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儲能電池熱失控監測處理系統和方法

1597   編輯:中冶有色技術網   來源:西安熱工研究院有限公司 華能羅源發電有限責任公司  
2023-04-21 15:39:37
權利要求

1.儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于,包括儲能電池熱失控處理裝置和儲能電池熱失控監測裝置;

所述儲能電池熱失控監測裝置包括布置于電池單體上的壓力溫度綜合傳感器,所述壓力溫度綜合傳感器包括布拉格光柵纖維和干涉光纖,所述壓力溫度綜合傳感器用于獲取電池單體的壓力和溫度并送至所述儲能電池熱失控處理裝置;

所述儲能電池熱失控處理裝置包括電池管理系統、安全劑管理單元、電解液管理單元和廢氣管理單元,所述電池管理系統用于基于所述壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控,若發生熱失控,則控制所述安全劑管理單元向所述電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出所述電池單體內的電解液和廢氣。

2.如權利要求1所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:每個電池單體上布置的所述壓力溫度綜合傳感器的數量為三個,所述電池管理系統采用三取二冗余原則進行熱失控判斷。

3.如權利要求2所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述安全劑管理單元包括安全劑存儲罐、安全劑注入開關和第一安全劑出口閥,所述安全劑管理單元通過所述安全劑注入開關與所述電池管理系統連接,所述安全劑存儲罐經所述第一安全劑出口閥與所述儲能電池熱失控監測裝置連接。

4.如權利要求3所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述電解液管理單元包括電解液排出開關、電解液存儲罐和第一電解液進口閥,所述電解液管理單元通過所述電解液排出開關與所述電池管理系統連接,所述電解液存儲罐經所述第一電解液進口閥與所述儲能電池熱失控監測裝置連接。

5.如權利要求4所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述廢氣管理單元包括廢氣收集閥、廢氣收集風機和廢氣存儲罐,所述電解液存儲罐經所述廢氣收集閥、所述廢氣收集風機與所述廢氣存儲罐連接。

6.如權利要求5所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述安全劑管理單元還包括第二安全劑出口閥和安全劑電泵,所述第一安全劑出口閥經所述安全劑電泵、所述第二安全劑出口閥與所述安全劑存儲罐連接。

7.如權利要求6所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述電解液管理單元還包括第二電解液進口閥和電解液電泵,所述第一電解液進口閥經所述電解液電泵、所述第二電解液進口閥與所述電解液存儲罐連接。

8.如權利要求7所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述儲能電池熱失控監測裝置包括與電池單體數量相同的閥組模塊,每個電池單體上布置有一個閥組模塊,所述閥組模塊包括安全閥、安全劑注入閥門和流出閥門,所述安全閥經所述安全劑注入閥門與第一安全劑出口閥連接,所述安全閥經所述流出閥門與第一電解液進口閥連接。

9.如權利要求8所述的儲能電池熱失控監測處理系統,其特征在于:所述儲能電池熱失控監測裝置還包括與所述壓力溫度綜合傳感器連接的光纖通道,所述儲能電池熱失控處理裝置還包括光纖路由器,所述光纖通道經所述光纖路由器與所述電池管理系統連接。

10.基于如權利要求1-9中任意一項所述的儲能電池熱失控監測處理系統的儲能電池熱失控監測處理方法,其特征在于,包括:

通過壓力溫度綜合傳感器實時獲取電池單體的壓力和溫度;

通過電池管理系統基于所述壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控;

若發生熱失控,則電池管理系統控制所述安全劑管理單元向所述電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出所述電池單體內的電解液和廢氣;

在注入安全劑的過程中,基于該過程中實時獲取的電池單體的壓力和溫度判斷熱失控是否終止,若是,則所述電池管理系統控制所述安全劑管理單元停止向所述電池單體注入安全劑,并控制所述電解液管理單元和廢氣管理單元停止抽出所述電池單體內的電解液和廢氣。

說明書

技術領域

[0001]本公開涉及儲能電池熱失控技術領域,尤其涉及儲能電池熱失控監測處理系統和方法。

背景技術

[0002]在“雙碳”目標的背景下,光伏、風電等可再生能源的建設規模和速度加快,儲能系統依靠跨時段的平穩輸出能力,解決了電網調節負擔,是支撐可再生能源規?;l展和火電靈活性改造的關鍵。2022年開年以來,國內投擴建儲能項目涉及金額達540.44億元,涉及規模超81GWh。但是,儲能電池的安全風險是制約行業發展的關鍵問題。據不完全統計,2011-2021年全球共發生約50起儲能起火事故,而2022年1-6月就已發生了多達17起的儲能起火事故,事故原因大多與熱失控有關。

[0003]儲能電池發生火災爆炸事故的主要原因是電池單體發生內短路后使得電池熱失控起火燃燒,進一步熱失控擴展到相鄰電池,從而形成大規?;馂?,在受限空間中氣體積聚到一定程度時,遇到點火源,又會發生爆炸。研究表明,儲能電池從發生異常至安全事故需要依次經歷異常狀態發生、熱失控開始、安全閥沖爆以及可能的電池爆燃四個階段。因此,研究和開發安全高效的電池熱失控監測與處理系統,對儲能規?;瘧眠M程具有重要意義。

[0004]目前,電池熱失控系統集中于電池管理系統(Battery Management System,BMS),是電池保護和管理的核心組成部分。通過對電池運行狀態(電壓、電流、溫度等)進行實時檢測,對電池荷電狀態(State Of Charge,SOC)、電池健康狀態(State Of Health,SOH)等進行分析和評估,對電池組實現均衡管理、控制、故障告警、保護及通信管理。當運行狀態出現異常(電壓升高、電流增大、溫度升高)時采取故障信號報警和后續冷卻降溫措施(空氣冷卻、液體冷卻、相變材料冷卻和熱管冷卻等方式),避免引發更大的燃燒和爆炸事故,若處置得當可以降低損失。

[0005]現有的儲能電池熱失控系統一般通過監測電池本體電壓、電池外殼溫度以及周圍空間內的特定氣體數據參數的大小和變化判定電池是否處于熱失控狀態。然而,現有的氣體預警系統通常需要在電池安全閥沖爆后,有氣體逸出才能獲得監測數據;由于電池內部溫度難以實現實時監測,溫度預警只能通過監測電池殼體溫度來進行熱失控判定,溫度信號傳遞的延遲性導致預警期嚴重滯后。而后續冷卻降溫措施只能延緩燃燒,盡可能縮小爆炸范圍,降低損失,無法切斷儲能電池熱失控的蔓延過程。

[0006]因此,現有儲能電池熱失控系統難從熱失控開始階段進行抑制事故發展,如何在電池發展至熱失控階段前快速、精確地識別電池安全風險,進而在早期階段切斷危險源是突破目前儲能電池安全發展困境的關鍵。

發明內容

[0007]本公開旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

[0008]為此,本公開的第一個目的在于提出一種儲能電池熱失控監測處理系統,主要目的在于提高電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0009]本公開的第二個目的在于提出一種儲能電池熱失控監測處理方法。

[0010]為達上述目的,本公開第一方面實施例提出了一種儲能電池熱失控監測處理系統,包括儲能電池熱失控處理裝置和儲能電池熱失控監測裝置;

[0011]所述儲能電池熱失控監測裝置包括布置于電池單體上的壓力溫度綜合傳感器,所述壓力溫度綜合傳感器包括布拉格光柵纖維和干涉光纖,所述壓力溫度綜合傳感器用于獲取電池單體的壓力和溫度并送至所述儲能電池熱失控處理裝置;

[0012]所述儲能電池熱失控處理裝置包括電池管理系統、安全劑管理單元、電解液管理單元和廢氣管理單元,所述電池管理系統用于基于所述壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控,若發生熱失控,則控制所述安全劑管理單元向所述電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出所述電池單體內的電解液和廢氣。

[0013]本公開實施例的儲能電池熱失控監測處理系統,包括儲能電池熱失控處理裝置和儲能電池熱失控監測裝置;儲能電池熱失控監測裝置包括布置于電池單體上的壓力溫度綜合傳感器,壓力溫度綜合傳感器包括布拉格光柵纖維和干涉光纖,壓力溫度綜合傳感器用于獲取電池單體的壓力和溫度并送至儲能電池熱失控處理裝置;儲能電池熱失控處理裝置包括電池管理系統、安全劑管理單元、電解液管理單元和廢氣管理單元,電池管理系統用于基于壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控,若發生熱失控,則控制安全劑管理單元向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出電池單體內的電解液和廢氣。在這種情況下,利用基于布拉格光柵纖維和干涉光纖得到的壓力溫度綜合傳感器對儲能電池內部的壓力和溫度變化進行監測,能夠更準確更及時地獲得壓力和溫度數據,從而及時準確地進行熱失控判斷,若發生熱失控,采用安全劑注入的方式迅速降低電池溫度,阻斷電池內部化學反應,因此提高了電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0014]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,每個電池單體上布置的所述壓力溫度綜合傳感器的數量為三個,所述電池管理系統采用三取二冗余原則進行熱失控判斷。

[0015]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述安全劑管理單元包括安全劑存儲罐、安全劑注入開關和第一安全劑出口閥,所述安全劑管理單元通過所述安全劑注入開關與所述電池管理系統連接,所述安全劑存儲罐經所述第一安全劑出口閥與所述儲能電池熱失控監測裝置連接。

[0016]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述電解液管理單元包括電解液排出開關、電解液存儲罐和第一電解液進口閥,所述電解液管理單元通過所述電解液排出開關與所述電池管理系統連接,所述電解液存儲罐經所述第一電解液進口閥與所述儲能電池熱失控監測裝置連接。

[0017]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述廢氣管理單元包括廢氣收集閥、廢氣收集風機和廢氣存儲罐,所述電解液存儲罐經所述廢氣收集閥、所述廢氣收集風機與所述廢氣存儲罐連接。

[0018]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述安全劑管理單元還包括第二安全劑出口閥和安全劑電泵,所述第一安全劑出口閥經所述安全劑電泵、所述第二安全劑出口閥與所述安全劑存儲罐連接。

[0019]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述電解液管理單元還包括第二電解液進口閥和電解液電泵,所述第一電解液進口閥經所述電解液電泵、所述第二電解液進口閥與所述電解液存儲罐連接。

[0020]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述儲能電池熱失控監測裝置包括與電池單體數量相同的閥組模塊,每個電池單體上布置有一個閥組模塊,所述閥組模塊包括安全閥、安全劑注入閥門和流出閥門,所述安全閥經所述安全劑注入閥門與第一安全劑出口閥連接,所述安全閥經所述流出閥門與第一電解液進口閥連接。

[0021]在本公開第一方面實施例的一種儲能電池熱失控監測處理系統中,所述儲能電池熱失控監測裝置還包括與所述壓力溫度綜合傳感器連接的光纖通道,所述儲能電池熱失控處理裝置還包括光纖路由器,所述光纖通道經所述光纖路由器與所述電池管理系統連接。

[0022]為達上述目的,本公開第二方面實施例提出了一種基于在本公開第一方面實施例的儲能電池熱失控監測處理系統的儲能電池熱失控監測處理方法,包括:

[0023]通過壓力溫度綜合傳感器實時獲取電池單體的壓力和溫度;

[0024]通過電池管理系統基于所述壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控;

[0025]若發生熱失控,則電池管理系統控制所述安全劑管理單元向所述電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出所述電池單體內的電解液和廢氣;

[0026]在注入安全劑的過程中,基于該過程中實時獲取的電池單體的壓力和溫度判斷熱失控是否終止,若是,則所述電池管理系統控制所述安全劑管理單元停止向所述電池單體注入安全劑,并控制所述電解液管理單元和廢氣管理單元停止抽出所述電池單體內的電解液和廢氣。

[0027]本公開實施例的儲能電池熱失控監測處理方法,通過壓力溫度綜合傳感器實時獲取電池單體的壓力和溫度;通過電池管理系統基于壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控;若發生熱失控,則電池管理系統控制安全劑管理單元向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出電池單體內的電解液和廢氣;在注入安全劑的過程中,基于該過程中實時獲取的電池單體的壓力和溫度判斷熱失控是否終止,若是,則電池管理系統控制安全劑管理單元停止向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元停止抽出電池單體內的電解液和廢氣。在這種情況下,利用基于布拉格光柵纖維和干涉光纖得到的壓力溫度綜合傳感器對儲能電池內部的壓力和溫度變化進行監測,能夠更準確更及時地獲得壓力和溫度數據,從而及時準確地進行熱失控判斷,若發生熱失控,采用安全劑注入的方式迅速降低電池溫度,阻斷電池內部化學反應,因此提高了電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0028]本公開附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出,部分將從下面的描述中變得明顯,或通過本公開的實踐了解到。

附圖說明

[0029]本公開上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解,其中:

[0030]圖1為本公開實施例所提供的一種儲能電池熱失控監測處理系統的框圖;

[0031]圖2為本公開實施例所提供的一種儲能電池熱失控監測處理系統的結構示意圖;

[0032]圖3為本公開實施例所提供的一種儲能電池熱失控監測處理方法的流程示意圖;

[0033]附圖標記說明:

[0034]1—儲能電池熱失控處理裝置;2—儲能電池熱失控監測裝置;1-1—安全劑存儲罐;1-2—第二安全劑出口閥;1-3—安全劑電泵;1-4—第一安全劑出口閥;1-5—安全劑注入開關;1-6—電池管理系統(BMS);1-7—光纖路由器;1-8—電解液排出開關;1-9—電解液存儲罐;1-10—第二電解液進口閥;1-11—電解液電泵;1-12—第一電解液進口閥;1-13—廢氣收集閥;1-14—廢氣收集風機;1-15—廢氣存儲罐;2-1—第一電池單體;2-2—第一安全閥;2-3—第一安全劑注入閥門;2-4—第一流出閥門;2-5—第一壓力溫度綜合傳感器;2-6—第二壓力溫度綜合傳感器;2-7—第三壓力溫度綜合傳感器;2-8—第一光纖通道;2-9—第二電池單體;2-10—第二安全閥;2-11—第二安全劑注入閥門;2-12—第二流出閥門;2-13—第四壓力溫度綜合傳感器;2-14—第五壓力溫度綜合傳感器;2-15—第六壓力溫度綜合傳感器;2-16—第二光纖通道;2-17—第三電池單體;2-18—第三安全閥;2-19—第三安全劑注入閥門;2-20—第三流出閥門;2-21—第七壓力溫度綜合傳感器;2-22—第八壓力溫度綜合傳感器;2-23—第九壓力溫度綜合傳感器;2-24—第三光纖通道。

具體實施方式

[0035]這里將詳細地對示例性實施例進行說明,其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時,除非另有表示,不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本公開實施例相一致的所有實施方式。相反,它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本公開實施例的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

[0036]在本說明書的描述中,參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本公開的至少一個實施例或示例中。在本說明書中,對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且,描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外,在不相互矛盾的情況下,本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

[0037]此外,術語“第一”、“第二”僅用于描述目的,而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個該特征。在本公開的描述中,“多個”的含義是至少兩個,例如兩個,三個等,除非另有明確具體的限定。還應當理解,本公開中使用的術語“和/或”是指并包含一個或多個相關聯的列出項目的任何或所有可能組合。

[0038]下面詳細描述本公開的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,旨在用于解釋本公開,而不能理解為對本公開的限制。

[0039]下面結合具體的實施例對本公開進行詳細說明。

[0040]本公開提出一種儲能電池熱失控監測處理系統和方法,主要目的在于提高電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0041]圖1為本公開實施例所提供的一種儲能電池熱失控監測處理系統的框圖。圖2為本公開實施例所提供的一種儲能電池熱失控監測處理系統的結構示意圖。

[0042]如圖1所示,本公開實施例提供的儲能電池熱失控監測處理系統包括儲能電池熱失控處理裝置1和儲能電池熱失控監測裝置2。儲能電池熱失控處理裝置1與儲能電池熱失控監測裝置2連接。

[0043]在本實施例中,儲能電池熱失控處理裝置1包括電池管理系統、安全劑管理單元、電解液管理單元和廢氣管理單元。電池管理系統分別與安全劑管理單元、電解液管理單元和廢氣管理單元連接。

[0044]在本實施例中,電池管理系統(Battery Management System,BMS)用于基于壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控,若發生熱失控,則控制安全劑管理單元向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出電池單體內的電解液和廢氣。

[0045]在一些實施例中,在每個電池單體上布置的壓力溫度綜合傳感器的數量為三個時,電池管理系統可以采用三取二冗余原則進行熱失控判斷。在這種情況下,采用三取二冗余原則進行熱失控的判斷,提高了儲能電池熱失控監測處理系統的穩定可靠性,保證了熱失控判斷信號的準確,減小了信號回路的誤動作故障率和拒動作故障率,從而提高了電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0046]易于理解地,三取二冗余由三個功能相同的模塊組成。在三個模塊的采集信號中的任何兩個的采集信號一致,才能將信號傳遞輸出。保證了信號的正確可靠,減小信號回路的誤動作故障率和拒動作故障率,三個模塊即使有一個發生故障整個系統也可以正常工作。

[0047]在本實施例中,儲能電池熱失控處理裝置1包括光纖路由器。光纖路由器分別連接電池管理系統和儲能電池熱失控監測裝置2。光纖路由器用于接收來自儲能電池熱失控監測裝置2的各電池單體的壓力和溫度,并將各電池單體的壓力和溫度送至電池管理系統進行熱失控判斷。如圖2所示,儲能電池熱失控處理裝置1包括電池管理系統1-6和光纖路由器1-7。電池管理系統1-6經由光纖路由器1-7與儲能電池熱失控監測裝置2連接。

[0048]在本實施例中,安全劑管理單元用于存儲安全劑,并在熱失控時輸送熱失控。

[0049]具體地,在本實施例中,安全劑管理單元包括安全劑存儲罐、安全劑注入開關和第一安全劑出口閥,安全劑管理單元通過安全劑注入開關與電池管理系統連接,安全劑存儲罐經第一安全劑出口閥與儲能電池熱失控監測裝置2連接。安全劑管理單元還包括第二安全劑出口閥和安全劑電泵,第一安全劑出口閥經安全劑電泵、第二安全劑出口閥與安全劑存儲罐連接。

[0050]在一些實施例中,如圖2所示,安全劑管理單元包括安全劑存儲罐1-1、第二安全劑出口閥1-2、安全劑電泵1-3、第一安全劑出口閥1-4和安全劑注入開關1-5。安全劑管理單元通過安全劑注入開關1-5與電池管理系統1-6連接,安全劑存儲罐1-1經由第二安全劑出口閥1-2、安全劑電泵1-3、第一安全劑出口閥1-4與儲能電池熱失控監測裝置2連接。

[0051]安全劑存儲罐1-1用于存儲安全劑。

[0052]第二安全劑出口閥1-2與電池管理系統1-6連接,第二安全劑出口閥1-2基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。

[0053]安全劑電泵1-3與電池管理系統1-6連接,安全劑電泵1-3基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于啟動或關停狀態。安全劑電泵1-3處于啟動狀態時,可以將安全劑存儲罐1-1中的安全劑通過管道送至儲能電池熱失控監測裝置2。

[0054]第一安全劑出口閥1-4與電池管理系統1-6連接,第一安全劑出口閥1-4基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。

[0055]安全劑注入開關1-5與電池管理系統1-6連接,安全劑注入開關1-5基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。安全劑注入開關1-5處于閉合狀態時,安全劑管理單元啟動運行,此時安全劑管理單元中的第二安全劑出口閥1-2、安全劑電泵1-3和第一安全劑出口閥1-4能夠接收來自電池管理系統1-6的指令進入相應的狀態。

[0056]在本實施例中,若電池管理系統1-6判斷電池單體發生熱失控,則電池管理系統1-6發出指令控制閉合安全劑注入開關1-5、啟動安全劑電泵1-3、打開第二安全劑出口閥1-2和第一安全劑出口閥1-4。此時安全劑管理單元的安全劑存儲罐1-1通過管道向儲能電池熱失控監測裝置2的對應的電池單體(即發生熱失控的電池單體)注入安全劑。在這種情況下,采用安全劑注入的方式,能夠迅速降低電池溫度,阻斷電池內部化學反應,在熱失控早期階段切斷危險源傳播路徑。

[0057]在本實施例中,電解液管理單元用于存儲電解液,并在熱失控時輸送電解液。

[0058]具體地,在本實施例中,電解液管理單元包括電解液排出開關、電解液存儲罐和第一電解液進口閥,電解液管理單元通過經電解液排出開關與電池管理系統連接,電解液存儲罐經第一電解液進口閥與儲能電池熱失控監測裝置2連接。電解液管理單元還包括第二電解液進口閥和電解液電泵,第一電解液進口閥經電解液電泵、第二電解液進口閥與電解液存儲罐連接。

[0059]在一些實施例中,如圖2所示,電解液管理單元包括電解液排出開關1-8、電解液存儲罐1-9、第二電解液進口閥1-10、電解液電泵1-11和第一電解液進口閥1-12。電解液管理單元通過電解液排出開關1-8與電池管理系統1-6連接,電解液存儲罐1-9經由第二電解液進口閥1-10、電解液電泵1-11和第一電解液進口閥1-12與儲能電池熱失控監測裝置2連接。

[0060]電解液排出開關1-8與電池管理系統1-6連接,電解液排出開關1-8基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。電解液排出開關1-8處于閉合狀態時,電解液管理單元啟動運行,此時電解液管理單元中的第二電解液進口閥1-10、電解液電泵1-11和第一電解液進口閥1-12能夠接收來自電池管理系統1-6的指令進入相應的狀態。

[0061]電解液存儲罐1-9用于存儲電解液。

[0062]第二電解液進口閥1-10與電池管理系統1-6連接,第二電解液進口閥1-10基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。

[0063]電解液電泵1-11與電池管理系統1-6連接,電解液電泵1-11基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于啟動或關停狀態。電解液電泵1-11處于啟動狀態時,可以將儲能電池熱失控監測裝置2的對應電池單體內的電解液和廢氣通過管道送至電解液存儲罐1-9。

[0064]第一電解液進口閥1-12與電池管理系統1-6連接,第一電解液進口閥1-12基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。

[0065]在本實施例中,若電池管理系統1-6判斷電池單體發生熱失控,則電池管理系統1-6還發出指令控制閉合電解液排出開關1-8,啟動電解液電泵1-11,同時打開第一電解液進口閥1-12、第二電解液進口閥1-10。發生熱失控的電池單體的電解液與廢氣經第一電解液進口閥1-12、電解液電泵1-11和第二電解液進口閥1 -10進入電解液存儲罐1-9儲存。

[0066]在本實施例中,廢氣管理單元用于存儲廢氣,并在熱失控時輸送廢氣。

[0067]具體地,在本實施例中,廢氣管理單元包括廢氣收集閥、廢氣收集風機和廢氣存儲罐,電解液存儲罐經廢氣收集閥、廢氣收集風機與廢氣存儲罐連接。

[0068]在一些實施例中,如圖2所示,廢氣管理單元包括廢氣收集閥1-13、廢氣收集風機1-14和廢氣存儲罐1-15。電解液存儲罐1-9經由廢氣收集閥1-13、廢氣收集風機1-14與廢氣存儲罐1-15連接。

[0069]廢氣收集閥1-13與電池管理系統1-6連接,廢氣收集閥1-13基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。

[0070]廢氣收集風機1-14用于在啟動時將電解液存儲罐1-9中的廢氣收集至廢氣存儲罐1-15。

[0071]廢氣存儲罐1-15用于存儲廢氣。

[0072]在一些實施例中,廢氣管理單元還包括廢氣開關,廢氣管理單元通過廢氣開關與與電池管理系統1-6連接。廢氣開關基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。廢氣開關處于閉合狀態時,廢氣管理單元啟動運行,此時廢氣管理單元中的廢氣收集閥1-13和廢氣收集風機1-14能夠接收來自電池管理系統1-6的指令進入相應的狀態。

[0073]在本實施例中,若電池管理系統1-6判斷電池單體發生熱失控,則電池管理系統1-6還發出指令控制閉合廢氣開關1-A,啟動廢氣收集風機1-14,同時打開廢氣收集閥1-13。收集的進入電解液存儲罐1-9中的廢氣經廢氣收集閥1-13和廢氣收集風機1-14進入廢氣存儲罐1-15儲存。

[0074]在本實施例中,儲能電池熱失控監測裝置2包括多個電池單體,以及各電池單體對應的壓力溫度綜合傳感器和閥組模塊。如圖2所示,儲能電池熱失控監測裝置2包括第一電池單體2-1、第二電池單體2-9、第三電池單體2-17等多個電池單體,以及各電池單體對應的壓力溫度綜合傳感器和閥組模塊。其中圖2中示意了三個電池單體,以及三個電池單體對應的壓力溫度綜合傳感器和閥組模塊的連接,其余電池單體以及對應的連接方式可以參考該三個電池單體的相關內容。電池單體可以采用鋰離子電池。

[0075]具體地,儲能電池熱失控監測裝置2包括布置于電池單體上的壓力溫度綜合傳感器,壓力溫度綜合傳感器包括布拉格光柵纖維和干涉光纖,壓力溫度綜合傳感器用于獲取電池單體的壓力和溫度并送至儲能電池熱失控處理裝置1。在這種情況下,采用布拉格光柵纖維(FBG)和干涉光纖(FP)組成壓力溫度綜合傳感器,對儲能電池內部的各電池單體的壓力和溫度變化進行監測,能夠實現對儲能電池熱失控的提前快速準確預警功能。

[0076]易于理解地,布拉格光柵纖維(FBG)可以用來檢測鋰離子電池內部溫度和應力,缺點是FBG對于溫度和應力兩種信號都比較敏感,而干涉光纖(FP)由于對溫度不敏感,因此常被用來檢測壓力或者應變。在本公開的實施例中,通過二者結合,可以實現對電池內部壓力和溫度的同時測量和區分。原理如下:如果FBG纖維暴漏在一個寬波段的光源中,則在反射光中會出現一個尖銳的峰,這個峰所對應的波長被稱為布拉格波長,當壓力、溫度等發生改變就會引起布拉格波長的改變,從而實現對這些變量的測量。FP纖維則能夠通過反射光與透射光之間的相位差實現對應變的檢測,如果在FP纖維長度方向上施加一定的壓力,會引起纖維長度L的變化,從而引起相位差的變化,進而實現對應變的測量。

[0077]在一些實施例中,每個電池單體上布置的壓力溫度綜合傳感器的數量為三個。如圖2所示,第一電池單體2-1上布置有第一壓力溫度綜合傳感器2-5、第二壓力溫度綜合傳感器2-6和第三壓力溫度綜合傳感器2-7。第二電池單體2-9上布置有第四壓力溫度綜合傳感器2-13、第五壓力溫度綜合傳感器2-14和第六壓力溫度綜合傳感器2-15。第三電池單體2-17上布置有第七壓力溫度綜合傳感器2-21、第八壓力溫度綜合傳感器2-22和第九壓力溫度綜合傳感器2-23。

[0078]在本實施例中,儲能電池熱失控監測裝置2包括與電池單體數量相同的閥組模塊,每個電池單體上布置有一個閥組模塊,閥組模塊包括安全閥、安全劑注入閥門和流出閥門,安全閥經安全劑注入閥門與第一安全劑出口閥連接,安全閥經流出閥門與第一電解液進口閥連接。

[0079]其中,安全閥與電池管理系統1-6連接,安全閥基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。安全閥處于打開狀態時,來自對應的安全劑注入閥門的安全劑進入電池單體內部,電池單體內部的電解液與廢氣經由安全閥和流出閥門進入電解液管理單元。安全劑注入閥門與電池管理系統1-6連接,安全劑注入閥門基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。安全劑注入閥門打開時,可以將來自第一安全劑出口閥的安全劑送至安全閥。流出閥門與電池管理系統1-6連接,流出閥門基于來自電池管理系統1-6的對應的指令處于打開或閉合狀態。流出閥門打開時,可以將電池單體內部的電解液與廢氣送至第一電解液進口閥1-12。

[0080]在一些實施例中,如圖2所示,第一電池單體2-1上布置有第一安全閥2-2、第一安全劑注入閥門2-3和第一流出閥門2-4。第一安全閥2-2經由第一安全劑注入閥門2-3與第一安全劑出口閥1-4連接。第一安全閥2-2經由第一流出閥門2-4與第一電解液進口閥1-12連接。第二電池單體2-9上布置有第二安全閥2-10、第二安全劑注入閥門2-11和第二流出閥門2-12。第二安全閥2-10經由第二安全劑注入閥門2-11與第一安全劑出口閥1-4連接。第二安全閥2-10經由第二流出閥門2-12與第一電解液進口閥1-12連接。第三電池單體2-17上布置有第三安全閥2-18、第三安全劑注入閥門2-19和第三流出閥門2-20。第三安全閥2-18經由第三安全劑注入閥門2-19與第一安全劑出口閥1-4連接。第三安全閥2-18經由第三流出閥門2-20與第一電解液進口閥1-12連接。

[0081]在本實施例中,儲能電池熱失控監測裝置2還包括與壓力溫度綜合傳感器連接的光纖通道,光纖通道經光纖路由器與電池管理系統連接。在這種情況下,利用光纖傳輸的距離遠、速度快、損耗低與抗干擾性強等特點,通過光纖通道將壓力溫度綜合傳感器采集的溫度和壓力送至儲能電池熱失控處理裝置1,能夠降低傳輸過程對采集的溫度和壓力的影響,使得后續的熱失控判斷更加準確。

[0082]在一些實施例中,如圖2所示,第一電池單體2-1的各壓力溫度綜合傳感器與第一光纖通道2-8連接。各壓力溫度綜合傳感器采集的溫度及壓力經由第一光纖通道2-8和光纖路由器1-7送至電池管理系統1-6。第二電池單體2-9的各壓力溫度綜合傳感器與第二光纖通道2-16連接。各壓力溫度綜合傳感器采集的溫度及壓力經由第二光纖通道2-16和光纖路由器1-7送至電池管理系統1-6。第三電池單體2-17的各壓力溫度綜合傳感器與第三光纖通道2-24連接。各壓力溫度綜合傳感器采集的溫度及壓力經由第三光纖通道2-24和光纖路由器1-7送至電池管理系統1-6。

[0083]在另一些實施例中,壓力溫度綜合傳感器采集的溫度和壓力可以采用網線傳輸的方式送至電池管理系統1-6。由此,能夠節省布線成本和后期維護工作。

[0084]基于圖2的儲能電池熱失控監測處理系統,儲能電池熱失控監測處理過程如下:

[0085]當儲能電池的電池單體發生內短路后,通過布拉格光柵纖維(FBG)和干涉光纖(FP)組成的壓力溫度綜合傳感器監測到各電池單體內部溫度壓力發生變化,通過光纖通道將監測到的溫度壓力傳遞至電池管理系統(BMS),電池管理系統(BMS)判定為電池發生熱失控后啟動電池熱失控處理程序,即將安全劑通過安全閥注入電池內部,同時將電池中的電解液與廢氣抽出,從而精準切斷單體電池熱失控情況。

[0086]以第一電池單體2-1出現內部短路現象為例。第一壓力溫度綜合傳感器2-5、第二壓力溫度綜合傳感器2-6、第三壓力溫度綜合傳感器2-7監測到第一電池單體2-1內部壓力與溫度發生變化,3個壓力溫度綜合傳感器采集溫度和壓力信號時按照三取二冗余原則,監測到的第一電池單體2-1溫度和壓力信號沿第一光纖通道2-8、與第二光纖通道2-16、第三光纖通道2-24等其他電池單體的光纖通道輸出的信號匯總至光纖路由器1-7,光纖路由器1-7將匯集的信號傳遞至電池管理系統1-6,基于第一電池單體2-1內部壓力與溫度變化電池管理系統1-6判定第一電池單體2-1出現熱失控現象,立即啟動電池熱失控處理程序。

[0087]電池熱失控處理程序包括:電池管理系統1-6發出指令閉合安全劑注入開關1-5、電解液排出開關1-8和廢氣開關,啟動安全劑電泵1-3、電解液電泵1-11和廢氣收集風機1-14,并開啟第二安全劑出口閥1-2、第一安全劑出口閥1-4、第一安全劑注入閥門2-3、第一流出閥門2-4、第一電解液進口閥1-12、第二電解液進口閥1-10和廢氣收集閥1-13,此時安全劑存儲罐1-1中安全劑經第二安全劑出口閥1-2、第一安全劑出口閥1-4流出,經第一安全劑注入閥門2-3從第一安全閥2-2流入第一電池單體2-1內部,同時第一電池單體2-1內部電解液與廢氣經第一流出閥門2-4、第一電解液進口閥1-12和第二電解液進口閥1-10進入電解液存儲罐1-9儲存。收集的廢氣經廢氣收集閥1-13進入廢氣存儲罐1-15儲存;

[0088]由于安全劑的注入切斷了第一電池單體2-1的熱失控進程,第一壓力溫度綜合傳感器2-5、第二壓力溫度綜合傳感器2-6和第三壓力溫度綜合傳感器2-7聯合發出信號,該信號經第一光纖通道2-8和光纖路由器1-7傳遞至電池管理系統1-6,判定為第一電池單體2-1熱失控現象已中止,立即啟動電池熱失控恢復程序。

[0089]電池熱失控恢復程序包括:電池管理系統1-6發出指令斷開安全劑注入開關1-5、電解液排出開關1-8和廢氣開關,同時關閉安全劑電泵1-3、電解液電泵1-11和廢氣收集風機1-14,還關閉第二安全劑出口閥1-2、第一安全劑出口閥1-4、第一安全劑注入閥門2-3、第一流出閥門2-4、第一電解液進口閥1-12、第二電解液進口閥1-10和廢氣收集閥1-13。電池管理系統1-6發出報警信號,以便提醒工作人員及時更換第一電池單體2-1,并妥善處理儲存在電解液存儲罐1-9和廢氣存儲罐1-15中的電池電解液與廢氣。

[0090]在另一些實施例中,若電池單體為水系電池、固態電池等,在熱失控時不采用安全劑注入的方式,可以直接進行警報停機,通過替換對應的電池單體,降低儲能電池熱失控所造成的危險。

[0091]本公開的實施例提出的儲能電池熱失控監測處理系統,包括儲能電池熱失控處理裝置和儲能電池熱失控監測裝置;儲能電池熱失控監測裝置包括布置于電池單體上的壓力溫度綜合傳感器,壓力溫度綜合傳感器包括布拉格光柵纖維和干涉光纖,壓力溫度綜合傳感器用于獲取電池單體的壓力和溫度并送至儲能電池熱失控處理裝置;儲能電池熱失控處理裝置包括電池管理系統、安全劑管理單元、電解液管理單元和廢氣管理單元,電池管理系統用于基于壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控,若發生熱失控,則控制安全劑管理單元向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出電池單體內的電解液和廢氣。在這種情況下,利用基于布拉格光柵纖維和干涉光纖得到的壓力溫度綜合傳感器對儲能電池內部的壓力和溫度變化進行監測,能夠更準確更及時地獲得壓力和溫度數據,從而及時準確地進行熱失控判斷,若發生熱失控,采用安全劑注入的方式迅速降低電池溫度,阻斷電池內部化學反應,因此提高了電池安全風險監測的及時性和準確性。在本公開中,檢測到儲能電池熱失控后,將對應的電池單體內部電解液和氣體抽出,向電池內部注入安全劑,阻斷了電池內部化學反應,從而切斷了危險源。其中安全劑注入具有多種優勢,分別是:將溫度較低的安全劑持續注入電池內部,安全劑與電解液之間的對流散熱能夠迅速降低電池溫度;抽出內部電解液和氣體破壞了電池的環境,電池熱失控速率迅速減緩;通過安全劑抑制電池內部的化學反應。通過本公開的系統,能夠更好地提高電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0092]基于上述的實施例提出的儲能電池熱失控監測處理系統,本公開還提出一種儲能電池熱失控監測處理方法。

[0093]圖3為本公開實施例所提供的一種儲能電池熱失控監測處理方法的流程示意圖。如圖3所示,該儲能電池熱失控監測處理方法,包括以下步驟:

[0094]步驟S11,通過壓力溫度綜合傳感器實時獲取電池單體的壓力和溫度;

[0095]步驟S12,通過電池管理系統基于壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控;

[0096]步驟S13,若發生熱失控,則電池管理系統控制安全劑管理單元向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出電池單體內的電解液和廢氣;

[0097]步驟S14,在注入安全劑的過程中,基于該過程中實時獲取的電池單體的壓力和溫度判斷熱失控是否終止,若是,則電池管理系統控制安全劑管理單元停止向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元停止抽出電池單體內的電解液和廢氣。

[0098]可選地,步驟S12中電池管理系統可以采用三取二冗余原則進行熱失控判斷。

[0099]需要說明的是,前述對儲能電池熱失控監測處理系統實施例的解釋說明也適用于該實施例的儲能電池熱失控監測處理方法,此處不再贅述。

[0100]本公開的實施例提出的儲能電池熱失控監測處理方法,通過壓力溫度綜合傳感器實時獲取電池單體的壓力和溫度;通過電池管理系統基于壓力和溫度判斷電池單體是否發生熱失控;若發生熱失控,則電池管理系統控制安全劑管理單元向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元抽出電池單體內的電解液和廢氣;在注入安全劑的過程中,基于該過程中實時獲取的電池單體的壓力和溫度判斷熱失控是否終止,若是,則電池管理系統控制安全劑管理單元停止向電池單體注入安全劑,并控制電解液管理單元和廢氣管理單元停止抽出電池單體內的電解液和廢氣。在這種情況下,利用基于布拉格光柵纖維和干涉光纖得到的壓力溫度綜合傳感器對儲能電池內部的壓力和溫度變化進行監測,能夠更準確更及時地獲得壓力和溫度數據,從而及時準確地進行熱失控判斷,若發生熱失控,采用安全劑注入的方式迅速降低電池溫度,阻斷電池內部化學反應,因此提高了電池安全風險監測的及時性和準確性。在本公開中,檢測到儲能電池熱失控后,將對應的電池單體內部電解液和氣體抽出,向電池內部注入安全劑,阻斷了電池內部化學反應,從而切斷了危險源。其中安全劑注入具有多種優勢,分別是:將溫度較低的安全劑持續注入電池內部,安全劑與電解液之間的對流散熱能夠迅速降低電池溫度;抽出內部電解液和氣體破壞了電池的環境,電池熱失控速率迅速減緩;通過安全劑抑制電池內部的化學反應。通過本公開的方法,能夠更好地提高電池安全風險監測的及時性和準確性。

[0101]應該理解,本公開所示的部件、部件的連接和關系、以及部件的功能僅僅作為示例,并且不意在限制本公開中描述的和/或者要求的本公開的實現??梢允褂蒙厦嫠镜母鞣N形式的流程,重新排序、增加或刪除步驟。例如,本發公開中記載的各步驟可以并行地執行也可以順序地執行也可以不同的次序執行,只要能夠實現本公開公開的技術方案所期望的結果,本公開在此不進行限制。

[0102]上述具體實施方式,并不構成對本公開保護范圍的限制。本領域技術人員應該明白的是,根據設計要求和其他因素,可以進行各種修改、組合、子組合和替代。任何在本公開的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等,均應包含在本公開保護范圍之內。


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“儲能電池熱失控監測處理系統和方法” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究,如用于商業用途,請聯系該技術所有人。
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