一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警装置及方法与流程

本发明涉及锂离子电池储能系统安全防控，尤其涉及一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警装置及方法。

背景技术：

1、近年来，锂离子电池储能系统在电力储能领域广泛应用，服务风、光等新能源并网运行，满足构建新型电力系统的迫切需求。然而，锂离子电池储能系统火灾频发、难控，成为制约锂离子电池储能系统发展应用的主要痛点。锂离子电池本身作为含能元件，在使用过程中由于电滥用、热滥用或机械滥用等情况导致的绝缘降低、温度过热等状况，易导致电池热失控发生起火、爆炸等灾害事故。

2、伴随锂离子电池储能系统技术升级，电池系统集成度显著增加，由传统风冷的1mw到液冷系统的5mw，同时，电池模块的防护等级增加，导致早期烟雾、气体等征兆难以扩散在电池模块外，给早期预警探测提出了新的挑战。基于“以防为主，防消结合”的消防理念，破解锂离子电池储能系统的防控难题，提出电池模块级探测报警的解决方案。单个探测报警装置难以满足现行火灾探测报警技术规范探测分区要求，存在校核验证难的问题，一旦探测器误报启动灭火装置会导致次生灾害和经济损失；设置多个探测器存在成本高、维护难等难点，且电池包内空间封闭、干扰因素累积导致误报可能性高等难点，传统的火灾探测报警技术及产品装置难以满足集成度高、空间封闭的电池包内探测需求。同时，由于电池模块集成度高，其本身电池数量、容量也高，采取包外探测存在较大滞后性，且锂离子电池包内电池串联密集布置，一旦电芯发生热失控事故、火势蔓延扩散迅猛，从出现包外征兆后到整包猛烈燃烧、甚至爆炸事故的时间间隔较短，难以实现早期预警防控的效果，必然导致较大的火灾事故和严重的经济损失。为克服由于电池储能系统集成度高导致的上述问题，提升锂离子储能电池的安全水平，迫切需要一种能准确、可靠进行锂离子电池储能系统的热失控探测报警的技术方法及装置产品。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警装置及方法；旨在解决现有探测报警技术方法在新型电化学储能系统中存在的报警滞后、误报、漏报及难以早期定位等问题。

2、一方面，一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警装置，包括吸气管、烟气采集分配模块、烟气预处理模块、多复合烟气传感模块、传感数据存储模块、多信息融合预警模块。

3、所述吸气管为多路吸气管，多路吸气管并行设置，每一路吸气管的输出端连接一个待测电池包，输出端连接烟气采集分配模块，用于将待测电池内部的烟气进行采集并传送至烟气采集分配模块，其中任意一路吸气管吸收的烟气设置为sample气体；

4、所述烟气采集分配模块的输出端连接烟气预处理模块，烟气预处理模块的输出端连接多复合烟气传感模块，所述烟气采集分配模块包含真空泵和电磁分配阀，其中真空泵为吸气管提供不小于-80kpa的抽吸力，电磁分配阀分别对应多路吸气管进行选择并输出地址编码信号，用于对待测电池包的定位；

5、所述烟气预处理模块具体包括烟气预处理模块a以及烟气预处理模块b，烟气采集分配模块根据控制逻辑将采集到的烟气分别传输至烟气预处理模块a和烟气预处理模块b，用于对接收到的烟气进行的干燥、过滤、稳流、均衡，其中烟气预处理模块a以及烟气预处理模块b互为校验，避免单组烟气预处理模块过滤导致的偏差；其中经过烟气预处理模块a的烟气记录为a-，经过烟气预处理模块b的烟气记录为b-，并且每组烟气预处理模块输入端处布置有风速计及第一压力传感器，监测流入和流出烟气预处理模块的气流压力和速度；

6、所述控制逻辑为，将采样时间按照设定比例对采集到的烟气进行分频；

7、所述多复合烟气传感模块用于分析烟气预处理模块传送烟气的组分类型、浓度及其征兆值，包含烟雾探头、气体传感模块、第二压力传感器、两组温度传感器和第一气体流量计，其中气体传感模块为co、h2、ch4气体传感器；所述多复合烟气传感模块包括多复合烟气传感模块a以及多复合烟气传感模块b，两组互为校验，避免单组传感器漂移导致的偏差。其中经过多复合烟气传感模块a的烟气记录为a-，经过多复合烟气传感模块a的烟气记录为b-，并且每组烟气预处理模块入口处布置有第二气体流量计及第三压力传感器，监测流入和流出多复合烟气传感模块的气流压力和速度。

8、传感数据存储模块用于烟气采集分配模块、多复合烟气传感模块、烟气预处理模块获取数据的本地缓存，具体包括sample气体的吸气管编号、烟气预处理模块编号、多复合烟气传感模块编号的地址变化信号，还包括有多复合烟气传感模块、烟气预处理模块的传感器模块的数据信息，即本地缓存的传感数据，其存储能力不低于24小时；

9、所述多信息融合预警模块为微处理器，为热失控探测报警算法的运行提供硬件平台，并输出电池热失控灾害的分级预警、报警信号；

10、所述热失控探测报警算法包括多维度信息融合算法、预警判断修正算法、定位算法；

11、其中，所述多维度信息融合算法为序贯式卡尔曼滤波融合算法，将烟雾、气体、温度采用像素级的融合处理，通过多级耦合的卡尔曼滤波器对烟雾、气体、温度的多维度信息进行耦合叠加；

12、所述预警判断修正算法为结合气体流量、压力、风速的通过理性气体状态方程对传感器采集的烟气参数值进行修正，预警判断修正算法使用bp神经网络算法进行自修正，实现分级报警逻辑，提升算法在不同场景下的普适性；

13、所述分级报警逻辑包括三级报警，一级报警响应为启动消防灭火系统；二级报警响应为给电池系统发送切断电源的触发信号；三级报警响应为给电池系统发故障预警信号，无具体响应动作。

14、所述定位算法通过sample气体的吸气管编号、过滤模块编号、对应传感器编号的地址变化信号，采用编码法对检测出的热失控电池包进行定位，并引入时序神经网络对编码位的预警报警参数进行修正，具体对预警判断修正算法中的参数以及报警阈值进行修正，实现编码校正和算法效率提升的作用；

15、另一方面，一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警方法，基于前述一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警装置实现，包括以下步骤：

16、步骤1：通过配置有卡扣的吸气管装配到电池包的预留孔洞处；

17、步骤2：将通过烟气采集分配模块对吸气管对应的电池包模块进行编号并实现吸气管和锂离子电池储能系统中电池包的一一对应；

18、步骤3：启动烟气采集分配模块的真空泵对锂离子电池储能系统中电池包的气体进行采样监测，采样周期不大于60s，并通过烟气采集分配模块的电磁分配阀对吸气管进行记录编号；

19、步骤4：将烟气采集分配模块采集到的sample1的气体样传输至烟气预处理模块a，并更新编码为a-sample1，通过烟气预处理模块a对sample1的气体样进行干燥、过滤；

20、步骤5：将烟气采集分配模块采集到的sample1的气体样传输至烟气预处理模块b，并更新编码为b-sample1，通过烟气预处理模块b对sample1的气体样进行干燥、过滤；

21、步骤6：将烟气预处理模块a处理过的气体样a-sample1传输至多复合烟气传感模块a，并更新编码为a-a-sample1，依次处理获取sample1气样的四组传感器数据结果a-a-sample1，a-b-sample1，b-a-sample1，b-b-sample1，记为sample1气样的传感器值；

22、其中四组传感器数据为，sample1气样对应的烟气预处理模块a与烟气预处理模块b，以及多复合烟气传感模块a与多复合烟气传感模块b相互校验形成的4组数据；

23、步骤7：将sample1气样的传感器值传输至传感数据存储模块并进行存储，并通过传感数据存储模块传输至多信息融合预警模块进行预警逻辑判断，将采样次数≥2次的sample1气样的传感器值传输至多信息融合预警模块，进行传感器值的分时、分路校验，将校验后的值进行指数平均后给出的值记为传感器校验平均值，通过热失控探测报警算法对给出的传感器校验平均值进行预警阈值的判断，一旦热失控探测报警算法的判断输出达到报警阈值，进而发出预警信号；

24、步骤8：重复步骤1-7，对不同电池模块进行采样处理，实现对锂离子电池储能系统的热失控探测报警。

25、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

26、本发明提供一种锂离子电池储能系统用热失控探测报警装置及方法，本发明通过无源的吸气管布置于锂离子电池储能系统避免了锂离子电池储能系统对应探测传感器件的干扰导致的误报漏报等问题，同时增加了烟气预处理模块对应集成度高的锂离子电池储能系统电池包内干扰的水汽、粉尘进行有效滤波，提升的探测报警的可靠性。通过互为校验的烟气预处理模块和多复合烟气传感模块，避免环境干扰，提升报警可靠性；通过多信息融合预警模块运行的热失控探测报警算法实现对锂离子电池储能系统智能监测和可靠报警，在本领域尚未有相关装置设备。