一种储能电站早期预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种储能电站早期预警系统，包括：传感器节点、数据采集盒、边缘计算主机、消防主机和热成像仪；通过所述传感器节点监测氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷及挥发性有机气体的浓度变化，并监测气体的温湿度；通过所述数据采集盒汇总所述传感器节点的数据，并进行扩展，将数据上传至所述边缘计算主机；通过所述热成像仪检测电池机柜的温度，并将温度变化发送至所述边缘计算主机；通过所述边缘计算主机根据不同的地址访问每个采集盒收集的传感器节点的数据并采集所述热成像仪的温度变化；通过所述消防主机接收所述边缘计算主机的判断结果；更有利于在电池发生热失控之前，能够尽早及时发现并定位到相应的锂电池机柜并通知消防主机。知消防主机。知消防主机。

【技术实现步骤摘要】
一种储能电站早期预警系统


[0001]本专利技术涉及电化学储能电站
，具体为一种储能电站早期预警系统。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，锂电池储能在发电侧、用户侧、电网侧等主要储能领域均有很强的竞争力，然而现有电池储能舱内设有可燃气体传感器、烟雾传感器，通常安装于储能舱的顶端，每种传感器安装1
‑
2个。当烟雾传感器监测到烟雾时通常已经发生较严重的事故，通常不用于早期预警。锂电池出现异常的初期，1
‑
2个安装于顶部的可燃气体传感器不能定位到相应的电池机柜，另外此类传感器通常上传所测得的气体的绝对浓度，一般采用金属氧化物半导体材料制成，测量时受环境影响较大，输出线形不稳定，算法也相对简单，设定一个阈值，高于阈值则报警，由于输出不稳定，一般将阈值设置较高，不能及时监测并上报。
[0003]所以，人们需要一种储能电站早期预警系统来解决上述问题，在电池储能舱内，在电池发生热失控之前，能够尽早及时发现并定位到相应的锂电池机柜并通知消防主机，由消防主机采取一定的措施避免或者减少灾害的发生。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种储能电站早期预警系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种储能电站早期预警系统，所述系统包括：传感器节点、数据采集盒、边缘计算主机、消防主机和热成像仪；
[0006]通过所述传感器节点监测氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷及挥发性有机气体的浓度变化，并监测气体的温湿度；
[0007]通过所述数据采集盒汇总所述传感器节点的数据，并进行扩展，将汇总的数据上传至所述边缘计算主机；
[0008]通过所述热成像仪检测电池机柜的温度，并将温度变化发送至所述边缘计算主机；
[0009]通过所述边缘计算主机根据不同的地址访问每个所述数据采集盒收集的传感器节点的数据并采集所述热成像仪的温度变化；
[0010]通过所述消防主机接收所述边缘计算主机的判断结果。
[0011]进一步的，所述传感器节点包括MEMS气体传感器、二氧化碳传感器和温湿度传感器；所述MEMS气体传感器用于监测氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷及挥发性有机气体；所述二氧化碳传感器利用光声原理对二氧化碳浓度进行监测；所述温湿度传感器用于监测气体的温湿度，同时将温湿度传输给所述MEMS气体传感器和所述二氧化碳传感器，对两种传感器进行温湿度补偿；
[0012]所述MEMS气体传感器包括多个悬臂梁结构，每个悬臂梁上有加热电阻，在加热电阻上覆盖绝缘层，在绝缘层之上有叉齿电极，在叉齿电极上涂覆金属氧化物敏感层，每个悬
臂梁上的敏感层材料或掺杂都不同，敏感层材料主体主要有二氧化锡、三氧化钨，掺杂元素主要有铂、钯金、银等，不同的敏感层材料或掺杂不同的敏感层对氢气、一氧化碳、甲烷、及挥发性有机气体的灵敏度不同，即叉齿电极之间的电阻不同，加热电阻加热到不同的温度，灵敏度也不同；比如每个悬臂梁可以设定2个工作温度，4个悬臂梁一共有8个相应的电阻值，8个电阻值只要其中有一个随时间发生较大变化，就表明有某种还原性气体出现，也就是多个敏感层组分和多个温度配合，能够检测范围较广的还原性气体。
[0013]进一步的，所述传感器节点部署在电池机柜气流的下游，其感测面一般平行于气流的方向，通过气体扩散的方式进入传感器的内部，同时，在储能仓前后设置参照传感器节点，用于与安装在电池机柜的所述传感器节点进行对比，所述参照传感器节点与安装在每个电池机架的传感器节点相同。
[0014]进一步的，所述数据采集盒采用多路485或CAN总线接口与所述传感器节点进行通信，同时所述数据采集盒通过485或CAN总线进行扩展；每一个所述数据采集盒都具有一个拨码开关，通过所述拨码开关可以设置数据采集盒的地址。
[0015]进一步的，所述热成像仪利用红外探测器和光学成像物镜将被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上：
[0016]首先利用斯蒂芬
‑
玻尔兹曼定律得到热成像仪的辐射照度E
λ
：
[0017]E
λ
＝A0d
‑2[τ
aλ
ε
λ
L
bλ
(T0)+τ
αλ
(1
‑
α
λ
)L
bλ
(T
u
)+g
αλ
L
bλ
(T
a
)][0018]其中，A0d
‑2为一个常量，A0表示热成像仪最小空间张角所对应的目标可视面积，d为所测电池机柜到热成像仪的距离，τ
aλ
为大气的光谱透射率，ε
λ
为表面发射率，L
bλ
(T)表示温度为T的电池的辐射功率，T0为电池机柜表面温度，T
u
为环境温度，T
a
为大气温度，a
λ
表示表面吸收率；
[0019]接着热成像仪将接收到的辐射能量转换为电信号，再经过放大、整形、模数转换后成为数字信号，在显示器上通过图像显示出来，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，用于检测电池机柜的温度变化，若热图像分布差距大，说明其温差大，则存在热失控的可能，从而预防传感器因检测不灵敏导致结果出现误差的问题。
[0020]进一步的，所述边缘计算主机负责收集所有所述传感器节点的数据，通过采用将所述传感器节点数据与参照节点数据相互对照的算法，来判断系统是否需要预警：将电池机柜监测节点的传感器数值减去参考节点传感器数值，随着时间的变化，数值上升大于某一设定阈值，则触发预警；所述边缘计算主机也可采用各所述传感器节点数据进行相互对照的算法，来判断系统是否需要预警：将所有传感器节点的数据求平均值，监测每个节点与此平均值的差值，随着时间的变化，数值上升大于某一设定阈值，则触发预警；
[0021]所述边缘计算主机通过对所述数据采集盒中没有连接所述传感器节点的接口设置为不启用，从而用于区分传感器未安装还是故障失效。
[0022]进一步的，所述边缘计算主机可以利用气体爆炸模型根据测到的气体的浓度预测其爆炸的最远距离，从而使附近居住人员撤到有效的安全距离：
[0023]1)首先利用TNT当量法测出气体爆炸后所产生的能量：
[0024][0025]其中，β表示地面爆炸系数，A表示在储能电站内该气体爆炸产生的蒸汽云的TNT当
量系数，W
f
表示蒸汽云中参与爆炸的燃料的质量，Q
f
表示燃料的燃烧热，Q
TNT
表示TNT的爆热；
[0026]2)然后计算其爆炸半径，得到安全距离R：
[0027][0028][0029]其中，表示引起人员受伤的冲击波，表示引起人员受伤的冲击波峰值为17000Pa,p表示环境压力，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能电站早期预警系统，其特征在于：所述系统包括：传感器节点、数据采集盒、边缘计算主机、消防主机和热成像仪；通过所述传感器节点监测氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷及挥发性有机气体的浓度变化，并监测气体的温湿度；通过所述数据采集盒汇总所述传感器节点的数据，并进行扩展，将汇总的数据上传至所述边缘计算主机；通过所述热成像仪检测电池机柜的温度，并将温度变化发送至所述边缘计算主机；通过所述边缘计算主机根据不同的地址访问每个所述数据采集盒收集的传感器节点的数据并采集所述热成像仪的温度变化；通过所述消防主机接收所述边缘计算主机的判断结果。2.根据权利要求1所述的一种储能电站早期预警系统，其特征在于：所述传感器节点包括MEMS气体传感器、二氧化碳传感器和温湿度传感器；所述MEMS气体传感器用于监测氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷及挥发性有机气体；所述二氧化碳传感器利用光声原理对二氧化碳浓度进行监测；所述温湿度传感器用于监测气体的温湿度，同时将温湿度传输给所述MEMS气体传感器和所述二氧化碳传感器，对两种传感器进行温湿度补偿。3.根据权利要求1所述的一种储能电站早期预警系统，其特征在于：所述传感器节点部署在电池机柜气流的下游，其感测面一般平行于气流的方向，通过气体扩散的方式进入传感器的内部，同时，在储能仓前后设置参照传感器节点，用于与安装在电池机柜的所述传感器节点进行对比，所述参照传感器节点与安装在每个电池机架的传感器节点相同。4.根据权利要求1所述的一种储能电站早期预警系统，其特征在于：所述数据采集盒采用多路485或CAN总线接口与所述传感器节点进行通信，同时所述数据采集盒通过485或CAN总线进行扩展；每一个所述数据采集盒都具有一个拨码开关，通过所述拨码开关可以设置数据采集盒的地址。5.根据权利要求1所述的一种储能电站早期预警系统，其特征在于：所述热成像仪利用红外探测器和光学成像物镜将被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上：首先利用斯蒂芬
‑
玻尔兹曼定律得到热成像仪的辐射照度E
λ
：E
λ
＝A0d
‑2[τ
aλ
ε
λ
L
bλ
(T0)+τ
aλ
(1
‑
a
λ
)L
bλ
(T
u
)+ε
aλ
L
bλ
(T

【专利技术属性】
技术研发人员：谷永先，徐帆，张一鸣，
申请(专利权)人：无锡永先智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：