CN210743192U - 一种锂电池储能系统的消防预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池储能系统的消防预警系统，通过在电池组内部安装温度传感器来监测电池组的温度信息，再将温度信息传递至BMS控制器，BMS控制器内的温度信息通过CAN总线传递至信号处理系统，信号处理系统根据温度值和温度变化率来控制消防喷射阀实现消防剂喷射，从而实现预防和灭火功能，避免了在已经发生明火的情况下，传统消防系统滞后启动的问题，最大程度上保证了锂电池储能系统的用电安全；另外本实用新型中的BMS控制器采用三层分级控制结构，可实现大容量多电池组的温度监测。

Description

一种锂电池储能系统的消防预警系统

技术领域

本实用新型涉及消防系统安全技术领域，尤其涉及一种锂电池储能系统的消防预警系统。

背景技术

随着电力需求的增加，为满足发电厂设备、用户设备和电力系统的正常运行，电力系统对频率的控制设置了要求，而锂电池储能系统兼并了功率密度和能量密度两个主要特点，非常适合于电力系统的调频，近年来越来越多的锂电池储能系统开始为电力系统提供支持。锂电池储能主要应用在电网、通讯、不间断电源等储能电源电站上。锂电池储能一般是以集装箱的形式来运行，目前主要采取的是户外运行。

锂电池储能主要有锂电池的火灾危险性和电气设备火灾危险性。锂电池火灾主要是电解液受热分解燃烧，是一种化合物气体燃烧火灾，在电池内部材料之间发生的化学反应。电解液分解大量的热量是电池失控，导致电解液燃烧，在大型的锂电池储能项目上，电池模组具有密度高、集中分布式的特点，多个电池模组通过串并联的关系形成大型的储能系统。这样增加了锂电池故障出现的概率，并且电池之间无法切断电路，增大了火灾发生的概率。储能系统同时附属了很多电气设备，内部还连接了高压大电流的电缆，如果长期发热高温会造成柜体内部分电气元件氧化腐蚀，使其不能满足原设计的电阻、绝缘要求，是整个储能系统存在较大的风险，也会增加火灾发生的概率。

目前储能系统上使用的消防系统，大部分是外加的常用型应急消防系统，与储能锂电池是分离开来的，储能系统与消防系统并没有建立关联。这样的消防系统只是单独作为一个消防设备，并不能检测锂电池的状态，不能提前预防，在预警功能上还不能满足锂电池储能系统对消防的要求。

为了解决上述技术问题，亟需一种锂电池储能系统的消防预警系统来解决现有的技术问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种锂电池储能系统的消防预警系统，通过在电池组内部安装温度传感器来监测电池组的温度信息，再将温度信息传递至BMS控制器，BMS控制器内的温度信息通过CAN总线传递至信号处理系统，信号处理系统控制消防喷射阀实现消防剂喷射，从而实现预防和灭火功能。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的。

一种锂电池储能系统的消防预警系统，该锂电池储能系统的消防预警系统包括：锂电池PACK模块和设置于所述锂电池PACK模块内获取电芯温度信息的BMS控制器模块以及对温度信号进行处理并输出控制信号的信号处理系统；

所述BMS控制器模块包括BMU单元，所述BMU单元设置在电池仓内，并分别与紧贴在单体电芯表面的温度传感器以及设置在单体电芯输出端的一级电压检测传感器电连接，监测单体电芯的温度和电压。

进一步的，所述BMS控制器模块还包括BCU单元，所述BCU单元设置于所述包装壳体内的上部箱体内，通过CAN总线接收所述BMU单元检测到的单体电芯的温度值及电压值，并检测由多个单体电芯组成的电池组的总电压值。

进一步的，所述BMS控制器模块还包括BAU单元，所述BAU单元设置于所述包装壳体内的上部箱体内；BAU通过CAN总线收集所述BCU单元内的单体电芯的温度值、电压值及整组电池组的总电压值信息并进行汇总，通过CAN总线或串口通讯或网口通讯的方式与信号处理系统进行通讯。

更进一步的，锂电池PACK模块包括由若干个电芯组成的电池组和设置在电池组外部的包装壳体，所述包装壳体将所述电池组与外界分隔开，同时所述包装壳体内部设置有若干个水平设置的隔板，所述隔板与隔板之间形成若干个分隔开的电池仓，两个所述电池组设置在一个电池仓内。

进一步的，所述包装壳体为集装箱形式，所述电池组两两并联后再将若干组两两并联的电池组串联，以增加锂电池储能系统的容量和高压电流输出，所述包装壳体内设置有消防剂喷射装置，所述消防剂喷射装置上设置有消防喷射电磁阀。

进一步的，所述BMU单元包括：一级MCU、一级电池监测芯片和一级CAN通讯模块；每个单体电芯的侧壁均设置有温度传感器，所述温度传感器紧贴电芯的外表面；所述一级电池监测芯片同时与所述温度传感器、一级电压检测传感器和一级MCU电连接，实时采集电芯的温度和电压信号，并将采集到的温度及电压信号传递至一级MCU；所述一级MCU将温度及电压信号进行存储并通过一级CAN通讯模块传递至所述BCU单元。

进一步的，所述BCU单元包括：二级电压检测传感器、二级MCU、二级电池监测芯片和二级CAN通讯模块；所述二级电压检测传感器与电池组的输出端电连接；二级电池监测芯片与二级电压检测传感器、二级MCU电连接，实时采集电池组的电压信号，并将采集到的电压信号传递至二级MCU；所述一级CAN通讯模块与二级MCU电连接，所述一级MCU将单体电芯的温度及电压信号通过一级CAN通讯模块传递至所述BCU单元；所述二级MCU与二级CAN通讯模块电连接，将温度及电压信号通过二级CAN通讯模块传递至所述BAU单元。

进一步的，所述BAU单元包括：三级MCU和三级CAN通讯模块，所述三级MCU将所述BCU单元的信号通过二级CAN通讯模块传递至信号处理系统。

更进一步的，所述温度传感器为NTC热敏电阻，所述一级电池监测芯片与一级MCU通过串口通讯方式通讯，所述二级电池监测芯片与二级MCU通过串口通讯方式通讯。

根进一步的，所述信号处理系统采集模块、逻辑控制模块、显示模块；所述采集模块与三级CAN通讯模块实现通讯，输出指示信号及接收所述BAU单元的数据；

进一步的，所述显示模块外接外部显示装置，用于显示电芯的电压、温度、温度变化率及电池组总电压和消防喷射电磁阀的状态。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型通过在电池组内部安装温度传感器来监测电池组的温度信息，再将温度信息传递至BMS控制器，BMS控制器内的温度信息通过CAN总线传递至信号处理系统，信号处理系统根据温度值和温度变化率来控制消防喷射阀实现消防剂喷射，从而实现预防和灭火功能，避免了在已经发生明火的情况下，传统消防系统滞后启动的问题，最大程度上保证了锂电池储能系统的用电安全；

2、本实用新型中的BMS控制器采用三层分级控制结构，可实现大容量多电池组的温度监测。

附图说明

图1为本实用新型的消防预警系统图；

图2为本实用新型的锂电池pack模块结构示意图；

图3为BUM模块组成图；

图4为信号处理系统图。

图中：1、温度传感器；2、消防喷射电磁阀；4、包装壳体；5、电池组；6、箱体。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1至图4所示，一种锂电池储能系统的消防预警系统，包括：锂电池PACK模块、BMS控制器模块及信号处理系统。

锂电池PACK模块包括由若干个电芯组成的电池组5和设置在电池组5外部的包装壳体4；所述包装壳体4将所述电池组5与外界分隔开；

同时所述包装壳体4内部设置有若干个水平设置的隔板，所述隔板与隔板之间形成若干个分隔开的电池仓，两个所述电池组5设置在一个电池仓内，这样被分层放置；

所述包装壳体4可以为集装箱形式。

为了增加锂电池储能系统的容量，将所述电池组5两两并联；

为了输出高压电流，再将若干组两两并联的电池组5串联。

所述包装壳体4内设置有BMS控制器。

所述包装壳体4内设置有消防剂喷射装置，所述消防剂喷射装置上设置有消防喷射电磁阀2。

所述BMS控制器模块包括：BMU(电池管理单元，Battery Management Unit)、BCU(电池控制单元，Battery Control Unit)、BAU(电池分析单元，Battery Analysis Unit)；

BMU为底层控制层级，设置在电池仓内，监测单体电芯的温度和电压，并通过CAN总线向上级BCU实时传递单体电芯的温度和电压信息。

BCU为BMU的上一控制层级，设置于所述包装壳体4内的上部箱体6内；

BCU收集若干个BMU检测到的单体电芯的温度值及电压值，并检测由多个单体电芯组成的电池组5的总电压值，并通过CAN总线向上级BAU实时传递单体电芯的温度值、电压值及整组电池组5的总电压值。

BAU为BCU的上一控制层级，设置于所述包装壳体4内的上部箱体6内；

BAU收集下级BCU的信息并进行汇总，通过CAN总线的方式与信号处理系统进行通讯，也可以通过串口通讯或网口通讯的方式与信号处理系统进行通讯。

具体的，所述BMU包括：温度传感器1、一级电压检测传感器、一级MCU(微控制单元)、一级电池监测芯片和一级CAN通讯模块；

在每个单体电芯的侧壁上设置有温度传感器1，所述温度传感器1紧贴电芯的外表面，通过热传导的方式感知电芯的温度。

一级电压检测传感器与电芯的输出端电连接；

一级电池监测芯片与温度传感器1和一级电压检测传感器电连接，实时采集电芯的温度和电压信号；

一级电池监测芯片与一级MCU电连接，将采集到的温度及电压信号传递至一级MCU；

所述一级MCU将温度及电压信号进行存储并通过一级CAN通讯模块传递至上层的BCU；

一级CAN通讯模块在CAN总线上发送和接收数据。

更具体的，温度传感器1为NTC热敏电阻；将NTC热敏电阻贴装在单体电芯表面，以此获得电芯的温度；

一级电池监测芯片为bq76PL45A芯片，支持对6-16节锂离子电池的测量，包括钻、锰、磷酸盐系列锂电池及燃料电池；

一级MCU为LPC845M301JBD64芯片，起主控制及运算功能；

LPC845M301JBD64为32位微控制器，基于ARM Cortex-MO的内核，最高频率可到30MHz，具有64KB的ROM，16KB的RAM；

一级电池监测芯片与一级MCU通过串口通讯方式通讯；

NTC热敏电阻的输出端与bq76PL45A芯片的AUX端口相连，即NTC热敏电阻采集到的温度信息，直接送至bq76PL45A芯片处理，再通过串口通讯方式传输给一级MCU。

一级CAN通讯模块采用TCAN450-q1芯片，其具备收发一体功能，使得报文能够在CAN协议下进行发送和接收；通过SPI接口发送命令都能够启动报文的发送；此时，检查通讯状态或错误信息可以通过读取对应的寄存器来完成。

TCAN450-q1的中断引脚增强了系统的灵活性，是否使用这些引脚功能由用户来决定。这些引脚能够用来指示有效报文是否被接收或者装载到各接收缓冲器。如果用户不使用这些引脚，也可通过SPI接口访问状态寄存器，以此确定有效报文是否已经被接收或者装载到各接收缓冲器。

一级MCU控制TCAN450-q1来实现数据在CAN总线上的收发；一级MCU和TCAN450-q1之间采用SPI通讯方式；TCAN450-q1具有FD控制器和收发器；在实际电路中，TCAN450-q1的CANH和CANL之间并联了一个120Ω的电阻，可以起到滤除总线上高频干扰的作用，也具有一定的防电磁辐射的作用。

具体的，所述BCU包括：二级电压检测传感器、二级MCU(微控制单元)、二级电池监测芯片和二级CAN通讯模块；

所述二级电压检测传感器与电池组5的输出端电连接；

二级电池监测芯片与二级电压检测传感器电连接，实时采集电池组5的电压信号；

二级电池监测芯片与二级MCU电连接，将采集到的电压信号传递至二级MCU；

一级CAN通讯模块与二级MCU电连接，一级MCU将单体电芯的温度及电压信号通过一级CAN通讯模块传递至上层的BCU；

二级MCU与二级CAN通讯模块电连接，将温度及电压信号通过二级CAN通讯模块传递至上层BAU。

更具体的，二级MCU为LPC845M301JBD64芯片，起主控制及运算功能；

二级电池监测芯片为bq76PL45A芯片；

二级电池监测芯片与二级MCU通过串口通讯方式通讯；

二级CAN通讯模块采用TCAN450-q1芯片。

所述BAU包括：三级MCU(微控制单元)和三级CAN通讯模块；

三级MCU将下层BCU通过二级CAN通讯模块传递至信号处理系统。

所述信号处理系统，以JCMC系列控制器为硬件基础，实现软件模块功能，其软件模块包括：采集模块、逻辑控制模块、显示模块。

采集模块与三级CAN通讯模块实现通讯，输出指示信号及接收BAU数据；

显示模块外接外部显示装置，用于显示电芯的电压、温度、温度变化率及电池组5总电压和消防喷射电磁阀2的状态。

逻辑控制模块具有逻辑判断功能，将电芯温度与标准温度进行比对，从而计算出电芯温度的变化率，来控制显示模块显示温度的变化状况及控制消防喷射电磁阀2的开启与关闭状态，从而控制消防剂的喷射状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，该锂电池储能系统的消防预警系统包括：锂电池PACK模块和设置于所述锂电池PACK模块内获取电芯温度信息的BMS控制器模块以及对温度信号进行处理并输出控制信号的信号处理系统；

所述BMS控制器模块包括BMU单元，所述BMU单元设置在电池仓内，并分别与紧贴在单体电芯表面的温度传感器(1)以及设置在单体电芯输出端的一级电压检测传感器电连接，监测单体电芯的温度和电压。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述BMS控制器模块还包括BCU单元，所述BCU单元设置于包装壳体(4)内的上部箱体(6)内，通过CAN总线接收所述BMU单元检测到的单体电芯的温度值及电压值，并检测由多个单体电芯组成的电池组(5)的总电压值。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述BMS控制器模块还包括BAU单元，所述BAU单元设置于所述包装壳体(4)内的上部箱体(6)内；BAU通过CAN总线收集所述BCU单元内的单体电芯的温度值、电压值及整组电池组的总电压值信息并进行汇总，通过CAN总线或串口通讯或网口通讯的方式与信号处理系统进行通讯。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，锂电池PACK模块包括由若干个电芯组成的电池组(5)和设置在电池组(5)外部的包装壳体(4)，所述包装壳体(4)将所述电池组(5)与外界分隔开，同时所述包装壳体内部设置有若干个水平设置的隔板，所述隔板与隔板之间形成若干个分隔开的电池仓，两个所述电池组(5)设置在一个电池仓内。

5.根据权利要求4所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述包装壳体(4)为集装箱形式，所述电池组(5)两两并联后再将若干组两两并联的电池组串联，以增加锂电池储能系统的容量和高压电流输出，所述包装壳体(4)内设置有消防剂喷射装置，所述消防剂喷射装置上设置有消防喷射电磁阀(2)。

6.根据权利要求2至3任一项所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述BMU单元包括：一级MCU、一级电池监测芯片和一级CAN通讯模块；每个单体电芯的侧壁均设置有温度传感器(1)，所述温度传感器(1)紧贴电芯的外表面；所述一级电池监测芯片同时与所述温度传感器(1)、一级电压检测传感器和一级MCU电连接，实时采集电芯的温度和电压信号，并将采集到的温度及电压信号传递至一级MCU；所述一级MCU将温度及电压信号进行存储并通过一级CAN通讯模块传递至所述BCU单元。

7.根据权利要求6所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述BCU单元包括：二级电压检测传感器、二级MCU、二级电池监测芯片和二级CAN通讯模块；所述二级电压检测传感器与电池组(5)的输出端电连接；二级电池监测芯片与二级电压检测传感器、二级MCU电连接，实时采集电池组(5)的电压信号，并将采集到的电压信号传递至二级MCU；所述一级CAN通讯模块与二级MCU电连接，所述一级MCU将单体电芯的温度及电压信号通过一级CAN通讯模块传递至所述BCU单元；所述二级MCU与二级CAN通讯模块电连接，将温度及电压信号通过二级CAN通讯模块传递至BAU单元。

8.根据权利要求7所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述BAU单元包括：三级MCU和三级CAN通讯模块，所述三级MCU将所述BCU单元的信号通过二级CAN通讯模块传递至信号处理系统。

9.根据权利要求7所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述温度传感器(1)为NTC热敏电阻，所述一级电池监测芯片与一级MCU通过串口通讯方式通讯，所述二级电池监测芯片与二级MCU通过串口通讯方式通讯。

10.根据权利要求7所述的一种锂电池储能系统的消防预警系统，其特征在于，所述信号处理系统采集模块、逻辑控制模块、显示模块；所述采集模块与三级CAN通讯模块实现通讯，输出指示信号及接收所述BAU单元的数据；

所述显示模块外接外部显示装置，用于显示电芯的电压、温度、温度变化率及电池组(5)总电压和消防喷射电磁阀(2)的状态。

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