CN221078835U - 电弧检测设备及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电弧检测设备及系统，电弧检测设备应用于电池系统，电池系统包括电池簇控制盒和电池管理装置，电弧检测设备包括：串联电弧检测装置、并联电弧检测装置、电弧检测控制器和断路器，串联电弧检测装置检测电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值，并联电弧检测装置检测电弧产生的光辐射，得到弧光检测数据，电弧检测控制器根据电弧压力峰值和弧光检测数据发送断路控制信号至电池管理装置，断路器接收电池管理装置根据断路控制信号反馈的关断控制信号进行关断。本实用新型能够检测电池簇和电池堆的电弧异常情况，并根据电弧异常情况控制电路断路，以保护电池簇和电池堆。

Description

电弧检测设备及系统

技术领域

本实用新型涉及电池储能系统技术领域，尤其是涉及一种电弧检测设备及系统。

背景技术

电池储能系统由若干电池组组成DC1500V低压直流系统，在产生足够的直流电压后会引发电弧，其中，交流电源的电压过零特性会帮助交流电产生的电弧自行熄灭，但是直流电弧则不会自动熄灭。

目前，借鉴交流弧光解决思路，采用弧光继电器安装于电气设备内部主回路上检测方式检测来自弧闪的闪光，并在几毫秒内将跳闸信号发送到上级断路器，并切断主回路，从而起到电弧保护目的。但是类似在电气设备内安装单一弧光继电器与断路器跳闸联动解决办法，无法解决电池簇或电池堆的电弧的保护问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种电弧检测设备，能够检测电池簇和电池堆的电弧异常情况，并根据电弧异常情况控制电路断路，以保护电池簇和电池堆。

本实用新型还提出一种电弧检测系统。

第一方面，本实用新型的一个实施例提供了电弧检测设备，应用于电池系统，所述电池系统包括电池簇控制盒和电池管理装置，所述电弧检测设备包括：

串联电弧检测装置，所述串联电弧检测装置设置于所述电池簇控制盒内，用于检测电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值；

并联电弧检测装置，所述并联电弧检测装置设置于电池堆汇流的位置，用于检测电弧产生的光辐射，得到弧光检测数据；

电弧检测控制器，所述电弧检测控制器连接所述电池管理装置、所述串联电弧检测装置和所述并联电弧检测装置，用于根据所述电弧压力峰值和所述弧光检测数据发送断路控制信号至所述电池管理装置；

断路器，所述断路器设置于所述电池簇控制盒内，所述断路器连接所述电池管理装置，用于接收所述电池管理装置根据所述断路控制信号反馈的关断控制信号进行关断。

本实用新型实施例的电弧检测设备至少具有如下有益效果：通过设置于电池簇控制盒内的串联电弧检测装置对电池簇中产生的电弧进行检测，检测电弧在压缩阶段的压力，获取电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值，电弧检测控制器获取电弧压力峰值，并判断电弧压力峰值是否达到设定阈值，若电弧压力峰值达到设定阈值，则发送断路控制信号至电池管理装置，电池管理装置接收断路控制信号，并根据断路控制信号反馈关断控制信号至设置于电池簇控制盒内的断路器，断路器根据关断控制信号进行关断，通过设置于电池堆汇流位置的并联电弧检测装置对电池堆中产生的电弧进行检测，检测电弧产生的光辐射，获取光辐射的辐射强度，得到弧光检测数据，电弧检测控制器获取弧光检测数据，并判断弧光检测数据是否达到设定阈值，若弧光检测数据达到设定阈值，则将断路控制信号发送至电池管理装置，电池管理装置接收断路控制信号，并根据断路控制信号反馈关断控制信号至断路器，断路器根据关断控制信号进行关断。通过串联电弧检测装置检测电池簇的电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值，通过并联电弧检测装置检测电池堆的电弧产生的光辐射，得到弧光检测数据，电弧检测控制器将电弧压力峰值和弧光检测数据发送至电池管理装置，接收电池管理装置反馈的断路控制信号，根据断路控制信号控制断路器进行关断，能够检测电池簇和电池堆的电弧异常情况，并根据电弧异常情况控制电路断路，以保护电池簇和电池堆。

根据本实用新型的另一些实施例电弧检测设备，所述串联电弧检测装置包括电弧压力传感器。

根据本实用新型的另一些实施例电弧检测设备，所述并联电弧检测装置包括弧光传感器。

根据本实用新型的另一些实施例电弧检测设备，一个所述电池簇控制盒对应连接一个电池簇。

根据本实用新型的另一些实施例电弧检测设备，所述电池簇控制盒内设置有接触器，所述接触器连接所述断路器。

根据本实用新型的另一些实施例电弧检测设备，所述电池簇控制盒内设置有熔断器，所述熔断器连接所述串联电弧检测装置。

根据本实用新型的另一些实施例电弧检测设备，所述电弧检测控制器与消防报警系统连接，所述消防报警系统根据所述断路控制信号进行声光警报。

第二方面，本实用新型的一个实施例提供了电弧检测系统，所述电弧检测系统包括：

电弧检测设备，所述电弧检测设备如第一方面所述的电弧检测设备。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本实用新型实施例中电弧检测设备的一具体实施例结构原理图；

图2是本实用新型实施例中电弧检测设备的一具体实施例模块框图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。

在本实用新型实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

电池储能系统由若干电池组组成DC1500V低压直流系统，在产生足够的直流电压后会引发电弧，其中，交流电源的电压过零特性会帮助交流电产生的电弧自行熄灭，但是直流电弧则不会自动熄灭。

目前，借鉴交流弧光解决思路，采用弧光继电器安装于电气设备内部主回路上检测方式检测来自弧闪的闪光，并在几毫秒内将跳闸信号发送到上级断路器，并切断主回路，从而起到电弧保护目的。但是类似在电气设备内安装单一弧光继电器与断路器跳闸联动解决办法，无法解决电池簇或电池堆的电弧的保护问题。

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种电弧检测设备，能够检测电池簇和电池堆的电弧异常情况，并根据电弧异常情况控制电路断路，以保护电池簇和电池堆。

参照图1，图1示出了本实用新型的一个实施例公开了电弧检测设备的结构原理图。在一些实施例中，电弧检测设备应用于电池系统，电池系统包括电池簇控制盒和电池管理装置，电弧检测设备包括：串联电弧检测装置、并联电弧检测装置、电弧检测控制器和断路器。

串联电弧检测装置设置于电池簇控制盒内，用于检测电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值。并联电弧检测装置设置于电池堆汇流的位置，用于检测电弧产生的光辐射，得到弧光检测数据。电弧检测控制器连接电池管理装置、串联电弧检测装置和并联电弧检测装置，用于根据电弧压力峰值和弧光检测数据发送断路控制信号至电池管理装置。断路器设置于电池簇控制盒内，断路器连接电池管理装置，用于接收电池管理装置根据断路控制信号反馈的关断控制信号进行关断。

通过设置于电池簇控制盒内的串联电弧检测装置对电池簇中产生的电弧进行检测，检测电弧在压缩阶段的压力，获取电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值，电弧检测控制器获取电弧压力峰值，并判断电弧压力峰值是否达到设定阈值，若电弧压力峰值达到设定阈值，则发送断路控制信号至电池管理装置，电池管理装置接收断路控制信号，并根据断路控制信号反馈关断控制信号至设置于电池簇控制盒内的断路器，断路器根据关断控制信号进行关断，通过设置于电池堆汇流位置的并联电弧检测装置对电池堆中产生的电弧进行检测，检测电弧产生的光辐射，获取光辐射的辐射强度，得到弧光检测数据，电弧检测控制器获取弧光检测数据，并判断弧光检测数据是否达到设定阈值，若弧光检测数据达到设定阈值，则将断路控制信号发送至电池管理装置，电池管理装置接收断路控制信号，并根据断路控制信号反馈关断控制信号至断路器，断路器根据关断控制信号进行关断。通过串联电弧检测装置检测电池簇的电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值，通过并联电弧检测装置检测电池堆的电弧产生的光辐射，得到弧光检测数据，电弧检测控制器将电弧压力峰值和弧光检测数据发送至电池管理装置，接收电池管理装置反馈的断路控制信号，根据断路控制信号控制断路器进行关断，能够检测电池簇和电池堆的电弧异常情况，并根据电弧异常情况控制电路断路，以保护电池簇和电池堆。

需要说明的是，断路器为图1中的断路器QF。断路器是指能够关合、承载和开断正常或异常回路条件下的电流的开关装置。其一般由触头系统、灭弧系统、操作机构、脱扣器、外壳等构成。可用来切断和接通负荷电路，以及切断故障电路。

参照图1和图2，图2示出了本实用新型的一个实施例公开了电弧检测设备的模块框图。在一些实施例中，串联电弧检测装置包括电弧压力传感器。

需要说明的是，电弧压力传感器为图2中的压力传感器。电池簇内易发生电弧位置为电池簇控制盒内，电池簇控制盒的电气设备断开触点多为密封方式(发生电弧初期，弧光在设备内，不易被检测)，特采用电弧压力传感器检测。

压力波是串联电弧检测装置内出现电弧事故的效应之一，压力波将在电弧出现后的10至15毫秒后出现，通过采用压力传感器探测电弧在压缩阶段的压力峰值，当压力峰值达到设定阈值时，电弧检测控制器将断路控制信号发送至电池管理系统，电池管理系统反馈关断控制信号至断路器，以使断路器关断，进而实现回路分断控制。

参照图1和图2，在一些实施例中，并联电弧检测装置包括弧光传感器。

需要说明的是，弧光传感器为图2中的光纤传感器。由于电池堆电功率大，导致电气连接中单个电器装置难以实现完整性密封，特别是汇流铜母排位置，当发生电弧时弧光明显，特在汇流母线设置采用光纤传感器。

电弧现象会产生强烈的光辐射，因此装置内出现的弧光可以被弧光传感器探测到，电弧检测控制器将断路控制信号发送至电池管理系统，电池管理系统反馈关断控制信号至断路器，以使断路器关断，进而实现回路分断控制。

参照图1，在一些实施例中，一个电池簇控制盒对应连接一个电池簇。

参照图1，在一些实施例中，电池簇控制盒内设置有接触器，接触器连接断路器。

需要说明的是，接触器为图1中的接触器KM。接触器分为交流接触器和直流接触器，应用于电力、配电与用电场合。接触器广义上是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。

接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁芯产生电磁吸力吸引动铁芯,并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失,衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。

参照图1，在一些实施例中，电池簇控制盒内设置有熔断器，熔断器连接串联电弧检测装置。

需要说明的是，熔断器为图1中的熔断器FU。熔断器用于在电路发生异常时进行熔断，以保护电路。电弧检测控制器由通信网路传送至BMS与消防主机，以实现电池系统的电弧检测、防护及报警目的。

参照图2，在一些实施例中，电弧检测控制器与消防报警系统连接，消防报警系统根据断路控制信号进行声光警报。

需要说明的是，电池的储能系统由电池堆组成，电池堆由若干个电池簇通过并联的方式组成，实际电气接线方式中电池簇采用串联接线，电池堆为并联接线。针对二者不同电气运行方式，其中，电池簇采用串联电弧检测，电池堆采用并联电弧检测。

控制器的功能包括：串联电弧、并联电弧检测试验功能；历史数据处理功能；操作功能：就地/远程；显示监控功能：电弧保护状态、故障节点显示；故障报警功能；通信功能：具备标准串口，及以太网接口。

控制器执行的控制方法包括：

(1)串联弧光检测装置和并联弧光检测装置的类型及其布置位置，如图1和图2所示。

(2)当电池簇发生串联电弧，电池堆发生并联电弧时，串联弧光检测装置和并联弧光检测装置分别检测对应位置的电弧信号。

(3)串联弧光检测装置和并联弧光检测装置通过控制总线将信号传送至电弧检测控制器，此时电弧检测控制器进行信号筛选识别，并将断路控制信号通过总线送至电池管理装置。

(4)电池管理装置接收到断路控制信号后，根据断路控制信号进行对应保护控制，并发出可视化报警信号。如检测到电池簇发生异常，则控制故障电池簇切断。

(5)当电弧能量小于700J时，从检测到电弧至切断电弧所在位置故障，动作时间小于2秒。

(6)控制系统附带复位功能。

本申请基于电池储能系统串并联电弧保护，分别采用光纤传感器及电弧压力传感器，实现了电池堆并联电弧和电池簇串联电弧检测，不仅增大系统安全性，提高设备可靠性，且降低了运维风险。另外，装置安装于分别安装于电池簇控制盒，及电池堆汇流母线上，适用性广泛，不受电池簇控制盒结构限制，可以灵活用于不同规格电池储能系统。

另外，本实用新型的一个实施例公开了电弧检测系统，电弧检测系统包括：电弧检测设备，电弧检测设备如上述任一实施例中的电弧检测设备。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (8)

1.一种电弧检测设备，其特征在于，应用于电池系统，所述电池系统包括电池簇控制盒和电池管理装置，所述电弧检测设备包括：

串联电弧检测装置，所述串联电弧检测装置设置于所述电池簇控制盒内，用于检测电弧在压缩阶段的压力峰值，得到电弧压力峰值；

并联电弧检测装置，所述并联电弧检测装置设置于电池堆汇流的位置，用于检测电弧产生的光辐射，得到弧光检测数据；

电弧检测控制器，所述电弧检测控制器连接所述电池管理装置、所述串联电弧检测装置和所述并联电弧检测装置，用于根据所述电弧压力峰值和所述弧光检测数据发送断路控制信号至所述电池管理装置；

断路器，所述断路器设置于所述电池簇控制盒内，所述断路器连接所述电池管理装置，用于接收所述电池管理装置根据所述断路控制信号反馈的关断控制信号进行关断。

2.根据权利要求1所述的电弧检测设备，其特征在于，所述串联电弧检测装置包括电弧压力传感器。

3.根据权利要求1所述的电弧检测设备，其特征在于，所述并联电弧检测装置包括弧光传感器。

4.根据权利要求1所述的电弧检测设备，其特征在于，一个所述电池簇控制盒对应连接一个电池簇。

5.根据权利要求1所述的电弧检测设备，其特征在于，所述电池簇控制盒内设置有接触器，所述接触器连接所述断路器。

6.根据权利要求1所述的电弧检测设备，其特征在于，所述电池簇控制盒内设置有熔断器，所述熔断器连接所述串联电弧检测装置。

7.根据权利要求1所述的电弧检测设备，其特征在于，所述电弧检测控制器与消防报警系统连接，所述消防报警系统根据所述断路控制信号进行声光警报。

8.一种电弧检测系统，其特征在于，所述电弧检测系统包括：

电弧检测设备，所述电弧检测设备如权利要求1至7任一项所述的电弧检测设备。