一种电池热失控预警定位方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电池热失控预警定位方法及其系统，该系统包括主管路、设置于主管路上的若干支管路、分别设置于主管路首端和末端的首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器，所述主管路和支管路均位于电池舱内，支管路上设置有电池簇，支管路与电池簇中的所有电池模组相连通，首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器用于监测热失控产物，且在探测到热失控产物达到预设浓度阈值时输出时钟值。本发明专利技术通过复用“模组级”消防灭火系统的消防管路作为气体采集管道，仅安装两个时钟同步的热失控产物探测器，通过计算热失控产物的传播扩散时差，实现预警并定位热失控电池所在电池簇，为后续精准控制热失控电池充放电、精准灭火提供支撑。灭火提供支撑。灭火提供支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种电池热失控预警定位方法及其系统


[0001]本专利技术属于电池储能领域，涉及电池热失控预警定位技术，具体涉及一种电池热失控预警定位方法及其系统。

技术介绍

[0002]储能是构建新型电力系统的关键要素，电池储能是应用最广泛的储能形式之一。据统计，近年来发生严重电池储能火灾爆炸事故30余起，经济损失和社会影响巨大，已成为其大规模应用的主要障碍。储能行业已形成共识：电池储能火灾一旦形成并蔓延，现有消防措施均无法有效扑灭，必须在热失控初期快速、准确、可靠感知和预警，在火灾早期精准控制、灭火。
[0003]当前电池储能系统主要以舱式布置方式为主，以“电池单体
‑
电池模组
‑
电池簇
‑
电池舱”逐级连接。通常一个标准电池舱内包含10个左右电池簇，一个电池簇包含20
‑
30个电池模组，一个电池模组根据电池单体容量不同一般包含10
‑
50个电池单体。电池热失控引起的火灾主要由个别缺陷电池单体引起，但由于电池储能系统内电池排布密集，在火灾早期的电池热失控阶段难以及时预警定位。当前，电池热失控预警技术研究的关键在于：如何快速、精准地检测热失控电池并精准控制充放电、精准灭火。
[0004]目前检测热失控的技术主要包括：电池热失控特征气体探测(如H2、CO)、电池外部温度检测、电池外壳形变检测、电池热失控特征声音探测、电池电压/电流/阻抗检测、电池舱内烟雾探测等，通过监测电池热失控过程中电池内外特性发生的变化特征来判别热失控程度，从而发出热失控预警，部分手段还具有定位故障电池的能力。
[0005]当前，储能热失控预警定位技术难点在于：(1)电池储能系统内电池排布密集，电池火灾发生前产生的特征气体、热释离子、烟气等扩散规律复杂，传统吸顶布置的烟气探测器(CN106250930B)难以精准定位故障电池所在位置，无法为灭火剂精准释放提供帮助；(2)通过在电池储能舱中安装气体传感器(CN113593194B)、声音定位器(CN110188737B)、热失控感知件(CN111370784B)、压力传感器(CN112886082B)、热释离子探测器(CN112206445B)等火灾探测装置虽然可以定位故障电池，但需要耗用大量传感器件、敷设有线或无线传感网、布置复杂的气体采集管道，规模化应用造价高昂，难以大规模推广应用。(3)当前，“模组级”消防灭火系统，在储能舱内的每个电池模组上布置消防管路和喷头，将气体灭火剂或细水雾直接喷射向起火电池以达到精确灭火、节省资源的目的(CN115458831A)，但灭火喷头的启动灭火的判据多依赖簇级火灾探测器或模组级气体传感器传递火灾及定位信息，以40尺标准储能电池舱为例，需要安装10组左右簇级探测器或300组左右模组级探测器，传感器、通信线路、处理系统耗量大，工程实施、运行维护复杂，不利于规模化应用，实用性不强。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的缺少高性价比的热失控电池定位问题，提供一种电池热失控预警定位方法及其系统，通过复用“模组级”消防灭火系统的消防管路作
为气体采集管道，仅安装两个时钟同步的热失控产物探测器，通过计算特征气体/烟雾/热释离子等热失控产物的传播扩散时差，实现预警并定位热失控电池所在电池簇，为后续精准控制热失控电池充放电、精准灭火提供支撑。
[0007]技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种电池热失控预警定位系统，包括主管路、设置于主管路上的若干支管路、分别设置于主管路首端和末端的首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器，所述主管路和支管路均位于电池舱内，所述支管路上设置有电池簇，所述支管路与电池簇中的所有电池模组相连通，所述首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器用于监测热失控产物，且在探测到热失控产物达到预设浓度阈值时输出时钟值。
[0008]进一步地，所述支管路上设置有与电池模组一一对应的消防喷头。
[0009]进一步地，所述主管路包括中间管和分别位于中间管两端的两个连接管，两个连接管平行设置。
[0010]进一步地，所述支管路等间隔对称排列设置于两个连接管上。
[0011]进一步地，所述主管路通过舱级接入阀进入电池舱。舱级接入阀可以是从电池舱外接入灭火剂(如水、水系灭火剂、七氟丙烷、全氟己酮等)的接入阀，也可以是舱内固定布置的灭火剂储罐的接入阀(如水系灭火剂、七氟丙烷、全氟己酮等)。电池舱可以是电池集装箱，也可以是放置电池的建筑物。
[0012]进一步地，所述首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器内均设置有内部时钟，且保持时钟同步。
[0013]本专利技术还提供一种电池热失控预警定位方法，包括如下步骤：
[0014]S1：在非火灾预警状态下主管路和支管路内部为空气，首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器产生相同负压力，电池模组产生的气体以固定速率V流入支管路后进入到主管路；
[0015]S2：当电池模组发生热失控时，热失控产物沿该电池模组对应的支管路进入到主管路，然后以固定速率V在主管路内分两路扩散，直至分别扩散至首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器处，首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器分别记录下探测时间，分别为时钟时刻值T首、时钟时刻值T末；
[0016]S3：计算主管路几何中点偏移量LΔ＝V*TΔ/2,其中，TΔ＝T首
‑
T末；
[0017]S4：根据获得的主管路几何中点偏移量LΔ，即可得到发生热失控电池模组所处支管路汇入主管路的位置，从而获取到发生热失控电池模组所处的电池簇，实现热失控电池簇级预警定位。
[0018]进一步地，所述步骤S2中首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器记录探测时间的方法为：当探测到热失控产物达到预设浓度阈值时，通过内部的时钟记录下探测时间，分别记录为时钟时刻值T首、时钟时刻值T末。
[0019]进一步地，所述步骤S4中实现热失控电池簇级预警定位后，外部灭火剂通过舱级接入阀充入到主管路，首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器与主管路接口自动隔离并密封，能够防止灭火剂从两个热失控产物探测器处外泄。
[0020]进一步地，所述步骤S2中热失控产物为一氧化碳、氢气、热释离子和烟雾颗粒中的一种或多种。
[0021]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具备如下优点：
[0022]1、解决了电池储能系统内电池排布密集环境下，难以通过电池热失控产物精准定位故障电池所在位置的问题，为灭火剂精准释放提供帮助。
[0023]2、通过复用消防灭火系统管路并简易改装，大幅减少了用于定位热失控电池的传感器件数量，避免了大量敷设有线或无线传感网，避免了布置复杂的气体采集管道，工程实施、运行维护操作简便，有利于规模化应用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提供的电池热失控预警定位方法的流程示意图；
[0025]图2为本专利技术系统在电池舱内的布置形式示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池热失控预警定位系统，其特征在于，包括主管路、设置于主管路上的若干支管路、分别设置于主管路首端和末端的首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器，所述主管路和支管路均位于电池舱内，所述支管路上设置有电池簇，所述支管路与电池簇中的所有电池模组相连通，所述首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器用于监测热失控产物，且在探测到热失控产物达到预设浓度阈值时输出时钟值。2.根据权利要求1所述的一种电池热失控预警定位系统，其特征在于，所述支管路上设置有与电池模组一一对应的消防喷头。3.根据权利要求1所述的一种电池热失控预警定位系统，其特征在于，所述主管路包括中间管和分别位于中间管两端的两个连接管，两个连接管平行设置。4.根据权利要求3所述的一种电池热失控预警定位系统，其特征在于，所述支管路等间隔对称排列设置于两个连接管上。5.根据权利要求1所述的一种电池热失控预警定位系统，其特征在于，所述主管路通过舱级接入阀进入电池舱。6.根据权利要求1所述的一种电池热失控预警定位系统，其特征在于，所述首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器内均设置有内部时钟，且保持时钟同步。7.一种电池热失控预警定位方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在非火灾预警状态下主管路和支管路内部为空气，首端热失控产物探测器和末端热失控产物探测器产生相同负压力，电池模组产生的气体以固定速率V流入支管路...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹康涌，肖鹏，孙蓉，孙磊，郭东亮，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：