CN102416233A

CN102416233A - 储能***灭火装置

Info

Publication number: CN102416233A
Application number: CN2011102359227A
Authority: CN
Inventors: 陈朝阳; 汪业喜; 王伟; 杨海江
Original assignee: Ningde Amperex Technology Ltd; Dongguan Amperex Technology Ltd
Current assignee: Ningde Amperex Technology Ltd; Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2012-04-18
Anticipated expiration: 2031-08-17
Also published as: CN102416233B

Abstract

本发明公开了一种储能***灭火装置，其包括喷水装置、排烟干燥装置、挡水装置和积水排水装置，喷水装置对着火的电池组模块进行喷水灭火，排烟干燥装置对着火点进行排烟并对停止淋水的电池组模块进行干燥，挡水装置位于喷水装置的对面，挡住喷水装置喷射出的水流而防止其在着火电池组模块以外的区域四处流动，并使水落入积水排水装置排出。本发明储能***灭火装置采用了水灭火，且同步进行排烟，因此灭火速度快、烟雾低，灭火过程中及时排烟能迅速抽走电池中释放出的可燃气体，杜绝了气体窒息危险，也杜绝了气体灭火中电池喷射的燃气积累造成的***风险，挡水装置、积水排水装置则有效避免了因水乱流而触电。

Description

储能***灭火装置

技术领域

本发明涉及储能***的消防领域，更具体地说，涉及一种可靠性高的储能***灭火装置。

背景技术

目前，电网储能***、建筑物内小型储能***、UPS（Uninterruptible Power System，不间断电源）的储能***等都是由锂电池组构成。现有的锂电池在异常情况下热失控冒烟着火时，内部会持续一段时间释放可燃气体，如磷酸铁锂材料的50AH单体锂电池，热失控或者异常短路情况下，体积最大可膨胀50%左右，厚度最大可增加50%~70%，内部压力达到安全阀值0.4~0.6MPa后，气体冲破安全阀并维持20分钟左右的释放喷射，所喷出气体的成分主要为甲烷、CO₂，还有C_xH_y气体、微量CO、H₂气体等，都与电解液液滴一起喷出。特定高温下，不同材料构成的电池还会释放氧气，如磷酸铁锂材料在800℃以上温度时会释放氧气，钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料在500℃会释放氧气。

由于锂电池组构成的储能***很多都超过了安全电压，通常会担心触电风险而不敢用水灭火，因此传统法规推荐用气体灭火剂进行淹没式窒息灭火。但是，气体灭火采用淹没式，不能大量排气，而异常电池所喷射的气体有压力，能够推开灭火气体，形成大量可燃气体围绕在异常电池的周围，高温时还会有氧气，异常电池短路等形成的局部高温很可能点燃这些气体和电解液，造成燃烧或者气体***。

另外，气体灭火***采用淹没式灭火，不向外排烟，大量的烟雾有造成人员窒息的风险；而且，气体灭火***降温的速度有限，因此电池喷施时间长，喷出电解液较多，以致周围的电池也有起火风险。此外，烟雾和电解液污染的其它电池也要报废，损失很大；加之气体灭火***还有价格贵、平时存贮在高压容器里面容易泄漏、用后不能立刻补充等多种弊端。

有鉴于此，确有必要提供一种可靠性高的储能***灭火装置。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种可靠性高的储能***灭火装置，以解决现有气体灭火的不足，有效保证储能***的安全。

为了实现上述目的，本发明提供了一种储能***灭火装置，其包括喷水装置、排烟干燥装置、挡水装置和积水排水装置，喷水装置对着火的电池组模块进行喷水灭火，排烟干燥装置对着火点进行排烟并对停止淋水的电池组模块进行干燥，挡水装置位于喷水装置的对面，挡住喷水装置喷射出的水流而防止其在着火电池组模块以外的区域四处流动，并使水落入积水排水装置排出。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，还包括行车框架和中央控制装置，行车框架的框架结构与储能***的电池组模块布局相对应，用于供喷水装置、排烟干燥装置和挡水装置三个装置行走，中央控制装置对上述三个装置的行走进行控制，喷水装置、排烟干燥装置、挡水装置平时位于行车框架上的固定位置，电池组模块着火后，才在中央控制装置的控制下行走至灭火位置进行灭火。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述中央控制装置设有电箱和通讯模块，电箱对着火电池组模块进行定位，并通过通讯模块将控制信号发送给喷水装置、排烟干燥装置和挡水装置，喷水装置、排烟干燥装置和挡水装置分别设有行走装置和控制电箱，行走装置分别可移动地连接于行车框架，控制电箱则接收中央控制装置的控制信号并依据信号控制相应的行走装置在行车框架上行走。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述积水排水装置设置在电池组模块下的临近地面处，其排水通道的布局与行车装置的框架结构相对应，确保喷水装置喷溅的水经挡水装置挡住后，能全部流入积水排水装置中。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，还包括对电池组模块着火进行报警的报警装置。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述排烟干燥装置包括用于排烟和干燥的风扇。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述喷水装置包括塑料橡胶进水管和喷嘴组，塑料橡胶进水管与水源连接并将水输送给喷嘴组，喷嘴组将水喷向着火的电池组模块。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述塑料橡胶进水管的直径不大于4cm，且长度不小于5m。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述喷水装置还包括支撑板、开关阀或低压水泵、塑料橡胶软管、阻燃塑料或者金属管，所述支撑板是用于安装和支撑其他元件的板体，开关阀或低压水泵连接于塑料橡胶进水管和塑料橡胶软管之间，塑料橡胶软管将塑料橡胶进水管导入的水输送进阻燃塑料或者金属管，并由阻燃塑料或者金属管送给喷嘴组喷出。

作为本发明储能***灭火装置的一种改进，所述挡水装置包括用于挡住水流且避免触电非导电挡板。

与现有技术相比，本发明储能***灭火装置采用了水灭火，且同步进行排烟，因此灭火速度快、烟雾低，灭火过程中及时排烟能迅速抽走电池中释放出的可燃气体，杜绝了气体窒息危险，也杜绝了气体灭火中电池喷射的燃气积累造成的***风险，挡水装置、积水排水装置则有效避免了因水乱流而触电。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明储能***灭火装置及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本发明储能***灭火装置的整体结构示意图，图中的电连接线未示出。

图2为本发明储能***灭火装置的排烟干燥装置的结构示意图。

图3为本发明储能***灭火装置的喷水装置的结构示意图。

图4为本发明储能***灭火装置的挡水装置的结构示意图。

图5为本发明储能***灭火装置的中央控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了确定用水对储能***进行灭火的风险性，本发明的发明人首先对人体触电的条件及防护护具参数等进行了查询和研究。

根据现有的参考文献，人体电阻模型的最低电阻为500欧姆，可接受的直流电在50mA，而锂电池储能***的电压通常在1000V以下，在异常情况下会自动关闭交流电部分，只留下直流电部分。因此，只要水柱的电阻、防水器具的电阻足够，就能够预防人体触电，从而避免触电风险。

根据实测，相关参数的典型值如下：1)防护护具电阻：在双面干燥情况下，雨靴、雨衣、橡胶手套的绝缘电阻值超过量程，即≥10MΩ；在外面沾水里面干燥情况下，雨靴、雨衣、橡胶手套的绝缘电阻值分别是≥2.1MΩ、3.9MΩ和5.1MΩ；显然，漏电流I=U/R≤1000V÷1MΩ＝1mA，足够安全；2)细水柱电阻：自来水的电阻率ρ=800~8000Ω*cm，采用普通的PVC水管，在直径4cm、长度5m时，水柱的最小电阻R=ρ*L/S=800Ω*cm*5000cm÷(3.14159*2cm*2cm)=0.3MΩ，因此水柱导致的最大漏电流I=U/R=1000V÷0.3MΩ=30mA，在安全范围内。

以上计算表明，如果直接用自来水和自来水管喷水，只要连接喷嘴后有一段直径4cm、长度5m的塑料管道形成的细小水柱，其电阻就可以将见水接触的电池储能***的高压电下降到安全电压范围内。当然，也可以采用更长的塑料水管，进一步增加细小水柱的电阻，以提高安全性。

根据上述结论，本发明提供了一种如图1所示的储能***灭火装置，其包括行车框架10、排烟干燥装置20、喷水装置30、挡水装置50、积水排水装置60、中央控制装置70以及报警装置80。使用本发明灭火的储能***包括在金属框架上布置成类似货架或者电箱式布局的一系列电池组模块40，考虑到平时要通风散热，相邻电池组模块40之间留有足够空隙。在灭火时，水可穿过这些空隙来灭火，烟雾也可通过这些空隙被抽走，干燥用的风也能从这些空隙经过。

行车框架10是固定在储能***所在建筑物顶部的一个金属框架，其框架结构与储能***的电池组模块40布局相对应，并可供排烟干燥装置20、喷水装置30和挡水装置50来行走，以使排烟干燥装置20、喷水装置30定位在着火的电池组模块40的一侧，而挡水装置50定位在其另外一侧，确保从喷水装置30喷射出的水穿过着火电池组模块40后，能被对面的挡水装置50挡住，从而全部流到下方的积水排水装置60中，保证水不会四处流动而导致触电。行车框架10上设有数个定位用的行程开关81、82、83（分别如图2至图4所示），分别对行走中的喷水装置30、排烟干燥装置20、挡水装置50进行定位。行程开关81、82、83的电气接线（图未示）都接入到报警装置80里。

请参阅图2所示，排烟干燥装置20用于电池组模块40着火、灭火时的排烟以及停止淋水后电池组模块40的干燥，其包括行走装置21、控制电箱22、风扇23、支撑和排烟框架24。支撑和排烟框架24用于安装和支撑行走装置21、控制电箱22及风扇23。行走装置21安装在支撑和排烟框架24的顶部，并可移动地连接于行车框架10上，可在控制电箱22的控制下在行车框架10上行走。控制电箱22安装于支撑和排烟框架24的一角，用于接收中央控制装置70的控制信号，并据此控制行走装置21的行走和风扇23的转动。风扇23安装于支撑和排烟框架24的中部，风扇23的转动、转速及停止都由控制电箱22控制。

排烟干燥装置20的作动次序是：①行走：着火时，控制电箱22接收中央控制装置70的信号，依信号控制行走装置21在行车框架10上行走，直到碰到行程开关82而停住；②排烟：灭火过程中，开启风扇23进行排烟；③干燥：停止淋水后，风扇23继续转动对电池组模块10进行干燥；④复位：灭火结束后，根据中央控制装置70的信号回到休息位置待命。

请参阅图3所示，喷水装置30用于向着火的电池组模块40喷水而灭火，其包括行走装置31、塑料橡胶进水管32、开关阀或低压水泵33、塑料橡胶软管34、阻燃塑料或者金属管35、喷嘴组36、支撑板37和控制电箱38。支撑板37是用于安装和支撑其他元件的板体。行走装置31安装在支撑板37的顶部，并可移动地连接于行车框架10上，可在控制电箱38的控制下在行车框架10上行走。塑料橡胶进水管32与水源连接，用于将外界的水导入喷水装置30中，塑料橡胶进水管32的直径不大于4cm、长度不小于5m，因此具有足够大的电阻，能够将储能***的漏电流降低到安全范围内。开关阀或低压水泵33连接于塑料橡胶进水管32和塑料橡胶软管34之间，用于控制水的通断或给水加压。塑料橡胶软管34将塑料橡胶进水管32导入的水输送进阻燃塑料或者金属管35，并由阻燃塑料或者金属管35送给喷嘴组36的各喷嘴喷出。控制电箱38用于接收中央控制装置70的控制信号，并据此控制行走装置31在行车框架10上的行走，同时通过控制开关阀或低压水泵33的工作状态，对喷嘴组36的喷水、停止和喷水强度进行控制。

喷水装置30的动作次序是：①行走：着火时，控制电箱38接收中央控制装置70的信号，依信号控制行走装置31在行车框架10上行走，直到碰到定位用行程开关81而停住；②喷水灭火：开启开关阀或低压水泵33，利用喷嘴组36向着火的电池组模块40喷水，以对其进行灭火；③停止喷水：关闭开关阀或低压水泵33停止喷水；④复位：灭火结束后，根据中央控制装置70的信号回到休息位置待命。

请参阅图4所示，挡水装置50的作用是走到喷水装置30的对面，挡住喷水装置30喷射出的水流，使水落入积水排水装置60而防止其四处流动。挡水装置50包括行走装置51、控制电箱52和非导电挡板53。行走装置51安装在非导电挡板53的顶部，并可移动地连接于行车框架10上，可在控制电箱52的控制下在行车框架10上行走。控制电箱52安装于非导电挡板53的一角，用于接收中央控制装置70的控制信号，并据此控制行走装置51在行车框架10上的行走。非导电挡板53由不导电的材料制成，用于挡住水流且避免触电。

挡水装置50的工作次序为：①行走：着火时，控制电箱52接收中央控制装置70的信号，依信号控制行走装置51在行车框架10上行走，直到碰到定位用行程开关83而停住；②复位：灭火结束后，根据中央控制装置70的信号回到休息位置待命。

积水排水装置60设置在电池组模块40下的临近地面处，是用地沟、围堰等构成的排水通道。地沟的布局与行车装置10的金属框架结构相对应，以确保喷水装置30喷溅的水经挡水装置50挡住后，能全部流入积水排水装置60中，从而有效避免了因水乱流动而触电。

请参阅图5所示，中央控制装置70包括通讯模块71、小电箱72、显示屏幕73、和操作键盘74。本发明的灭火装置有两种工作模式：第一种是手动模式，即使用者通过显示屏幕73观看电池组模块40的着火灭火情况，并通过操作键盘74输入指令，小电箱72将使用者的指令转化为控制信号，再通过通讯模块71向排烟干燥装置20、喷水装置30、挡水装置50的控制电箱22、38、52发出控制信号，从而实现对排烟干燥装置20、喷水装置30、挡水装置50的控制；第二种是自动模式，即以上动作都由小电箱72中的***自动完成，不必人员参与就能灭火，中央控制装置70的小电箱72中***的主要作用是：①和储能***的BMS（Battery Management System，电池管理***）通讯，定位对电池组模块40进行灭火（储能***BMS能从电池电压、温度判断出哪个电池组模块40的电池着火），并确认温度是否下降达到灭火效果；②和报警***80通讯，实现定位确认，即中央控制装置70获得与报警信息相关的各个电池模块组40所对应行车位置的行程开关81、82、83信息等，据此指挥排烟干燥装置20、喷水装置30和挡水装置50走到相应位置；③指挥灭火，包括排烟、喷水、停水、干燥、复位等步骤；④指挥报警单元80发出报警信息，包括：现场的声光报警，向远程或者网络电脑报告失火信息、灭火信息等，如拨打电话、发送手机短讯。

使用本发明的储能***，当其电池组模块40中的某些电池发生热失控，冒烟甚至着火，电池的温度、电压监测信号通知电池本身的BMS，BMS发出报警信号给自动化灭火***的中央控制装置70，启动自动化灭火，并且自动地断开热失控回路的继电器，避免影响其它正常电池。

本发明灭火装置的灭火步骤大致是：中央控制装置70指挥喷水装置30、挡水装置50、排烟干燥装置20在行车框架40上行走，直至走到失火电池组模块40的前面和后面，确认位置对准后，喷水装置30喷水灭火，水穿过着火电池后被挡水装置50挡住，都流到下方的积水排水装置60，避免水流到外面发生触电事故；同时启动排烟干燥装置20的风扇23，进行定向排烟；明火熄灭后，继续循环喷水，并维持一段时间（推荐是30分钟），确保异常电池能量释放完毕且温度稳定降低；之后关闭喷水，继续用排烟干燥装置20的风扇23来干燥湿润的电池；整个过程报警装置80现场声光报警，也发出报警信号到电网、UPS的***电脑。

通过以上描述可知，本发明与现有气体灭火技术不同，采用了水灭火，且同步进行排烟，因此灭火速度快、烟雾低，灭火过程中及时排烟能迅速抽走电池中释放出的可燃气体，杜绝了气体窒息的危险，也杜绝了气体灭火中电池喷射的燃气积累造成的***风险；另外，还采用了挡水装置50、积水排水装置60来避免因水乱流而触电；采用较长的塑料橡胶水管32增加了水柱的电阻，从而利用水柱的大电阻将1000V电压的漏电流降低到安全范围内；而且，中央控制装置70与其他装置的配合，可以使本发明实现自动化灭火，无须人工参与，如果想人工观察，可穿雨靴、塑料橡胶手套、雨衣等防水器材进入储能***所在建筑物，观看灭火过程。

为了进一步防范触电风险，以上装置如排烟干燥装置20、喷水装置30、挡水装置50等，都可以采用阻燃绝缘材料如酚醛树脂（电木）、铁氟龙、ABS阻燃塑料等来制作，当然，也可以用金属基材外套阻燃绝缘材料的方式制作，如果不怕笨重，甚至可以用陶瓷材料做基板。

在其他实施方式中，为了简化结构降低成本，可以将排烟干燥装置20和喷水装置30设计在一起，从而将二者的行走装置、行程开关、控制电箱等整合。

在其他实施方式中，如果电池组模块40采用了电箱形式的间隔，竖直列之间有金属片或者其它材料与相邻竖直列阻隔，则可以将行走形式的排烟干燥装置20、喷水装置30简化为固定形式的喷水喷嘴及固定在屋顶的排烟风机，还可以利用电箱挡板和共用的排水管来担当挡水装置50以及积水排水装置60的功能。

另外，如果是小型的储能***，如UPS、取代家庭发电机的储能***等，可以在建筑物的上方设淋水装置、墙壁设风扇排烟、下面设围堰和排水沟，也可以用墙壁担当挡水装置，或者用单独的容器当挡水、积水装置。

综上所述，本发明储能***灭火装置至少具有以下有益效果：1)用水做灭火剂，降温速度快，灭火速度快；2)水灭火剂廉价易得，补充快速；3)用水做灭火剂，喷到正常电池、电器元件后，只要在1天内干燥完毕，对电池、电器等一般不造成损害；4)只要采取简单的挡水、积水、排水技术就能避免因水乱流动而触电；5)风扇在灭火时排烟，灭火后干燥，减少烟雾伤害，又利于观察；6)实现了自动灭火；7)观察人员只要穿戴雨靴、塑料手套、雨衣，就能有效预防接触水导致的触电；8)输水的水管采取塑料水管，并减少直径延长长度，从而控制水柱的电阻值，减少喷水的导电风险。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种储能***灭火装置，其特征在于：包括喷水装置、排烟干燥装置、挡水装置和积水排水装置，喷水装置对着火的电池组模块进行喷水灭火，排烟干燥装置对着火点进行排烟并对停止淋水的电池组模块进行干燥，挡水装置位于喷水装置的对面，挡住喷水装置喷射出的水流而防止其在着火电池组模块以外的区域四处流动，并使水落入积水排水装置排出。

2. 根据权利要求1所述的储能***灭火装置，其特征在于：还包括行车框架和中央控制装置，行车框架的框架结构与储能***的电池组模块布局相对应，用于供喷水装置、排烟干燥装置和挡水装置三个装置行走，中央控制装置对上述三个装置的行走进行控制，喷水装置、排烟干燥装置、挡水装置平时位于行车框架上的固定位置，电池组模块着火后，才在中央控制装置的控制下行走至灭火位置进行灭火。

3. 根据权利要求2所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述中央控制装置设有电箱和通讯模块，电箱对着火电池组模块进行定位，并通过通讯模块将控制信号发送给喷水装置、排烟干燥装置和挡水装置，喷水装置、排烟干燥装置和挡水装置分别设有行走装置和控制电箱，所述行走装置分别可移动地连接于行车框架，控制电箱则接收中央控制装置的控制信号并依信号控制相应的行走装置在行车框架上行走。

4. 根据权利要求2所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述积水排水装置设置在电池组模块下的临近地面处，其排水通道的布局与行车装置的框架结构相对应，确保喷水装置喷溅的水经挡水装置挡住后，能全部流入积水排水装置中。

5. 根据权利要求1所述的储能***灭火装置，其特征在于：还包括对电池组模块着火进行报警的报警装置。

6. 根据权利要求1至5中任一项所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述排烟干燥装置包括用于排烟和干燥的风扇。

7. 根据权利要求1至5中任一项所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述喷水装置包括塑料橡胶进水管和喷嘴组，塑料橡胶进水管与水源连接并将水输送给喷嘴组，喷嘴组将水喷向着火的电池组模块。

8. 根据权利要求7所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述塑料橡胶进水管的直径不大于4cm，且长度不小于5m。

9. 根据权利要求7所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述喷水装置还包括支撑板、开关阀或低压水泵、塑料橡胶软管、阻燃塑料或者金属管，所述支撑板是用于安装和支撑其他元件的板体，开关阀或低压水泵连接于塑料橡胶进水管和塑料橡胶软管之间，塑料橡胶软管将塑料橡胶进水管导入的水输送进阻燃塑料或者金属管，并由阻燃塑料或者金属管送给喷嘴组喷出。

10. 根据权利要求1至5中任一项所述的储能***灭火装置，其特征在于：所述挡水装置包括用于挡住水流且避免触电非导电挡板。