一种锂离子电池储能系统灭火装置、灭火喷头及方法与流程

1.本发明属于电池安全防护技术领域，涉及一种灭火装置，具体涉及一种锂离子电池储能系统灭火装置、灭火喷头及方法。


背景技术：

2.近年来，随着能源改型升级步伐的加快，以储能技术与系统为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视，储能技术被大规模的应用于电力系统的发电、输电、配电、用电的各个环节，不仅推动我国能源供给革命，而且是实现智能电网必不可少的核心技术。
3.锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其灵活、快速的优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。特别是近些年来，随着电动汽车渗透率的提升，锂电池规模效应显现，成本快速降低，在可再生能源消纳和交通电气化产业链上的作用日益重要。在全球范围内，电化学储能行业市场的规模日益扩大，商业化的拐点加速到来。电化学储能装机规模跨越式发展将极大推动电网高质量，对未来电网的建设和发展发挥着重要作用。但是，国内外发生的电力储能系统火灾也引起大家的普遍关注。据不完全统计，全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在过去的一年内发生超过30起，造成了重大的财产损失。因此，在锂离子电池成本降低到商业化的拐点后，储能系统的消防安全问题就成为制约锂离子电池电力储能大规模推广的关键瓶颈。
4.锂离子电池储能系统中除电池外还存在大量电气设备，随着电气设备的大量使用，电气设备里面电器元件的损耗、电器电路过负荷运行、电气设备的短路等都会造成电气火灾的发生。当锂离子电池储能系统中发生电气火灾时，由于锂离子电池为化学能量聚集体，极易由电气火灾引发电池火灾，电池火灾又将引发电池间的连锁反应，从而将整个储能系统烧毁。
5.当前锂离子电池储能系统的消防灭火系统大都是在检测到烟雾气体后喷射七氟丙烷等气体灭火剂，且喷射灭火剂时针对的是整个储能系统，而不是对着火点或对出现热失控电池模块进行喷射。这类灭火系统对扑灭电气火灾具有良好效果，但由于无法对锂离子电池进行持续降温，一旦储能系统中某一电池模块发生热失控，其内部化学反应将难以得到有效控制，从而极易导致电池复燃现象的发生。这时由于储能系统中的灭火装置已动作，在缺乏有效灭火的情况下，局部的电池火灾将蔓延成整个系统的火灾。
6.目前采用的灭火管路大多是火探管灭火系统，将火探管布置在电池箱内壁，利用火探管的感温特性，破裂喷射灭火剂。由于高温融化破裂形成的喷射口不规则，不能很好地直接喷射着火点。灭火效果较差，灭火剂用量较多，抑制复燃能力较差。
7.还有某些锂离子电池储能电站采用细水雾灭火系统，该灭火系统虽可长时间对电池降温，但试验表明，使用细水雾在灭火初期会出现短暂的加剧电池火灾的现象，同时细水雾的使用将导致电池燃烧不完全，从而产生大量有毒的气体和废液。而且由于水为导体，细水雾灭火系统动作后，整个储能系统将受到毁灭性破坏，灭火后的电池将难以再利用。


技术实现要素：

8.为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种锂离子电池储能系统灭火装置、灭火喷头及方法，能够对火灾进行灭火，尤其能够针对局部的电池火灾进行灭火，并且灭火效果好，不影响电池的再利用。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
10.一种锂离子电池储能系统灭火装置，包括灭火管路以及若干灭火喷头，若干灭火喷头设置在灭火管路上，灭火管路一端连接有灭火剂；灭火管路设置于电池储能系统的电池箱上方，灭火喷头与电池箱内每一个电池模块安全阀相对设置。
11.本发明进一步的改进在于，灭火管路一端设置有常开式电磁阀，灭火剂经常开式电磁阀与灭火管路相连。
12.本发明进一步的改进在于，灭火管路另一端连接有复燃抑制剂，复燃抑制剂经常闭式电磁阀与灭火管路相连。
13.本发明进一步的改进在于，所述灭火装置还包括控制模块，用于控制常开式电磁阀和/或常闭式电磁阀。
14.本发明进一步的改进在于，灭火管路内壁设置有压敏元件，压敏元件连接有火灾报警系统。
15.本发明进一步的改进在于，灭火喷头包括喷头本体，喷头本体一端开口，另一端设置有喷射口，靠近喷射口的位置设有低熔点合金。
16.本发明进一步的改进在于，开口内壁设置有螺纹；靠近喷射口的位置开设有凹槽，低熔点合金填充在凹槽内。
17.本发明进一步的改进在于，低熔点合金为球形，对喷射口形成封堵。
18.本发明进一步的改进在于，低熔点合金的熔点为70～150℃。
19.本发明进一步的改进在于，低熔点合金为锡基合金、伍德合金或铟镓合金。
20.本发明进一步的改进在于，喷头本体为圆台状。
21.本发明进一步的改进在于，开口与喷射口均为圆形，喷射口的直径小于开口的直径。
22.一种灭火喷头，包括喷头本体，喷头本体一端开口，另一端设置有喷射口，靠近喷射口的位置设有低熔点合金。
23.本发明进一步的改进在于，喷头本体为圆台状。
24.本发明进一步的改进在于，开口内壁设置有螺纹；靠近喷射口的位置开设有凹槽，低熔点合金填充在凹槽内。
25.本发明进一步的改进在于，低熔点合金为球形，对喷射口形成封堵。
26.本发明进一步的改进在于，低熔点合金的熔点为70～150℃。
27.本发明进一步的改进在于，低熔点合金为锡基合金、伍德合金或铟镓合金。
28.本发明进一步的改进在于，开口与喷射口均为圆形，喷射口的直径小于开口的直径。
29.一种灭火装置，包括灭火管路以及若干所述的灭火喷头，若干灭火喷头设置在灭火管路上，灭火管路一端连接有灭火剂。
30.本发明进一步的改进在于，灭火管路一端设置有常开式电磁阀，灭火剂经常开式
电磁阀与灭火管路相连。
31.本发明进一步的改进在于，灭火管路另一端连接有复燃抑制剂，复燃抑制剂经常闭式电磁阀与灭火管路相连。
32.本发明进一步的改进在于，灭火管路内壁设置有压敏元件，压敏元件连接有火灾报警系统。
33.本发明进一步的改进在于，所述灭火装置还包括控制模块，用于控制常开式电磁阀和/或常闭式电磁阀。
34.一种灭火方法，发生火灾时，高温气体或者火焰使所述的灭火装置或所述的锂离子电池储能系统灭火装置的灭火喷头内的低熔点合金融化，触发灭火喷头喷射灭火剂，当灭火管路内压力小于设定阈值时，灭火喷头停止喷出灭火剂。
35.本发明进一步的改进在于，设定阈值为1mpa。
36.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
37.本发明通过在锂离子电池储能系统的电池箱上方设置灭火管路，当电池模块或电池储能系统着火时，电池喷射的高温气体或者火焰使喷射喷嘴内的低熔点合金融化；通过灭火喷头向电池安全阀喷射灭火剂，扑灭火灾。本发明通过将灭火喷头与电池箱内每一个电池模块安全阀相对设置，可实现单点启动灭火，精准喷射至着火电池安全阀处，高效彻底的扑灭明火，节省灭火剂的用量，同时有效解决了现有的喷射灭火装置在储能系统中应用难的问题。对电池灭火后，仅需更换事故电池上方灭火喷头，不影响其他电池及灭火管路，维护成本低。本发明中灭火喷头冲压后即进入工作状态，不需要在电池模块中单独配置火灾探测器，也不需要对其进行电控。本发明的锂离子电池储能系统灭火装置，能够针对单一电池灭火，可以实现对电池长时间持续降温，彻底扑灭火灾，确保电池储能系统的安全。
38.本发明通过在靠近喷射口的位置设置低熔点合金，当灭火时，高温气体或者火焰使喷射喷嘴内的低熔点合金融化，可以通过灭火喷头喷射灭火剂，进行灭火，低熔点合金隔离与灭火喷头相连的灭火剂与外界环境，起到单相控制阀的作用。该灭火喷头结构简单，易于实现。
39.进一步的，开口内壁设置有螺纹，灭火喷头可以通过螺纹与灭火管路相连，当灭火后，仅需更换着火点上方的灭火喷头即可，由于是螺纹连接，更换简便。
40.进一步的，喷射口为圆形，低熔点合金为球形，低熔点合金的形状与喷射口形状匹配，能够更好的隔离喷射本体内的灭火剂与外界环境；喷射口的直径小于开口的直径，使得喷射灭火剂时，保证灭火剂通入量的同时保证一定的压力。
41.本发明通过在灭火管路上设置若干灭火喷头，灭火管路一端连接有灭火剂，当灭火时，可以通过灭火喷头喷出灭火剂对相应的着火点进行点对点灭火，也可以进行大面积灭火。
42.进一步的，通过设置常开式电磁阀，保证灭火管路内有灭火剂或快速通入灭火剂；灭火剂灭火后控制常开式电磁阀由开启变为关闭，常闭式电磁阀开启，复燃抑制剂从灭火管路流出浸没着火物品，能够实现自动化灭火，并有效防止复燃。
43.进一步的，灭火管路内壁设置有压敏元件，压敏元件连接有火灾报警系统，管理人员可以根据报警系统的信号，判断灭火效果，并根据火灾情况采取进一步措施。
44.灭火时，当电池模块或锂离子电池储能系统着火时电池喷射的高温气体或者火焰
使喷射喷嘴内的低熔点合金融化，触发灭火喷头喷射灭火剂，当灭火管路内压力小于设定阈值时，说明实现灭火，灭火喷头停止喷出灭火剂，该灭火方法能够高效灭火，并且不影响电池的再利用。
附图说明
45.图1为灭火喷头结构示意图。
46.图2为灭火管路骨架示意图。
47.图中，1为喷射口，2为螺纹，3为凹槽，4为压力传感器，5为灭火管路，6为常开式电磁阀，7为常闭式电磁阀，8为灭火喷头。
具体实施方式
48.下面结合附图对本发明进行详细描述。
49.参见图1，本发明一方面提供一种灭火喷头，包括圆台状的喷头本体，喷头本体一端开口，开口处内壁设置有螺纹2；另一端设置有喷射口1，靠近喷射口1的一端内壁上开设设置有凹槽3，凹槽3内填充有球形低熔点合金。低熔点合金的熔点为70～150℃且物理性质良好。低熔点合金为锡基合金、伍德合金或铟镓合金。开口与喷射口1均为圆形，喷射口1的直径小于开口的直径。
50.球形低熔点合金能够对喷射口1形成封堵，隔离灭火剂与外界环境。
51.喷头本体采用不锈钢制外壳，耐高温不易变形。
52.本发明另一方面提供一种灭火装置，包括灭火管路5以及若干灭火喷头8，灭火管路5上开设有若干喷口，喷口处设置有喷管，每个喷管上设置有一个灭火喷头8；具体的，灭火喷头8通过螺纹2与喷管相连；灭火管路5一端连接有灭火剂。
53.优选的，灭火喷头8包括圆台状的喷头本体，喷头本体一端开口，开口处内壁设置有螺纹2；另一端设置有喷射口1，靠近喷射口1的一端内壁上开设设置有凹槽3，凹槽3内填充有球形低熔点合金。低熔点合金的熔点为70～150℃且物理性质良好。低熔点合金为锡基合金、伍德合金或铟镓合金。开口与喷射口1均为圆形，喷射口1的直径小于开口的直径。
54.球形低熔点合金能够对喷射口1形成封堵，隔离灭火剂与外界环境。
55.喷头本体采用不锈钢制外壳，耐高温不易变形。
56.灭火管路5一端设置有常开式电磁阀6，灭火剂经常开式电磁阀6与灭火管路5相连。
57.灭火管路另一端连接有复燃抑制剂，复燃抑制剂经常闭式电磁阀7与灭火管路5相连。
58.优选地，灭火装置还包括控制模块，控制模块用于控制常开式电磁阀6或常闭式电磁阀7。
59.优选的，灭火管路内壁设置有压敏元件，压敏元件可以为压力传感器4，压力传感器4连接有火灾报警系统。
60.参见图2，为了满足现有技术需要，综合考虑电池燃烧灭火特性及储能系统构成，本发明第三方面提供一种锂离子电池储能系统灭火装置，包括灭火喷头和灭火管路5，灭火管路5设置于电池储能系统的电池箱顶部外壳上方，灭火喷头与电池箱内每一个电池模块
安全阀相对设置。灭火管路5一端与灭火剂箱相连，灭火剂箱内装有灭火剂，灭火管路5另一端连接有复燃抑制剂箱，复燃抑制剂箱内装有复燃抑制剂。从灭火管路5一端入口喷射灭火剂，另一端入口通入复燃抑制剂。与灭火剂箱相连的灭火管路5一端内设置有压敏元件和常开式电磁阀6，与复燃抑制剂箱相连的灭火管路5一端内设置有常闭式电磁阀7。一种锂离子电池储能系统灭火装置还包括控制模块，控制模块用于控制常开式电磁阀6和/或常闭式电磁阀7。灭火管路5内壁设置有压敏元件，压敏元件连接有火灾报警系统。
61.灭火管路5上开设有若干喷口，喷口处设置有喷管，每个喷管上设置有一个灭火喷头8，具体的，灭火喷头8包括圆台状的喷头本体，喷头本体一端开口，开口处内壁设置有螺纹2；另一端设置有喷射口1，靠近喷射口1的一端内壁上开设设置有凹槽3，凹槽3内填充有球形低熔点合金。低熔点合金的熔点为70～150℃且物理性质良好。低熔点合金为锡基合金、伍德合金或铟镓合金。开口与喷射口1均为圆形，喷射口1的直径小于开口的直径。
62.球形低熔点合金能够对喷射口1形成封堵，隔离灭火剂与外界环境。
63.喷头本体采用不锈钢制外壳，耐高温不易变形。
64.电池储能系统的电池箱顶部外壳上打出适量孔洞，灭火喷头8从孔洞伸入电池储能系统的电池箱内，灭火喷头8设置在每一个电池储能系统的电池模块安全阀上方并且正对安全阀，确保在某一电池模块发生火灾时，及时彻底扑灭电池火灾，不影响其他电池模块。灭火喷头8采用螺纹2连接灭火管路5上的喷管，灭火后只需更换灭火喷头8，冲压后即可再次使用。若干灭火喷头8均匀设置在常开式电磁阀6和常闭式电磁阀7之间的灭火管路5上。压敏元件优选为压力传感器4，压力传感器4连接有火灾报警系统。
65.电池模块或电池储能系统着火时，电池喷射的高温气体或者火焰使灭火喷头内的球形低熔点合金融化，触发灭火喷头8喷射灭火剂，即正常状态下管路充压，在电池喷射高温气体或着火时，高温下球形低熔点合金瞬间融化，灭火剂顺势喷出。低熔点合金起到单相控制阀的作用。
66.本发明第四方面提供一种灭火方法：发生火灾时，如电池模块或电池储能系统着火，电池喷射的高温气体或者火焰使灭火装置的或锂离子电池储能系统灭火装置的灭火喷头内的低熔点合金融化，触发灭火喷头8喷射灭火剂，灭火剂顺势喷出，此时通过控制模块控制与灭火剂相连的常开式电磁阀6保持开启，控制与复燃抑制剂相连的常闭式电磁阀7保持关闭，灭火管路5内壁的压力传感器4连接至火灾报警系统，当灭火剂喷射开始瞬间灭火管路5失压，压力传感器4收到反馈并将信号传递至火灾报警系统，触发警报。管理人员可通过红外监控视频观察火灾情况采取进一步措施。灭火剂在规定时间内喷射完毕后灭火管路内压力小于设定阈值(1mpa)，灭火装置的控制模块给常开式电磁阀6通电，并控制常开式电磁阀6由开启变为关闭，灭火剂管路关闭，常闭式电磁阀7开启，即复燃抑制剂管路开启，复燃抑制剂箱内的复燃抑制剂从灭火管路5流出浸没电池，可以实现自动化灭火，复燃抑制剂水平位置高于电池箱即可。控制模块也可以集成在电池管理系统中。
67.本发明通过在电池储能系统的电池箱内每块电池上方垂直固定灭火喷头8，灭火喷头8连接灭火管路5，实现全自动灭火，且能够更加高效地扑灭储能系统火灾。
68.本发明中的电池储能系统包括锂离子电池储能系统。
69.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然
可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。