CN216852010U - 一种分布式监测装置及储能电站安全监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式监测装置及储能电站安全监测预警系统，涉及锂离子电池储能电站安全在线监测领域，该分布式监测装置包括装置外壳以及设于装置外壳内部的光学探测组件、气体探测组件和主动吸气组件，所述光学探测组件为用于对空气中纳米微粒子浓度进行探测的光学传感器；所述气体探测组件为用于对储能预制舱环境空气中特征气体含量进行探测的气体传感器；所述主动吸气组件为用于将装置外壳外空气吸入所述光学探测组件和气体探测组件处的抽气泵，且所述抽气泵位于所述装置外壳内部的中心位置；所述装置外壳的下表面设有防爆格栅，所述装置外壳的上表面设有通讯接口。本实用新型能够有效实现对锂离子电池储能电站的安全监测和预警。

Description

一种分布式监测装置及储能电站安全监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池储能电站安全在线监测领域，具体涉及一种分布式监测装置和一种储能电站安全监测预警系统。

背景技术

现有的锂离子电池储能电站的安全监测方式主要分为两种，一种是针对电池本体数据进行监测的电池管理系统，另一种是针对电池运行环境进行监测的传统消防监测系统。针对电池本体，电池管理系统通过对电池基本数据的采集对电池状态进行估计，从而对电池簇充、放电过程进行安全管理，对可能出现的故障进行报警和应急保护处理，对电池模块及电池簇的运行进行安全优化控制，保证电池本体的安全、可靠、稳定的运行。对于电池运行环境，主要通过对火灾特征以及电气隐患特征进行监测从而保障电池运行环境安全，主要监测手段为烟雾探测、温度探测、视频监控以及电磁波探测等。

锂离子电池储能电站现有的安全监测方案多为电池管理系统与传统消防探测相结合。但由于电池数量庞大，电池管理系统的数据处理时间冗长，时效性较差，同时，电池管理系统针对电池状态的估计过于依赖估算算法，而现场环境复杂多变，估算失误常有发生。而传统的消防监控设备属于被动感知事后处理，时效性不佳，且一旦被触发则会以储能集装箱为单位进行动作，无法做到集装箱内的精准分区灭火。

由此可见，无论是电池管理系统还是传统消防监控设备均存在对于环境热隐患不敏感的情况，无法做到在事故早期阶段进行预警，更无法做到对故障及隐患的分区定位并联动精准灭火。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种分布式监测装置及储能电站安全监测预警系统，能够有效实现对锂离子电池储能电站的安全监测和预警。

为达到以上目的，本实用新型提供的一种分布式监测装置，用于对锂离子电池储能电站进行安全监测包括装置外壳以及设于装置外壳内部的：

光学探测组件，所述光学探测组件为用于对空气中纳米微粒子浓度进行探测的光学传感器；

气体探测组件，所述气体探测组件为用于对储能预制舱环境空气中特征气体含量进行探测的气体传感器；

主动吸气组件，所述主动吸气组件为用于将装置外壳外空气吸入所述光学探测组件和气体探测组件处的抽气泵，且所述抽气泵位于所述装置外壳内部的中心位置；

其中，所述装置外壳的下表面设有防爆格栅，所述装置外壳的上表面设有通讯接口。

在上述技术方案的基础上，

所述气体传感器包括CO传感器、H₂传感器和VOCs传感器，且所述光学传感器、CO传感器、H₂传感器和VOCs传感器沿所述抽气泵的四周环绕设置；

所述分布式监测装置为圆柱形结构。

在上述技术方案的基础上，所述装置外壳的侧面设有外接采样管接口，以用于外接采样软管进行精准采样。

在上述技术方案的基础上，所述装置外壳的下表面设有预警指示灯。

本实用新型提供的一种储能电站安全监测预警系统，用于对锂离子电池储能电站的储能预制舱进行安全监测预警，所述储能预制舱内设有多个电池簇，所述储能电站安全监测预警系统包括设于所述储能预制舱内的：

多个分布式监测装置，所述分布式监测装置位于所述电池簇的上方并朝向电池簇；

监测主机，所述监测主机与分布式监测装置间电性连接，以获取分布式监测装置探测得到的探测数据并显示，以及将探测数据发送至后台服务器。

在上述技术方案的基础上，每个电池簇均对应1台分布式监测装置，且所述分布式监测装置的防爆格栅朝向所述电池簇。

在上述技术方案的基础上，所述监测主机包括用于对探测数据进行显示的显示屏。

在上述技术方案的基础上，所述监测主机设有通讯接口，所述监测主机的通讯接口用于获取分布式监测装置探测得到的探测数据，以及将探测数据发送至后台服务器。

在上述技术方案的基础上，所述监测主机上设有消防通讯接口和用于连接火灾抑制装置的干接点。

在上述技术方案的基础上，所述监测主机的表面设有电源接口。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：分布式监测装置为多传感器一体化紧凑设计，装置体积小巧安装方便。装置设计为圆柱形结构，采用主动吸气的方式进行采样，抽气泵位于装置内部的中心位置，保证装置从各方位均能实现主动采样且采样速度一致；

分布式监测装置采用分布式安装方式，在需定位区域的每个电池簇上方安装，由监测主机比对各监测装置的监测数据可以实现隐患精确定位。与此同时，本实用新型所述系统可联动储能预制舱的消防报警主机及火灾抑制装置，根据隐患诊断定位结果实现电池簇级的精准灭火。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中分布式监测装置的示意图；

图2为本实用新型实施例中分布式监测装置的外部示意图；

图3为本实用新型实施例中分布式监测装置的侧视图；

图4为本实用新型实施例中储能电站安全监测预警系统的布置示意图；

图5为本实用新型实施例中本实用新型实施例中储能电站安全监测预警系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例中监测主机的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1和图2所示，本实用新型实施例提供的一种分布式监测装置，用于对锂离子电池储能电站进行安全监测和预警，具体的，分布式监测装置包括装置外壳，装置外壳的内部设有光学探测组件、气体探测组件和主动吸气组件。

光学探测组件具体为用于对空气中纳米微粒子浓度进行探测的光学传感器，光学传感器基于光学散射理论，实现空气中纳米微粒子浓度探测；气体探测组件为用于对储能预制舱环境空气中特征气体含量进行探测的气体传感器，气体传感器包括CO传感器、H₂传感器和VOCs传感器。主动吸气组件为用于将装置外壳外空气吸入光学探测组件和气体探测组件处的抽气泵，且抽气泵位于装置外壳内部的中心位置。在一种可能的实施方式中，装置外壳的内部设有光学探测腔和气体探测腔，光学传感器位于光学探测腔内，气体传感器位于气体探测腔内，主动吸气组件将装置外壳外空气吸入光学探测腔和气体探测腔内，从而实现对空气的探测。

装置外壳的下表面设有防爆格栅，分布式监测装置在工作时，防爆格栅朝向储能电站的电池簇，抽气泵通过防爆格栅将空气吸入装置外壳内部，通过光学探测组件和气体探测组件对吸入的空气进行各特征参量的探测。分布式监测装置采取多传感器一体化紧凑设计。抽气泵位于分布式监测装置内部的中心位置，光学传感器、CO(一氧化碳)传感器、H₂(氢气)传感器和VOCs(挥发性有机物)传感器沿所述抽气泵的四周环绕设置，装置外壳外的空气从分布式监测装置四周吸入分布式监测装置内。分布式监测装置整体为圆柱形结构，保证各角度均能实现采样且采样速度一致。

分布式监测装置的装置外壳采用特殊防爆设计，在具备一定的防爆性能的同时能够很好的屏蔽外界的干扰。

进一步的，分布式监测装置还包括主控模块、通讯模块和供电模块。参见图3所示，通讯模块包括设于装置外壳表面的通讯接口，通讯模块具有有线和无线两种通讯方式，通讯模块用于将光学探测组件和气体探测组件的探测数据传至监测主机，探测数据包括纳米微粒子浓度数据和空气中特征气体含量数据。供电模块包括设于装置外壳上表面的电源接口。主控模块用于对探测数据进行分析，监测装置可单独完成微粒子、三种气体和温度的阈值判断，装置外壳的下表面设有预警指示灯，若监测量超过设定的阈值可通过预警指示灯发出声光告警。

参见图3所示，装置外壳的侧面设有外接采样管接口，可通过外接采样软管进行精准采样，解决被监测区域遮挡或空间狭小造成采样困难的问题。针对一些被遮挡的重要监测点以及一些容易发生隐患的位置可采取外接采样软管进行精准采样。

参见图4所示，本实用新型实施例还提供一种包含上述分布式监测装置的储能电站安全监测预警系统，储能电站安全监测预警系统用于对锂离子电池储能电站的储能预制舱进行安全监测预警，所述储能预制舱内设有多个电池簇，电池柜中的多个电池簇采用阵列方式进行排列。具体的，本实用新型实施例的储能电站安全监测预警系统包括设于储能预制舱空余处的监测主机和设于电池簇上方的多个分布式监测装置。

分布式监测装置位于所述电池簇的上方并朝向电池簇，每个电池簇均对应1台分布式监测装置，且分布式监测装置的防爆格栅朝向所述电池簇。即当需进行隐患定位时，则定位区域内每个电池簇需安装1台分布式监测装置，例如，电池柜中的电池簇采用图4所示方式分布，每一列为一个电池簇，则每个电池簇的上方均设有一个分布式监测装置，分布式监测装置的防爆格栅朝向电池簇。

监测主机与分布式监测装置间电性连接，以获取分布式监测装置探测得到的探测数据并显示，以及将探测数据发送至后台服务器(系统后台)。

参见图5所述，监测主机包括通讯模块、数据分析模块、显示模块、存储模块和供电模块。参见图6所示，通讯模块包括设于监测主机表面的通讯接口，监测主机的通讯接口用于获取分布式监测装置探测得到的探测数据，以及将探测数据发送至后台服务器。显示模块为设于监测主机表面用于对探测数据进行显示的显示屏，显示屏主要实现特征气体数据实时显示、纳米粒子浓度变化曲线展示以及预警等级显示。供电模块包括设于监测主机表面的电源接口。

数据分析模块主要用于对分布式监测装置的探测数据进行分析，以便显示模块对数据进行显示。存储模块主要实现数据存储，以便进行历史数据查询以及历史故障隐患查询。

监测主机上设有消防通讯接口，进而监测主机可与消防报警主机进行通讯。监测主机上设有用于连接火灾抑制装置的干接点，通过干接点可直接联动小型非储压式灭火装置或火探管，可根据隐患等级和定位结果，与火灾抑制系统联动实现电池簇级别的精准灭火。

分布式监测装置进行相应监测范围内的空气样本的采集与参数感知，并将探测数据传输至监测主机进行展示，系统后台根据采集数据进行环境安全评估与隐患判断。同时，系统后台可与储能电站现有的电池管理系统的采集数据进行联合分析，并根据环境安全评估与隐患定位结果联动储能电站的消防系统进行动作，实现分区精准灭火。

对于本实用新型的储能电站安全监测预警系统，每个储能电站配置一套储能电站安全监测预警系统，储能电站安全监测预警系统由多个分布式监测装置、监测主机以及安全监测的系统后台构成，分布式监测装置分布安装于电池簇上方，每个分布式监测装置负责一个区域的纳米粒子浓度以及各类特征气体浓度的监测，并将探测数据传输至监测主机。监测主机实现探测数据的展示，并将探测数据传输至系统后台进行融合分析以及隐患诊断，监测主机根据后台诊断结果进行消防报警主机通讯以及火灾抑制系统直接联动。

在一种可能的实施方式中，可将储能电站现有的电池管理系统数据接入本实用新型的储能电站安全监测预警系统，储能电站安全监测预警系统根据分布式监测装置采集的数据以及电池管理系统数据进行联合分析，对每个电池簇电池本体以及运行环境的安全状况进行综合评估。若存在安全隐患则，可对其进行预警等级判别，并根据分布式监测装置上传监测数据的差异对隐患进行定位。隐患或故障位置的纳米粒子浓度以及特征气体浓度会较正常位置的浓度高，可以此为依据实现故障与隐患的定位。系统预留有消防通讯接口以及干接点，若配合小型非储压式灭火装置或配合火探管伸入电池簇，则可根据隐患等级与定位结果与火灾抑制系统联动实现电池簇级别的精准灭火。

对于电池簇而言，在电池热失控阶段常伴随的不仅仅是温度的升高，还会产生大量的粒径在纳米级别的固态微颗粒，这种微颗粒的浓度会达到正常情况下的数十倍之多。本实用新型的储能电站安全监测预警系统对储能电站环境中的纳米微粒子浓度进行监测以达到热隐患预警的目的。除此之外，电池热失控会产生大量的一氧化碳、氢气以及挥发性有机物，本实用新型的储能电站安全监测预警系统对其浓度进行监测，并与纳米粒子浓度数据进行融合分析判断，多参量综合分析实现锂离子电池储能电站隐患的可靠监测预警。

本实用新型的分布式监测装置体积小巧，采用分布式安装方式，根据各分布式监测装置采集数据的差异可以实现隐患的精确定位，为运维人员排查隐患节省时间。与此同时，储能电站安全监测预警系统可根据隐患诊断定位结果联动储能预制舱的消防系统，实现分区精准灭火。相较于传统消防系统，本实用新型的储能电站安全监测预警系统动作范围小，能很好的避免大范围动作引起的不必要的损失。本实用新型的储能电站安全监测预警系统还可与电池管理系统数据进行联合分析，实现电池本体以及电池外部环境的全方位安全监测，提高锂离子电池储能预制舱运行的可靠性。

纳米粒子为电池热失控阶段特有产物且浓度变化显著，分布式监测装置将纳米微粒子浓度作为主要监测参数，并辅以电池热隐患产生的特征气体浓度进行综合分析判断，实现锂离子储能电站安全隐患早期预警，给运维人员留有更多的处置时间。

分布式监测装置安装于锂离子电池储能集装箱中的每个电池簇的上方，距离电池本体较近，相较于传统的点式感烟感温传感器，在保障体积小巧安装方便的优势下，具有更高的准确性以及更快的响应速度。由于分布式监测装置采用分布式安装方案，可实现故障隐患的区域定位，故本实用新型的储能电站安全监测预警系统与消防系统联动可实现分区精准灭火。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种分布式监测装置，用于对锂离子电池储能电站进行安全监测，其特征在于，包括装置外壳以及设于装置外壳内部的：

光学探测组件，所述光学探测组件为用于对空气中纳米微粒子浓度进行探测的光学传感器；

气体探测组件，所述气体探测组件为用于对储能预制舱环境空气中特征气体含量进行探测的气体传感器；

主动吸气组件，所述主动吸气组件为用于将装置外壳外空气吸入所述光学探测组件和气体探测组件处的抽气泵，且所述抽气泵位于所述装置外壳内部的中心位置；

其中，所述装置外壳的下表面设有防爆格栅，所述装置外壳的上表面设有通讯接口。

2.如权利要求1所述的一种分布式监测装置，其特征在于：

所述气体传感器包括CO传感器、H₂传感器和VOCs传感器，且所述光学传感器、CO传感器、H₂传感器和VOCs传感器沿所述抽气泵的四周环绕设置；

所述分布式监测装置为圆柱形结构。

3.如权利要求1所述的一种分布式监测装置，其特征在于：所述装置外壳的侧面设有外接采样管接口，以用于外接采样软管进行精准采样。

4.如权利要求1所述的一种分布式监测装置，其特征在于：所述装置外壳的下表面设有预警指示灯。

5.一种包含权利要求1至4任一项所述分布式监测装置的储能电站安全监测预警系统，用于对锂离子电池储能电站的储能预制舱进行安全监测预警，所述储能预制舱内设有多个电池簇，其特征在于，所述储能电站安全监测预警系统包括设于所述储能预制舱内的：

多个分布式监测装置，所述分布式监测装置位于所述电池簇的上方并朝向电池簇；

监测主机，所述监测主机与分布式监测装置间电性连接，以获取分布式监测装置探测得到的探测数据并显示，以及将探测数据发送至后台服务器。

6.如权利要求5所述的储能电站安全监测预警系统，其特征在于：每个电池簇均对应1台分布式监测装置，且所述分布式监测装置的防爆格栅朝向所述电池簇。

7.如权利要求5所述的储能电站安全监测预警系统，其特征在于：所述监测主机包括用于对探测数据进行显示的显示屏。

8.如权利要求5所述的储能电站安全监测预警系统，其特征在于：所述监测主机设有通讯接口，所述监测主机的通讯接口用于获取分布式监测装置探测得到的探测数据，以及将探测数据发送至后台服务器。

9.如权利要求5所述的储能电站安全监测预警系统，其特征在于：所述监测主机上设有消防通讯接口和用于连接火灾抑制装置的干接点。

10.如权利要求5所述的储能电站安全监测预警系统，其特征在于：所述监测主机的表面设有电源接口。

Images