一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略的制作方法

1.本发明涉及灭火技术领域，尤其涉及一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略。


背景技术：

2.随着社会的发展，储能电站是电力使用中重要的一环。近年来，储能产业快速发展，电网侧项目的大规模投运带来了行业的变局和机遇，电化学储能投运规模在不断增加。然而，锂离子电池由于其具有较高的能量密度和易燃易爆的材料体系，而极易发生热失控燃烧。锂电池火灾是一个热量聚集的过程。电池热失控以后释放大量的有机物质，包括co、h2等易燃有毒气体，预制舱式锂离子电池储能系统的工作环境相对密闭，易燃气体散发不出去并大量聚集在一起会有爆炸风险。锂离子电池在储能系统中广泛应用的同时，其安全性是亟需解决的问题。在储能产业快速发展的今天，迫切需要智能的储能电站火灾防控系统。
3.相关研究表明锂离子电池热失控是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言，“热失控”是一个能量正反馈循环过程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。电芯内部能量不消耗殆尽热量就一直产生，这就是锂离子电池的复燃现象。单体电芯的热失控可能带来的是热扩散的连锁反应。目前国内储能系统消防措施参考依据是日本规范《电力贮存用电池规程》,采用管网式或柜式气体灭火系统，气体介质为七氟丙烷。七氟丙烷由于其特性是高压储存一次性喷放，无法做到降温与抑制复燃的效果。现有电网侧储能系统中单个储能预制舱容量约为1mw/2mwh，在大量密集的锂离子电池储能系统中七氟丙烷并不满足使用需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略，以解决上述背景技术中遇到的问题。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
6.一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略，包括以下步骤：
7.s1、在电池预制舱内部安装复合感知火灾监测模块和灭火系统，灭火系统连接火灾报警控制器，在每个电池模组顶部安装分配阀；
8.s2、当复合感知火灾监测模块发出告警信号后，通过复合感知火灾监测模块迅速获知电池失效与失效位置；
9.s3、联动火灾报警控制器与开启相对应的分配阀，快速启动灭火系统，对电池热失控发生的火灾位置快速灭火和持续降温，防止电池发生复燃。
10.上述方案中，所述灭火系统为全氟己酮灭火系统，所述复合感知火灾监测模块设置有检测co、voc、烟雾浓度、温度的监测装置，当复合感知火灾监测模块对co浓度与温度均
达到三级报警阈值时为电池火灾，联动火灾报警控制器与开启对应的电池簇分配阀。
11.上述方案中，当复合感知火灾监测模块检测到voc与co浓度超标发出二级报警阈值时，联动火灾报警控制器发出声光报警并输出一路预警信号，预警信号联动开启防爆风机和预制舱内电气设备暂停工作进入待机状态。
12.上述方案中，当复合感知火灾监测模块检测到voc、co浓度与温度均超标时发出三级报警阈值，联动火灾报警控制器发出声光报警并开启30s延时启动倒计时，输出一路喷淋信号，联动预制舱内相关电气设备停机。
13.上述方案中，当复合感知火灾监测模块发出三级报警阈值时联动火灾报警控制器，根据复合感知火灾监测模块提供的位置信号开启对应电池簇的分配阀，启动储能消防主机，全氟己酮灭火剂通过电池模块内部雾化喷头进行喷放，第一次喷放进入电池箱内部20秒，后续以间隔60秒后喷放2秒的程序进行点动喷射。
14.上述方案中，当复合感知火灾监测模块检测到voc、co浓度与温度均超标时发出三级报警阈值，联动火灾报警控制器发出声光报警并开启30s延时启动倒计时，输出一路喷淋信号，联动预制舱内相关电气设备停机。
15.上述方案中，所述全氟己酮灭火系统包括主管网和雾化喷头，系统管网安装在电池预制舱的内腔顶部，雾化喷头安装在电池预制舱内每个电池模组内，每个雾化喷头以单个电池簇为单位通过分配阀与主管网连接。
16.上述方案中，所述电池模组包括电池模组外壳和安装在电池模组外壳内的电池，所述雾化喷头设置在每个电池模组外壳的侧边，所述雾化喷头的喷头开口面中心不低于电池上表面，所述雾化喷头的喷放方向覆盖电池上表面与电池模组外壳顶板之间的区域，所述电池上表面与电池模组外壳顶板之间的距离不低于40mm，所述雾化喷头的喷头开口中心与电池上表面与电池模组外壳顶板中心一致。
17.上述方案中，在电池预制舱内部还安装有红外火焰探测器，当红外火焰探测器检测到预制舱内产生明火达到三级报警阈值时为电气火灾，联动火灾报警控制器与开启对应的预制舱顶部的分配阀，启动储能消防主机，全氟己酮灭火剂通过预制舱顶部的雾化喷头进行喷放。
18.上述方案中，当红外火焰探测器检测到有明火、局部温度超过阈值时发出三级报警阈值，联动火灾报警控制器发出声光报警并开启30s延时启动倒计时，输出一路喷淋信号，联动电池预制舱内相关电气设备停机。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过分级预警机制结合全氟己酮灭火剂配合程控喷射策略达到的一种灭火系统，能有效的抑制锂电池火灾，做到精准定位、高效灭火、持续降温、环境友好的特点。第一次预警以扑灭明火为主，后循环点动数次，每次释放若干容量的灭火介质，通过循环点动，即可实现电池模块内温度的长效抑制，防止复燃。分级预警和程控喷射的机制除了能快速反应外，还可以实现早期预警、早期发现、早期抑制，分级联动控制信号策略最大限度的保护电气设备和控制爆炸。
附图说明
20.参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
21.图1为本发明一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略流程图；
22.图2为本发明中灭火系统安装示意图；
23.图中标号：1
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红外火焰探测器；2
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第一喷淋管道；3
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分配阀；4
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储能消防主机；5
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复合感知火灾监测模块；6
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第二喷淋管道。
具体实施方式
24.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示本发明有关的构成。
25.根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
26.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
27.实施例1，如图1和2所示，一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略，包括以下步骤：
28.s1、在电池预制舱内部安装复合感知火灾监测模块5和灭火系统，灭火系统连接火灾报警控制器，在每个电池模组顶部安装分配阀3；
29.s2、当复合感知火灾监测模块5发出告警信号后，通过复合感知火灾监测模块5迅速获知电池失效与失效位置；
30.s3、联动火灾报警控制器与开启相对应的分配阀3，快速启动灭火系统，对电池热失控发生的火灾位置快速灭火和持续降温，防止电池发生复燃。
31.因一级预警与二级预警属于现有技术中常见的预警方式，在下列描述中不做赘述。
32.本发明的控制策略采用实时检测电池预制舱内锂电池模组内环境温度、烟雾和气体参数变化来复合判断电池热失控阶段和电池箱故障类型，联动储能预制舱内的灭火系统。通过提前预警获知电池失效，最快时间内启动灭火系统快速扑灭明火，有效控制锂电池的热失控与热扩散，后续点动喷射实现电池模块内温度的长效抑制，防止复燃。
33.实施时，在电池预制舱内设置灭火系统，灭火系统包括火灾报警控制器、复合感知火灾监测模块5、红外火焰探测器1、电池箱内部雾化喷头、分配阀3、储能消防主机4。电池箱内部雾化喷头安装在相邻电池模组之间的顶部，且均匀分布于第一喷淋管道2上，另外雾化喷头还安装在电池预制舱内部两侧的第二喷淋管道6上，储能消防主机4分别连接并控制第一喷淋管道2和第二喷淋管道6。灭火系统和火灾探测报警系统分别通信连接于火灾报警控制器，复合感知火灾监测模块5设定co、voc、烟雾浓度和温度同时达到相应报警的第一报警阈值或红外火焰探测器1监测到明火发生，当复合感知火灾监测模块5对监测数值检测值到达第一报警阈值时，根据复合感知火灾监测模块5定位火灾位置联动火灾报警控制器启动灭火系统并开启相应分配阀3，通过分配阀3来控制相应位置的雾化喷头灭火。分配阀3可以采用电磁阀，以便于每个分配阀3都可以单独控制。
34.作为一种优选的方案，所述灭火系统为全氟己酮灭火系统，全氟己酮灭火系统包
括主管网和雾化喷头，系统管网安装在电池预制舱的内腔顶部，雾化喷头安装在电池预制舱内每个电池模组内，每个雾化喷头以单个电池簇为单位通过分配阀3与主管网连接。雾化喷头一般均匀安装在第一喷淋管道2和第二喷淋管道6上，雾化喷头用于喷放全氟己酮灭火剂。
35.电池模组包括电池模组外壳和安装在电池模组外壳内的电池，所述雾化喷头设置在每个电池模组外壳的侧边，所述雾化喷头的喷头开口面中心不低于电池上表面，所述雾化喷头的喷放方向覆盖电池上表面与电池模组外壳顶板之间的区域，雾化喷头的喷放方向不应有正面遮挡物。所述电池上表面与电池模组外壳顶板之间的距离不低于40mm，所述雾化喷头的喷头开口中心与电池上表面与电池模组外壳顶板中心一致。
36.全氟己酮灭火系统设计了专用雾化喷头，全氟己酮专用雾化喷头在储能消防主机4动力源催动下使得全氟己酮雾化状态下的雾滴直径锁定在一个设计微米级别，遇热后迅速汽化、蒸发，全氟己酮的吸热特性在雾化锁定的设计微米级别后产生液化温升吸热、汽化吸热、蒸汽载热的这个过程。这个过程需要吸收燃烧物和火灾区大量的热量，是普通消防水喷淋的十几万倍吸热能力，促使燃烧物表面温度瞬间迅速下降冷却，短时间内阻燃。强大的吸热能力持续带走电池模组内热失控电芯的表面温度，阻止复燃与热扩散的发生。
37.全氟己酮雾化喷头通过1mpa的内压快速雾化射出，快速喷射的雾化全氟己酮在电池箱内快速与可燃气体混合，做到隔绝氧气和隔断燃烧源的作用，达到快速灭火的目的。
38.与全氟己酮灭火系统相配合的复合感知火灾监测模块5三级警告模式被触发时，立即启动储能消防主机4内的动力源工作，同时打开发生热失控的电池模块所在电池簇顶部的管道上的分配阀3，通过灭火剂喷雾释放管道对整个电池簇中的电池模块进行灭火介质的喷雾式点动释放。
39.复合感知火灾监测模块5设置有检测co、voc、烟雾浓度、温度的监测装置，当复合感知火灾监测模块5对co浓度与温度均达到三级报警阈值时为电池火灾，联动火灾报警控制器与开启对应的电池簇分配阀3。当复合感知火灾监测模块5检测到voc与co浓度超标发出二级报警阈值时，联动火灾报警控制器发出声光报警并输出一路预警信号，预警信号联动开启防爆风机和预制舱内电气设备暂停工作进入待机状态。
40.在其中的一个实施例中，当复合感知火灾监测模块5检测到voc、co浓度与温度均超标时发出三级报警阈值，联动火灾报警控制器发出声光报警并开启30s延时启动倒计时，输出一路喷淋信号，联动预制舱内相关电气设备停机。当人工手动启动消防灭火系统时，联动输出一路喷淋信号，最大程度保护设备安全，减少次生灾害。
41.在其中的一个实施例中，当复合感知火灾监测模块5发出三级报警阈值时联动火灾报警控制器，根据复合感知火灾监测模块5提供的位置信号开启对应电池簇的分配阀3，启动储能消防主机4，全氟己酮灭火剂通过电池模块内部雾化喷头进行喷放，第一次喷放进入电池箱内部20秒，以达到迅速扑灭明火的目的并让灭火剂、电解液、电池热失控释放的可燃气体充分混合，阻断燃烧链。后续以间隔60秒后喷放2秒的程序进行点动喷射，以达到间隔补充电池箱内灭火剂浓度并持续带走失控电池表面温度，使失控电池表面温度控制在可控范围之内，防止发生热扩散与复燃的目的。循环点动数次，每次释放若干容量的灭火介质，通过循环点动，即可实现电池模块内温度的长效抑制，防止复燃。
42.在其中的一个实施例中，当复合感知火灾监测模块5检测到voc、co浓度与温度均
超标时发出三级报警阈值，联动火灾报警控制器发出声光报警并开启30s延时启动倒计时，输出一路喷淋信号，联动预制舱内相关电气设备停机。喷淋信号为预警信号，预警信号联动开启防爆风机和预制舱内电气设备暂停工作进入待机状态，减少设备损坏风险。防爆风机把相对密闭的预制舱内的co、h2等易燃有毒气体排出舱外，避免易燃气体散发不出去并大量聚集在一起的爆炸风险。
43.实施例2，在实施例1的基础上，在电池预制舱内部还安装有红外火焰探测器1，当红外火焰探测器1检测到预制舱内产生明火达到三级报警阈值时为电气火灾，联动火灾报警控制器与开启对应的预制舱顶部的分配阀3，启动储能消防主机4，全氟己酮灭火剂通过预制舱顶部的雾化喷头进行喷放。当灭火介质的蒸汽在体积分数为4％
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6％浓度时，即可达到良好的灭火效果，喷射8秒后电池预制舱内达到灭火浓度。
44.进一步的，当红外火焰探测器1检测到有明火、局部温度超过阈值时发出三级报警阈值，联动火灾报警控制器发出声光报警并开启30s延时启动倒计时，输出一路喷淋信号，联动电池预制舱内相关电气设备停机。
45.实施例3，在实施例1的基础上，电池预制舱内还设置有感温探测器、感烟探测器和红外火焰探测器，感温探测器、感烟探测器和红外火焰探测器分别通信连接于火灾报警控制器。火灾探测模块对可燃气体和舱内温度的检测值到达二级报警输出报警联动信号，当红外火焰探测器检测到报警时，联动火灾报警控制器输出三级报警信号，启动灭火系统。
46.进一步的，上述方案中，还包括用于远程视频监控电池预制舱运行情况的远程视频监控系统，当系统控制柜断电时，远程视频监控系统经人工判断火灾阶段后，远程应急启动灭火系统。当系统控制柜断电时，启动设置在电池预制舱外显控主机上的紧急启停按钮，紧急启停按钮联动火灾报警控制器启动灭火系统。
47.综上所述，复合感知火灾监测模块5设定co、voc、烟雾浓度和温度同时达到相应报警的第一报警阈值或红外火焰探测器监测到明火发生，当复合感知火灾监测模块5对监测数值检测值到达第一报警阈值时，根据复合感知火灾监测模块5定位火灾位置联动火灾报警控制器启动灭火系统并开启相应分配阀3。本发明采用监测电池预制舱内可燃气体浓度达第一报警阈值联动电池预制舱内灭火系统启动的方式，迅速获知电池失效与失效位置，最短时间内启动灭火系统，当灭火介质的蒸汽在体积分数为4％
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6％浓度时，即可达到良好的灭火效果。第一次预警以扑灭明火为主，后循环点动数次，每次释放若干容量的灭火介质，通过循环点动，即可实现电池模块内温度的长效抑制，防止复燃。
48.本发明控制策略选用全氟己酮作为灭火剂结合电池箱结构特点，通过设计专用雾化喷头配合程控喷射达到快速扑灭、长效抑制的作用。全氟己酮专用雾化喷头在储能消防主机4动力源催动下使得全氟己酮雾化状态下的雾滴直径锁定在一个设计微米级别，全氟己酮的吸热特性在雾化锁定的设计微米级别后产生液化温升吸热、汽化吸热、蒸汽载热的这个过程。这个过程需要吸收燃烧物和火灾区大量的热量，促使燃烧物表面温度瞬间迅速下降冷却，短时间内阻燃。强大的吸热能力持续带走电池模组内热失控电芯的表面温度，阻止复燃与热扩散的发生。
49.本发明提出的一种用于电化学储能系统火灾抑制程控喷射策略，解决现有电化学储能系统的消防系统中存在的缺陷。通过分级预警机制结合全氟己酮灭火剂配合程控喷射策略达到的一种灭火系统，能有效的抑制锂电池火灾，做到精准定位、高效灭火、持续降温、
环境友好的特点。分级预警和程控喷射的机制除了能快速反应外，还可以实现早期预警、早期发现、早期抑制，分级联动控制信号策略最大限度的保护电气设备和控制爆炸。
50.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
51.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。