CN115953873A - 一种新能源储能电站的早期预警方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种新能源储能电站的早期预警方法和系统，包括如下步骤：1)探测终端采集电池箱体上的参数信息，将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息；2)探测终端将预警信息发送至汇集终端，汇集终端对预警信息进行显示，并根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火。本发明通过探测储能柜相关参数信息得到预警信息实现早期预警，还可根据预警信息控制进行灭火。
Description
技术领域
本发明涉及新能源储能电站领域，特别是指一种新能源储能电站的早期预警方法和系统。
背景技术
随着新能源的不断发展，储能技术应用于电力系统的各个环节。锂离子电池储能集装箱由于稳定供电、便于移动等特点被广泛应用于储能领域。但是由于锂离子电池电滥用、机械滥用、热滥用会造成电池发生热失控，如果没有及时遏制电池引发的热失控会引发严重的火灾。在储能电池在产生热失控前，电池内部的物理结构和化学结构都会发生变化，电池的电压电流会出现异常；随着内部化学成分的不断分解，电池会膨胀以及温度上升。在膨胀过程中电池之间压力会发生明显的变化，膨胀过度电池包破裂产生一定的烟雾，最后在热失控后期电池发生燃烧。
为防范锂离子电池的热失控，人们已经采取了很多技术手段。首先，是提升锂离子电池质量和一致性，能够减小产生锂离子电池产生严重锂枝晶的风险。第二，是给予锂离子电池更好的控制，其中包括电压、电流控制和温度控制，以避免电池过充和过冷过热等问题。
然而，现有技术手段对控制锂电池热失控依然存在着很多不足。首先是，提高电池质量和一致性，这与锂离子电池大规模生产、大规模应用的需求量相矛盾。对于工业应用的产品而言，合格率不可能达到100％，生产总量和应用规模越大，出现事故电池的绝对数量会越多。同时应用规模越大，也越难于保证对每个锂电池电压、电流和温度的控制精度，这也使得发生事故的可能性增加。因此，对于锂离子电池的热失控进行早期预警，进而及时采用灭火措施尤为重要。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有的储能电站容易发生热失控，造成燃烧的缺陷，提出一种新能源储能电站的早期预警方法和系统，通过探测储能柜相关参数信息得到预警信息，还可根据预警信息控制进行灭火。
本发明采用如下技术方案：
一种新能源储能电站的早期预警方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)探测终端采集电池箱体上的参数信息，将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息；
2)探测终端将预警信息发送至汇集终端，汇集终端对预警信息进行显示，并根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
优选的，所述参数信息包括电压信息、温度信息、压力信息、烟雾信息和火焰信息中的一种或多种。
优选的，步骤1)中，所述将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息，具体包括如下：
将电压信息与电压预警值进行比较，将温度信息与温度预警值进行比较，将压力信息与压力预警值进行比较，将烟雾信息与烟雾预警值进行比较，当其中一种信息超出对应的预警值时，所述预警信息为预警等级Ⅰ，当其中两种信息超出对应的预警值时，所述预警信息为预警等级Ⅱ，当其中三种信息超出对应的预警值时或检测到火焰信息时，所述预警信息为预警等级Ⅲ。
优选的，步骤2)中，所述根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火具体为：当所述预警信息为预警等级Ⅲ或预警等级Ⅱ且持续时间大于30s或检测到火焰信息时，所述汇集终端开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
一种新能源储能电站的早期预警系统，包括储能柜，所述储能柜内放置有若干电池箱体，每个电池箱体内设有若干电池组，其特征在于：采用权利要求1至4中任一项所述的一种新能源储能电站的早期预警方法，其还包括有若干探测终端、汇集终端和灭火设备；若干所述探测终端设置于所述储能柜上且与若干所述电池箱体一一对应，每个探测终端采集参数信息得到预警信息并发送；所述灭火设备包括若干喷头组、管道组和灭火装置，若干所述喷头组安装于所述储能柜上且与若干所述电池箱体一一对应，所述管道组连接于所述喷头组和所述灭火装置之间；所述汇集终端与所述探测终端为无线通信以接收预警信息，所述汇集终端还与所述灭火装置相连以控制其工作状态。
优选的，所述探测终端包括有若干传感器、第一控制模块和第一无线通信模块，若干所述传感器用于检测所述参数信息，所述第一无线通信模块用于发送所述参数信息，所述第一控制模块与传感器和第一无线通信模块相连以根据参数信息得到预警信息。
优选的，若干所述传感器安装于对应的所述电池箱体上且包括有电压传感器、温度传感器、压力传感器、烟雾传感器、火焰传感器中的一种或多种。
优选的，所述喷头组包括至少两喷头，至少两喷头朝向所述电池箱体且呈对角线布置；所述管道组包括主管和至少一支管，所述主管与所述灭火装置相连，所述支管与所述主管相连；所述喷头通过连接管与所述支管相连；所述探测终端还包括至少两电磁阀，至少两所述电磁阀一一对应地安装于所述喷头组的所述连接管上。
优选的，所述灭火装置包括氮气驱动瓶和储水罐，所述氮气驱动瓶连接于所述管道组和所述储水罐之间。
优选的，所述汇集终端包括显示模块、第二无线通信模块、第二控制模块和控制阀；所述显示模块用于显示参数信息和预警信息，所述第二无线通信模块与所述探测终端无线通信，所述控制阀与所述管道组相连，所述第二控制模块与所述显示模块、第二无线通信模块和所述控制阀相连；所述汇集终端还包括报警装置，所述第二控制模块与所述报警装置相连。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明中，采用探测终端采集电池箱体上的参数信息，将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息并发送至汇集终端，汇集终端对预警信息进行显示，从而实现对电池箱体的热失控进行早期预警，还能根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
2、本发明中，采集的参数信息包括电压信息、温度信息、压力信息、烟雾信息和火焰信息等，通过将各个信息与对应的预警值进行比较，得到不同情况下的预警信息，包括有预警等级Ⅰ、预警等级Ⅱ和预警等级Ⅲ等，根据不同预警等级可采用不同处理措施。
3、本发明中，探测终端包括有若干传感器、第一控制模块和第一无线通信模块，传感器用于检测参数信息，第一无线通信模块用于发送参数信息，第一控制模块可根据参数信息得到预警信息；传感器包括有电压传感器、温度传感器、压力传感器、烟雾传感器、火焰传感器等，用于监测电池箱体的电压、温度、压力、烟雾、火焰参数等信息，且加入压力的探测可以实现对电池箱体安全状态更加全面的监测，及时预警电池热失控。
4、本发明中，喷头组设置两喷头，至少两喷头朝向电池箱体且呈对角线布置，喷头角度可根据不同电池组布置方式进行角度的调整，提高灭火效率；灭火装置包括氮气驱动瓶和储水罐，采用细水雾来扑灭锂电池火灾是最佳灭火方式。
5、本发明中，汇集终端包括显示模块、第二无线通信模块、第二控制模块和控制阀；显示模块用于显示参数信息和预警信息，第二无线通信模块与探测终端无线通信，控制阀与管道组相连，第二控制模块与显示模块、第二无线通信模块和控制阀相连以根据预警信息判断是否发出报警或控制灭火。
附图说明
图1为本发明结构图；
图2为单个电池箱体结构图；
图3为单个电池箱体俯视图；
图4为本发明系统模块图；
其中：
1：管道组；1a，主管，1b：支管，1c、连接管；2：电池组；3：灭火装置；4：储能柜；5：探测终端；5a、第一控制模块；5b、第一无线通信模块；6：电压传感器；7：压力传感器；8：喷头；9：电磁阀；10：温度传感器；11：烟雾传感器；12：火焰传感器；13：电池箱体；14：汇集终端，14a：第二控制模块；14b：第二无线通信模块；14c：控制阀；14d：报警装置，14e：显示模块。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本发明中，对于术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
一种新能源储能电站的早期预警方法，包括如下步骤：
1)探测终端采集电池箱体上的参数信息，将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息。
该步骤中，参数信息包括电压信息、温度信息、压力信息、烟雾信息和火焰信息等。将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息具体如下：
将电压信息U与电压预警值Ux进行比较，将温度信息T与温度预警值Tx进行比较，将压力信息与压力预警值进行比较，将烟雾信息S与烟雾预警值Sx进行比较，根据比较结果可分成三种预警等级。当温度信息、电压信息、压力信息、烟雾信息中的一种信息超出对应的预警值时，预警信息为预警等级Ⅰ；当温度信息、电压信息、压力信息、烟雾信息中的两种信息超出对应的预警值时，预警信息为预警等级Ⅱ；当温度信息、电压信息、压力信息、烟雾信息中的三种信息超出对应的预警值时或检测到火焰信息时，预警信息为预警等级Ⅲ。
2)探测终端将预警信息发送至汇集终端，汇集终端对预警信息进行显示，并根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
该步骤中，根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火具体为：当预警信息为预警等级Ⅲ或预警等级Ⅱ且持续时间大于30s或检测到火焰信息时，汇集终端开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
基于此，本发明还提出一种新能源储能电站的早期预警系统，包括储能柜4，储能柜4内放置有若干电池箱体13，每个电池箱体13内设有若干电池组2，即电池以成组的形式布置在每个电池箱体13，电池箱体13以堆叠方式放置于储能柜4。
本发明还包括有若干探测终端5、汇集终端14和灭火设备等。若干探测终端5设置于储能柜4上且与若干电池箱体13一一对应，即每个电池箱体13配设一个探测终端5，每个探测终端5可采集对应的电池箱体13的参数信息并发送。其中，采集的参数信息可以包括有电池组2的电压、温度、压力、烟雾、火焰参数等，这些参数信息可发送至外部终端。
具体的，探测终端5包括有若干传感器、第一控制模块5a和第一无线通信模块5b，若干传感器用于检测参数信息，其可安装于对应的电池箱体13上，其包括有温度传感器10、压力传感器7、烟雾传感器11、火焰传感器12中的一种或多种等。其中，一个电池箱体13上可设置多个温度传感器10，即通过布置多个温度传感器10将电池箱体13划分为多个温度监测区域，例如可以是四个，则分成T1、T2、T3和T4四个区域。压力传感器7可布置在电池组2夹层或侧面，用于进行电池与电池之间压力的采集，其数量也可以是多个。烟雾传感器11可布置于电池箱体13的电池组2顶部中央位置。火焰传感器12可布置于电池箱体13角落处，或其它合适位置。
进一步的，若干传感器还包括电压传感器6，电压传感器6与对应的电池箱体13内的电池组2相连，即电压传感器6通过连接电池组2的正负极进行电压采集。
第一无线通信模块5b用于发送参数信息，其采用LoRa无线通信模块。第一控制模块5a与传感器和第一无线通信模块5b相连，其可接收参数信息得到预警信息，并通过第一无线通信模块5b将参数信息和预警信息发送至外部的终端，其中，预警信息可通过对参数信息与预设预警值进行比较得到，预警信息包括预警等级Ⅰ、预警等级Ⅱ和预警等级Ⅲ等。
进一步的，灭火设备包括若干喷头组、管道组1和灭火装置3，若干喷头组安装于储能柜4上且与若干电池箱体13一一对应，管道组1连接于喷头组和灭火装置3之间，用于输送灭火用水或其他物质。喷头组包括至少两喷头8，至少两喷头8朝向电池箱体13且呈对角线布置，每个喷头8的角度可根据不同电池组2布置方式进行调整，从而提高灭火效率。
管道组1包括主管1a和至少一支管，主管1a与灭火装置3相连，支管与主管1a相连，支管可设置若干沿其长度方向分布的出水口，每个出水口可位于对应的电池箱体13顶部中轴线上；电池箱体13对应的喷头8可通过连接管1c与支管的出水口相连。
目前，细水雾是扑灭锂电池火灾的最佳灭火方式，因此，灭火装置3可包括氮气驱动瓶和储水罐，氮气驱动瓶连接于管道组1和储水罐之间，其可提供细化水雾的压力。
进一步的，探测终端5还可包括至少两电磁阀9，至少两电磁阀9一一对应地安装于喷头组的连接管1c上，用于控制对应的连接管1c的水路开或关。第一控制模块5a与电磁阀9相连，可用于根据预警信息控制电磁阀9的状态。
汇集终端14与各个探测终端5为无线通信以接收参数信息和预警信息等，汇集终端14还与灭火装置3相连以控制其工作状态。具体的，汇集终端14包括显示模块14e、第二无线通信模块14b、第二控制模块14a和控制阀14c。显示模块14e用于显示参数信息，以及显示各个电池箱体13预警状态、参数信息等。第二无线通信模块14b与探测终端5无线通信，即第二无线通信模块14b与第一无线通信模块5b通信。控制阀14c与管道组1的主管1a道相连，用于控制主管1a道的水路开或关。第二控制模块14a与显示模块14e、第二无线通信模块14b和控制阀14c相连，用于控制各个模块的工作状态。
进一步的，汇集终端14还包括报警装置14d，第二控制模块14a与报警装置14d相连，可用于根据预警信息进行判断是否出现火灾，若是，则可控制报警装置14d报警，同时打开控制阀14c的水路。该报警装置14d可以是声光报警装置等。
本发明中，探测终端5和汇集终端14之间可采用LoRa无线通讯，也即第一无线通信模块5b和第二无线通信模块14b可采用LoRa无线通信模块。第一控制模块5a可采用STC8A系列单片机，第二控制模块14a可采用STM32系列单片机，具体工作原理如下：
常规状态下，电磁阀9和控制阀14c处于关闭状态，喷头8不出水，探测终端5的各个传感器实时监测电池箱体13的参数信息，第一控制模块5a根据参数信息判断得到预警信息，并将参数信息和预警信息通过第一无线通信模块5b发送至第二无线通信模块14b，第二控制模块14a接收参数信息和预警信息并通过显示模块14e进行显示。
该步骤中，根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火具体为：当预警信息为预警等级Ⅲ或预警等级Ⅱ且持续时间大于30s或检测到火焰信息时，汇集终端开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
当探测终端5的判断得到的预警信息为预警等级Ⅲ或预警等级Ⅱ且持续时间大于30s或检测到火焰信息时，则第一控制模块5a控制对应的电磁阀9打开，并将预警信息发送至汇集终端14，汇集终端14根据预警信息控制报警装置14d进行声光报警，同时控制控制阀14c打开，则细化水雾经管道组1从喷头8喷出，朝对应的电池箱体13进行灭火。
进一步的，也可设置为：若某个区域的温度信息超过温度预警值，例如区域T1的温度异常，则开启与之最近的喷头8对应的电磁阀，区域T4的温度异常，可开启与之最近的喷头8对应的电磁阀，其他异常情况，可同时开启两个喷头8等。
另外，在发生火灾时，若灭火设备故障没有自动灭火时，可以通过人工开启探测终端5的电磁阀9和汇集终端14的控制阀14c进行灭火。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.一种新能源储能电站的早期预警方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)探测终端采集电池箱体上的参数信息，将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息；
2)探测终端将预警信息发送至汇集终端，汇集终端对预警信息进行显示，并根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
2.如权利要求1所述的一种新能源储能电站的早期预警方法，其特征在于：所述参数信息包括电压信息、温度信息、压力信息、烟雾信息和火焰信息中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的一种新能源储能电站的早期预警方法，其特征在于：步骤1)中，所述将参数信息与设定的预警值进行比较，根据比较结果确定预警信息，具体包括如下：
将电压信息与电压预警值进行比较，将温度信息与温度预警值进行比较，将压力信息与压力预警值进行比较，将烟雾信息与烟雾预警值进行比较，当其中一种信息超出对应的预警值时，所述预警信息为预警等级Ⅰ，当其中两种信息超出对应的预警值时，所述预警信息为预警等级Ⅱ，当其中三种信息超出对应的预警值时或检测到火焰信息时，所述预警信息为预警等级Ⅲ。
4.如权利要求3所述的一种新能源储能电站的早期预警方法，其特征在于：步骤2)中，所述根据预警信息判断是否开启灭火设备对电池箱体进行灭火具体为：当所述预警信息为预警等级Ⅲ或预警等级Ⅱ且持续时间大于30s或检测到火焰信息时，所述汇集终端开启灭火设备对电池箱体进行灭火。
5.一种新能源储能电站的早期预警系统，包括储能柜，所述储能柜内放置有若干电池箱体，每个电池箱体内设有若干电池组，其特征在于：采用权利要求1至4中任一项所述的一种新能源储能电站的早期预警方法，其还包括有若干探测终端、汇集终端和灭火设备；若干所述探测终端设置于所述储能柜上且与若干所述电池箱体一一对应，每个探测终端采集参数信息得到预警信息并发送；所述灭火设备包括若干喷头组、管道组和灭火装置，若干所述喷头组安装于所述储能柜上且与若干所述电池箱体一一对应，所述管道组连接于所述喷头组和所述灭火装置之间；所述汇集终端与所述探测终端为无线通信以接收预警信息，所述汇集终端还与所述灭火装置相连以控制其工作状态。
6.如权利要求5所述的一种新能源储能电站的早期预警系统，其特征在于：所述探测终端包括有若干传感器、第一控制模块和第一无线通信模块，若干所述传感器用于检测所述参数信息，所述第一无线通信模块用于发送所述参数信息，所述第一控制模块与传感器和第一无线通信模块相连以根据参数信息得到预警信息。
7.如权利要求5所述的一种新能源储能电站的早期预警系统，其特征在于：若干所述传感器安装于对应的所述电池箱体上且包括有电压传感器、温度传感器、压力传感器、烟雾传感器、火焰传感器中的一种或多种。
8.如权利要求5所述的一种新能源储能电站的早期预警系统，其特征在于：所述喷头组包括至少两喷头，至少两喷头朝向所述电池箱体且呈对角线布置；所述管道组包括主管和至少一支管，所述主管与所述灭火装置相连，所述支管与所述主管相连；所述喷头通过连接管与所述支管相连；所述探测终端还包括至少两电磁阀，至少两所述电磁阀一一对应地安装于所述喷头组的所述连接管上。
9.如权利要求5所述的一种新能源储能电站的早期预警系统，其特征在于：所述灭火装置包括氮气驱动瓶和储水罐，所述氮气驱动瓶连接于所述管道组和所述储水罐之间。
10.如权利要求5所述的一种新能源储能电站的早期预警系统，其特征在于：所述汇集终端包括显示模块、第二无线通信模块、第二控制模块和控制阀；所述显示模块用于显示参数信息和预警信息，所述第二无线通信模块与所述探测终端无线通信，所述控制阀与所述管道组相连，所述第二控制模块与所述显示模块、第二无线通信模块和所述控制阀相连；所述汇集终端还包括报警装置，所述第二控制模块与所述报警装置相连。
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Citations (9)
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- 2023-01-17 CN CN202310060669.9A patent/CN115953873A/zh active Pending
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