁控溅射工艺的电弧检测及抑制方法 |
| CN104360205A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-02-18 | 河北工业大学 | 串联电弧故障检测方法及其专用装置 |
| CN104898008A (zh) * | 2014-03-07 | 2015-09-09 | 西门子公司 | 电气设备中的串联电弧的探测 |
| KR101677930B1 (ko) * | 2016-05-02 | 2016-11-21 | 주식회사 디투엔지니어링 | 누설전류 및 아크의 감시 기능을 구비한 태양광 접속반 |
| KR101695976B1 (ko) * | 2016-06-10 | 2017-01-12 | (주)한국스카다 | 아크 검출 기능이 구비된 태양광 접속반 |
| JP6103095B1 (ja) * | 2016-03-07 | 2017-03-29 | オムロン株式会社 | アーク検出装置 |
| CN107340459A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-11-10 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 一种直流故障电弧检测方法及系统 |
| CN108072811A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-25 | 重庆元铂智能科技有限公司 | 一种电动汽车电池供电回路电连接状态检测方法及装置 |
| CN108535589A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-09-14 | 彭浩明 | 一种故障电弧检测方法及装置 |
| WO2019003893A1 (ja) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | サスペンション制御装置 |
| CN110048375A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-23 | 华为技术有限公司 | 一种储能系统电弧检测与保护方法以及相关装置 |
| CN110441662A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-12 | 中国矿业大学(北京) | 直流供电系统及其电弧故障的检测方法和装置 |
| US20200014189A1 (en) * | 2017-02-14 | 2020-01-09 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Arc detection circuit, switch system, power conditioner system and arc detection method |
| CN111123051A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-08 | 浙江正泰新能源开发有限公司 | 汇流箱直流串联故障电弧的检测装置及其方法 |
| CN112014701A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-01 | 许昌智普新能源科技有限公司 | 一种直流系统的直流电弧检测方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016219849A1 (de) * | 2016-10-12 | 2018-04-12 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Detektion eines Störlichtbogens sowie Energieversorgung mit einer Vorrichtung zur Detektion eines Störlichtbogens |
| DE102017213174B3 (de) * | 2017-07-31 | 2018-12-20 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Verfahren zur Erkennung von Störlichtbögen bei der Ladung von elektrischen Batteriesystemen sowie Verfahren zur Herstellung von elektrischen Batteriesystemen und Abschaltvorrichtung zur elektrischen Unterbrechung eines Strings |
| CN109901025A (zh) * | 2017-12-07 | 2019-06-18 | 艾欧史密斯(中国)热水器有限公司 | 用电设备及其拉弧检测方法和装置 |
| CN112067961B (zh) * | 2020-10-13 | 2023-08-15 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 电弧故障检测方法、系统及存储介质 |
| CN112363070B (zh) * | 2021-01-14 | 2021-06-22 | 江苏固德威电源科技股份有限公司 | 电池拉弧检测方法、装置和电池储能系统 |
-
2021
- 2021-01-14 CN CN202110045797.7A patent/CN112363070B/zh active Active
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2022
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Patent Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2460828A1 (en) * | 2004-03-03 | 2005-09-03 | Daniel J. Aubertin | Portable battery operated electronic interactive electric arc detector |
| CN102435917A (zh) * | 2010-08-23 | 2012-05-02 | 通用电气公司 | 用于使用电流和电压检测电弧闪光事件的方法、系统和设备 |
| CN102288857A (zh) * | 2011-05-18 | 2011-12-21 | 浙江科技学院 | 一种故障电弧的辨识检测方法及其检测保护装置 |
| CN102288863A (zh) * | 2011-07-22 | 2011-12-21 | 北京海博智恒电气防火科技有限公司 | 低压供电系统中有害电弧的探测装置和方法 |
| CN103774105A (zh) * | 2014-01-10 | 2014-05-07 | 西安理工大学 | 一种用于磁控溅射工艺的电弧检测及抑制方法 |
| CN104898008A (zh) * | 2014-03-07 | 2015-09-09 | 西门子公司 | 电气设备中的串联电弧的探测 |
| CN104360205A (zh) * | 2014-12-01 | 2015-02-18 | 河北工业大学 | 串联电弧故障检测方法及其专用装置 |
| JP6103095B1 (ja) * | 2016-03-07 | 2017-03-29 | オムロン株式会社 | アーク検出装置 |
| KR101677930B1 (ko) * | 2016-05-02 | 2016-11-21 | 주식회사 디투엔지니어링 | 누설전류 및 아크의 감시 기능을 구비한 태양광 접속반 |
| KR101695976B1 (ko) * | 2016-06-10 | 2017-01-12 | (주)한국스카다 | 아크 검출 기능이 구비된 태양광 접속반 |
| CN107340459A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-11-10 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | 一种直流故障电弧检测方法及系统 |
| US20200014189A1 (en) * | 2017-02-14 | 2020-01-09 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Arc detection circuit, switch system, power conditioner system and arc detection method |
| WO2019003893A1 (ja) * | 2017-06-28 | 2019-01-03 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | サスペンション制御装置 |
| CN108072811A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-25 | 重庆元铂智能科技有限公司 | 一种电动汽车电池供电回路电连接状态检测方法及装置 |
| CN108535589A (zh) * | 2018-05-21 | 2018-09-14 | 彭浩明 | 一种故障电弧检测方法及装置 |
| CN110048375A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-23 | 华为技术有限公司 | 一种储能系统电弧检测与保护方法以及相关装置 |
| CN110441662A (zh) * | 2019-08-14 | 2019-11-12 | 中国矿业大学(北京) | 直流供电系统及其电弧故障的检测方法和装置 |
| CN111123051A (zh) * | 2020-01-03 | 2020-05-08 | 浙江正泰新能源开发有限公司 | 汇流箱直流串联故障电弧的检测装置及其方法 |
| CN112014701A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-01 | 许昌智普新能源科技有限公司 | 一种直流系统的直流电弧检测方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵远等: "基于负载端电压分析的串联故障电弧检测方法", 《电器与能效管理技术》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022152199A1 (zh) * | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 固德威技术股份有限公司 | 电池系统拉弧检测方法、检测装置和电池储能系统 |
| CN113193568A (zh) * | 2021-02-22 | 2021-07-30 | 北京凌阳伟业科技有限公司 | 基于功率谱密度的配置优化的方法、系统及装置 |
| CN114034999A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-11 | 阳光电源股份有限公司 | 拉弧的检测方法、装置、电子设备和用电系统 |
| CN114034999B (zh) * | 2021-11-12 | 2023-10-31 | 阳光电源股份有限公司 | 拉弧的检测方法、装置、电子设备和用电系统 |
| CN114755546A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-07-15 | 锦浪科技股份有限公司 | 一种光伏系统直流故障电弧的检测方法、装置及光伏系统 |
| CN114755546B (zh) * | 2022-06-14 | 2022-08-26 | 锦浪科技股份有限公司 | 一种光伏系统直流故障电弧的检测方法、装置及光伏系统 |
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