一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置的制作方法

本发明涉及一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置，能够实现空气膜分离、氮气持续供给与正压维持、人员进出切换控制等。

背景技术：

随着气候变化和全球气候治理成为的国际共识，太阳能、风能、水能等可再生能源利用以及电网调频调峰已成为实现碳达峰和碳中和的重要方面，而锂离子电池储能系统则是实现能源存储转换及调频调峰的最主要手段，可避免新输电网的大量投资。当前，在中国、美国、欧洲等国家的推动下，全球储能系统产业正高速发展，根据frost&sullivan公司预计，到2030年全球电网电池储能市场的复合年增长率将达到23％，到2030年累计容量将达到134.6gw/437.4gwh。另一方面，近年来世界各地锂离子电池储能系统火灾事故也在接连发生，仅韩国自2017年已发生近30起火灾，我国江苏、北京等地也相继发生多起火灾或燃爆事故。据测算，每起锂离子电池储能系统火灾事故的平均损失已达到近1000万美元。锂离子电池储能系统清洁高效消防保护系统的缺失已成为限制各国储能系统产业发展的首要因素，我国亟需率先推出锂离子电池储能系统消防保护装置。针对锂电池的火灾特性和火灾危险性，结合国内相关方对锂电池防火灭火的试验和研究以及锂电池储存环境的特殊性，需要一种用于锂离子电池储能系统消防保护的安装装置来降低其火灾危险性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置；具有高效分离空气、有效抑制锂离子电池储能系统舱室火灾与爆炸、清洁环保低成本特点。该装置将从外界大气环境吸入的空气进行干燥过滤后输送至膜空气分离装置以制取高浓度富氮气体，随后将富氮气体泵入储能系统舱体，并使舱体处于相对正压状态，用来降低储能系统舱体内部氧气浓度并维持可燃气体浓度处于燃烧下限，从而防止储能系统起火或爆炸，实现惰化抑制的目的。同时，本发明可实现人员进出储能系统舱室的智能开启或关停，在无人员进入时保持富氮气体的持续泵入和惰化保护；在有人员进入舱体的情况下，膜空气分离装置停止工作，切换至泵入空气，整个过程通过氧浓度传感器实时监测储能系统舱室内部氧气浓度并将信号传输至控制系统，便于管理人员监视储能系统消防安全状态，以及膜分离装置和气体惰化浓度的精确操控。该装置使用现场膜分离制取氮气的方法，解决了传统安装氮气瓶气量有限、作用时间短的不足，实现了在无人员进入舱室时的全天候氮气全淹没，抑制锂离子电池热失控火灾的发生，兼具抑制爆炸的性能。该发明适用性强，阻火抑爆性能好，可推广应用于国内外的锂离子电池储能系统舱室火灾防治消防系统解决方案。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置，所述的装置设计中依次连接的组件包括：大气环境、空气压缩泵、电磁阀、干燥过滤器、水分离器、1#三通电磁阀、膜空气分离器、2#三通电磁阀、气体释放管网和锂离子电池储能系统舱室；所述装置还包括氧气浓度传感器、压力传感器、人员识别系统和控制系统；

所述的1#三通电磁阀设置两个出口，第一出口与膜空气分离器入口连接，第二出口连接2#三通电磁阀；所述的膜空气分离器出口与2#三通电磁阀入口连接，所述的2#三通电磁阀出口与储能系统气体释放管网入口连接；所述的储能系统舱室内部连接氧浓度传感器、压力传感器、人员识别系统和控制系统。

具体地，一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置，包括压缩空气泵、电磁阀、干燥过滤器、水分离器、1#三通电磁阀、膜空气分离器、2#三通电磁阀、气体释放管网、锂离子电池储能系统、控制系统、氧浓度传感器、压力传感器和人员识别系统等。所述的电磁阀头端与压缩空气泵连接，末端与1#三通电磁阀进口处连接；所述的1#三通电磁阀有两个出口，第一出口与膜空气分离器入口连接，第二出口连接2#三通电磁阀第一入口，膜空气分离器出口与2#三通电磁阀第二入口连接；2#三通电磁阀出口与储能系统舱室内部的气体释放管网连接，过程中的氧浓度传感器和压力传感器数据传输至控制系统。装置整体高度集成，形成一整套空气惰化消防保护系统触发机制。

所述的装置通过控制系统(14)控制。其中，所述的控制系统可采集各模块数据。具体的，所述的控制系统分别与压缩空气泵、电磁阀、1#三通电磁阀、膜空气分离器、2#三通电磁阀、气体释放管网、氧浓度传感器、压力传感器和人员识别系统控制连接。所述的控制信号传输采用线缆的方式与控制系统信号接口通过电缆连接。

其中，所述的膜空气分离器，当所述储能系统舱室无人员进入时，流经1#三通电磁阀的干燥空气进入膜空气分离器入口，空气经过纤维膜分离形成富氮气体，其他气体排入大气，富氮气体流经2#三通电磁阀后进入储能系统气体释放管网置换出内部空间的氧气，降低氧气浓度处于锂离子电池热失控析出气体可燃下限的25％以下，并处于比当地大气压高1～5％的正压富氮环境。当所述储能系统舱室有人员进入时，流经1#三通电磁阀的干燥空气直接进入2#三通电磁阀和气体释放管网，置换出气相空间的部分氮气，直至所述储能系统舱室内的氧气恢复至人员适宜进入的浓度。

其中，所述的氧浓度传感器和压力传感器，可实时监测储能系统舱室内部氧气浓度和压力并将信号传输到控制系统，控制系统通过调整电磁阀、1#三通电磁阀和2#三通电磁阀的开度大小调节进入气体释放管网的气体流量。

其中，所述储能系统舱室外侧安装的人员识别系统作为智能辅助手段，可实时监测是否有人员进入，并将信号传输到控制系统，控制系统通过调整1#三通电磁阀两个通道的启闭确定向所述储能系统舱室充入何种气体。同时，计划进入所述舱室的人员也可通过人工操作，调整所述舱室内部气氛环境。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明技术先进，理念创新，实用性强，解决了目前困扰锂离子电池储能系统消防保护装置的难题，在抑制锂离子电池热失控火灾的发生的同时，兼具抑制爆炸的性能。

(2)本发明解决了传统安装氮气瓶气量有限、作用时间短的不足，实现了在无人员进入舱室时的全天候氮气全淹没，具有清洁、高效、低成本的显著特点。

(3)该发明适用性强，阻火抑爆性能好，可推广应用于国内外的锂离子电池储能系统舱室火灾防治消防系统解决方案。

附图说明

图1为一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置系统图；

图中，1-大气环境、2-空气压缩泵、3-电磁阀、4-干燥过滤器、5-水分离器、6-1#三通电磁阀、7-膜空气分离器、8-2#三通电磁阀、9-气体释放管网、10-氧气传感器、11-压力传感器、12-人员识别系统、13-锂离子电池储能系统舱室、14-控制系统。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，一种用于锂离子电池储能系统消防保护的空气惰化装置，所述装置包括依次连接的：大气环境1、空气压缩泵2、电磁阀3、干燥过滤器4、水分离器5、1#三通电磁阀6、膜空气分离器7、2#三通电磁阀8、气体释放管网9和锂离子电池储能系统舱室13。所述装置还包括氧气传感器10、压力传感器11、人员识别系统12和控制系统14。所述的1#三通电磁阀6设置两个出口，第一出口与膜空气分离器7入口连接，第二出口连接2#三通电磁阀8；所述的膜空气分离器7出口与2#三通电磁阀8入口连接，所述的2#三通电磁阀8出口与储能系统气体释放管网9入口连接；所述的储能系统舱室13内部连接氧浓度传感器10、压力传感器11、人员识别系统12和控制系统14。锂离子电池储能系统舱室13外侧安装的人员识别系统12。

所述的空气惰化装置通过控制系统14控制；所述的控制系统14分别与空气压缩泵2、电磁阀3、1#三通电磁阀6、膜空气分离器7、2#三通电磁阀8、气体释放管网9、氧气传感器10、压力传感器11和人员识别系统12控制连接。控制信号传输采用线缆的方式与控制系统14信号接口通过电缆连接。

在具体实施中，启动压缩空气泵，将空气通过电磁阀泵入至干燥过滤器和水分离器，其后分别将处理后的空气设置两个出口，第一出口与膜空气分离器入口连接，第二出口连接2#三通电磁阀；膜空气分离器出口与2#三通电磁阀入口连接，2#三通电磁阀出口与储能系统气体释放管网入口连接；所述的储能系统内部连接氧浓度传感器、压力传感器、人员识别系统和控制系统。控制系统分别与空气压缩泵、电磁阀、1#三通电磁阀、膜空气分离器、2#三通电磁阀、气体释放管网、氧气传感器、压力传感器、人员识别系统控制连接。所述的控制信号传输采用线缆的方式与控制系统信号接口通过电缆连接。

当锂离子电池储能系统舱室13无人员进入时，流经1#三通电磁阀6的干燥空气进入膜空气分离器7入口，空气经过纤维膜分离形成富氮气体，其他气体排入大气，富氮气体流经2#三通电磁阀8后进入储能系统气体释放管网9置换出内部空间的氧气，降低氧气浓度处于锂离子电池热失控析出气体可燃下限的25％以下，并处于比当地大气压略高1～5％的正压富氮环境。当锂离子电池储能系统舱室13有人员进入时，流经1#三通电磁阀6的干燥空气直接进入2#三通电磁阀8和气体释放管网9，置换出气相空间的部分氮气，直至锂离子电池储能系统舱室13内的氧气恢复至人员适宜进入的浓度。

氧浓度传感器10和压力传感器11，可实时监测所述锂离子电池储能系统舱室13内部氧气浓度和压力并将信号传输到控制系统14，控制系统14通过调整电磁阀3、1#三通电磁阀6和2#三通电磁阀8的开度大小调节进入气体释放管网9的气体流量。

所述锂离子电池储能系统舱室13外侧安装的人员识别系统12作为智能辅助手段，可实时监测是否有人员进入，并将信号传输到控制系统14，控制系统14通过调整1#三通电磁阀6两个通道的启闭确定向所述储能系统舱室充入何种气体。同时，计划进入所述舱室13的人员也可通过人工操作，调整舱室内部气氛环境。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。