CN214333880U - 一种锂离子储能电池火灾在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，本实用新型通过在电池柜中设置监测组件，实时监控电池柜中的温度、烟气和火焰信息，并通过温度信息控制第一封门和第二封门的启闭，能够在无人参与的情况下及时有效的控制电池柜内部温度，遏制锂离子储能电池发生火灾，为工作人员在电池着火之前到达现场争取时间。

Description

一种锂离子储能电池火灾在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及只能火灾监测技术领域，具体来说是一种锂离子储能电池火灾在线监测装置。

背景技术

随着国家新能源和智能电网建设的大规模发展，储能产业也飞速发展，储能市场的需求日益增大。利用锂离子电池储能成为我国目前新兴的一种储能方式，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、体积小质量轻、绿色环保等特点，其在削峰填谷、应急备用、改善电能质量等方面发挥着重要的作用。但是，锂离子储能电池系统的特点是电池数量巨大，工作环境相对密闭，电池在充放电过程中会释放大量的热量。再考虑到锂离子储能电池未实现本质安全，在一些极端滥用情况下其内部可能发生大量副反应并造成热失控，甚至发展为燃烧爆炸，造成大规模火灾事故。锂离子储能电池火灾前期征兆不明显，火灾蔓延速度快，如果等到电池出现明火再进行扑救，灭火效果差而且易复燃，费时费力。

如申请号为201810650211.8公开的一种锂电池火灾监控系统，包括箱体、若干自动控制装置、灭火装置、若干报警装置，所述箱体内设有隔板、锂电池放置腔与检测腔，自动控制装置安装在隔板上，自动控制装置连接报警装置，灭火装置包括安装在隔板上的四个及以上的储水箱，储水箱与隔板连接处设置若干喷头。本实用新型的有益效果：采用多个监测点，使得整个检测系统更为完善，最重要的是本实用新型采用的是水对锂电池进行灭火，且最终实现水将锂电池进行湮灭，本系统不仅实现灭火的作用，更进一步对锂电池内部进行冷却，以防出现二次火；且本实用新型结构设备简单，所采用的设备价格也相对便宜，推广性高。该方法为针对锂电池着火之后的灭火措施，此时电池已着火，损失较大。

因此，需要开发锂离子储能电池火灾在线监测装置，时刻监测电池状态，在火灾即将发生但电池未发生明火的早期阶段就能发出警报，同时能够及时对电池柜内部温度进行有效控制，为工作人员争取更多时间到达现场，是遏制锂离子储能电池火灾的发生重要环节。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对存储在电池柜内的锂离子储能电池发生温度过高时如何避免因人员未及时处理导致火灾。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，包括电池柜、安装于电池柜内的锂离子储能电池、监测组件、安装于电池柜外侧的电源模块、通讯模块、监测主平台、通风机构；

所述锂离子储能电池位于电池柜内，且距电池柜顶部具有一定距离；所述监测组件安装于电池柜内侧顶壁；所述电源模块固定在电池柜外壁，并通过电源线穿过电池柜侧壁与监测组件电性连接；所述监测组件通过通讯模块与监测主平台通信连接；所述电源模块向通讯模块供电；

所述通风机构包括进风口、出风口、风机；所述进风口、出风口分别开设在电池柜的两相对侧壁上，所述进风口和出风口处分别安装有第一封门、第二封门；所述第一封门和第二封门分别由第一驱动机构、第二驱动机构驱动启闭；所述风机安装在出风口处；所述电源模块分别与驱动机构、风机电性连接；

所述监测主平台与第一驱动机构、第二驱动机构、风机通信连接；

所述第一封门、第二封门打开后，进风向为自进风口朝向电池柜底部，出风向为自电池柜底部朝向出风口。

本实用新型通过在电池柜中设置监测组件，实时监控电池柜中的温度、烟气和火焰信息，并通过温度信息控制第一封门和第二封门的启闭，能够在无人参与的情况下及时有效的控制电池柜内部温度，遏制锂离子储能电池发生火灾，并为工作人员在电池着火之前到达现场争取时间。

本实用新型通过特别设计的第一封门、第二封门，保证气流从电池柜一侧上部进、流入底部，再从电池柜另一侧上部出，实现冷风遍历整个电池柜，冷却效果更佳。

进一步的，所述进风口、出风口均高于锂离子储能电池高度。

进一步的，所述第一封门的上边沿与进风口的上边缘铰接，所述第一驱动机构驱动第一封门向电池柜内部打开；所述第二封门的上边沿与出风口的上边缘铰接，所述第二驱动机构驱动第二封门向电池柜内部打开。

进一步的，所述第一驱动机构、第二驱动机构固定在电池柜内壁。

进一步的，所述第一驱动机构、第二驱动机构均为气缸，分别固定在电池柜位于进风口和出风口的下方的内壁；第一驱动机构和第二驱动机构的输出端分别与第一封门、第二封门的下边沿铰接固定，第一驱动机构、第二驱动机构的缸座与电池柜内壁铰接固定。

进一步的，所述第一封门下沿还固定有风帘。

进一步的，所述监测组件，包括感温探测器、烟气探测器、火焰探测器，分别用于采集接收锂离子储能电池的温度信号、发生火灾时产生的特征气体和烟雾信号、火焰信号。

进一步的，所述监测主平台包括数据处理器、访问终端和报警系统；所述数据处理器与通信模块通信连接，所述数据处理器与访问终端、报警系统通信连接。

进一步的，所述数据处理器与第一驱动机构、第二驱动机构通信连接。

进一步的，所述数据处理器判断锂离子储能电池出现异常和报警系统进行报警的条件如下：

(1)获得温度T-采集时间t曲线，并利用温度T对采集时间t进行求导dT/dt，获得某一采集时刻的温度变化率Δt，形成温度变化率历史数据库D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n}；下一采集时刻监测温度数据计算出的变化率Δt_n+1与历史数据库进行对比，若该采集时刻的变化率Δt_n+1小于max D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n}，锂离子储能电池暂时处于安全状态，若该采集时刻的变化率Δt_n+1大于max D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n}，引起数据处理器注意，并取变化率max D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n,Δt_n+1}作为温度变化率阈值；下一阶段，若规定持续采集时间内，存在数量超过80％的温度采集点的温度变化率高于该阈值，立即报警，且控制第一驱动机构、第二驱动机构、风机启动；

(2)当电池温度高于预设温度阈值，和/或探测到特征气体信号、烟雾信号、火焰信号时，立即报警。

本实用新型的优点在于：

本实用新型通过在电池柜中设置监测组件，实时监控电池柜中的温度、烟气和火焰信息，并通过温度信息控制第一封门和第二封门的启闭，能够在无人参与的情况下及时有效的控制电池柜内部温度，遏制锂离子储能电池发生火灾。结合报警系统的设计，提醒工作人员电池异常的同时，通风机构为工作人员在电池着火之前到达现场争取时间。

本实用新型通过特别设计的第一封门、第二封门，保证气流从电池柜一侧上部进、流入底部，再从电池柜另一侧上部出，实现冷风遍历整个电池柜，冷却效果更佳。

第一驱动机构和第二驱动机构的输出端分别与第一封门、第二封门铰接。使得封门启闭灵活，及时将冷风送入电池柜中。

通过储存锂离子电池的历史状态监测数据，形成历史数据库，而实时在线监测数据可以有效地与历史数据进行对比，若发现状态异常，就可以在火灾未发生前发出警报，提醒工作人员和装置做出相应措施，遏制火灾的发生。

附图说明

图1为本实用新型实施例中在线监测装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中监测组件、通风机构与监测主平台之间的通信结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2所示，一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，包括电池柜1、安装于电池柜1内的锂离子储能电池2、安装于电池柜1外侧的电源模块3安装于电池柜1内侧顶部的监测组件4、布置于电池柜1外面的通讯模块5、监测主平台6、通风机构7。

电源模块3包括电源31和供电驱动装置32。其中，电源31可以是220V交流电源，也可以是锂离子电池。供电驱动装置32分别和电源31、监测组件4、通讯模块5、通风机构7相连，以实现对其电力供给。

如图2所示，监测组件4，包括温度监测单元41、烟气监测单元42、火焰监测单元43，温度监测单元41即为感温探测器，烟气监测单元42即为烟气探测器，火焰监测单元43即为火焰探测器，分别用于采集锂离子储能电池的温度信号、发生火灾时产生的特征气体和烟雾信号、火焰信号，并将这些特征信息通过通讯模块5反馈给监测主平台6。需要说明的是，各个探测器的安装数量、具体安装位置应根据实际需求确定。

通讯模块5负责将采集的温度信号、发生火灾时产生的特征气体和烟雾信号、火焰信号传输至监测主平台6，通讯方式可以是通过数据传输线，也可以是无线传输。

监测主平台6包括数据处理器61、访问终端62和报警系统63。数据处理器61用于处理、分析所采集的信号数据，根据设置好的条件判断电池是否异常、是否发生火灾。访问终端62内安装现有成熟应用软件，工作人员可以直接经访问终端设备监测锂离子储能电池状态，了解是否显示有报警信息。报警系统63，当数据处理器61判断锂离子储能电池状态异常或发生火灾时，反馈给报警系统63并进行报警。

如图1所示，通风机构7包括进风口、出风口、风机75；进风口、出风口分别开设在电池柜1的两相对侧壁上，一般高于电池。进风口和出风口处分别安装有第一封门71、第二封门72；第一封门71和第二封门72分别由第一驱动机构73、第二驱动机构74驱动启闭；风机75安装在出风口处；电源模块分别与驱动机构、风机75电性连接。

进风口、出风口均高于锂离子储能电池高度。第一封门71的上边沿与进风口的上边缘铰接，第一驱动机构73驱动第一封门71向电池柜内部打开；第二封门72的上边沿与出风口的上边缘铰接，第二驱动机构74驱动第二封门72向电池柜内部打开。第一封门71、第二封门72打开后，在第一封门71和第二封门72的导向作用下，进风向为自进风口朝向电池柜底部，出风向为自电池柜底部朝向出风口，从而保证冷风进入电池柜底部向上流动，带走所有电池的热量，起到快速降温的作用。为了保证冷风能够进入电池柜底部，本实施例还在第一封门71下沿还固定有风帘76。

如图2所示，数据处理器与第一驱动机构73、第二驱动机构74、风机75通信连接；本实施例中，第一驱动机构73和第二驱动机构74为气缸，固定在电池柜内壁，位于进风口和出风口的下方。气缸的缸座端部与电池柜内壁铰接，输出端分别与第一封门71、第二封门72的下边沿铰接。第一驱动机构73和第二驱动机构74分别驱动第一封门71、第二封门72时，通过输出端与封门下边沿的铰接结构，实现封门的转动。当然，第一封门71、第二封门72在关闭状态时，由于铰接结构的限制，与进风口或出风口之间存在一定间隙，如果需要密封，可在第一封门71、第二封门72的对应侧设置密封圈来实现密封。

数据处理器61判断锂离子储能电池出现异常和报警系统63进行报警的条件如下：

(1)获得温度T-采集时间t曲线，并利用温度T对采集时间t进行求导dT/dt，获得某一采集时刻的温度变化率Δt，形成温度变化率历史数据库D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n}。下一采集时刻监测温度数据计算出的变化率Δt_n+1与历史数据库进行对比，若该采集时刻的变化率Δt_n+1小于max D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n}，锂离子储能电池暂时处于安全状态，若该采集时刻的变化率Δt_n+1大于max D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n}，引起数据处理器注意，并取变化率max D{Δt₁,Δt₂,…,Δt_n,Δt_n+1}作为温度变化率阈值。下一阶段，若规定持续采集时间内，存在数量超过80％的温度采集点的温度变化率高于该阈值，立即报警。

(2)当电池温度高于预设温度阈值，和/或探测到特征气体信号、烟雾信号、火焰信号时，立即报警。

需要说明的是，条件不存在先后顺序，满足任一条件即可报警。各个监测信号也不存在先后顺序，可分别进行也可同时进行，可独立作为报警的依据，也可将这些监测信号综合后的结果作为报警的依据。报警方式，可以是在终端设备62的显示屏里进行文字、符号报警，也可以是通过报警灯或喇叭进行声光、语音报警，还可以给工作人员短信通知进行远程报警。

当满足条件(1)时，监测主平台6控制第一驱动机构、第二驱动机构、风机启动，对锂离子储能电池进行冷却，遏制火灾的发生。此外，监测主平台6还可以和灭火系统相连，当满足条件(2)时，说明锂离子储能电池即将/已经发生火灾，监测主平台6可向设置的灭火系统发出指令，并采取相应的紧急措施。监测主平台6还可以和视频监控系统直接相连，工作人员可通过访问终端62的显示屏来观察电池外部情况。

本实用新型一种锂离子储能电池火灾在线监测装置的工作过程如下：

温度监测单元41、烟气监测单元42、火焰监测单元43，采集到锂离子储能电池的温度信号、发生火灾时产生的特征气体和烟雾信号、火焰信号时，将这些特征信息通过通讯模块5反馈给监测主平台6。当数据处理器61判断满足报警条件(1)时，报警系统63进行报警工作，同时，控制第一驱动机构73、第二驱动机构74、风机75启动，及时对电池柜内部进行风冷降温。当数据处理器61判断满足报警条件(2)时，报警系统63进行报警工作，同时，监测主平台6向设置的灭火系统发出指令，并采取相应的紧急措施。工作人员还可以在访问终端62的显示屏上，监测锂离子储能电池的状态和接收报警指令。

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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：包括电池柜、安装于电池柜内的锂离子储能电池、监测组件、安装于电池柜外侧的电源模块、通讯模块、监测主平台、通风机构；

所述锂离子储能电池位于电池柜内，且距电池柜顶部具有一定距离；所述监测组件安装于电池柜内侧顶壁；所述电源模块固定在电池柜外壁，并通过电源线穿过电池柜侧壁与监测组件电性连接；所述监测组件通过通讯模块与监测主平台通信连接；所述电源模块向通讯模块供电；

所述通风机构包括进风口、出风口、风机；所述进风口、出风口分别开设在电池柜的两相对侧壁上，所述进风口和出风口处分别安装有第一封门、第二封门；所述第一封门和第二封门分别由第一驱动机构、第二驱动机构驱动启闭；所述风机安装在出风口处；所述电源模块分别与驱动机构、风机电性连接；

所述监测主平台与第一驱动机构、第二驱动机构、风机通信连接；

所述第一封门、第二封门打开后，进风向为自进风口朝向电池柜底部，出风向为自电池柜底部朝向出风口。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述进风口、出风口均高于锂离子储能电池高度。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述第一封门的上边沿与进风口的上边缘铰接，所述第一驱动机构驱动第一封门向电池柜内部打开；所述第二封门的上边沿与出风口的上边缘铰接，所述第二驱动机构驱动第二封门向电池柜内部打开。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述第一驱动机构、第二驱动机构固定在电池柜内壁。

5.根据权利要求1至3任一所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述第一驱动机构、第二驱动机构均为气缸，分别固定在电池柜位于进风口和出风口的下方的内壁；第一驱动机构和第二驱动机构的输出端分别与第一封门、第二封门的下边沿铰接固定，第一驱动机构、第二驱动机构的缸座与电池柜内壁铰接固定。

6.根据权利要求1至3任一所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述第一封门下沿还固定有风帘。

7.根据权利要求1至3任一所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述监测组件，包括感温探测器、烟气探测器、火焰探测器，分别用于采集接收锂离子储能电池的温度信号、发生火灾时产生的特征气体和烟雾信号、火焰信号。

8.根据权利要求7所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述监测主平台包括数据处理器、访问终端和报警系统；所述数据处理器与通信模块通信连接，所述数据处理器与访问终端、报警系统通信连接。

9.根据权利要求8所述的一种锂离子储能电池火灾在线监测装置，其特征在于：所述数据处理器与第一驱动机构、第二驱动机构通信连接。

Images