一种储能电站电池热失控的控制方法与流程

1.本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种储能电站电池热失控的控制方法。


背景技术：

2.现有电池储能系统中，电池、电池簇温度超高的情况下，容易着火，引起火灾。电池的热失控是指电池内部化学反应的产热速率远高于散热速率，大量热量在电池内部积累导致电池温度急速上升，如果在热失控初期不能采取有效控制手段，最终引起电池起火或爆炸，造成经济财产损失。
3.综上所述，现有技术中存在以下问题：储能电站电池缺乏有效的控制热失控的手段。


技术实现要素：

4.本发明提供一种储能电站电池热失控的控制方法，以有效控制储能电站电池热失控。
5.为此，本发明提出一种储能电站电池热失控的控制方法，所述一种储能电站电池热失控的控制方法包括：
6.步骤a：确定储能电站电池热失控过程中的自发热起始温度点t0；
7.步骤b：实时监测储能电站电池的实时温度；
8.步骤c：当监测到储能电站电池的实时温度在t0之下60
‑
40℃时，对储能电站电池中的单个故障电芯或电池组控制。
9.进一步地，所述步骤c具体为：储能电站电池在60～100℃的温度变化过程中，对单个故障电芯或电池组控制，避免电芯热失控。
10.进一步地，所述一种储能电站电池热失控的控制方法还包括：步骤d：当监测到某个电池模组内温度达到45℃并持续5秒时，发出预警信号，使pcs停机或者减功率。
11.进一步地，所述一种储能电站电池热失控的控制方法还包括：步骤e：监测电池簇一簇内或一个模组内温度，取最高的三个点，当达到阈值：1个最高点≥85与2个次高点≥70，确认火灾发生，切断该电池簇或模组的工作电源。
12.进一步地，所述一种储能电站电池热失控的控制方法还包括：步骤f：在步骤e之后，向该电池簇或模组注水冷却。
13.进一步地，将电池簇或模组设置在隔离仓内，隔离仓内设有进水管和出水管，步骤f具体为向该电池簇或模组注水，淹没电池簇或模组。
14.进一步地，所述储能电站电池为磷酸铁锂电池。
15.进一步地，步骤b中：通过电池管理系统实时监测储能电站电池的实时温度。
16.本发明根据储能电站电池自发热起始温度点t0，对储能电站电池实时监测温度，在储能电站电池低于t0 60℃时，对单个故障电芯或电池组控制，就可以避免电芯热失控。
17.进一步，当检测到某个电池模组内温度达到45℃并持续5秒时，发出一级预警信号，通过通讯使pcs停机或者减功率，以减少发热。
18.进一步，当温度更高时，开始向电池簇或模组注水降温，在电池发生自加热阶段前用水将整柜电池温度降下来，达到预防火灾的最终目的。
附图说明
19.图1为本发明的磷酸铁锂电池热失控过程的示意图；
20.图2为本发明的磷酸铁锂电池热失控过程中的四个关键温度点的示意图；
21.图3为本发明的储能电站电池热失控的控制方法采用的注水结构的示意图；
22.图4为本发明的储能电站电池热失控的控制方法的控制过程框图。
23.附图标号说明：
24.1、进水管；2、溢水管；4、隔离仓。
具体实施方式
25.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
26.申请人发现：如图1所示，磷酸铁锂电池热失控过程分为自发热阶段(温升速率≥0.02℃/min)和热失控阶段(温升速率≥1℃/min，或称自加热状态)，同时还存在电池泄压阀打开这一明显的外部特征变化。
27.对于锂离子电池来说，热失控过程包含了一系列连锁过程，当电池温度异常升高时，固体电解质膜分解，阳极与电解质发生反应，隔膜融化，阴极材料分解，电解质分解等过程会顺序发生，随着隔膜的陶瓷涂层崩溃后，电池内部便会出现大量内部短路，热量快速积聚，触发热失控。热失控在短时间内产生大量热量，引起电解液沸腾甚至起火。
28.申请人还发现：如图2所示，横坐标为时间，单位为分钟，纵坐标为温度，单位为℃，磷酸铁锂电池热失控过程中的四个关键温度点分别为：自发热起始温度点t0、热失控(自加热)起始温度点t1、泄压阀打开温度点t2、热失控最高温度点tmax。
29.对于磷酸铁锂电池来说，随着温度升高，sei膜分解(t0)，隔膜闭孔熔断(t1)，正负极极片内短路(t1～t2)，铜箔露出(t2)，正负极集流体内短路(t2～tmax)等现象依次发生，且热失控的初期主要集中在负极、电解液。
30.如图4所示，自发热起始温度点一般在100～120℃之间，考虑到电池使用温度一般在60℃以下，那么在60～100℃的温度变化过程中，对单个故障电芯或电池组控制，就可以避免电芯热失控。
31.由电池管理系统(电池bms)实时监测电池温度，bms检测到某个电池模组内温度达到45℃并持续5秒时，发出一级预警信号，通过通讯使pcs停机或者减功率。
32.bms检测电池簇一簇内/一个模组内多个电池(箱)温度，设置多个温度监测点，取温度最高的三个点，即温度最高的三个电池，达到阈值(1个最高点hh≥85与2个次高点h≥70)，即同时满足3个点的温度条件时，消防故障干接点信号至区域主机，立即确认火灾发生，此时开始向电池簇或模组注水降温。之所以取一簇内/一个模组内最高的三个点，是不是靠单一的一个测温点来判断的，以免有误报的可能。另外，由图1可以看出，在80℃左右，
电池处于阶跃加热阶段，因此，设置85℃为火灾发生警戒点，这样，可以实现电池簇或模组温度的真实的有代表性的判断，实现火灾发生前的精确的提前判断。
33.如图3所示，将电池簇或模组设置在能容纳冷却水的隔离仓4内，隔离仓4内设有进水管1和出水管(溢水管2)。隔离仓4例如为上部开口，侧部和底部封闭的箱型，能够容纳电池簇或模组。
34.bms联锁启动该电池隔离舱的注水冷却系统，即浸没式水冷却系统，通过进水管1向隔离仓4内注水，淹没电池簇或模组，实现彻底降温，淹没电池簇或模组后，冷却水从出水管(溢水管2)溢出。
35.水作为最常见的冷却介质，热容量大，具有很强的导热和冷却能力。具有比空气大很多的热容量，汽化潜热高，价格便宜，且还有良好的绝缘性能，常用的化学除盐凝结水的电阻率为10～20mω
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cm，而且制取方便，冷却均匀。
36.本发明在电池温度发生失控到达一定阶段时，采用水冷却锂离子储能系统电池，各节电池受水冷却，温度下降，同时由于各节电池内部密封，电池内部不会与水接触，不会爆炸，在电池发生自加热阶段前用水将整柜电池温度降下来，达到预防火灾的最终目的。
37.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。


技术特征：
1.一种储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，所述一种储能电站电池热失控的控制方法包括：步骤a：确定储能电站电池热失控过程中的自发热起始温度点t0；步骤b：实时监测储能电站电池的实时温度；步骤c：当监测到储能电站电池的实时温度在t0之下60
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40℃时，对储能电站电池中的单个故障电芯或电池组控制。2.如权利要求1所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，所述步骤c具体为：储能电站电池在60～100℃的温度变化过程中，对单个故障电芯或电池组控制，避免电芯热失控。3.如权利要求1所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，所述一种储能电站电池热失控的控制方法还包括：步骤d：当监测到某个电池模组内温度达到45℃并持续5秒时，发出预警信号，使pcs停机或者减功率。4.如权利要求1所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，所述一种储能电站电池热失控的控制方法还包括：步骤e：监测电池簇一簇内或一个模组内多点温度，取最高的三个点，当达到阈值：1个最高点≥85与2个次高点≥70时，确认火灾发生，切断该电池簇或模组的工作电源。5.如权利要求4所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，所述一种储能电站电池热失控的控制方法还包括：步骤f：在步骤e之后，向该电池簇或模组注水冷却。6.如权利要求5所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，将电池簇或模组设置在隔离仓内，隔离仓内设有进水管和出水管，步骤f具体为向该电池簇或模组注水，淹没电池簇或模组。7.如权利要求1所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，所述储能电站电池为磷酸铁锂电池。8.如权利要求1所述的储能电站电池热失控的控制方法，其特征在于，步骤b中：通过电池管理系统实时监测储能电站电池的实时温度。

技术总结
本发明提供了一种储能电站电池热失控的控制方法，所述一种储能电站电池热失控的控制方法包括：步骤A：确定储能电站电池热失控过程中的自发热起始温度点T0；步骤B：实时监测储能电站电池的实时温度；步骤C：当监测到储能电站电池的实时温度在T0之下60


技术研发人员：宋兆星 张树权 赵亮 李晓江 杨溯 张丽萍 周聪
受保护的技术使用者：北京京能科技有限公司
技术研发日：2021.07.14
技术公布日：2021/11/21