CN111569323A - 一种多次启停可控锂电池储能灭火*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多次启停可控锂电池储能灭火***，包括电源管理***，与电源管理***连接的预警控制***，与预警控制***连接的灭火装置，灭火装置外接有灭火剂局部输送总管、灭火剂输送全淹没管道、感温探火管，局部输送总管后段连接有汇流模块，汇流模块后端设置有电磁阀，所述电磁阀串接汇流模块和局部雾化喷嘴，与预警控制***外接有电池热失控传感器、烟感探测器、温感探测器，所述电源管理***包括电压监测装置、温度监测装置，所述预警控制***上还连接有手动启动按钮、手动复位按钮、信号联动输出装置。可以精准到火灾发生部位，从而控制对应的局部电磁阀释放灭火剂，实现多次的精准探测与精准灭火，提高灭火效率。
Description
技术领域
本发明涉及灭火装置领域，具体涉及一种灭火装置中的多次启停可控锂电池储能灭火***。
背景技术
近年来，随着锂电池具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长等诸多优点，在交通动力领域、电力储能领域、移动通信领域等得到广泛的应用，已发展成为我国能源战略性新兴产业的一部分。然而随着锂电池在工程上的深入应用，其火灾安全问题也日益突出，由于锂电池是含能物质，特别是当其发生过热、短路、挤压等情况下，都会产生大量的热，引发内部电极材料和电解液的链式反应，进而发生热失控并发展成为大规模火灾、***事故。
当前为了提高能源利用密度，在相对狭小的空间内，设置更多的能量存储，空间已经挤压到无法确保消防安全，例如一个40尺储能集装箱内布置2MWh的电池容量，pack中电芯紧密布置，一旦发生热失控，极易引起连锁式火灾蔓延与***。传统火灾预警无法及时探测锂电池的热失控，当通过温感、烟感确认火灾时，往往已经发生大面积蔓延，再配上传统火灾释放技术，灭火剂无法第一时间绕过电池架、电池pack、模组进入到热失控的电芯附近实现灭火，且锂电池热失控最大的问题是由于其会持续产生热量，极易引起复燃，传统释放技术将面积在整个空间内均匀释放，随着灭火剂受到重力的作用往下沉，在热失控电池附近很难在较长的一段时间内保持较高的抑制浓度，没法将有限的灭火剂资源充分精准利用。
本发明的思路在于针对锂电池储能***火灾特性，集装箱储能***里面布局的不确定性，以及锂电池火灾易复燃的特性，提供一种多次启停可控锂电池储能灭火***
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多次启停可控锂电池储能灭火***，可以有效实现快速探测锂电池热失控，提高预警响应速度，同时可以实现启停可控，继而完成多次间歇性灭火功能，提升单位量灭火剂的使用效率，尤其对于锂电池易复燃的技术问题给予有效对应解决。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多次启停可控锂电池储能灭火***，包括电源管理***，与电源管理***连接的预警控制***，与预警控制***连接的灭火装置，灭火装置外接有灭火剂局部输送总管、灭火剂输送全淹没管道、感温探火管，局部输送总管后段连接有汇流模块，汇流模块后端设置有电磁阀，所述电磁阀串接汇流模块和局部雾化喷嘴，与预警控制***外接有电池热失控传感器、烟感探测器、温感探测器，所述电源管理***包括电压监测装置、温度监测装置，所述预警控制***上还连接有手动启动按钮、手动复位按钮、信号联动输出装置。
所述电源管理***为储能电池的管理***，实时监测储能电池在运行时的参数，包括电芯电压、温度等。所述预警控制***，支持RS485通讯、CAN通讯、以太网通讯，模拟量信号、开关量等信号，通过与电源管理***通讯采集锂电池电芯的电压参数、温度参数，可以直接或间接采集电池热失控传感器的信号，可以直接采集火灾探测器：烟感探测器，温感探测器的信号，可以直接接采集手动启动按钮信号，手动复位按钮等信号，通过采集上述信号，在预警控制***内部经过一系列的数据运算，下发控制指令到灭火装置，灭火装置做出对应指令的系列动作反应。
作为一种改进，所述灭火装置包括灭火剂瓶组、高压软管、电磁驱动装置。
作为一种改进，所述灭火剂瓶组包括容器、连接在容器上端的容器阀、设于容器阀上控制局部总管路通断的电磁总阀、设于容器阀上防止瓶组压力过高的安全阀、设于容器阀上的减压装置、设于减压阀上的第一检漏装置、设于容器阀上的第二检漏装置。
作为一种改进，所述信号联动输出装置包括声光警报器、警铃、灭火剂释放指示灯。灭火装置启动后，发出相关警报指令，包括声光警报器、警铃、灭火剂释放指示灯，并发出第三方设备联动控制指令。
作为一种改进，预警控制***还连接有局部控制模块，所述局部控制模块连接有电磁阀，所述电磁阀和储能***中pack的实际数量与布置情况对应设置，每个pack对应一个电磁阀。
作为一种改进，所述局部控制模块上连接有热失控传感器，所述热失控传感器和pack对应设置。热失控传感器相对于电芯自带的温度传感器拥有更高的量程，可靠性更高，每个pack都对应布置。
作为一种改进，所述预警控制***，当采集到烟感探测器、温感探测器探测到火灾信号或者手动启动信号时，预警控制***发送启动指令电磁驱动装置，从而启动容器阀的阀芯，实现灭火剂瓶组内的灭火剂从主管道经雾化喷嘴一次性全部均匀喷放至集装箱内，实现大范围内的全淹没防护。
作为一种改进，所述灭火装置，内部设有灭火剂瓶组，瓶组与主管道之间设有便于连接的高压软管，电磁总阀进口端与容器阀联通，出口端与局部输送总管联通，容器阀顶部设有电磁驱动装置，容器阀正面设有第二检漏装置，用以观察灭火剂瓶组内灭火剂是否存在泄漏情况。当局部电磁主阀接收到指令后，开通容器阀与局部输送总管，灭火剂瓶组内的灭火剂快速进入到总管内，此时预警控制***发送pack对应的电磁阀启动指令后，灭火剂从总管内流向到局部管道内，再经局部雾化喷嘴喷射到对应的pack内，实现灭火剂的精准输送，pack内快速达到灭火浓度。
作为一种改进，所述减压装置，其主要实现控制探火管内的压力稳定在0.8MPa～1.4MPa范围内，控制探火管内有一个稳定的压力，从而实现探火管在一个稳定的温度范围内***，具体的，减压装置设有减压阀体、减压阀芯、减压阀盖，减压阀体与容器阀通过螺纹连接，减压阀芯与减压阀体之间设有密封垫和调压弹簧，结合减压阀芯上下截面积的比例，实现容器内的压力与探火管内的压力形成固定比例，减压阀盖上设有泄压底座、卡设于泄压底座上的泄压弹簧、支撑卡设于泄压弹簧上的泄压活塞，当探火管内压力过高时，自动顶开泄压活塞与减压阀盖之间的密封面，进行自动泄压，可以通过调节泄压底座相对阀盖之间的位置，实现调节泄压弹簧的预紧力，从而达到探火管内压力的上限值泄压调整。减压装置设有两个探火管转接头，便于快速安装探火管，减压装置设有第一检漏装置，通过该检漏装置可以查看探火管内的压力是否处于设定的压力范围内。
作为一种改进，所述探火管是一种达到设定温度会出现破口的软管，两端安装在减压装置上，探火管中部沿着pack的周围进行布置，当探火管达到指定温度出现破口时，探火管内的压力会从破口处泄压，减压阀芯与减压阀体之间的密封面会脱开，破坏容器阀原有的平衡状态而启动阀芯，此时灭火剂瓶组内的灭火剂一部分会从探火管经破口处泄放，实现快速定点喷放，同时另一部分灭火剂会从高压软管经主管道，流向雾化喷嘴进行全淹没防护。
作为一种改进，所述局部控制模块，可以将热失控传感器由单点信号转为带地址的总线制信号，通过RS485、CAN、以太网方式传输给预警控制***，预警控制***可以将电池阀的控制信号通过RS485、CAN、以太网方式进行设置对应的阀门通断，实现点对点的信号采集与电磁阀控制。
本发明创造有效实现：①快速探测锂电池热失控，提高预警响应速度；②精准定位火灾发生部位，实现精准释放灭火剂，提高灭火效率；③根据火灾信号，实现启停可控，间歇性喷放灭火剂，能将现有的灭火剂通过间歇性、持续性点对点喷放，提高灭火剂的利用效率，解决锂电池易复燃的火灾特性，进行长期持续降温与灭火。
本发明创造的有益效果在于：通过设置高压电磁阀在局部管路，可以实现管路上灭火剂的释放通过点信号反复控制，实现启停可控；预警控制***与电源管理***联动，通过在线实时分析电芯的电压、温度的变化关系，判断电池是否存在热失控，可以提前预警火灾风险，提高预警响应速度，更有利于将火灾控制在初期阶段实现抑制；通过解析热失控电芯的地址码、热失控传感器的地址码，可以精准到火灾发生部位，从而控制对应的局部电磁阀释放灭火剂，实现精准探测与精准灭火，提高灭火效率；通过实时分析电芯温度变化速率、热失控传感器的数据变化率，定位分析火灾发生，可以提高火灾判断的准确性，降低误报；减压阀上设置三个连接口，两个做成探火管输入输出做成回路，一个安装检漏装置，替代传统探火管末端布置单向阀、压力表，可以减少连接配件，同时探火管做成回路，可以提高探火管输送灭火剂能力。
附图说明：
图1为本装置在锂电池集装箱储能***中的结构示意图；
图2为图1中灭火剂瓶组的结构示意图；
图3为图2中减压阀剖面图的结构示意图；
图4为图3中减压阀侧视剖面图结构示意图；
图5为多次启动预警控制流程示意图。
具体实施方式
如图1-5所示的一种多次启停可控锂电池储能灭火***，包括电源管理***1，与电源管理***连接的预警控制***2，与预警控制***连接的灭火装置3，灭火装置外接有灭火剂局部输送总管8、灭火剂输送全淹没管道16、感温探火管7，局部输送总管后段连接有汇流模块10，汇流模块10后端设置有电磁阀9，所述电磁阀9串接汇流模块和局部雾化喷嘴15，与预警控制***外接有电池热失控传感器13、烟感探测器17、温感探测器18，所述电源管理***包括电压监测装置、温度监测装置，所述预警控制***上还连接有手动启动按钮201、手动复位按钮202、信号联动输出装置203。
所述电源管理***1为储能电池的管理***，实时监测储能电池在运行时的参数，包括电芯电压、温度等。所述预警控制***2，支持RS485通讯、CAN通讯、以太网通讯，模拟量信号、开关量等信号，通过与电源管理***1通讯采集锂电池电芯的电压参数、温度参数，可以直接或间接采集电池热失控传感器13的信号，可以直接采集火灾探测器：烟感探测器17，温感探测器18的信号，可以直接接采集手动启动按钮201信号，手动复位按钮202等信号，通过采集上述信号，在预警控制***内部经过一系列的数据运算，下发控制指令到灭火装置，灭火装置做出对应指令的系列动作反应。
该实施例中，所述灭火装置3包括灭火剂瓶组6、高压软管4、电磁驱动装置5。
该实施例中，所述灭火剂瓶组6包括容器61、连接在容器上端的容器阀62、设于容器阀上控制局部总管路通断的电磁总阀63、设于容器阀上防止瓶组压力过高的安全阀64、设于容器阀上的减压装置65、设于减压阀上的第一检漏装置66、设于容器阀上的第二检漏装置67。
该实施例中，所述信号联动输出装置203包括声光警报器、警铃、灭火剂释放指示灯。灭火装置启动后，发出相关警报指令，包括声光警报器、警铃、灭火剂释放指示灯，并发出第三方设备联动控制指令。
工作中，由预警控制***2与灭火装置3相互配合实现多次启停可控，预警控制***2负责信号采集与火灾判断，并下发控制指令给灭火装置3，具体实现方式为：预警控制***2判断初次锂电池火灾主要通过电源管理***1采集储能***中所有锂电池电芯的温度与电压信号，每一个电压信号与温度信号都会有对应的地址编码，具体的，当某一电芯发生热失控时，首先电芯温度会持续上升，达到一定状态时，电压会下降，即温度信号T0≥t0，t0为电芯热失控不可逆边界条件，且电芯电压U≤u0，u0为电芯电压热失控电压边界值，此时预警控制***2根据温度信号T和电压信号U所对应的地址码，可以将火灾隐患定位至相应Pack内模组，并下发指令给电磁总阀63，打开局部释放管路总阀，灭火剂进入局部输送管道总管8，预警控制***2下发指令给地址码对应的电磁阀9，与电磁阀9连接的汇流模块10将灭火装置的灭火剂疏导至局部雾化喷嘴，实现精准定位初次喷放灭火剂，扑灭初期火灾，预警控制***2根据***设定的单次释放持续时间，预警控制***2下发复位指令给电磁总阀63与电磁阀9，灭火装置停止喷放灭火剂。
当灭火装置3初次释放结束后，由于锂电池内会持续发热，在模组、pack14内会逐渐缓慢升温，火情复燃可能性较大，该情况下，包含如下系列实现多次启动的条件：
多次启动条件一：此时预警控制***2可以继续通过电芯的温度T0≥t0，电芯的升温速率Kt0≥k0来判断电池重新达到了热失控边界条件，并以此判断是够需要再次启动灭火装置；
多次启动条件二：该方案包括伴随剧烈反应、猛烈燃烧的情况，热失控传感器13可以实时探测传输温度信号给预警控制***2，预警控制***2通过分析其对应位置的环境温度失控边界条件t1，即T1≥t1、Kt1≥K1，判断是否对应pack内部发生火灾，是否需要再次启动灭火装置；
多次启动条件三：结合电芯温度，与热失控传感器的温度是否达到各自对应的失控边界值T0≥t0、T1≥t1，互相辅证，综合判断是否再次启动灭火装置；
多次启动条件四：热失控传感器的温度与传统的烟感探测器17相配合，热失控传感器实现温度的精准定位，烟感探测器辅证热失控的风险，结合上述定位pack的二次复燃、热失控的风险，预警控制***2再次下发指令给电磁总阀63，电磁阀9，启动灭火装置，灭火装置3持续喷放设定的时间后，预警控制***2下发复位指令给电磁总阀63与电磁阀9，灭火装置停止喷放灭火剂，实现二次喷放，同时预警控制***3会实时在线分析电芯的温度、升温速率，判断电芯是否达到了热失控的边界条件，选择是否需要再次启动灭火装置，以此循环，实现多次启动喷放的自动控制。
该实施例中，所述预警控制***2，当采集到烟感探测器17、温感探测器18探测到火灾信号或者手动启动信号201时，预警控制***2发送启动指令电磁驱动装置5，从而启动容器阀62的阀芯，实现灭火剂瓶组6内的灭火剂从主管道16经雾化喷嘴19一次性全部均匀喷放至集装箱内，实现大范围内的全淹没防护；
该实施例中，所述灭火装置3，内部设有灭火剂瓶组6，瓶组6与主管道16之间设有便于连接的高压软管4，电磁总阀63进口端与容器阀62联通，出口端与局部输送总管8联通，容器阀62顶部设有电磁驱动装置5，容器阀62正面设有第二检漏装置67，用以观察灭火剂瓶组6内灭火剂是否存在泄漏情况。当局部电磁主阀63接收到指令后，开通容器阀62与局部输送总管8，灭火剂瓶组6内的灭火剂快速进入到总管8内，此时预警控制***2发送pack14对应的电磁阀9启动指令后，灭火剂从总管8内流向到局部管道12内，再经局部雾化喷嘴15喷射到对应的pack14内，实现灭火剂的精准输送，pack14内快速达到灭火浓度。
该实施例中，所述减压装置65，其主要实现控制探火管7内的压力稳定在0.8MPa～1.4MPa范围内，控制探火管内有一个稳定的压力，从而实现探火管在一个稳定的温度范围内***，具体的，减压装置设有减压阀体651、减压阀芯654、减压阀盖653、，减压阀体651与容器阀62通过螺纹连接，减压阀芯654与减压阀体651之间设有密封垫659和调压弹簧658，结合减压阀芯654上下截面积的比例，实现容器61内的压力与探火管7内的压力形成固定比例，减压阀盖653上设有泄压底座656、卡设于泄压底座上的泄压弹簧657、支撑卡设于泄压弹簧上的泄压活塞655，当探火管7内压力过高时，自动顶开泄压活塞655与减压阀盖653之间的密封面，进行自动泄压，可以通过调节泄压底座656相对阀盖653之间的位置，实现调节泄压弹簧657的预紧力，从而达到探火管(7)内压力的上限值泄压调整。减压装置65设有两个探火管转接头652，便于快速安装探火管7，减压装置65设有第一检漏装置66，通过该检漏装置可以查看探火管7内的压力是否处于设定的压力范围内。
该实施例中，所述探火管7是一种达到设定温度会出现破口的软管，两端安装在减压装置65上，探火管7中部沿着pack14的周围进行布置，当探火管9达到指定温度出现破口时，探火管7内的压力会从破口处泄压，减压阀芯654与减压阀体651之间的密封面会脱开，破坏容器阀62原有的平衡状态而启动阀芯，此时灭火剂瓶组6内的灭火剂一部分会从探火管7经破口处泄放，实现快速定点喷放，同时另一部分灭火剂会从高压软管4经主管道16，流向雾化喷嘴19进行全淹没防护。
该实施例中，所述局部控制模块11，可以将热失控传感器13由单点信号转为带地址的总线制信号，通过RS485、CAN、以太网方式传输给预警控制***2，预警控制***2可以将电池阀9的控制信号通过RS485、CAN、以太网方式进行设置对应的阀门通断，实现点对点的信号采集与电磁阀控制。
除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。
Claims (10)
1.一种多次启停可控锂电池储能灭火***，包括电源管理***(1)，与电源管理***连接的预警控制***(2)，与预警控制***连接的灭火装置(3)，灭火装置外接有灭火剂局部输送总管(8)、灭火剂输送全淹没管道(16)、感温探火管(7)，局部输送总管后段连接有汇流模块(10)，汇流模块(10)后端设置有电磁阀(9)，所述电磁阀(9)串接汇流模块和局部雾化喷嘴(15)，预警控制***外接有电池热失控传感器(13)、烟感探测器(17)、温感探测器(18)，所述电源管理***包括电压监测装置、温度监测装置，所述预警控制***上还连接有手动启动按钮(201)、手动复位按钮(202)、信号联动输出装置(203)。
2.根据权利要求1所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述灭火装置(3)包括灭火剂瓶组(6)、高压软管(4)、电磁驱动装置(5)。
3.根据权利要求1所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述灭火剂瓶组(6)包括容器(61)、连接在容器上端的容器阀(62)、设于容器阀上控制局部总管路通断的电磁总阀(63)、设于容器阀上防止瓶组压力过高的安全阀(64)、设于容器阀上的减压装置(65)、设于减压阀上的第一检漏装置(66)、设于容器阀上的第二检漏装置(67)。
4.根据权利要求1所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述信号联动输出装置(203)包括声光警报器、警铃、灭火剂释放指示灯。
5.根据权利要求1所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：预警控制***(2)还连接有局部控制模块(11)，所述局部控制模块(11)连接有电磁阀(9)，所述电磁阀(9)串接汇流模块和局部雾化喷嘴(15)，所述电磁阀(9)和储能***中pack(14)的实际数量与布置情况对应设置，每个pack(14)对应一个电磁阀(9)。
6.根据权利要求5所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述局部控制模块(11)上连接有热失控传感器(13)，所述热失控传感器(13)和pack(14)对应设置；所述预警控制***(2)与电源管理***(1)联动，热失控传感器(13)传递信号给局部控制模块(11)，继而局部控制模块(11)传递给预警控制***(2)，预警控制***(2)可多次启动电磁驱动装置(5)进行多次局部喷放。
7.根据权利要求1或5所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述预警控制***(2)，当其采集到烟感探测器(17)、温感探测器(18)探测到火灾信号或者手动启动信号(201)时，预警控制***(2)发送启动指令电磁驱动装置(5)，从而启动容器阀(62)的阀芯，实现灭火剂瓶组(6)内的灭火剂从主管道(16)经雾化喷嘴(19)一次性全部均匀喷放至集装箱内，实现大范围内的全淹没防护。
8.根据权利要求1或2所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述灭火装置(3)，内部设有灭火剂瓶组(6)，瓶组(6)与主管道(16)之间设有便于连接的高压软管(4)，电磁总阀(63)进口端与容器阀(62)联通，出口端与局部输送总管(8)联通，容器阀(62)顶部设有电磁驱动装置(5)，容器阀(62)正面设有第二检漏装置(67)，用以观察灭火剂瓶组(6)内灭火剂是否存在泄漏情况。
9.根据权利要求3所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述减压装置(65)，其主要实现控制探火管(7)内的压力稳定在0.8MPa～1.4MPa范围内，控制探火管内有一个稳定的压力，从而实现探火管在一个稳定的温度范围内***，具体的，减压装置设有减压阀体(651)、减压阀芯(654)、减压阀盖(653)，减压阀体(651)与容器阀(62)通过螺纹连接，减压阀芯(654)与减压阀体(651)之间设有密封垫(659)和调压弹簧(658)，结合减压阀芯(654)上下截面积的比例，实现容器(61)内的压力与探火管(7)内的压力形成固定比例，减压阀盖(653)上设有泄压底座(656)、卡设于泄压底座上的泄压弹簧(657)、支撑卡设于泄压弹簧上的泄压活塞(655)，当探火管(7)内压力过高时，自动顶开泄压活塞(655)与减压阀盖(653)之间的密封面，进行自动泄压，可以通过调节泄压底座(656)相对阀盖(653)之间的位置，实现调节泄压弹簧(657)的预紧力，从而达到探火管(7)内压力的上限值泄压调整。减压装置(65)设有两个探火管转接头(652)，便于快速安装探火管(7)，减压装置(65)设有第一检漏装置(66)，通过该检漏装置可以查看探火管(7)内的压力是否处于设定的压力范围内。
10.根据权利要求1所述一种多次启停可控锂电池储能灭火***，其特征在于：所述局部控制模块(11)，可以将热失控传感器(13)由单点信号转为带地址的总线制信号，通过RS485、CAN、以太网方式传输给预警控制***(2)，预警控制***(2)可以将电池阀(9)的控制信号通过RS485、CAN、以太网方式进行设置对应的阀门通断，实现点对点的信号采集与电磁阀控制。
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