CN112909360B - 一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法及消防装置 - Google Patents

一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法及消防装置 Download PDF

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Abstract

一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法及消防装置，按照轮询顺序依次控制各电池模组的电磁阀打开与闭合，抽取呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组的内部气体，并用于热失控检测；当检测到发生热失控时，当前呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组为热失控故障发生位置；对发生热失控故障的电池模组实施消防措施。只需要在采集管道的干路上安装一套热失控探测器，不需要在每个电池簇或电池pack内安装探测器，有效降低检测装置的成本；通讯方式简单，结构简单，可行性高；管道不易损坏，探测器和真空泵更换方便，便于后期维护；可准确定位集装箱内发生热失控的电池簇或电池pack；实现集装箱内的定点灭火，提高灭火效率，不损坏其它电池。

Description

一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法及消防装置
技术领域
本发明属于电池检测领域，更具体地，涉及一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法及消防装置。
背景技术
电池储能作为电能存储的重要方式，具有功率和能量可根据不同应用需求灵活配置、响应速度快、不受地理资源等外部条件的限制、适合大规模应用等优势，使得电池储能在配合集中或分布式新能源并网、电网运行辅助等方面具有不可替代的地位。其中，集装箱式锂离子电池储能系统作为一种新型储能设备，具有能量密度高、寿命长、可靠性高、环境适应性强等优点，在电网系统中具有广泛的应用前景，也是未来储能的发展方向。
然而，储能系统火灾却屡见不鲜。2019年4月19日，位于亚利桑那州Surprise市，APS公司下属McMicken变电站的2MW/2.47MWh锂电储能系统发生着火爆炸事故，并造成多名消防人员受伤；2019年9月，江源平昌的40MW/21MWH的风电场储能电站发生火灾。整个起火过程迅速剧烈，造成巨大的生命财产损失，因此，储能系统的提前热失控检测显得尤为重要。
中国专利“一种电池热失控检测系统及其检测方法”(CN106066457)在采样时刻由数据采集装置采集电池箱内部的各个检测节点的当前热失控参数；中国专利“一种电池箱热失控检测系统及方法”(CN107482271)也是在电池箱体内不同的检测点布置传感器以采集热失控信息；因此，以这些专利为代表的热失控检测现有技术是，在检测期间实施多检测点同时采集热失控信息，从而对热失控发展阶段，尤其是导致燃烧的准确时刻进行检测。
将上述现有技术应用到集装箱式储能的热失控检测中，一般是在集装箱顶部或角落安装热失控探测器，主要是对热失控特征气体的检测，以此来判断是否有热失控的发生。然而，由于集装箱的体积过大，当发生热失控的位置远离探测器位置时，探测器无法及时作出预警，错过最佳的灭火时间，且这种方式无法准确定位到发生热失控的位置，只能对集装箱内部整体的灭火，灭火效率低，易造成其他器件损坏。
此外，还有一种热失控检测方法是在每个电池簇或电池pack内安装探测器，这种方式探测器虽然能够及时快速的作出预警，确定发生热失控的位置，但是由于需要安装多个探测器，通讯方式复杂，成本过大，不具有经济价值。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法及消防装置，能够更加快速的探测到电池热失控的发生，准确确定热失控发生所在位置，有效降低成本；根据确定的热失控发生位置，实施消防灭火措施，提高灭火效率，避免造成其他器件损坏。
本发明采用如下的技术方案。
一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，按照轮询顺序依次控制各电池模组的电磁阀打开与闭合，抽取呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组的内部气体，并用于热失控检测；当检测到发生热失控时，当前呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组为热失控故障发生位置；对发生热失控故障的电池模组实施消防措施。
热失控检测方法的步骤如下：
步骤1，按照轮询顺序，在当前采样时刻下，控制当前待检测电池模组的电磁阀打开，其余电池模组的电磁阀闭合；抽取待检测电池模组的内部气体；
步骤2，将采集到的内部气体输送到热失控探测器，由热失控探测器检测当前待检测电池模组是否发生热失控；
步骤3，若热失控探测器的检测结果为当前待检测电池模组发生热失控，则热失控探测器报警，并将处于打开状态的电磁阀的位置编码上传监控主机；若热失控探测器的检测结果为当前待检测电池模组没有发生热失控，则闭合该电池模组的电磁阀；
步骤4，进入下一个采样时刻，并重复步骤1、2和3。
步骤3中，当前待检测电池模组发生热失控时，还包括：
步骤3.1，监控主机根据接收到的位置编码确定发生热失控的电池模组位置，控制热失控电池模组的电磁阀保持打开状态，其余未发生热失控电池模组的电磁阀保持闭合状态；
步骤3.2，打开消防接口的常闭电磁阀，闭合热失控探测器的常开电磁阀；
步骤3中，当前待检测电池模组未发生热失控时，还包括保持消防接口的常闭电磁阀的闭合状态，保持热失控探测器的常开电磁阀的打开状态。
优选地，
电池模组包括：电池簇、电池pack。
优选地，
步骤1包括：
步骤1.1，启动真空泵，保持真空泵不间断运行；
步骤1.2，在当前采样时刻下，打开当前待检测电池模组的电磁阀，闭合其余电池模组的电磁阀；
步骤1.3，在真空泵的抽取下，采集电磁阀呈打开状态的电池模组的内部气体。
电磁阀的打开和闭合的控制方式包括：单片机控制方式、PLC控制方式。
步骤2中，热失控探测器包括：组合型探测器、复合型探测器；
其中，组合型探测器包括：CO传感器、H2传感器、挥发性有机化合物(VOC)传感器、温度传感器、烟雾传感器。
步骤3中，电磁阀的编码方式包括人工分配标识编码、串联分压编码、自动编码。
一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，布置在单个集装箱储能中，并且利用一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法来定位发生热失控的电池模组。
消防装置包括：采集管道、多组电磁阀、一套热失控探测器、一台真空泵、消防接口；
采集管道包括一条干路与多条支路；支路的一端与一个电池模组内部连接，另一端与干路连接；支路的数量为电池模组的数量；
电磁阀安装在支路内、并且近干路侧；电磁阀的数量为电池模组的数量；
电磁阀安装在支路内、并且近干路侧；电磁阀的数量为电池模组的数量；
消防接口安装在干路内，消防接口前端安装一组常闭电磁阀；
热失控探测器、真空泵安装在干路内、并且远离支路侧，热失控探测器前端安装一组常开电磁阀；
消防接口与热失控探测器、真空泵安装在干路同侧，或者消防接口与热失控探测器、真空泵安装在干路两侧。
当前采样时刻下，当前待检测电池模组的电磁阀打开后，在真空泵的抽取下，电池模组内部气体，经由呈打开状态的电磁阀进入支路，经过干路，通过常开电磁阀进入热失控探测器内；此时，消防接口的常闭电磁阀处于关闭状态。
当待检测电池模组正常时，即热失控探测器没有检测到热失控特征，控制当前待检测电池模组的电磁阀闭合。
当待检测电池模组发生热失控时，即热失控探测器检测到热失控特征，保持当前待检测电池模组的电磁阀打开以及其余电池模组的电磁阀闭合，并打开消防接口的常闭电磁阀、闭合热失控探测器的常开电磁阀；灭火剂从消防接口处接入，通过采集管道干路，经发生热失控电池组的支路流向电池模组内部，实施灭火。
优选地，
采集管道的干路安装位置根据集装箱内电池模组的排列位置确定，安装位置包括集装箱的侧壁、地面、顶部。
支路与电池模组连接的端口形状包括：喇叭状、漏斗状。
采集管道为密封管道，材质包括镀锌钢管、不锈钢管、氯化聚氯乙烯管。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、只需要在采集管道的干路上安装一套热失控探测器，不需要在每个电池簇或电池pack内安装探测器，有效降低检测装置的成本；
2、通讯方式简单，结构简单，可行性高；
3、管道不易损坏，探测器和真空泵更换方便，便于后期维护；
4、可准确定位集装箱内发生热失控的电池簇或电池pack；
5、实现集装箱内的定点灭火，提高灭火效率，不损坏其它电池。
附图说明
图1为本发明一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法的流程图；
图2为本发明一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置在单个集装箱储能中的布置示意图；
图3为本发明一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置的采集管道安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，按照轮询顺序依次控制各电池模组的电磁阀打开与闭合，抽取呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组的内部气体，并用于热失控检测；当检测到发生热失控时，当前呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组为热失控故障发生位置；对发生热失控故障的电池模组实施消防措施。
如图1，热失控检测方法的步骤如下：
步骤1，按照轮询顺序，在当前采样时刻下，控制当前待检测电池模组的电磁阀打开，其余电池模组的电磁阀闭合；抽取待检测电池模组的内部气体。
具体地，
步骤1包括：
步骤1.1，启动真空泵，保持真空泵不间断运行；
步骤1.2，在当前采样时刻下，打开当前待检测电池模组的电磁阀，闭合其余电池模组的电磁阀；
步骤1.3，在真空泵的抽取下，采集电磁阀呈打开状态的电池模组的内部气体。
值得注意的是，电磁阀的打开和闭合的控制方式包括但不限于：单片机控制方式、PLC控制方式。所属领域技术人员可以根据工程中控制系统配置需要，采用不同的电磁阀控制方式。本发明优选实施例中采用的控制方式仅是一种非限制性的较优选择。
步骤2，将采集到的内部气体输送到热失控探测器，由热失控探测器检测当前待检测电池模组是否发生热失控。
步骤2中，热失控探测器包括：组合型探测器、复合型探测器；
其中，组合型探测器是CO传感器、H2传感器、VOC传感器、温度传感器、烟雾传感器中的一种传感器或几种传感器组合。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据工程中应用需要，采用不同类型的热失控探测器，以满足热失控特征气体的检测要求。本发明优选实施例中采用的热失控探测器的类型仅是一种非限制性的较优选择。
步骤3，若热失控探测器的检测结果为当前待检测电池模组发生热失控，则热失控探测器报警，并将处于打开状态的电磁阀的位置编码上传监控主机；若热失控探测器的检测结果为当前待检测电池模组没有发生热失控，则闭合该电池模组的电磁阀。
步骤3还包括：
步骤3中，当前待检测电池模组发生热失控时，还包括：
步骤3.1，监控主机根据接收到的位置编码确定发生热失控的电池模组位置，控制热失控电池模组的电磁阀保持打开状态，其余未发生热失控电池模组的电磁阀保持闭合状态；
步骤3.2，打开消防接口的常闭电磁阀，闭合热失控探测器的常开电磁阀；
步骤3中，当前待检测电池模组未发生热失控时，还包括保持消防接口的常闭电磁阀的闭合状态，保持热失控探测器的常开电磁阀的打开状态。
步骤3中，电磁阀的编码方式包括人工分配标识编码、串联分压编码、自动编码。
步骤4，进入下一个采样时刻，并重复步骤1、2和3。
具体地，
电池模组包括：电池簇、电池pack。
一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，布置在单个集装箱储能中，并且利用一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法来定位发生热失控的电池模组。
如图2所示，消防装置包括：采集管道1、多组电磁阀2、一套热失控探测器3、一台真空泵4、消防接口9；
采集管道包括一条干路7与多条支路8；支路8的一端与一个电池模组5内部连接，另一端与干路7连接；支路8的数量为电池模组5的数量；
电磁阀2安装在支路内、并且近干路侧；电磁阀2的数量为电池模组5的数量；
所述消防接口9安装在干路内，消防接口9前端安装一组常闭电磁阀9a；
所述热失控探测器3、真空泵4安装在干路内、并且远离支路侧，热失控探测器3前端安装一组常开电磁阀3a；
所述消防接口9与热失控探测器3、真空泵4安装在干路同侧，或者消防接口9与热失控探测器3、真空泵4安装在干路两侧。
本发明优选实施例中，真空泵开启后不间断运行，起到抽取气体的作用。热失控探测器还配置有报警器，当热失控探测器感应到热失控特征气体时，报警器灯闪蜂鸣，提醒工作人员撤离或采取下一步的消防措施。
当前采样时刻下，当前待检测电池模组的电磁阀打开后，在真空泵的抽取下，电池模组内部气体，经由呈打开状态的电磁阀进入支路，经过干路，通过常开电磁阀进入热失控探测器内；此时，消防接口的常闭电磁阀处于关闭状态。
当待检测电池模组正常时，即热失控探测器没有检测到热失控特征，控制当前待检测电池模组的电磁阀闭合。
当待检测电池模组发生热失控时，即热失控探测器检测到热失控特征，保持当前待检测电池模组的电磁阀打开以及其余电池模组的电磁阀闭合，并打开消防接口的常闭电磁阀、闭合热失控探测器的常开电磁阀；灭火剂从消防接口处接入，通过采集管道干路，经发生热失控电池组的支路流向电池模组内部，实现高效地、定点地灭火效果。
具体地，
如图3，采集管道的干路安装位置根据集装箱内电池模组的排列位置确定，安装位置包括集装箱的侧壁、地面、顶部。
采集管道的干路安装位置应根据电池位置，依据安全、方便、检测效果、节约成本进行布置。若电池模组在集装箱内为两侧分布排列，如图3a和图3b所示，则采集管道干路可以安装在中间顶部位置，也可安装在地面或侧壁，但是安装在地面会占用巡视通道，而安装在侧壁有可能加大一列电池模组的支路长度，从而影响检测效果；因此，采集管道的干路优选安装在集装箱的顶部；若电池模组在集装箱内为一侧排列，如图3c所示，则干路管道可安装在侧壁位置。
支路与电池模组连接的端口形状包括：喇叭状、漏斗状。这种形状有利于更大范围的抽取电池模组内部的气体。
采集管道为密封管道，材质包括镀锌钢管、不锈钢管、氯化聚氯乙烯管。装置中，各连接管道可为镀锌钢管、铜管、不锈钢管、涂覆钢管、PVC-C管中的一种或几种，直径视实际情况而定。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、只需要在采集管道的干路上安装一套热失控探测器，不需要在每个电池簇或电池pack内安装探测器，有效降低检测装置的成本；
2、通讯方式简单，结构简单，可行性高；
3、管道不易损坏，探测器和真空泵更换方便，便于后期维护；
4、可准确定位集装箱内发生热失控的电池簇或电池pack；
5、实现集装箱内的定点灭火，提高灭火效率，不损坏其它电池。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，其特征在于，
所述热失控检测方法包括：
步骤1，按照轮询顺序依次控制各电池模组的电磁阀打开与闭合，在当前采样时刻下，控制当前待检测电池模组的电磁阀打开，其余电池模组的电磁阀闭合；抽取待检测电池模组的内部气体；
步骤2，通过集装箱内的采集管道将呈打开状态的电磁阀所对应的电池模组的内部气体输送到热失控探测器，由热失控探测器检测当前待检测电池模组是否发生热失控；
步骤3，若热失控探测器的检测结果为当前待检测电池模组发生热失控，则热失控探测器报警，并将处于打开状态的电磁阀的位置编码上传监控主机；若热失控探测器的检测结果为当前待检测电池模组没有发生热失控，则闭合该电池模组的电磁阀；
当前待检测电池模组发生热失控时，还包括：
步骤3.1，监控主机根据接收到的位置编码确定发生热失控的电池模组位置，控制热失控电池模组的电磁阀保持打开状态，其余未发生热失控电池模组的电磁阀保持闭合状态；
步骤3.2，打开消防接口的常闭电磁阀，闭合热失控探测器的常开电磁阀；
当前待检测电池模组未发生热失控时，还包括保持消防接口的常闭电磁阀的闭合状态，保持热失控探测器的常开电磁阀的打开状态；
步骤4，进入下一个采样时刻，并重复步骤1、2和3。
2.根据权利要求1所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，其特征在于，
所述电池模组包括：电池簇、电池pack。
3.根据权利要求1所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，其特征在于，
步骤1包括：
步骤1.1，启动真空泵，保持真空泵不间断运行；
步骤1.2，在当前采样时刻下，打开当前待检测电池模组的电磁阀，闭合其余电池模组的电磁阀；
步骤1.3，在真空泵的抽取下，采集电磁阀呈打开状态的电池模组的内部气体。
4.根据权利要求1所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，其特征在于，
所述电磁阀的打开和闭合的控制方式包括：单片机控制方式、PLC控制方式。
5.根据权利要求1所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，其特征在于，
步骤2中，所述热失控探测器包括：组合型探测器、复合型探测器；
其中，组合型探测器包括：CO传感器、H2传感器、挥发性有机化合物传感器、温度传感器、烟雾传感器。
6.根据权利要求1所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法，其特征在于，
步骤3中，电磁阀的编码方式包括人工分配标识编码、串联分压编码、自动编码。
7.一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，所述装置布置在单个集装箱储能中，并且利用权利要求1至6任一项所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控检测方法来定位发生热失控的电池模组，其特征在于，
所述消防装置包括：采集管道、多组电磁阀、热失控探测器、真空泵、消防接口；
所述采集管道包括一条干路与多条支路；支路的一端与一个电池模组内部连接，另一端与干路连接；支路的数量为电池模组的数量；
所述电磁阀安装在支路内、并且近干路侧；电磁阀的数量为电池模组的数量；
所述消防接口安装在干路内，消防接口前端安装一组常闭电磁阀；
所述热失控探测器、真空泵安装在干路内、并且远离支路侧，热失控探测器前端安装一组常开电磁阀；
所述消防接口与热失控探测器、真空泵安装在干路同侧，或者消防接口与热失控探测器、真空泵安装在干路两侧。
8.根据权利要求7所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，其特征在于，
当前采样时刻下，当前待检测电池模组的电磁阀打开后，在真空泵的抽取下，电池模组内部气体，经由呈打开状态的电磁阀进入支路，经过干路，通过常开电磁阀进入热失控探测器内；此时，消防接口的常闭电磁阀处于关闭状态。
9.根据权利要求7所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，其特征在于，
当待检测电池模组正常时，即热失控探测器没有检测到热失控特征，控制当前待检测电池模组的电磁阀闭合。
10.根据权利要求7所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，其特征在于，
当待检测电池模组发生热失控时，即热失控探测器检测到热失控特征，保持当前待检测电池模组的电磁阀打开以及其余电池模组的电磁阀闭合，并打开消防接口的常闭电磁阀、闭合热失控探测器的常开电磁阀；灭火剂从消防接口处接入，通过采集管道干路，经发生热失控电池组的支路流向电池模组内部，实施灭火。
11.根据权利要求7所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，其特征在于，
所述采集管道的干路安装位置根据集装箱内电池模组的排列位置确定，安装位置包括集装箱的侧壁、地面、顶部。
12.根据权利要求7所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，其特征在于，
所述支路与电池模组连接的端口形状包括：喇叭状、漏斗状。
13.根据权利要求7所述的一种轮询抽取式集装箱储能热失控消防装置，其特征在于，
所述采集管道为密封管道，材质包括镀锌钢管、不锈钢管、氯化聚氯乙烯管。
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