一种储能用锂离子电池热失控预警方法及预警消防系统技术方案

一种储能用锂离子电池热失控预警方法及预警消防系统，属于锂离子电池热失控技术领域。所述储能用锂离子电池热失控预警方法包括：温度传感器检测电池单体内部的温度T，气体传感器检测氢气的浓度、二氧化碳的浓度、一氧化碳的浓度、甲烷的浓度、乙烯的浓度、乙烷的浓度和烟雾浓度，发送到主控单元，主控单元进行判断；所述储能用锂离子电池热失控预警消防系统包括特征采集装置、主控单元、报警装置和消防装置，特征采集装置检测电池热失控特征参数发送到主控单元，主控单元根据储能用锂离子电池热失控预警方法控制报警装置和消防装置工作。所述储能用锂离子电池热失控预警方法及预警消防系统能够对电池热失控进程的危险阶段做出预警。做出预警。做出预警。

【技术实现步骤摘要】
一种储能用锂离子电池热失控预警方法及预警消防系统


[0001]本专利技术涉及锂离子电池热失控
，特别涉及一种储能用锂离子电池热失控预警方法及预警消防系统。

技术介绍

[0002]国内针对电化学储能电站消防系统设计多依据GB 50370
‑
2005《气体灭火系统设计规范》、GB 50116
‑
2013《火灾自动报警系统设计规范》等，通过设置感烟火灾探测器、感温火灾探测器实时监测火警信息，并上传至灭火控制器，一旦探测到火警信息，发出报警信号，自动启动气体灭火装置，喷射灭火剂，抑制电池热失控蔓延。
[0003]专利CN 112316332 A提出了一种用于锂离子电池柜的预警方法，预警特征包括温度、特征气体、烟雾、火焰，灭火系统为位于锂电池四周的喷头和灭火剂存储罐。三级预警包括：1，锂电池温度异常但未达到预设温度阈值；2，锂电池温度高于预设阈值且检测到特征气体、烟雾信号和火焰信号；3，锂电池温度高于预设阈值且特征气体浓度、烟雾浓度持续上升并高于预设阈值，其消防措施为喷洒不同剂量的灭火剂，该专利监测电池外部温度信息，但是电池内外存在明显的温度差，导致其不能准确反应电池热失控状态。专利CN 108008083 A提出了一种基于气体监测的锂离子电池组热失控自动报警器，由收集装置、气体监测装置、控制装置和报警装置组成。收集装置包括安装在电池正极上方的收集罩、阻火器、气泵；监测装置包括气体收集箱、气体感应器、杜邦线。其预警方法为气体收集罩收集锂离子电池逸出的气体，由气泵传至气体感应器，其设置的CO和H2的浓度阈值均为120ppm，当其中一种气体浓度达到阈值时发出报警信号，该专利的H2浓度阈值设置不合理，并且只是通过单一的气体进行监测，结果可靠性差，容易误报和错报，而且，上述两个专利均不能有效避免电池热失控产生的混合气体导致的爆炸问题。
[0004]目前，储能电站系统的热失控预警装置，预警策略不完善，且预警与消防缺乏联动，即消防缺乏针对性。首先，现有预警策略没有针对特征气体爆炸极限做出预警，相对于电池燃烧来说，可燃气体可以随气流扩散，其爆炸带来的危害远大于燃烧，现有预警策略涉及到的温度预警所监测的温度来源于电池表面，不能真实反应电池内部温度信息，但电池内部的温度决定了热失控化学反应的程度。其次，现有的消防措施大多是在电池起火之后进行灭火，当预警系统将监测热失控的时间提前之后，消防措施应该在早期阶段对电池进行散热、阻燃等预防措施，防止燃烧。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的技术问题，本专利技术提供了一种储能用锂离子电池热失控预警方法及预警消防系统，其能够对电池热失控进程的危险阶段做出预警，并针对可燃混合气体的爆炸做出预警，同时系统根据预警级别，第一时间做出应急自动消防处理，预防电池状态进一步恶化。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种储能用锂离子电池热失控预警方法，包括：
[0008]温度传感器检测电池单体内部的温度T，并发送到主控单元；
[0009]气体传感器检测气体收集箱内氢气的浓度c1、二氧化碳的浓度c2、一氧化碳的浓度c3、甲烷的浓度c4、乙烯的浓度c5、乙烷的浓度c6和烟雾浓度，并发送到主控单元；
[0010]所述主控单元判断锂离子电池的工作状态，启动对应的预警、消防措施。
[0011]进一步的，所述主控单元判断锂离子电池的工作状态，启动对应的预警、消防措施，具体包括：
[0012](1)如果T＜T1，则电池单体为正常工作状态，T1为电池单体内部温度的阈值下限；
[0013](2)如果T1≤T＜T2，启动一级预警，启动一级消防措施，T2为电池单体内部温度的阈值上限；
[0014](3)如果T≥T2、c3＜c
co
、并且启动二级预警，启动二级消防措施，c
co
为一氧化碳的浓度设定阈值，为氢气的浓度设定阈值；
[0015](4)如果c3≥c
co
和/或启动三级预警，启动三级消防措施；
[0016](5)如果启动四级预警，启动四级消防措施，X为混合气体总浓度占比，为混合气体可燃极限阈值下限，为混合气体可燃极限阈值上限；
[0017](6)如果烟雾浓度大于等于烟雾浓度设定阈值，启动五级预警，启动五级消防措施。
[0018]进一步的，所述混合气体可燃极限阈值下限小于混合气体可燃下极限X
L
，所述混合气体可燃极限阈值上限大于混合气体可燃上极限X
U
，所述混合气体总浓度占比X、混合气体可燃下极限X
L
和混合气体可燃上极限X
U
按照如下方式计算：
[0019]1)计算混合气体总浓度占比X：
[0020]锂离子电池热失控排气混合气体中单组分浓度占比表示为：
[0021][0022]得到：氢气的浓度占比X1、二氧化碳的浓度占比X2、一氧化碳的浓度占比X3、甲烷的浓度占比X4、乙烯的浓度占比X5和乙烷的浓度占比X6；
[0023]混合气体总浓度占比X：
[0024]X＝X1+X2+X3+X4+X5+X6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0025]2)计算混合气体可燃下极限X
L
和混合气体可燃上极限X
U
：
[0026]计算混合气体燃烧反应中空气的化学计量系数k：
[0027][0028]针对混合气体根据燃料计算的无量纲吸热量Q
F
：
[0029][0030]针对混合气体根据燃料计算的无量纲放热量H
F
：
[0031][0032]针对混合气体根据氧气计算的无量纲放热量H
O
：
[0033][0034]式中，k
i
为混合气体中单组分气体燃烧反应空气的化学计量系数；Q
F,i
为混合气体中单组分气体燃烧的无量纲吸热量；H
F,i
为混合气体中单组分气体燃烧的无量纲放热量；H
O,i
为混合气体中单组分气体燃烧时根据氧气计算的无量纲放热量；
[0035]得到混合气体可燃下极限X
L
和混合气体可燃上极限X
U
：
[0036][0037][0038]式中，c
D
为惰性气体浓度，Q
Air
为空气的无量纲吸热量，Q
D
为惰性气体的无量纲吸热量。
[0039]进一步的，所述一级预警、二级预警、三级预警、四级预警和五级预警均通过报警指示灯闪烁发出预警信号，所述四级预警时，蜂鸣器响；
[0040]所述一级消防措施为：对电池单体表面进行散热；
[0041]所述二级消防措施为：电池模组断电，风机一将电池模组内的气体抽取到气体收集箱内，并经过气体处理装置处理后排出；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能用锂离子电池热失控预警方法，其特征在于，包括：温度传感器检测电池单体内部的温度T，并发送到主控单元；气体传感器检测气体收集箱内氢气的浓度c1、二氧化碳的浓度c2、一氧化碳的浓度c3、甲烷的浓度c4、乙烯的浓度c5、乙烷的浓度c6和烟雾浓度，并发送到主控单元；所述主控单元判断锂离子电池的工作状态，启动对应的预警、消防措施。2.根据权利要求1所述的一种储能用锂离子电池热失控预警方法，其特征在于，所述主控单元判断锂离子电池的工作状态，启动对应的预警、消防措施，具体包括：(1)如果T＜T1，则电池单体为正常工作状态，T1为电池单体内部温度的阈值下限；(2)如果T1≤T＜T2，启动一级预警，启动一级消防措施，T2为电池单体内部温度的阈值上限；(3)如果T≥T2、c3＜c
co
、并且启动二级预警，启动二级消防措施，c
co
为一氧化碳的浓度设定阈值，为氢气的浓度设定阈值；(4)如果c3≥c
co
和/或启动三级预警，启动三级消防措施；(5)如果启动四级预警，启动四级消防措施，X为混合气体总浓度占比，为混合气体可燃极限阈值下限，为混合气体可燃极限阈值上限；(6)如果烟雾浓度大于等于烟雾浓度设定阈值，启动五级预警，启动五级消防措施。3.根据权利要求2所述的一种储能用锂离子电池热失控预警方法，其特征在于，所述混合气体可燃极限阈值下限小于混合气体可燃下极限X
L
，所述混合气体可燃极限阈值上限大于混合气体可燃上极限X
U
，所述混合气体总浓度占比X、混合气体可燃下极限X
L
和混合气体可燃上极限X
U
按照如下方式计算：1)计算混合气体总浓度占比X：锂离子电池热失控排气混合气体中单组分浓度占比表示为：得到：氢气的浓度占比X1、二氧化碳的浓度占比X2、一氧化碳的浓度占比X3、甲烷的浓度占比X4、乙烯的浓度占比X5和乙烷的浓度占比X6；混合气体总浓度占比X：X＝X1+X2+X3+X4+X5+X6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)2)计算混合气体可燃下极限X
L
和混合气体可燃上极限X
U
：计算混合气体燃烧反应中空气的化学计量系数k：针对混合气体根据燃料计算的无量纲吸热量Q
F
：针对混合气体根据燃料计算的无量纲放热量H
F
：针对混合气体根据氧气计算的无量纲放热量H
O
：
式中，k
i
为混合气体中单组分气体燃烧反应空气的化学计量系数；Q
F,i
为混合气体中单组分气体燃烧的无量纲吸热量；H
F,i
为混合气体中单组分气体燃烧的无量纲放热量；H
O,i
为混合气体中单组分气体燃烧时根据氧气计算的无量纲放热量；得到混合气体可燃下极限X
L

【专利技术属性】
技术研发人员：胡贤忠，宋德恩，张国栋，杨超帆，邓恩浩，胡峻源，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：