CN112201862A - 一种锂电池储能***的安全防护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池储能***的安全防护装置，所述电池储能***包括多个电池模块，所述装置包括：柜体，所述柜体内包括多个相互独立的腔体，电池模块分布于多个腔体内部；多个烟雾探测器，设置于所述多个腔体内，用于探测容纳所述烟雾探测器的腔体内是否出现烟雾；所述多个烟雾探测器并联连接至控制装置；容纳灭火药剂的灭火装置，设置于所述多个腔体内，当所述腔体内的温度超过所述腔体内的灭火装置的温度阈值时，所述灭火装置释放所述灭火药剂。本发明的电池储能***的安全防护装置，在电池PACK层面的小空间内检测火灾信号并自动释放灭火药剂，可达到高效灭火的效果，提升了锂电池储能***的安全性能。

Description

一种锂电池储能***的安全防护装置
技术领域
本发明涉及锂电池储能领域，特别是一种锂电池储能***的安全防护装置。
背景技术
目前，锂电池储能***已越来越多的得到应用，由于锂电池自身材料特性无法彻底杜绝起火燃烧的可能性，随应用量增大，必然存在起火燃烧等严重事故的机率，近一年来国内外出现的多例锂电池储能***火灾事故让人们对锂电池储能行业安全性给予了高度重视，甚至制约整个锂电池储能行业的发展。
现有锂电池储能行业消防方案多采用七氟丙烷作为灭火药剂，多采用柜式七氟丙烷灭火装置、悬挂式七氟丙烷灭火装置或管网式七氟丙烷灭火装置。以上方案均是对储能***所处空间进行淹没式气体灭火，存在以下问题：由于空间密闭性差导致灭火环境内未达到灭火浓度不能灭火；由于火灾检测装置不能第一时间检测到故障，造成火势蔓延形成更大事故；由于储能产品柜体密闭等因素导致灭火药剂不能有效填充过火区域，严重影响锂电池火灾扑灭效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池储能***的安全防护装置，所述电池储能***包括多个电池模块，所述装置包括：柜体，所述柜体内包括多个相互独立的腔体，所述多个电池模块分布于多个腔体内部；
多个烟雾探测器，设置于所述多个腔体内，所述烟雾探测器用于探测容纳所述烟雾探测器的腔体内是否出现烟雾；所述多个烟雾探测器并联连接至控制装置；
容纳灭火药剂的灭火装置，设置于所述多个腔体内，当所述腔体内的温度超过所述腔体内的灭火装置的温度阈值时，所述灭火装置释放所述灭火药剂。
优选的，所述灭火装置包括：一个管体，所述管体内容纳所述灭火药剂；所述管体穿过所述多个腔体。
优选的，所述灭火装置包括：多个灭火子模块，所述多个灭火子模块分布设置于所述多个腔体内部，每个所述灭火子模块包含所述灭火药剂。
优选的，所述灭火药剂包括：七氟丙烷或热气溶胶。
优选的，所述装置还包括：灭火装置状态检测装置，分别与所述灭火装置和所述控制装置连接，用于检测所述灭火装置是否启动；当所述灭火装置没有启动时，发送第一信号至所述控制装置；当所述灭火装置启动时发送第二信号至所述控制装置；所述控制装置发送明火报警信号至上级***进行明火报警。
优选的，所述方法包括：
腔体内电池模块由于热失控从泄压孔喷出烟雾类物质，所述腔体内烟雾探测器检测到烟雾信号，通过报警电路发送烟雾报警信号至控制装置，控制装置将报警信号发送至上位机，现场运维人员获知后及时处理。
优选的，若烟雾报警后运维人员没有及时处理，电池模块进一步热失控直至产生明火，所述管体遇热自动破裂，内部灭火药剂喷出。
优选的，若烟雾报警后运维人员没有及时处理，电池模块进一步热失控直至产生明火，该腔体内灭火子模块遇热自动破裂，内部灭火药剂喷出。
优选的，灭火药剂喷出后，迅速形成淹没式气体灭火环境，熄灭电池明火。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：锂电池储能***的安全防护装置可用于在电池PACK层面的小空间内快速检测火灾信号并自动释放灭火药剂，达到提前预防、高效灭火的效果且成本低。
附图说明
图1为实现本发明实施例的储能***安全防护装置构成示意图。
图2为实现本发明实施例的可插拔式电池箱结构示意图。
图3为实现本发明实施例的灭火装置示意图。
图4为实现本发明实施例的控制***电气原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
锂电池储能***主要由若干锂电池模组串并联组成，若锂电池模组由于机械撞击、过充、过放、过温等因素导致电池模组内单只或多只单体电池热失控时，电池内部温度迅速升高，高温又触发电池内部化学物质进一步剧烈反应，产生大量气体，内部压力急剧增加，达到一定压力后冲开单体电池顶部泄压阀，高压气体喷出，主要成分为一些活性物质及CO或CO2，含易燃物质，在与空气接触后易发生燃烧，如不能迅速灭火，可进一步由单体电池蔓延至电池模组或多个电池模组甚至整个储能***的蔓延式火灾，形成严重事故。因此，对于电池模组火情的预警及快速高效灭火是防止严重事故发生的最有效措施。本发明的锂电池储能***的安全防护装置防护目标为锂电池PACK，具体包含内部腔体、烟雾探测器、灭火装置、控制装置。
首先，多个单体电池串并联连接形成电池模组，多个或单个电池模组及电池管理***组成一个电池PACK，若干个电池PACK串联或串并联连接后形成一套储能***；若干个电池PACK布置在柜体中，该柜体划分为多个腔体，多个腔体的体积可以不相同，即柜体可以定制化，不用均匀分割；多个腔体之间存在间隔，间隔空间可以容纳灭火装置、防火材料、绝缘材料、其他灭火材料中的至少一种，也可以什么都不布置；每一个电池PACK放置在一个腔体中，各个电池PACK之间无直接接触，限制锂电池明火的过火范围。
由于锂电池起明火前必然经过内部物质冲开泄压阀喷出多物质气体的过程，所述装置配置烟雾探测器，烟雾探测器的数量可以与腔体的数量相同，也可以不相同，一个腔体可以有多个烟雾探测器；因为腔体的体积可以定制化，所以腔体可以很大，如一个烟雾探测器不够，可以按xyz轴三个方向均匀分布，也可以不均匀分布，集中分布在电池模块周围，分布的形状可以是圆形、三角形等等。若干个烟雾探测器并联在一条烟雾探测器数据总线上，如果该探测器监测到该腔体内出现烟雾，即可通过总线将该探测器位置编号送至火灾报警主机，火灾报警主机将此信号送至控制装置，控制装置将报警信号及探测器位置编号送至上级***，运维人员获知后可及时赶到，进行预防性处理。，以上装置构成说明如图1示出。
为了运维人员能够快速将异常电池PACK与电池柜体分离，通过使用快插拔线缆接头、底部安装活动滚轮及搭扣式固定方案，实现电池PACK与电池柜的无工具快速分离，如图2示出。
如果储能***运维人员未能及时赶到处理异常电池PACK，就有可能形成电池明火，储能***安全防护装置配置了灭火装置。灭火装置可以采用探火管形式，也可以采用分离热气溶胶模块。
探火管灭火装置由七氟丙烷药剂瓶体、阀体及探火管软管组成，探火管软管是一根可自由弯曲的感温管，其在管体表面温度达到150℃（±10℃）时会自动软化并破裂，探火管中压力下降，启动相应阀体，灭火剂通过探火管破裂的出口释放，形成灭火气体，基于吸热及阻断化学反应链的原理，快速熄灭电池明火。该管体按一定顺序穿过柜体内多个腔体，任意一个腔体内电池PACK出现明火，软管即在该腔体范围内软化并破裂，释放七氟丙烷药剂，实现在一个腔体范围内的快速自启动灭火。
分离热气溶胶模块是内部装有一定剂量热气溶胶灭火介质的灭火装置，分离热气溶胶模块的数量可以与腔体的数量相同，也可以不相同，一个腔体可以有多个分离热气溶胶模块；因为腔体的体积可以定制化，所以腔体可以很大，如一个分离热气溶胶模块不够，可以按xyz轴三个方向均匀分布，也可以不均匀分布，集中分布在电池模块周围，分布的形状可以是圆形、三角形等等。热气溶胶模块自带一根感温检测线，该线缆表面温度达到170℃（±10℃）时会自启动热气溶胶模块，模块喷射出气溶胶灭火介质，基于吸热及阻断化学反应链的原理，快速熄灭电池明火。该灭火装置可实现多个腔体并行的自启动灭火，且易于模块化，但药剂释放后会形成微粒，不宜使用在要求洁净环境或人流密集的场合。
两种灭火装置示意图如图3示出。
无论哪一种灭火装置，均自带干节点反馈装置，分为常开及常闭两路；在未动作前，常开节点连接至主动分断设备线圈，常闭节点连接至散热风机供电回路；装置动作后，常开节点变成常闭状态，主动分断设备线圈得电，断开***外部连接线路；常闭节点变成常开状态，散热风机失电，关闭柜体散热风机提高柜体气密性，使气体式灭火药剂发挥最大作用。电气原理示意图如图4所示。
综上所述，本发明提出的锂电池储能***的安全防护装置通过在电池PACK层面的小空间内检测火灾信号并自动释放灭火药剂，达到高效灭火的效果，且成本可控，提升了锂电池储能***的安全性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，所述电池储能***包括多个电池模块，所述装置包括：
柜体，所述柜体内包括多个相互独立的腔体，所述多个电池模块分布于多个腔体内部；
多个烟雾探测器，设置于所述多个腔体内，所述烟雾探测器用于探测容纳所述烟雾探测器的腔体内是否出现烟雾；所述多个烟雾探测器并联连接至控制装置；
容纳灭火药剂的灭火装置，设置于所述多个腔体内，当所述腔体内的温度超过所述腔体内的灭火装置的温度阈值时，所述灭火装置释放所述灭火药剂。
2.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，所述灭火装置包括：一个管体，所述管体内容纳所述灭火药剂；所述管体穿过所述多个腔体。
3.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，所述灭火装置包括：多个灭火子模块，所述多个灭火子模块分布设置于所述多个腔体内部，每个所述灭火子模块包含所述灭火药剂。
4.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，所述灭火药剂包括：七氟丙烷或热气溶胶。
5.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，所述装置还包括：灭火装置状态检测装置，分别与所述灭火装置和所述控制装置连接，用于检测所述灭火装置是否启动；当所述灭火装置没有启动时，发送第一信号至所述控制装置；当所述灭火装置启动时发送第二信号至所述控制装置；所述控制装置发送明火报警信号至上级***进行明火报警。
6.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，所述方法包括：
腔体内电池模块由于热失控从泄压孔喷出烟雾类物质，所述腔体内烟雾探测器检测到烟雾信号，通过报警电路发送烟雾报警信号至控制装置，控制装置将报警信号发送至上位机，现场运维人员获知后及时处理。
7.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，
若烟雾报警后运维人员没有及时处理，电池模块进一步热失控直至产生明火，所述管体遇热自动破裂，内部灭火药剂喷出。
8.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，若烟雾报警后运维人员没有及时处理，电池模块进一步热失控直至产生明火，该腔体内灭火子模块遇热自动破裂，内部灭火药剂喷出。
9.根据权利要求1所述的一种电池储能***的安全防护装置，其特征在于，灭火药剂喷出后，迅速形成淹没式气体灭火环境，熄灭电池明火。
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