本技術(shù)涉及電池保護(hù)，具體地涉及一種集裝箱式儲能電站熱失控精準(zhǔn)定位的消防系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、目前，鋰電儲能在新型儲能領(lǐng)域有著絕對占比，為保障高能量密度的同時實(shí)現(xiàn)集成化、模塊化與快速部署能力，鋰電儲能基本采用集裝箱形式。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于過充、短路、撞、制造缺陷等因素，鋰電池具有熱失控風(fēng)險，這種熱失控在密閉的集裝箱內(nèi)部會迅速擴(kuò)散引發(fā)更大規(guī)模的熱失控，最終導(dǎo)致火災(zāi)與爆炸事故。因此集裝箱式儲能電站的安全預(yù)警與消防是目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

2、目前，鋰電池儲能電站的安全預(yù)警系統(tǒng)主要通過監(jiān)測溫度、電流電壓、可燃?xì)怏w、煙霧等失控特征信號，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號并進(jìn)行斷電與消防處理。這種預(yù)警方式具有一定的不足：一方面，鋰電池在熱失控過程中，當(dāng)電壓電流發(fā)生突變并且可燃?xì)怏w與煙霧大量出現(xiàn)時，熱失控往往已經(jīng)進(jìn)入不可控階段，而電池組由于被包裹在保護(hù)殼中，溫度的改變也較難被及時發(fā)現(xiàn)，這導(dǎo)致現(xiàn)有的預(yù)警方式在失控的初期階段無法及時響應(yīng)，從而錯失最佳處理時機(jī)。另一方面，隨著消防技術(shù)的提升，大型儲能電站往往都采用pack級消防，使用氣溶膠或水直接灌注到電池包pack中，這不僅考驗(yàn)預(yù)警系統(tǒng)在時間方面的響應(yīng)速度，還對空間方面的定位精度提出了要求，而目前僅靠這些粗淺的特征信號還無法進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

3、在這種背景下，氣體監(jiān)測預(yù)警是目前比較好的解決方案之一。大量文獻(xiàn)表明，鋰電池?zé)崾Э爻跗诰蜁a(chǎn)生一定的可燃?xì)怏w，這些氣體以氫氣為主，此時鋰電池還沒有完全熱失控，還沒有出現(xiàn)高溫與火焰，電壓電流也沒有出現(xiàn)激變，因此對可燃?xì)怏w的監(jiān)測在響應(yīng)速度上最快。在這種情況下，為了實(shí)現(xiàn)pack級定位，現(xiàn)有的一些方案使用大量傳感器直接安裝到儲能pack之中，當(dāng)出現(xiàn)氫氣信號時便發(fā)出預(yù)警信號，這種方案也存在一定的弊端：一是這會造成大量的成本，大量的傳感器與信號接收器也會給產(chǎn)品帶來很大的成本負(fù)擔(dān)，這往往是生產(chǎn)廠家不可接受的；二是氫能傳感器往往都是電化學(xué)形式的，氫能傳感器產(chǎn)生的電火花會在熱失控中成為第一個點(diǎn)火源，對設(shè)備產(chǎn)生危害；三是傳感器安裝在pack內(nèi)部會占用一定的空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明目的是提供一種集裝箱式儲能電站熱失控精準(zhǔn)定位的消防系統(tǒng)及方法，采用防水透氣膜、氣體傳感陣列、先進(jìn)定位算法等技術(shù)，在不占用pack內(nèi)部體積并且使用較少氣體傳感器的前提下，實(shí)現(xiàn)對儲能電站熱失控的早期預(yù)警與精準(zhǔn)定位，保障了儲能設(shè)備的安全。

2、根據(jù)本技術(shù)的一方面，一種集裝箱式儲能電站熱失控精準(zhǔn)定位的消防系統(tǒng)，包括儲能電站、在所述儲能電站上陣列安放的若干個電池包pack以及設(shè)置在所述儲能電站上的消防系統(tǒng)，所述消防系統(tǒng)包括透氣安全閥、氫氣傳感器和滅火裝置，每個所述電池包pack上均安裝有透氣安全閥和滅火裝置，位于所述透氣安全閥所在平面的所述儲能電站上陣列安裝有多個氫氣傳感器并構(gòu)成氫氣傳感器陣列，所述氫氣傳感器陣列的檢測面積能夠完全覆蓋所述儲能電站的整個平面，所述透氣安全閥能夠?qū)崾Э卦缙诋a(chǎn)生的氫氣從所述電池包pack內(nèi)部擴(kuò)散出來，所述氫氣傳感器陣列能夠檢測擴(kuò)散出來的氫氣濃度，所述氫氣傳感器陣列和所述透氣安全閥的設(shè)置構(gòu)成早期預(yù)警系統(tǒng)，所述早期預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測所述儲能電站整個平面內(nèi)的氫氣濃度；所述消防系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述儲能電站上的工控機(jī)，所述工控機(jī)分別與所述氫氣傳感器陣列和所述滅火裝置電性連接，所述工控機(jī)內(nèi)置有信號處理模塊和定位程序，所述信號處理模塊能夠接收并處理所述氫氣傳感器陣列檢測得到的氫氣濃度數(shù)據(jù)信息，所述定位程序基于定位算法設(shè)置，所述定位算法采用氣體分布場重構(gòu)算法，通過提前輸入的所述儲能電站上的所述電池包pack的空間分布信息，對所述信號處理模塊接收的所述氫氣傳感器陣列采集的所述儲能電站各個位置的氫氣濃度數(shù)據(jù)通過氣體分布映射算法建立氣體濃度分布圖來作為現(xiàn)場氣體分布圖像，并通過所述工控機(jī)的顯示屏展示，所述工控機(jī)能夠通過所述定位程序得到位于所述儲能電站熱失控區(qū)域內(nèi)的所述電池包pack的位置信息并控制對應(yīng)所述電池包pack內(nèi)的所述滅火裝置進(jìn)行滅火進(jìn)而構(gòu)成早期滅火系統(tǒng)。

3、優(yōu)選地，所述透氣安全閥的閥體內(nèi)部密封的閥瓣中部開孔并在孔內(nèi)安裝防水透氣膜。

4、優(yōu)選地，所述滅火裝置包括氣溶膠滅火劑和觸發(fā)裝置，每個所述電池包pack的內(nèi)部均預(yù)裝有氣溶膠滅火劑和觸發(fā)裝置，當(dāng)所述氫氣傳感器陣列檢測到所述儲能電站的某一區(qū)域發(fā)生熱失控時，所述工控機(jī)通過其定位程序得到位于所述儲能電站熱失控區(qū)域內(nèi)的所述電池包pack的位置信息，所述工控機(jī)控制位于熱失控區(qū)域中的所述電池包pack內(nèi)的所述觸發(fā)裝置觸發(fā)對應(yīng)的所述氣溶膠滅火劑產(chǎn)生大量氣溶膠進(jìn)行滅火。

5、優(yōu)選地，所述定位算法使用核外推分布映射kernel?dm+v算法獲得所述氫氣傳感器陣列所在平面上氫氣濃度的平均分布和方差分布，所述kernel?dm+v算法具體步驟如下：

6、步驟1、對計算區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計算綜合權(quán)重分布和綜合加權(quán)讀數(shù)分布：

7、；

8、其中，為采樣網(wǎng)格，為采樣網(wǎng)格上的氣體濃度數(shù)據(jù)，表示的是采樣網(wǎng)格到估計網(wǎng)格中心位置之間的距離，表示高斯空間核，代表核寬；

9、步驟2、根據(jù)綜合權(quán)重分布計算網(wǎng)格處的置信度，計算表達(dá)式如下：，其中代表縮放參數(shù)；

10、步驟3、計算平均濃度估計值：

11、；

12、式中用所有傳感器讀數(shù)的平均值表示；

13、步驟4、計算加權(quán)方差分布和方差估計分布：

14、；

15、其中，代表距離采樣網(wǎng)格最近位置的網(wǎng)格上的氣體濃度平均分布估計值，設(shè)定為所有方差的平均值；

16、步驟5、通過方差分布預(yù)測泄漏源，其中方差分布突出的高波動區(qū)域通常會在靠近氣源的位置發(fā)現(xiàn)，能夠用來判斷是否接近氣源，從而確定泄漏源位置。

17、優(yōu)選地，所述氣溶膠滅火劑的替換方式還能夠選用七氟丙烷、雙流體噴霧和水淹沒。

18、一種集裝箱式儲能電站熱失控精準(zhǔn)定位的消防方法，包括以下步驟：

19、步驟一、啟動氫氣傳感器陣列監(jiān)測儲能電站整個平面內(nèi)的氫氣濃度，儲能電站工控機(jī)內(nèi)的信號處理模塊接收并處理氫氣傳感器陣列檢測得到的氫氣濃度數(shù)據(jù)，并且設(shè)定多個氫氣濃度閾值，包括初始警報氫氣濃度、中級警報氫氣濃度和高級警報氫氣濃度，當(dāng)氫氣濃度超過中級警報氫氣濃度時，信號處理模塊立即觸發(fā)報警，并向工控機(jī)發(fā)送警報信息，工控機(jī)會自動啟動定位程序；

20、步驟二、通過提前輸入的儲能電站上的電池包pack的空間分布信息，對信號處理模塊接收的氫氣傳感器陣列采集的儲能電站各個位置的氫氣濃度數(shù)據(jù)通過氣體分布映射算法建立氣體濃度分布圖來作為現(xiàn)場氣體分布圖像，并通過工控機(jī)的顯示屏展示，同時工控機(jī)通過定位程序的定位算法獲得氫氣濃度的方差分布估計，找到方差估計分布值最大的網(wǎng)格位置，設(shè)定為判斷泄漏點(diǎn)的位置坐標(biāo)；

21、步驟三、工控機(jī)根據(jù)定位程序得到的氫氣泄漏點(diǎn)的坐標(biāo)位置，自動開啟氫氣泄漏位置內(nèi)的電池包pack內(nèi)的觸發(fā)裝置，進(jìn)而觸發(fā)其對應(yīng)的氣溶膠滅火劑產(chǎn)生大量氣溶膠進(jìn)行滅火。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

23、1、本發(fā)明通過氫氣傳感器陣列實(shí)時監(jiān)測氫氣濃度的變化，能夠在電池包pack熱失控發(fā)生的早期階段提供及時預(yù)警。相較于傳統(tǒng)的依賴于溫度和煙霧的監(jiān)測方法，氣監(jiān)測能夠在更早的時間內(nèi)識別潛在的安全風(fēng)險，從而提高預(yù)警的準(zhǔn)確性和靈敏度，為操作人員提供足夠的反應(yīng)時間；

24、2、通過結(jié)合氫氣濃度信號處理和定位算法，本發(fā)明能夠在安裝較少的傳感器數(shù)量的同時，快速、準(zhǔn)確地定位熱失控電池的位置。相較于使用大量傳感器或人工檢測的方案，本系統(tǒng)能夠以更經(jīng)濟(jì)性、更快響應(yīng)的方式精準(zhǔn)定位到熱失控位置；

25、3、通過精準(zhǔn)定位，本發(fā)明能夠快速識別故障電池位置，為pack級精準(zhǔn)消防的實(shí)現(xiàn)提供了極大的技術(shù)支持。相較于以往使用七氟丙烷等滅火劑對整個集裝箱進(jìn)行全淹沒的消防方式，本發(fā)明只需要更少的滅火劑對特定熱失控pack進(jìn)行淹沒，同時還不會損傷其他電池組，極大降低了熱失控帶來的經(jīng)濟(jì)損失。