CN109260626A - 一种用于锂离子电池的灭火方法及灭火*** - Google Patents

一种用于锂离子电池的灭火方法及灭火*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于锂离子电池的灭火方法及灭火***，通过实时采集放置锂离子电池的电池箱内的环境参数，并与设置的环境参数的阈值比较，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先编写的灭火控制程序中与安全等级相对应的灭火策略，发出灭火命令，促使灭火装置按照对应的灭火策略设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温和/或扑灭明火。本发明所述的灭火方法和灭火***使明火扑灭的速度更快，而且能有效阻止明火复燃，同时灭火控制程序对灭火装置的精确控制，最大限度地节约了灭火剂的使用。

Description

一种用于锂离子电池的灭火方法及灭火***
技术领域
本发明涉及锂电池安全防护领域,并且更具体地，涉及一种用于锂离子电池的灭火方法及灭火***。
背景技术
锂离子电池具有容量大、工作电压高、循环寿命长、体积小、重量轻等优点，应用于较多场景。在电动汽车和储能***中，电源的动力电池要求具有较大的容量和电压，需要将多个单体电池装置于电池箱内，通过串、并联形成电池组来达到动力源的要求。多个电池箱组合构成的锂离子电池***，需要加强检测，减小或消除安全隐患。
锂离子电池由于能量密度高，以及电池本身的结构特点，一旦发生燃烧不易扑灭，并且对于大批量电池集中放置的场景，比如电池箱、电池模块、电池货架等，当电池开始燃烧可能会引发连锁反应，使相邻电池陆续引燃，酿成火灾，这种情况下电池的燃烧更不易扑灭。
对于锂离子电池的燃烧，采用的传统的扑灭技术不易扑灭，并且电池柜、电池箱和电池单元的电池性能存在差异，当发生火灾隐患或明火时，往往力度和火势大小不一，如果用传统的扑灭方式，一方面无法保证大火的高效完全扑灭，或者电池明火一次扑灭后是否复燃，后续电池会不会出现连锁反应，同时由于不能根据火势大小控制灭火剂用量，经济性不高。
因此，需要一种能保证锂离子电池的明火高效完全地扑灭，同时又能节省灭火剂的灭火方法和策略。
发明内容
为了解决现有技术中存在的锂离子电池灭火技术中存在的大火无法高效完全扑灭、明火一次扑灭后复燃以及灭火剂浪费的技术问题，发明提供一种用于锂离子电池的灭火方法，所述方法包括：
实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值，其中，所述环境参数包括温度、烟雾浓度和火焰强度；
根据所述环境参数值和预先设置的每个环境参数的阈值，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先设置的灭火控制程序，向灭火装置发出灭火指令，其中，灭火控制程序是与锂离子电池的安全等级对应的灭火策略，所述灭火策略包括灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔；
使灭火装置根据数据处理单元的灭火指令，执行灭火动作。
进一步地，实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值并进行传输之前还包括：
根据锂离子电池的类型和能量等级设置环境参数温度T的阈值Yt、烟雾浓度S的阈值Ys和火焰强度F的阈值Yf；
根据所有环境参数的阈值确定灭火***的安全等级，其中：
当F>Yf时，安全等级为一级；
当F≤Yf且T>Yt或者F≤Yf且S>Ys时，安全等级为二级；
当F≤Yf，T≤Yt且S≤Ys时，安全等级为三级。
编写灭火控制程序，其中：
当安全等级为一级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔扑灭放置起火的锂离子电池的电池箱内部的明火，并按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温；
当安全等级为二级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
当安全等级为三级时，不启动灭火控制程序。
进一步地，所述实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值是指通过位于放置锂离子电池的电池箱内部的温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器实时检测所述电池内部的温度、烟雾浓度和火焰强度，并将其转化为可识别信号。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种用于锂离子电池的灭火***，所述***包括：
数据采集单元，其用于实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值并发送至数据传输单元，其中，所述环境参数包括温度、烟雾浓度和火焰强度；
数据传输单元，其与数据采集单元和数据处理单元连接，用于将数据采集单元采集的环境参数值传输至数据处理单元；
数据处理单元，其与数据传输单元连接，用于根据传输的环境参数值和预先设置的每个环境参数的阈值，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先编写的灭火控制程序，向灭火装置发出灭火指令，；
灭火控制程序，其是与锂离子电池的安全等级对应的灭火策略，所述灭火策略包括灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔；
灭火装置，其用于根据数据处理单元的灭火指令，执行灭火动作。
进一步地，所述数据采集单元包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器。
进一步地，所述***还包括参数设置单元，其用于根据锂离子电池的类型和能量等级设置温度T的阈值Yt、烟雾浓度S的阈值Ys和火焰强度F的阈值Yf，并根据所有环境参数的阈值确定灭火***的安全等级，其中：
当F>Yf时，安全等级为一级；
当F≤Yf且T>Yt或者F≤Yf且S>Ys时，安全等级为二级；
当F≤Yf，T≤Yt且S≤Ys时，安全等级为三级。
进一步地，所述灭火控制程序包括：
当安全等级为一级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔扑灭放置起火的锂离子电池的电池箱内部的明火，并按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温；
当安全等级为二级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
当安全等级为三级时，不启动灭火控制程序。
进一步地，所述灭火装置包括：
降温型灭火装置，其用于对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
窒息型灭火装置，其用于通过在放置锂离子电池的电池箱内部喷射窒息型灭火剂来扑灭所述电池箱内的明火。
进一步地，所述灭火***中的灭火装置和数据采集单元的数量根据锂离子电池的类型和能量等级确定。
本发明技术方案提供的用于锂离子电池的灭火方法及灭火***，通过实时采集放置锂离子电池的电池箱内的环境参数，并与设置的环境参数的阈值比较，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先编写的灭火控制程序中与安全等级相对应的灭火策略，发出灭火命令，促使灭火装置按照对应的灭火策略设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温和/或扑灭明火。和现有技术相比，本发明具有的有益效果是：针对不同电池类型和能量等级的电池组，通过实时采集环境参数值，并与设置的环境参数阈值进行比较，确定电池的安全等级，并根据预先编写的灭火控制程序中不同安全等级对应的灭火控制策略来进行灭火，不仅使明火扑灭的速度更快，而且能有效阻止明火复燃，同时灭火控制程序对灭火装置的精确控制，最大限度地节约了灭火剂的使用。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的用于锂离子电池的灭火方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的用于锂离子电池的灭火***的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的用于锂离子电池的灭火方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式提供一种用于锂离子电池的灭火方法100，所述方法100从步骤101开始。
在步骤101，根据锂离子电池的类型和能量等级设置环境参数温度T的阈值Yt、烟雾浓度S的阈值Ys和火焰强度F的阈值Yf；
根据所有环境参数的阈值确定灭火***的安全等级，其中：
当F>Yf时，安全等级为一级；
当F≤Yf且T>Yt或者F≤Yf且S>Ys时，安全等级为二级；
当F≤Yf，T≤Yt且S≤Ys时，安全等级为三级。
编写灭火控制程序，其中：
当安全等级为一级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔扑灭放置起火的锂离子电池的电池箱内部的明火，并按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温；
当安全等级为二级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
当安全等级为三级时，不启动灭火控制程序。
在步骤102，实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值，其中，所述环境参数包括温度、烟雾浓度和火焰强度。
优选地，所述实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值是指通过位于放置锂离子电池的电池箱内部的温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器实时检测所述电池内部的温度、烟雾浓度和火焰强度，并将其转化为可识别信号。
在步骤103，根据所述环境参数值和预先设置的每个环境参数的阈值，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先设置的灭火控制程序，向灭火装置发出灭火指令，其中，灭火控制程序是与锂离子电池的安全等级对应的灭火策略，所述灭火策略包括灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔；
在步骤104，使灭火装置根据数据处理单元的灭火指令，执行灭火动作。
在本优选实施方式中，当电池的温度上升到大于等于65℃或烟浓度达到阈值，被烟雾传感器感知时，启动安全等级第二级对应的灭火控制程序对电池进行降温，此时，启动降温型灭火剂，并通过温度传感器判断电池温度、电池周围温度变化，当温度下降到65℃以下后停止喷射。
当电池箱内的火焰传感器检测到明火燃烧时，启动安全等级第一级对应的灭火控制程序以降低空气中的氧含量、抑制火势蔓延，此时，启动窒息型灭火剂灭火，并通过火焰传感器判断是否扑灭明火，在电池初期火焰被扑灭后，关闭电池周围空间，继续喷射窒息型灭火剂，使电池柜体内充满窒息型灭火剂后停止喷射，保持5min-10min，这期间持续喷射降温型灭火剂，这期间如果出现复燃，则重新启动窒息型灭火剂，直到二次扑灭为止，二次扑灭后继续保持5-10min；之后，启动风扇或者打开电池柜体空间，使柜体内因燃烧产生的热量散失出去，通过温度传感器判断柜体内电池温度是否降低至阈值，当降低至阈值后，继续监测电池温度，如电池温度上升，则继续喷射降温型灭火剂，直至电池温度开始下降。当电池温度降低至阈值以下并且温度无上升趋势，保持30min-1h后，启动风扇或打开柜体空间，防止人员靠近，继续通过温度传感器检测，直到电池温度降至室温，解除火灾状态。
图2为根据本发明优选实施方式的用于锂离子电池的灭火***的结构示意图。如图2所示，本优选实施方式所述的用于锂离子电池的灭火***200包括：
参数设置单元201，其用于根据锂离子电池的类型和能量等级设置温度T的阈值Yt、烟雾浓度S的阈值Ys和火焰强度F的阈值Yf，并根据所有环境参数的阈值确定灭火***的安全等级，其中：
当F>Yf时，安全等级为一级；
当F≤Yf且T>Yt或者F≤Yf且S>Ys时，安全等级为二级；
当F≤Yf，T≤Yt且S≤Ys时，安全等级为三级。
数据采集单元202，其用于实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值并发送至数据传输单元，其中，所述环境参数包括温度、烟雾浓度和火焰强度；
数据传输单元203，其与数据采集单元和数据处理单元连接，用于将数据采集单元采集的环境参数值传输至数据处理单元；
数据处理单元204，其与数据传输单元连接，用于根据传输的环境参数值和预先设置的每个环境参数的阈值，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先编写的灭火控制程序，向灭火装置发出灭火指令，；
灭火控制程序205，其是与锂离子电池的安全等级对应的灭火策略，所述灭火策略包括灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔；
灭火装置206，其用于根据数据处理单元的灭火指令，执行灭火动作。
优选地，所述数据采集单元202包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器。
优选地，所述灭火控制程序205包括：
当安全等级为一级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔扑灭放置起火的锂离子电池的电池箱内部的明火，并按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温；
当安全等级为二级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
当安全等级为三级时，不启动灭火控制程序。
优选地，所述灭火装置206包括：
降温型灭火装置261，其用于对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
窒息型灭火装置262，其用于通过在放置锂离子电池的电池箱内部喷射窒息型灭火剂来扑灭所述电池箱内的明火。
优选地，所述灭火***中的灭火装置和数据采集单元的数量根据锂离子电池的类型和能量等级确定。
在本优选实施方式中，对10kWh锂离子电池箱，配置2瓶灭火剂，1瓶是降温型灭火剂，1瓶是窒息型灭火剂，电池箱内在电池组内部放入2个以上温度传感器，电池箱顶部放入1个烟雾传感器、1个火焰传感器，在电池箱顶部四角放置2个降温型灭火剂喷射探头、2个窒息型灭火剂喷射探头。
在本优选实施方式中，对于储能电站1MWh锂离子电池***，其有10个柜体组成，每个柜体为0.1MWh电池模块，整个电池***配置两套灭火***，1套是由多个降温型灭火装置组成的降温型灭火***、1套是由多个窒息型灭火装置组成的窒息型灭火***，在每个柜体内部，每个电池箱体内放入2个以上温度传感器，电池箱顶部放入1个烟雾传感器、1个火焰传感器，在电池箱顶部四角放置2个降温型灭火剂喷射探头、2个窒息型灭火剂喷射探头。
在本优选实施方式中，对于集装箱式1MWh锂离子电池***，集装箱内部放置电池机柜，整个电池***配置两套灭火***，1套是由多个降温型灭火装置组成的降温型灭火***、1套是由多个窒息型灭火装置组成的窒息型灭火***，在每个柜体内部，每个电池箱体内放入2个以上温度传感器，电池箱顶部放入1个烟雾传感器、1个火焰传感器，在电池箱顶部四角放置2个降温型灭火剂喷射探头、2个窒息型灭火剂喷射探头。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (9)

1.一种用于锂离子电池的灭火方法，其特征在于，所述方法包括：
实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值，其中，所述环境参数包括温度、烟雾浓度和火焰强度；
根据所述环境参数值和预先设置的每个环境参数的阈值，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先设置的灭火控制程序，向灭火装置发出灭火指令，其中，灭火控制程序是与锂离子电池的安全等级对应的灭火策略，所述灭火策略包括灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔；
使灭火装置根据数据处理单元的灭火指令，执行灭火动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值并进行传输之前还包括：
根据锂离子电池的类型和能量等级设置环境参数温度T的阈值Yt、烟雾浓度S的阈值Ys和火焰强度F的阈值Yf；
根据所有环境参数的阈值确定灭火***的安全等级，其中：
当F>Yf时，安全等级为一级；
当F≤Yf且T>Yt或者F≤Yf且S>Ys时，安全等级为二级；
当F≤Yf，T≤Yt且S≤Ys时，安全等级为三级。
编写灭火控制程序，其中：
当安全等级为一级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔扑灭放置起火的锂离子电池的电池箱内部的明火，并按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温；
当安全等级为二级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
当安全等级为三级时，不启动灭火控制程序。
3.根据权利要求1或者2所述的灭火方法，其特征在于，所述实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值是指通过位于放置锂离子电池的电池箱内部的温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器实时检测所述电池内部的温度、烟雾浓度和火焰强度，并将其转化为可识别信号。
4.一种用于锂离子电池的灭火***，其特征在于，所述***包括：
数据采集单元，其用于实时采集放置锂离子电池的电池箱内部的环境参数值并发送至数据传输单元，其中，所述环境参数包括温度、烟雾浓度和火焰强度；
数据传输单元，其与数据采集单元和数据处理单元连接，用于将数据采集单元采集的环境参数值传输至数据处理单元；
数据处理单元，其与数据传输单元连接，用于根据传输的环境参数值和预先设置的每个环境参数的阈值，确定锂离子电池的安全等级，并根据预先编写的灭火控制程序，向灭火装置发出灭火指令，；
灭火控制程序，其是与锂离子电池的安全等级对应的灭火策略，所述灭火策略包括灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔；
灭火装置，其用于根据数据处理单元的灭火指令，执行灭火动作。
5.根据权利要求4所述的灭火***，其特征在于，所述数据采集单元包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器。
6.根据权利要求4所述的灭火***，其特征在于，所述***还包括参数设置单元，其用于根据锂离子电池的类型和能量等级设置温度T的阈值Yt、烟雾浓度S的阈值Ys和火焰强度F的阈值Yf，并根据所有环境参数的阈值确定灭火***的安全等级，其中：
当F>Yf时，安全等级为一级；
当F≤Yf且T>Yt或者F≤Yf且S>Ys时，安全等级为二级；
当F≤Yf，T≤Yt且S≤Ys时，安全等级为三级。
7.根据权利要求6所述的灭火***，其特征在于，所述灭火控制程序包括：
当安全等级为一级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔扑灭放置起火的锂离子电池的电池箱内部的明火，并按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对所述电池箱内部进行降温；
当安全等级为二级时，按照设置的灭火装置的喷射次数、每次的喷射量、每次喷射之间的时间间隔对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
当安全等级为三级时，不启动灭火控制程序。
8.根据权利要求4所述的灭火***，其特征在于，所述灭火装置包括：
降温型灭火装置，其用于对放置锂离子电池的电池箱内部进行降温；
窒息型灭火装置，其用于通过在放置锂离子电池的电池箱内部喷射窒息型灭火剂来扑灭所述电池箱内的明火。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述灭火***中的灭火装置和数据采集单元的数量根据锂离子电池的类型和能量等级确定。
CN201810853120.4A 2018-07-30 2018-07-30 一种用于锂离子电池的灭火方法及灭火*** Pending CN109260626A (zh)

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