CN118136995B - 一种集装箱储能系统火灾控制方法、设备以及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集装箱储能系统火灾控制方法、设备以及存储介质，属于储能领域，通过BMS系统获取集装箱内每一电芯的实时电压U，通过电芯内的第一温度传感器获取每一电芯的内部实时温度T1，通过设置于集装箱内并位于电池包外部的第二温度传感器获取集装箱内实时温度T2，通过设置于集装箱外的第三温度传感器获取集装箱外环境的实时温度T3；根据实时电压U、T1、T2以及T3判断火灾类型，根据不同的火灾类型进行不同的控制操作，通过上述步骤，集装箱储能系统火灾控制方法能够自动识别集装箱储能系统火灾，并判断是电芯热失控、集装箱内部并且电芯外部的区域火灾还是集装箱外部火灾，根据火灾类别不同采取不同对应措施。
Description
技术领域
本发明涉及集装箱储能，尤其是涉及集装箱储能系统火灾控制方法、设备以及存储介质。
背景技术
随着能源结构的转变和清洁能源的发展，储能集装箱在电力行业的应用越来越广泛。然而，随着其使用量的增加，安全问题也日益凸显。其中，火灾风险是储能集装箱使用过程中不可忽视的问题之一。
现有研究多针对单体或是模组级的储能单元热失控机理、蔓延特性及其灭火措施，例如专利CN117117356B一种储能电池组热失控监测溯源方法及系统，公开了通过温度传感器阵列和气体传感器阵列，采集储能电池组内多个电池电源的温度信息和气体信息，判断热失控的发生。专利CN117110901B一种新能源测试车车载锂电池监控系统及方法，公开了通过温度传感器、烟雾探测器以及BMS电池管理系统同时对车载锂离子电池的各项数据进行监控，根据数据判断热失控发生，以及报警。
但储能集装箱在实际使用时，不但会发生单个或是模组级的储能单元热失控，还存在集装箱内部线路老化导致的集装箱内火灾以及集装箱外部环境火灾（相邻集装箱火灾或集装箱所在建筑火灾）等情况，现有技术还无法自动对不同火灾情况进行识别判断并采取对应的救火措施。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种能够自动识别集装箱储能系统火灾以及火灾类别，并根据火灾类别采取对应措施的集装箱储能系统火灾控制方法。
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之二在于提供一种能够自动识别集装箱储能系统火灾以及火灾类别，并根据火灾类别采取对应措施的集装箱储能系统火灾控制设备。
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之三在于提供一种能够自动识别集装箱储能系统火灾以及火灾类别，并根据火灾类别采取对应措施的计算机可读存储介质。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种集装箱储能系统火灾控制方法，包括以下步骤：
数据采集：通过BMS系统获取集装箱内每一电芯的实时电压U，通过电芯内的第一温度传感器获取每一电芯的内部实时温度T1，通过设置于集装箱内并位于电池包外部的第二温度传感器获取集装箱内实时温度T2，通过设置于集装箱外的第三温度传感器获取集装箱外环境的实时温度T3；
判断火灾类型：当T1、T2以及T3中的任意一个数值大于阈值时，判断存在火灾；当U迅速减小并且T1大于阈值时，此时集装箱处于第一模式，为电芯热失控；当U在预设范围内并且T2大于阈值时，此时集装箱处于第二模式，为位于集装箱内部并且电芯外部的区域火灾；当U在预设范围内并且T3大于阈值时，此时集装箱处于第三模式，为集装箱外部火灾；当U迅速减小、T1大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态；当U在预设范围内、T3大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态；
控制火灾：当集装箱处于所述第一模式时，切断对应电芯的电源并报警；当集装箱处于所述第二模式时，集装箱内的灭火装置对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于所述第三模式时，集装箱外的卷帘门下落形成灭火屏障并报警；当集装箱处于从所述第一模式发展成所述第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于从所述第三模式发展成所述第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警。
进一步地，所述第二温度传感器的数量为多个，多个所述第二温度传感器在所述集装箱内的立体空间均匀分布，记录多个所述第二温度传感器的位置信息，在所述控制火灾步骤中，根据T2大于阈值的所述第二温度传感器的位置信息得到所述集装箱内火灾位置，对着火位置进行灭火。
进一步地，当T2大于阈值的所述第二温度传感器的数量为多个时，根据多个所述第二温度传感器的位置信息以及实时温度T2，绘制集装箱内空间温度分布图，根据空间温度分布图计算起火点位置。
进一步地，所述集装箱储能系统火灾控制方法还包括对采集数据的正确性进行判断步骤，所述对采集数据的正确性进行判断步骤位于所述数据采集步骤之后并位于所述判断火灾类型步骤之前，所述对采集数据的正确性进行判断具体为：对所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器采集的数据进行判断，采集每一传感器的之前两段时间的数据，分别计算每一段时间内监测数据的增长量与传感器测量最大量程的比值，根据两段时间对应的比值得到传感器监测数据的增长趋势，判断传感器的精度是否发生变化。
进一步地，当传感器的精度发生变化时，判断所述传感器的数据为异常数据，对所述传感器进行重启并继续进行数据的正确性判断，当传感器的数据依然为异常数据时，对所述传感器弃用。
进一步地，在所述判断火灾类型步骤中，根据所述集装箱的安装环境设定所述T3的阈值，当集装箱露天安置时，采集当天的实时气温数据，根据实时气温数据确定T3的阈值；当集装箱安装于建筑物中时，根据建筑物内的室温确定T3的阈值。
进一步地，当所述判断火灾类型步骤中，当所述集装箱的数量为多个时，集装箱外部火灾包括其他物品着火以及相邻集装箱着火，根据相邻所述集装箱的数据判断是其他物品着火还是相邻集装箱着火。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种集装箱储能系统火灾控制设备，用于实施如上述任意一种集装箱储能系统火灾控制方法，所述集装箱储能系统火灾控制设备包括BMS系统、多个第一温度传感器、多个第二温度传感器、多个第三温度传感器以及处理器，多个所述第一温度传感器分别安装于多个电芯中，每一所述第一温度传感器测量一所述电芯的实时温度，BMS系统检测每一电芯的实时电压，多个第二温度传感器立体间隔分布于集装箱内部，多个第三温度传感器设置于所述集装箱的外部四周，所述处理器根据所述BMS系统的实时电压、电芯的内部实时温度T1、集装箱内实时温度T2以及集装箱外环境的实时温度T3判断火灾是否发生以及火灾类型并根据火灾类型进行对应的控制操作。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任意一种集装箱储能系统火灾控制方法。
相比现有技术，本发明集装箱储能系统火灾控制方法的BMS系统获取集装箱内每一电芯的实时电压U，通过电芯内的第一温度传感器获取每一电芯的内部实时温度T1，通过设置于集装箱内并位于电池包外部的第二温度传感器获取集装箱内实时温度T2，通过设置于集装箱外的第三温度传感器获取集装箱外环境的实时温度T3；当T1、T2以及T3中的任意一个数值大于阈值时，判断存在火灾；当U迅速减小并且T1大于阈值时，此时集装箱处于第一模式，为电芯热失控；当U在预设范围内并且T2大于阈值时，此时集装箱处于第二模式，为位于集装箱内部并且电芯外部的区域火灾；当U在预设范围内并且T3大于阈值时，此时集装箱处于第三模式，为集装箱外部火灾；当U迅速减小、T1大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态；当U在预设范围内、T3大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态；当集装箱处于所述第一模式时，切断对应电芯的电源并报警；当集装箱处于所述第二模式时，集装箱内的灭火装置对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于所述第三模式时，集装箱外的卷帘门下落形成灭火屏障并报警；当集装箱处于从所述第一模式发展成所述第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于从所述第三模式发展成所述第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警，通过上述步骤，能够自动识别集装箱储能系统火灾，并判断是电芯热失控、集装箱内部并且电芯外部的区域火灾还是集装箱外部火灾，根据火灾类别不同采取不同对应措施。
附图说明
图1为本发明集装箱储能系统火灾控制方法的流程图；
图2为本发明集装箱储能系统火灾控制方法中集装箱内部温度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
集装箱储能系统包括至少一集装箱，集装箱内设有多个电池架，每一电池架上安装有多个电池包，每一电池包内包含多个电芯，电芯作为最小的储能单元进行电能的存储以及释放。每一电池包设有BMS系统（电池管理系统），BMS是配合监控储能电池状态的设备，主要就是为了智能化管理及维护各个电芯，防止电芯出现过充电和过放电，延长电芯的使用寿命，监控电芯的状态。BMS能够实时监控、采集电芯的状态参数（包括但不限于电芯电压、电芯极柱温度、电芯回路电流、电芯组端电压、电芯系统绝缘电阻等）。本申请中采用BMS实时监测的电芯组端电压。
如图1所示，本发明集装箱储能系统火灾控制方法，包括以下步骤：
数据采集：通过BMS系统获取集装箱内每一电芯的实时电压U，通过电芯内的第一温度传感器获取每一电芯的内部实时温度T1，通过设置于集装箱内并位于电池包外部的第二温度传感器获取集装箱内实时温度T2，通过设置于集装箱外的第三温度传感器获取集装箱外环境的实时温度T3；
判断火灾类型：当T1、T2以及T3中的任意一个数值大于阈值时，判断存在火灾；当U迅速减小并且T1大于阈值时，此时集装箱处于第一模式，为电芯热失控；当U在预设范围内并且T2大于阈值时，此时集装箱处于第二模式，为位于集装箱内部并且电芯外部的区域火灾；当U在预设范围内并且T3大于阈值时，此时集装箱处于第三模式，为集装箱外部火灾；当U迅速减小、T1大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态；当U在预设范围内、T3大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态；
控制火灾：当集装箱处于第一模式时，切断对应电芯的电源并报警；当集装箱处于第二模式时，集装箱内的灭火装置对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于第三模式时，集装箱外的卷帘门下落形成灭火屏障并报警；当集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警。
具体的，在数据采集步骤中，每一电芯内部设有一温度传感器，当电芯发生热失控时，电芯内部温度升高，但电芯内部温度升高也有可能由其他原因导致，因此需要满足电芯内部温度升高，电压U迅速减小才能判断热失控的发生。第二温度传感器的数量为多个，多个第二温度传感器立体分布于集装箱内部，并且多个第二温度传感器尽量均匀分布，以检测集装箱内部不同位置的温度。通过记录多个第二温度传感器的位置信息，能够获取集装箱内部不同位置的温度信息，并将位置信息与温度信息配对。
第三温度传感器的数量为多个，多个第三温度传感器分别设置于集装箱的四周，以检测不同方位的外部环境温度。具体的，集装箱的外部环境温度根据集装箱的安置环境确定，当集装箱露天设置时，集装箱的外部环境温度和气温相关；当集装箱设置于建筑物内时，集装箱的外部环境温度和室温相关。
本发明集装箱储能系统火灾控制方法还包括对采集数据的正确性进行判断步骤，对采集数据的正确性进行判断步骤位于数据采集步骤之后并位于判断火灾类型步骤之前，对采集数据的正确性进行判断具体为：对第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器采集的数据进行判断，采集每一传感器的之前两段时间的数据，分别计算每一段时间内监测数据的增长量与传感器测量最大量程的比值，根据两段时间对应的比值得到传感器监测数据的增长趋势，判断传感器的精度是否发生变化。
在本实施例中，采集每一温度传感器t1以及t2时间段内的数据，t1以及t2为数据采集步骤之前的时段，t2大于t1，t1时间段数据增长量为△1，传感器测量最大量程为a，增长量与传感器测量最大量程的比值为△1/a；t2时间段数据增长量为△2，增长量与传感器测量最大量程的比值为△2/a；当△1/a小于△2/a时，则当前采集的监测数据为正常数据，否则为异常数据。
当传感器的数据为异常数据时，对传感器进行重启并继续进行数据的正确性判断，重启后当传感器的数据依然为异常数据时，对传感器弃用。
具体的，在判断火灾类型步骤中，本申请通过判断火灾的起火点的位置对火灾进行类型划分，因此总体上将火灾类型划分为三个模式，分别为于第一模式，为电芯热失控；第二模式，为位于集装箱内部并且电芯外部的区域火灾；第三模式，为集装箱外部火灾。虽然实际火灾时，可能存在起火点同时位于集装箱外部以及集装箱内部的情况，但为小概率事件，可以忽略。在判断火灾类型步骤中，还通过传感器数据以及电压数据的变化以及数值的变化，判断火灾的发展阶段，例如：T1大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态；当U在预设范围内、T3大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态。
根据集装箱的安装环境设定T3的阈值，当集装箱露天安置时，采集当天的实时气温数据，根据实时气温数据确定T3的阈值；当集装箱安装于建筑物中时，根据建筑物内的室温确定T3的阈值。
在控制火灾步骤中，由于多个第二温度传感器的位置信息已知，根据多个第二温度传感器的位置信息以及实时温度T2，绘制集装箱内空间温度分布图，如图2所示，根据空间温度分布图计算起火点位置。当集装箱的数量为多个时，集装箱外部火灾包括其他物品着火以及相邻集装箱着火，根据相邻集装箱的数据判断是其他物品着火还是相邻集装箱着火。
本申请还公开了一种集装箱储能系统火灾控制设备，用于实施上述集装箱储能系统火灾控制方法，集装箱储能系统火灾控制设备包括BMS系统、多个第一温度传感器、多个第二温度传感器、多个第三温度传感器以及处理器，多个第一温度传感器分别安装于多个电芯中，每一第一温度传感器测量一电芯的实时温度，BMS系统检测每一电芯的实时电压，多个第二温度传感器立体间隔分布于集装箱内部，多个第三温度传感器设置于集装箱的外部四周，处理器根据BMS系统的实时电压、电芯的内部实时温度T1、集装箱内实时温度T2以及集装箱外环境的实时温度T3判断火灾是否发生以及火灾类型并根据火灾类型进行对应的控制操作。
本申请还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述任意一种集装箱储能系统火灾控制方法。
相比现有技术，本发明集装箱储能系统火灾控制方法的BMS系统获取集装箱内每一电芯的实时电压U，通过电芯内的第一温度传感器获取每一电芯的内部实时温度T1，通过设置于集装箱内并位于电池包外部的第二温度传感器获取集装箱内实时温度T2，通过设置于集装箱外的第三温度传感器获取集装箱外环境的实时温度T3；当T1、T2以及T3中的任意一个数值大于阈值时，判断存在火灾；当U迅速减小并且T1大于阈值时，此时集装箱处于第一模式，为电芯热失控；当U在预设范围内并且T2大于阈值时，此时集装箱处于第二模式，为位于集装箱内部并且电芯外部的区域火灾；当U在预设范围内并且T3大于阈值时，此时集装箱处于第三模式，为集装箱外部火灾；当U迅速减小、T1大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态；当U在预设范围内、T3大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态；当集装箱处于第一模式时，切断对应电芯的电源并报警；当集装箱处于第二模式时，集装箱内的灭火装置对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于第三模式时，集装箱外的卷帘门下落形成灭火屏障并报警；当集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警，通过上述步骤，能够自动识别集装箱储能系统火灾，并判断是电芯热失控、集装箱内部并且电芯外部的区域火灾还是集装箱外部火灾，根据火灾类别不同采取不同对应措施，能够在火灾刚发生时，有效发现，并缩短灭火时间。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进演变，都是依据本发明实质技术对以上实施例做的等同修饰与演变，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
数据采集：通过BMS系统获取集装箱内每一电芯的实时电压U，通过电芯内的第一温度传感器获取每一电芯的内部实时温度T1，通过设置于集装箱内并位于电池包外部的第二温度传感器获取集装箱内实时温度T2，通过设置于集装箱外的第三温度传感器获取集装箱外环境的实时温度T3；
判断火灾类型：当T1、T2以及T3中的任意一个数值大于阈值时，判断存在火灾；当U迅速减小并且T1大于阈值时，此时集装箱处于第一模式，为电芯热失控；当U在预设范围内并且T2大于阈值时，此时集装箱处于第二模式，为位于集装箱内部并且电芯外部的区域火灾；当U在预设范围内并且T3大于阈值时，此时集装箱处于第三模式，为集装箱外部火灾；当U迅速减小、T1大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第一模式发展成第二模式状态；当U在预设范围内、T3大于阈值并且T2增加时，此时集装箱处于从第三模式发展成第二模式状态；
控制火灾：当集装箱处于所述第一模式时，切断对应电芯的电源并报警；当集装箱处于所述第二模式时，集装箱内的灭火装置对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于所述第三模式时，集装箱外的卷帘门下落形成灭火屏障并报警；当集装箱处于从所述第一模式发展成所述第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警；当集装箱处于从所述第三模式发展成所述第二模式状态时，切断所有电芯的电源、对集装箱内部进行灭火并报警。
2.根据权利要求1所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：所述第二温度传感器的数量为多个，多个所述第二温度传感器在所述集装箱内的立体空间均匀分布，记录多个所述第二温度传感器的位置信息，在所述控制火灾步骤中，根据T2大于阈值的所述第二温度传感器的位置信息得到所述集装箱内火灾位置，对着火位置进行灭火。
3.根据权利要求2所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：当T2大于阈值的所述第二温度传感器的数量为多个时，根据多个所述第二温度传感器的位置信息以及实时温度T2，绘制集装箱内空间温度分布图，根据空间温度分布图计算起火点位置。
4.根据权利要求1所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：所述集装箱储能系统火灾控制方法还包括对采集数据的正确性进行判断步骤，所述对采集数据的正确性进行判断步骤位于所述数据采集步骤之后并位于所述判断火灾类型步骤之前，所述对采集数据的正确性进行判断具体为：对所述第一温度传感器、第二温度传感器以及第三温度传感器采集的数据进行判断，采集每一传感器的之前两段时间的数据，分别计算每一段时间内监测数据的增长量与传感器测量最大量程的比值，根据两段时间对应的比值得到传感器监测数据的增长趋势，判断传感器的精度是否发生变化。
5.根据权利要求4所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：当传感器的精度发生变化时，判断所述传感器的数据为异常数据，对所述传感器进行重启并继续进行数据的正确性判断，当传感器的数据依然为异常数据时，对所述传感器弃用。
6.根据权利要求1所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：在所述判断火灾类型步骤中，根据所述集装箱的安装环境设定所述T3的阈值，当集装箱露天安置时，采集当天的实时气温数据，根据实时气温数据确定T3的阈值；当集装箱安装于建筑物中时，根据建筑物内的室温确定T3的阈值。
7.根据权利要求6所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：当所述判断火灾类型步骤中，当所述集装箱的数量为多个时，集装箱外部火灾包括其他物品着火以及相邻集装箱着火，根据相邻所述集装箱的数据判断是其他物品着火还是相邻集装箱着火。
8.一种集装箱储能系统火灾控制设备，用于实施如权利要求1-7任意一项所述的集装箱储能系统火灾控制方法，其特征在于：所述集装箱储能系统火灾控制设备包括BMS系统、多个第一温度传感器、多个第二温度传感器、多个第三温度传感器以及处理器，多个所述第一温度传感器分别安装于多个电芯中，每一所述第一温度传感器测量一所述电芯的实时温度，BMS系统检测每一电芯的实时电压，多个第二温度传感器立体间隔分布于集装箱内部，多个第三温度传感器设置于所述集装箱的外部四周，所述处理器根据所述BMS系统的实时电压、电芯的内部实时温度T1、集装箱内实时温度T2以及集装箱外环境的实时温度T3判断火灾是否发生以及火灾类型并根据火灾类型进行对应的控制操作。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的集装箱储能系统火灾控制方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110649194A (zh) * | 2019-09-05 | 2020-01-03 | 国网湖南省电力有限公司 | 一种储能电池集装箱、电池储能消防系统及其应用方法 |
| CN216497209U (zh) * | 2021-11-03 | 2022-05-13 | 湖北亿纬动力有限公司 | 一种集装箱储能系统的消防装置 |
Patent Citations (2)
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