【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学动力电池保护，尤其涉及一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置及方法。
技术介绍
1、在国家能源战略、“双碳”目标的积极推动下，我国已是全球最大的新能源汽车及电化学储能的应用市场，现阶段新能源汽车及电化学储能主要采用基于液冷的锂离子电池模组，其是一类由锂金属或锂合金为负极材料、运用非水电解质溶液的电池。首要运用于便携式的移动设备中，其功率可达95％以上，放电时间可达数小时，循环次数可达5000次或更多，是电池中能量最高的实用性电池。这些年技术也在持续进行晋级，正负极材料也有多种运用。截至2020年底，国内累计装机容量达3.9gwh，遍布在用户侧、电网侧、发电侧、新能源并网及微电网等，其年复合增长率(2020-2024)将保持在55％左右，预计2024年底，电化学储能市场装机容量将超过15gwh。然而，电池储能系统热失控火灾跃迁蔓延机制及燃爆突变机理不清楚，新能源汽车、规模化电化学储能系统平面布局不完善及消防预警防控设备应用技术滞后。由于近年来，国内电池储能火灾事故频发，火灾事故预防与处置难题是新能源汽车及规模化储能发展及储能支撑新型电力系统构建的阻碍。
2、新能源汽车及常规电化学储能系统火灾早期特征监测预警主要采用在电池模组内设置烟温气多信息复合监测预警的方法，一级热失控预警，主要监测电池电芯电压及温度，二级火灾预警，主要监测环境温度、烟雾浓度和火焰成像数据，三级监测预警，主要监测voc浓度、co浓度和电池表面温度。通过大量的实际运行实验数据表明，其长期运行过程中无法持续稳定满足预警逻辑，大量出
3、现阶段主流的新能源汽车及电化学储能系统的动力电池模组主流选用磷酸铁锂电池，发生热失控后尚无较为高效的应急处置手段，主流制冷方式也从原来的风冷改变为液冷方式，对于新能源汽车及电化学储能系统设计使用寿命动辄10-20年，针对大量应用的基于液冷的电化学动力电池模组内部充电不平衡、电池热失控、电解液泄漏及制冷剂泄漏、绝缘失效等风险，如何可靠实现整个系统长期运行可靠监测预警与智能防控，保障基于液冷技术的电化学储能系统可靠稳定运行是最重要的指标。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置及方法；
2、一方面，一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置，包括：烟雾探测组件、温度监测组件、气体探测组件、氮气补充阀门、废气排出阀门、氮气注入控制组件、进气管路、回气管路、循环管路、吸气风机、数据处理与集中控制模块；
3、每个电池模组内部设置进气管路及出气管路，出气管路连通到电池模组外部安装的预警装置，预警装置检测后通过进气管路送回电池模组内；
4、所述动力电池火灾预警装置内置吸气风机，在循环管路通过烟雾探测组件、温度监测组件、气体探测组件进行烟雾探测及气体探测，氮气注入控制组件通过氮气补充阀门连接到对应安装电池模组底部的回风管路接口上，由数据处理与集中控制模块进行控制是否注入新氮气；当需要排出废气时，则开启废气排出阀门进行废气排出，注入新氮气；
5、所述动力电池火灾预警装置内部预设进气管路、回气管路及氮气补充阀门，进气管路、回气管路采用多孔进出气设计，回气管路用于把电池模组内的采样气体检测后直接回送电池模组内。
6、另一方面，一种基于主动气体循环监测的动力电池模组火灾监测预警探测方法，基于前述一种基于主动气体循环监测的动力电池模组火灾监测预警探测系统实现，包括以下步骤：
7、步骤1：设置电化学动力电池模组；
8、所述电化学动力电池模组为新能源汽车的能源模组，多个电化学动力电池模组组成动力电池簇，多个电化学动力电池簇组成一个电化学动力电池预制舱或电化学动力电池室；
9、步骤1.1：对每个电池模组配置1个基于主动气体循环监测的动力电池模组复合型火灾监测预警探测装置，当被监测电池模组内气体浓度变高时，氧气浓度高于n1％时，装置控制打开氮气补充阀门，回气管路关闭，废气管路打开对外通道，根据预设气体流量进行氮气补充；
10、步骤1.2：采用与动力电池模组复合型火灾监测预警探测装置、手动报警按钮、声光警报器同一类型和通讯协议兼容的火灾报警控制器为控制器；
11、步骤2：利用动力电池模组复合型火灾监测预警探测装置实时监测每个电池模组内的火灾特征数据，控制器通过与电池管理系统bms通讯将电池电压、电流、温度、内阻数据实时分析预警；
12、步骤3：在控制器中设置电池模组内部气体异常及火灾特征数据阈值，通过通讯适配采集电池管理系统bms中电池厂家设定的电池电压、电流、温度、内阻阈值，将探测装置采集到的数据与各阈值对比，判断是否发生异常信号或火灾，输出预警信号；
13、步骤3.1：采集电池管理系统bms电池厂家设定的电池电压、电流、温度、内阻阈值，当电池电压、温度、电流、内阻超过阈值时，控制器输出预警信号；
14、步骤3.2：设置烟雾浓度阈值为a obs/m，当烟雾浓度超过烟雾浓度阈值时，控制器输出预警信号；
15、设置温度阈值为b℃，当温度超过温度阈值时，控制器输出预警信号；
16、设置一氧化碳浓度阈值为c1 ppm，当一氧化碳浓度超过一氧化碳浓度阈值c1时，控制器输出预警信号；设置一氧化碳浓度阈值为c2 ppm，当一氧化碳浓度超过一氧化碳浓度阈值c2时，控制器启动注氮抑爆联动控制流程，控制器输出报警及联动信号；设置一氧化碳浓度阈值为c3 ppm，当一氧化碳浓度持续稳定一段时间k1，且浓度超过一氧化碳浓度阈值c3时，控制器启动注氮抑爆联动，并输出预警信号；
17、设置氢气浓度阈值为d ppm，当氢气浓度超过氢气浓度阈值时，控制器启动注氮抑爆联动，并输出预警信号；
18、设置voc浓度阈值为e ppm，当voc浓度超过voc浓度阈值时，控制器启动注氮抑爆联动，并输出预警信号；
19、设置氮气浓度阈值为n％，当氮气浓度低于n1％并稳定一段时间k2时，控制器启动注氮抑爆联动，并输出预警信号；
20、所述注氮抑爆联动控制流程：打开废气排出阀门及氮气补充阀门，关闭回气阀门，开始补气，并根据实时监测当前氮气浓度、co浓度及氢气浓度，进行计算氮气补充时间，当前监测到氮气浓度、co浓度及氢气浓度符合设定浓度时，关闭废气排出阀门及氮气补充阀门，开启回气阀门；
21、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
22、本专利技术提供一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置及方法，该方法利用探测器和实时监测电池模组内的烟雾浓度、温度、一氧化碳、voc、氢气、氮气和电池簇内的电池电压、电流、温度、内阻，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置，其特征在于，包括：烟雾探测组件、温度监测组件、气体探测组件、氮气补充阀门、废气排出阀门、氮气注入控制组件、进气管路、回气管路、循环管路、吸气风机、数据处理与集中控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置，其特征在于，所述动力电池火灾预警装置内部预设进气管路、回气管路及氮气补充阀门，进气管路、回气管路采用多孔进出气设计，回气管路用于把电池模组内的采样气体检测后直接回送电池模组内。
3.一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警方法，基于权利要求1所述的一种基于主动气体循环监测的动力电池模组火灾监测预警探测系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种基于主动气体循环监测的动力电池模组火灾监测预警探测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种基于主动气体循环监测的动力电池模组火灾监测预警探测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于主动气体循环监测的动力电
...【技术特征摘要】
1.一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置，其特征在于，包括：烟雾探测组件、温度监测组件、气体探测组件、氮气补充阀门、废气排出阀门、氮气注入控制组件、进气管路、回气管路、循环管路、吸气风机、数据处理与集中控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警装置，其特征在于，所述动力电池火灾预警装置内部预设进气管路、回气管路及氮气补充阀门，进气管路、回气管路采用多孔进出气设计，回气管路用于把电池模组内的采样气体检测后直接回送电池模组内。
3.一种基于主动气体监测的动力电池火灾预警方法，基于权利要求1所述的一种基于主动气体循环监测的动力电池模组火灾监测预警探测系统实现，其特征在于，包括以下步...
【专利技术属性】
技术研发人员：王勇俞，丁宏军，徐放，尤明伟，陈斌，
申请(专利权)人：应急管理部沈阳消防研究所，
类型：发明
国别省市：
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