一种船用箱式电源的安全监控系统及方法与流程

本发明属于储能安全的，具体涉及一种船用箱式电源的安全监控系统及方法。

背景技术：

1、为应对气候变化带来的一系列全球变暖，冰川融化、海平面上升、雾霾天气等现象，国际海事组织(imo)及各国制定了日趋严格的碳、硫、氮减排强制性法规及相关的环境保护要求。为控制航运排放，世界上的航运企业，造船企业和船舶设计研究院所正在积极推动绿色环保新能源技术应用于实船，储能技术在船舶上的应用越来越普遍，储能技术的引入势必会成为提升船舶、海洋平台能效和减少污染性气体排放的重要渠道，并成为船舶应用领域发展的重点方向。作为大型电动船舶动力源的船用集装箱式电源，其内在安全性正被越来越多的关注。

2、现有船舶电池系统的安全监测主要依赖于电池管理系统（bms）和消防探测。电池管理系统往往只能提供电芯电压、温度、电流等常规显性数据，不能更早的探测到电芯的潜在风险；消防探测往往是在电芯发生热失控之后，泄露出可燃气体、烟雾火焰等明火信号才能发出报警并灭火，并且存在一定的误报率。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种船用箱式电源的安全监控系统及方法，在功能上独立于船用箱式电源电池管理系统的安全监测系统，并打通电池管理系统和消防之间的通信壁垒，从而提高火灾风险判断的准确率，提升了箱式电源的安全等级。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种船用箱式电源的安全监控系统，所述船用箱式电源包含多个并联的电池簇；每个电池簇内由多个电池包串联而成，经过高压箱连接至汇流母排；

4、所述安全监控系统包括电池管理系统采集板、安全监控系统采集板、电池管理系统主控板、安全监控系统主控板、三级电池管理系统、安全监控系统总控板、消防报警控制器和环境监控器；

5、每个电池包内均安装有电池管理系统采集板和安全监控系统采集板；所述电池管理系统采集板用于采集电池包内电芯的电压和正极极柱温度；所述安全监控系统采集板用于采集电池包内电芯的负极极柱温度、电芯泄压阀的压力和电池包底部的漏液状态；

6、每个高压箱内均安装有电池管理系统主控板和安全监控系统主控板；所述电池管理系统主控板用于汇总电池簇内的每个电池管理系统采集板的数据，并控制高压箱的动作；所述安全监控系统主控板用于汇总电池簇内的每个安全监控系统采集板的数据，并在紧急状况下控制高压箱的动作；

7、所有电池管理系统采集板和电池管理系统主控板均与三级电池管理系统进行通信连接；

8、所有安全监控系统主控板均通信连接至安全监控系统总控板；

9、所述三级电池管理系统与安全监控系统总控板进行连接；

10、所述安全监控系统总控板还分别与消防报警控制器和环境监控器通信连接；

11、所述消防报警控制器用于获取消防监控数据及报警；所述消防监控数据包括烟雾检测数据、温度检测数据和可燃气体检测数据；

12、所述环境监控器用于获取箱式电源内的环境监控数据，包括箱内视频数据、箱内水浸数据、箱内温度数据和箱内湿度数据。

13、作为优选的技术方案，所述安全监控系统采集板连接有漏液传感器和微压传感器；所述漏液传感器用于获取电池包底部的漏液状态；所述微压传感器用于获取电芯泄压阀的压力。

14、作为优选的技术方案，所述消防预警报警器分别连接有感烟探测器、感温探测器、可燃气体探测器和声光报警器；

15、所述感烟探测器用于获取烟雾检测数据；

16、所述感温探测器用于获取温度检测数据；

17、所述可燃气体检测器用于获取可燃气体检测数据；

18、所述声光报警器用于发出声光信号进行报警。

19、作为优选的技术方案，所述环境监控器分别连接有摄像头、水浸感应器、温度计及湿度计；

20、所述摄像头用于采集箱式电源的箱内视频数据；

21、所述水浸感应器用于获取箱式电源的箱内水浸数据；

22、所述温度计用于测量箱式电源的箱内温度数据；

23、所述湿度计用于测量箱式电源的箱内湿度数据。

24、本发明基于上述的一种船用箱式电源的安全监控系统提供一种安全监控方法，包括下述步骤：

25、通过电池管理系统采集板、安全监控系统采集板、消防预警控制器及环境监控器获取电池安全监控数据和环境监控数据；所述电池安全监控数据包括电池包内电芯负极极柱的温度ts、电芯泄压阀的压力pr、电池包底部的漏液状态le、电池包内电芯正极极柱的温度t和电池包内的电芯电压v；所述环境监控数据包括烟雾检测数据、温度检测数据、可燃气体检测数据和箱内温度数据；

26、基于电池安全监控数据和环境监控数据评估船用箱式电源的安全等级；所述安全等级包括高安全等级、中安全等级和低安全等级；

27、依据安全等级控制消防报警控制器执行相应告警或消防动作并生成可视化提示信息。

28、作为优选的技术方案，所述评估船用箱式电源的安全等级，具体为：

29、使用电池管理系统采集板和安全监控系统采集板采集的电池安全监控数据进行第一次验证得到第一验证结果y1∈[0,1]；

30、根据消防报警控制器和环境监控器采集的环境监控数据进行第二次验证，得到第二验证结果y2∈[0,1]；

31、基于第一验证结果y1和第二验证结果y2得到船用箱式电源的安全等级。

32、作为优选的技术方案，所述第一次验证过程为：

33、将电池管理系统采集板采集的电池包内电芯正极极柱的温度t、电池包内电芯电压v与安全监控系统采集板采集的电池包内电芯负极极柱温度ts、电芯泄压阀的压力pr、电池包底部的漏液状态le进行交叉验证；

34、若ts>ts0且v>v0或t>t0，则令a=1，否则a=0；

35、若pr>pr0且v>v0或t>t0，则令b=1，否则b=0；

36、若le=1且v>v0或t>t0，则令c=1，否则c=0；

37、记y1=a||b||c，||为或运算；

38、其中，ts0为设定的电芯负极极柱温度阈值，v0为设定的电芯电压阈值，t0为设定的电芯正极极柱温度阈值，pr0为设定的电芯泄压阀压力阈值。

39、作为优选的技术方案，所述第二次验证过程为：

40、对于环境监控数据中的箱内温度数据，若大于箱内温度阈值则令d=1，否则d=0；

41、对于环境监控数据中的烟雾检测数据，若大于烟雾数据阈值则令e=1，否则e=0；

42、对于环境监控数据中的温度检测数据，若大于温度检测阈值则令f=1，否则f=0；

43、对于环境监控数据中的可燃气体检测数据，若大于气体检测阈值则令g=1，否则g=0；

44、记y2=d||e||f||g，||为或运算。

45、作为优选的技术方案，所述得到船用箱式电源的安全等级，具体为：

46、当y1=0且y2=0时，判定船用箱式电源的安全等级为高安全等级；

47、当y1=0且y2=1时，判定船用箱式电源的安全等级为中安全等级；

48、当y1=1且y2=0时，判定船用箱式电源的安全等级为低安全等级；

49、当y1=1且y2=1时，判定船用箱式电源的安全等级为低安全等级。

50、作为优选的技术方案，所述依据安全等级控制消防报警控制器执行相应告警或消防动作，具体为：

51、若安全等级为高安全等级或中安全等级，则消防报警控制器不报警不动作；

52、若安全等级为低安全等级，则消防报警控制器进行告警并通知消防人员执行消防动作。

53、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

54、现有船舶电池系统能够采集每一只单体的电压和温度、电池簇的电流和电池簇的总电压这些数据，这对于目前船用电池系统的安全要求越来越高的期待明显是不够的。本发明使用的多维物理量传感探测装置构建的船用箱式电源安全监控系统，通过电池包内的微压传感器、漏液传感器，能够更早期的监控电池包内电芯的压力、漏液情况，并结合电池包外的环境监控器状态，及时准确地辨识评估系统安全等级，避免电池自身及环境因素带来的安全隐患，使得船用箱式电源的安全再上一个台阶。