一种储能站锂电池状态监测装置的制作方法

本发明涉及储能站，尤其涉及一种储能站锂电池状态监测装置。

背景技术：

1、锂电池储能系统发生火灾隐患大致分为锂电池内部早期热失控和电气设备的火灾隐患2个方面。锂电池充放电主要是靠化学反应来完成的，在充放电过程中不可避免的会产生热能，如果电池自身产生的热能超过了电池热量的耗散能力，锂电池无法得到及时散热，热量就会积累导致电池过热，电池内部材料之间发生了化学反应，像sei膜分解、电解液分解、正负极分解等，分解中将进一步产生大量的热量和气体使电池出现发热、鼓包现象，从而引发热失控，这一过程中电池温度迅速上升，导致电池液的分解以及与电极材料的反应，产生可燃性气体，冲破安全阀喷放到电池外，当可燃气体浓度达到一定程度之后，遇到明火将发生爆炸。因此，锂离子电池反应失控表面现象主要有电池发热、鼓包、烟雾、明火、燃烧，甚至爆炸，出现上述问题主要源于电池内部化学反应过快控制不住，而外界的过充、刺穿、火源、挤压、短路等外部因素都会导致上述问题的产生。并且锂电池储能系统的电池模组是将多个电池组串联一起的设计，这无疑也增大了锂电池的安全隐患，一旦某个电池性能不稳定发生火灾，也势必影响周边锂电池的安全，进一步的扩大火灾范围。而除了锂电池自身发热引起的安全因素外，锂电池储能系统中还存在着大量的电气设备，其电气设备的稳定性和安全性也必将影响到电池的性能和稳定，像意外操作的高电压、大电流、雷电浪涌的冲击。由于锂电池储能系统中弱电系统及通信系统较多，系统中的高电压、大电流势必对储能系统影响很大，同时也会对储能系统的保护元器件造成损坏，导致无法进行保护动作甚至引起火灾。

2、因此，针对锂离子电池在充放电过程中出现由于早期热量聚集而引起的热失控和热扩散对储能站造成的火灾爆炸危害性，亟需设计一种对锂离子电池在充放电过程中的运行状态进行实时监测，并对监测的数据进行特征提取和识别的装置。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能够实时监测锂离子电池充放电过程中的运行状态，并能对监测的数据进行特征提取和识别的储能站锂电池状态监测装置。

2、技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种储能站锂电池状态监测装置，包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块、通信模块和控制模块，所述电源模块、所述数据采集模块、所述数据处理模块、所述通信模块和所述控制模块之间相互之间电连接，

3、所述电源模块用于给监测装置供电；

4、所述数据采集模块包括传感器电路，用于采集数据信息，所述传感器电路用于实时采集锂电池包的热量、气体浓度、声波值和膜离子浓度值；

5、所述数据处理模块包括嵌入式低功耗arm多核处理器，用于处理数据信息；所述嵌入式低功耗arm多核处理器用于采集、分析和处理所述数据采集模块传输的数据信息；

6、所述通信模块包括lora无线通信芯片，用于将所述数据处理模块输出的数据信息传输给所述控制模块；

7、所述控制模块用于控制锂电池包与所述电源模块的连接与断开。

8、优选地，锂电池包由多个锂电池组集合而成，同时加入了电池管理系统bms等。

9、进一步地，所述电源模块包括dcdc降压电路和后备电容，所述dcdc降压电路用于对锂电池包内的直流电压进行降压；所述后备电容用于维持锂电池包断电状态下继续运行t秒钟，并输出中断信号给所述数据处理模块。

10、优选地，所述t秒钟为3秒钟。

11、进一步地，所述后备电容为0.5f的超级电容。

12、进一步地，所述数据采集模块还包括can采集电路、前置放大电路、a/d转换电路和电磁隔离电路，

13、所述can采集电路用于实时采集锂电池包内电芯的荷电状态；

14、所述前置放大电路用于对所述传感器电路输出的小信号进行滤波和放大；

15、所述a/d转换电路用于将所述前置放大电路输出的模拟信号转化为数字信号；

16、所述电磁隔离电路用于将所述a/d转换电路输出的数字信号进行电磁隔离输出给所述数据处理模块。

17、更进一步地，所述前置放大电路为模拟小信号共模抑制放大电路。

18、进一步地，所述传感器电路包括热辐射传感器、混合式气体传感器、超声波传感器和释离子传感器，所述热辐射传感器用于实时采集锂电池包的热量；所述混合式气体传感器用于同时采集co、ch4、co2和so五种气体浓度值；所述超声波传感器用于采集电池发生故障或可燃气体浓度冲破安全阀时产生的声波值；所述释离子传感器用于采集锂电池包发生seo膜分解或电解液泄漏时释放的膜离子浓度值。

19、进一步地，所述数据处理模块还包括内存和emmc，所述内存和所述emmc用于存储数据信息。

20、进一步地，所述通信模块还包括板载天线，所述板载天线用于接收和发送无线信号。

21、进一步地，所述控制模块包括隔离电路和驱动电路，所述隔离电路用于对所述嵌入式低功耗arm多核处理器输出的数字信号进行光耦隔离；所述驱动电路用于接收所述隔离电路输出的光耦隔离后的数字信号。

22、进一步地，所述驱动电路包括二选一开关和继电器，当所述二选一开关处于1位置时，所述继电器与串联锂电池包的直流母线连接；当所述二选一开关处于2位置时，所述继电器断开。

23、有益效果：本发明的有益效果之一在于，该监测装置可直接部署在锂电池锂电池包内，和锂电池包处于同一个pack内，安装在锂电池包之间的分割槽内壁，这样做的优点监测装置和锂电池包处在最短路径，可在最短时间内检测锂电池包释放的气体浓度、温度和释离子，在提高监测精度的同时缩短监测时间，为阻止电池的热失控争取了非常宝贵的时间；

24、本发明的有益效果之一在于，提出了一种根据电池各类运行参数来判定电池健康状态的综合评价方法，监测装置集成了多种功能的传感器包括高精度辐射热传感器采集锂电池包的热量传导辐射方向和热流值、混合式气体传感器具有同时采集co、ch4、hf、co2和so五种电池产生的气体浓度值、超声波传感器主要采集在电池发生鼓包等故障或气体浓度冲破安全阀时候产生的一定频率的声波，利用超声波传感器可实时监测电池故障早期发出的声音、释离子传感器主要采集在电池发生sei膜分解或电解液泄露时向空气中释放的少量膜离子，上述所有传感器采集的数据和can采集电路采集的电池荷电状态数据一起送入到多核低功耗arm处理器，利用边缘计算技术，在处理器内完成多源异构数据的分类、提取、计算和处理，大大提高了计算的时间和计算精度，缩短了电池故障阈值精确判定的时间，为电池早期预警建立了非常好的设计方案；

25、本发明的有益效果之一在于，具有自动切断锂电池包充放电电气回路的功能，早期监测装置都只是单一功能监测，而无法做到一旦电池发生故障情况下，自动切断电气回路，阻止该锂电池包故障会影响其他串联的锂电池包，防止热失控和热滥用的产生；

26、本发明的有益效果之一在于，具有无线数据传输功能，装置内部集成有lora无线通信芯片，可将当前锂电池包内监测装置采集的所有数据经过分析处理后实时上报到消防主机，为后续建立早期预警多级联控体系奠定基础。