CN114191750B - 锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 - Google Patents
锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114191750B CN114191750B CN202111460521.1A CN202111460521A CN114191750B CN 114191750 B CN114191750 B CN 114191750B CN 202111460521 A CN202111460521 A CN 202111460521A CN 114191750 B CN114191750 B CN 114191750B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fire
- explosion
- extinguishing
- passivation
- energy storage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 116
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 115
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000002161 passivation Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims description 70
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 92
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 92
- 150000008282 halocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 15
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 13
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims description 6
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 3
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 2
- 150000005826 halohydrocarbons Chemical class 0.000 abstract 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 abstract 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WVSNNWIIMPNRDB-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,3,3,4,4,5,5,6,6,6-dodecafluorohexan-2-one Chemical compound FC(F)(F)C(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F WVSNNWIIMPNRDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 125000004773 chlorofluoromethyl group Chemical group [H]C(F)(Cl)* 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- UKACHOXRXFQJFN-UHFFFAOYSA-N heptafluoropropane Chemical compound FC(F)C(F)(F)C(F)(F)F UKACHOXRXFQJFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- SFFUEHODRAXXIA-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trifluoroacetonitrile Chemical compound FC(F)(F)C#N SFFUEHODRAXXIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010003497 Asphyxia Diseases 0.000 description 1
- DASQIKOOFDJYKA-UHFFFAOYSA-N CCIF Chemical compound CCIF DASQIKOOFDJYKA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N chloro(fluoro)methane Chemical compound F[C]Cl KYKAJFCTULSVSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- -1 diaphragm Substances 0.000 description 1
- PXBRQCKWGAHEHS-UHFFFAOYSA-N dichlorodifluoromethane Chemical compound FC(F)(Cl)Cl PXBRQCKWGAHEHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019404 dichlorodifluoromethane Nutrition 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N trichlorofluoromethane Chemical compound FC(Cl)(Cl)Cl CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62C—FIRE-FIGHTING
- A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
- A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62C—FIRE-FIGHTING
- A62C31/00—Delivery of fire-extinguishing material
- A62C31/005—Delivery of fire-extinguishing material using nozzles
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62C—FIRE-FIGHTING
- A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
- A62D—CHEMICAL MEANS FOR EXTINGUISHING FIRES OR FOR COMBATING OR PROTECTING AGAINST HARMFUL CHEMICAL AGENTS; CHEMICAL MATERIALS FOR USE IN BREATHING APPARATUS
- A62D1/00—Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires
- A62D1/06—Fire-extinguishing compositions; Use of chemical substances in extinguishing fires containing gas-producing, chemically-reactive components
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Fire-Extinguishing By Fire Departments, And Fire-Extinguishing Equipment And Control Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法，该锂电池储能***钝化灭火抑爆***包括定位火灾位置并发出火灾发生信号的火灾探测模块、灭火防复燃抑爆模块和控制灭火防复燃抑爆模块开启或关闭的控制模块，灭火防复燃抑爆模块用于快速扑灭明火并防止电池复燃***，其包括用来存储灭火防复燃抑爆介质的存储装置，所述灭火防复燃抑爆介质为90％～99.8％的锂钝化气体和0.3％～10％的卤代烃气体的组合，所述锂钝化气体为氮气、二氧化碳中的一种或两种的组合。本发明采用灭火防复燃抑爆介质中卤代烃气体快速灭初期明火，迅速防止明火的蔓延和扩散；同时锂钝化介质钝化活性锂物质，吸热降温，抑制可燃易爆气体生成，同时实现高效灭火、防复燃和抑制***三种功能。
Description
技术领域
本发明属于电力***技术领域，尤其涉及一种锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法。
背景技术
2020年，我国提出“2030年碳达峰、2060年碳中和”的宏伟目标，大力发展风电、光伏等清洁低碳能源。而风电、光伏能源具有波动性、随机性，需配置大规模储能。锂电池储能是一类重要的储能***，占电化学储能装机量的92％。截至2020年，我国锂电储能装置累计装机达13.6GW，预计2035 年将达600GW，市场规模超2万亿。
锂电储能***在内外部短路、过充等电气故障及热源的耦合作用下易发生热失控，释放大量热量和易爆气体，引发起火和***。近年国内外锂电储能火灾***事故频发。并且，大型锂电储能站中锂电池数量超十万，容量达 10000kWh以上，远高于电动汽车(通常<100kWh)，灭火难、危害大。锂电储能电池防火防爆是储能领域迫切需要解决的技术难题。
与常规火灾不同，锂电池热失控自发持续，明火扑灭后极易复燃。同时电池特失控时内部发生大量化学反应，产生大量易爆气体，极易***。常规灭火技术难以快速扑灭电池明火，不能阻断电池内部化学反应，也难以吸收电池热失控产生的大量热量，因此难以抑制复燃和***。目前储能锂电池灭火主要采用水、七氟丙烷、全氟己酮灭火***。水灭火***采用水灭火，水导电，释放到电池和电气设备上将造成设备短路。七氟丙烷和全氟己酮灭火剂降温能力差，不能抑制锂电池热失控引起的复燃，也不能抑制电池***。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法，旨在解决现有技术中的灭火***难以快速扑灭明火并难以抑制复燃和***的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种锂电池储能***钝化灭火抑爆***，所述锂电池储能***钝化灭火抑爆***包括：
火灾探测模块，探测并定位储能电池舱内的火灾位置并发出火灾发生信号；
灭火防复燃抑爆模块，用于快速扑灭明火并防止电池复燃***，所述灭火防复燃抑爆模块包括用来存储灭火防复燃抑爆介质的存储装置，所述灭火防复燃抑爆介质为90％～99.8％的锂钝化气体和0.3％～10％的卤代烃气体的组合，所述锂钝化气体为氮气、二氧化碳中的一种或两种的组合；和
控制模块，与所述火灾探测模块通讯并被配置为：
接收所述火灾探测模块发出的火灾发生信号；
根据所述火灾发生信号控制所述灭火防复燃抑爆模块的开启或关闭。
在本发明的实施例中，所述卤代烃气体为同时含有两种或两种以上的卤素元素的卤代烃。
在本发明的实施例中，所述卤代烃气体为CBrF＝CF2、CHF、 CF2＝CHCF3、CF2＝CFCF3、CClF＝CF2、CF3-S-CF3、CF3CN、CH2＝CHCF3、 CF2＝CF2、CF2＝CHF、CH2＝CF2、CCl3F、CCl2F2、CHClF2、CF3I、CF3Br、 CH2＝CHBr、N(CF3)3中的一种或多种的组合。
在本发明的实施例中，所述灭火防复燃抑爆模块和电池模组之间通过连通管道连通，所述电池模组包括多个上下层叠布置的储能电池舱，所述连通管道的一端连通主管道，所述连通管道的另一端连通多个支管道，多个所述支管道一一对应的伸入多个所述储能电池舱的顶部，每个所述支管道的出口均安装有用于对所述储能电池舱喷射所述灭火防复燃抑爆介质的喷嘴。
在本发明的实施例中，所述主管道上沿所述灭火防复燃抑爆介质的流通方向依次设置有开启控制阀、单向流通阀以及选择阀。
在本发明的实施例中，所述火灾探测模块包括用于检测烟雾的感烟组件、用于监测温度的感温组件、用于监测可燃气体的可燃气体探测组件、用于监测电池外壳形变量的形变检测组件中的一种或多种的组合。
在本发明的实施例中，所述可燃气体为H2、CO、CO2、CH4、C2H4、SO2、 C2H6、C3H6中的一种或多种的组合。
在本发明的实施例中，所述灭火防复燃抑爆介质的储存温度范围为 -30℃～20℃。
在本发明的实施例中，所述灭火防复燃抑爆介质的储存压力范围为 1MPa～10MPa。
并且，本发明还提出一种锂电池储能***钝化灭火抑爆方法，所述锂电池储能***钝化灭火抑爆方法应用于如上所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***中，其特征在于，所述锂电池储能***钝化灭火抑爆方法包括：
获取火灾发生信号并定位火灾发生位置；
根据所述火灾发生信号控制所述灭火防复燃抑爆模块开启，并开始灭火。
通过上述技术方案，本发明实施例所提供的锂电池储能***钝化灭火抑爆***具有如下的有益效果：
当火灾探测模块探测到锂电池储能***发生火灾时并定位火灾位置，控制模块控制灭火防复燃抑爆模块开启，本发明将灭火防复燃抑爆介质中N2、 CO2作为锂钝化气体，与灭火防复燃抑爆介质中的含有两种及以上卤素元素的高效卤代烃气体灭火介质混合，用于锂电池火灾的灭火；具体地，采用高效卤代烃气体灭火介质快速扑灭明火，同时锂钝化气体钝化活性锂，并稀释易爆气体以抑制可燃易爆气体产生，抑制电池热失控和热蔓延，终止锂电池火灾及***，同时实现快速扑灭火灾、防止火灾复燃、抑制***三大功能；并且该灭火***简单易行，应用方便，适合大规模推广应用。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一实施例中锂电池储能***钝化灭火抑爆***的结构示意图；
图2是根据本发明一实施例中锂电池储能***钝化灭火抑爆***在模拟对比试验装备中的结构示意图。
附图标记说明
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 10 | 火灾探测模块 | 51 | 支管道 |
| 20 | 控制模块 | 52 | 喷嘴 |
| 30 | 储能电池舱 | 60 | 开启控制阀 |
| 40 | 灭火防复燃抑爆模块 | 61 | 单向流通阀 |
| 50 | 连通管道 | 62 | 选择阀 |
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下面参考附图描述根据本发明的锂电池储能***钝化灭火抑爆***。
如图1和图2所示，在本发明的实施例中，提出一种锂电池储能***钝化灭火抑爆***，该锂电池储能***钝化灭火抑爆***包括：
火灾探测模块10，探测并定位储能电池舱30内的火灾位置并发出火灾发生信号；
灭火防复燃抑爆模块40，用于快速扑灭明火并防止电池复燃***，灭火防复燃抑爆模块40包括用来存储灭火防复燃抑爆介质的存储装置，灭火防复燃抑爆介质为质量分数为90％～99.8％的锂钝化气体和0.3％～10％的卤代烃气体的组合，锂钝化气体为氮气、二氧化碳中的一种或两种的组合；和
控制模块20，与火灾探测模块10通讯并被配置为：
接收火灾探测模块10发出的火灾发生信号；
根据火灾发生信号控制灭火防复燃抑爆模块40的开启或关闭。
当锂离子电池热失控起火后，电池中的可燃物质从电池本身的排气阀中高速喷出，喷射速度快，数秒内快速蔓延至同模组、同簇中的其它电池，扩大火情，造成火灾难以控制，因此储能锂电池火灾明火出现后，必须高效快速灭火，防止火灾蔓延。锂离子电池火灾在5s内扑灭明火可以保证较好的防火灾蔓延效果。
并且，锂电池热失控火灾产生的热量巨大。一个约1.4Kg重的100Ah 锂电池热失控产生的热量可相当于212gTNT******反应产生的热量。而一个电池舱含有的电芯达5000个以上，产生的热量非常大。传统的灭火技术只有通过物理窒息或者捕捉燃烧自由基等化学原理扑灭锂电池初期明火，无法将锂电池热失控产生的热量消耗殆尽，不能彻底抑制锂电池内部化学反应所导致的热失控，锂电池火灾极易复燃。因此储能锂电池火灾需要能吸收电池热失控产生的大量热量的防复燃灭火方法。
此外，电池内部含有大量活性锂物质，连锁化学反应造成电池中的电极、电解液、隔膜、粘结剂快速分解，产生大量易爆气体。易爆气体包括氢气、一氧化碳、乙烯等。采用传统的灭火技术无法抑制可燃气体的***，需要提出储能锂电池火灾抑制***的技术与方法。
针对以上问题，发明人分析锂电池热失控过程后，经过大量试验和理论研究发现，锂电池中存在的大量活性锂以及热失控产生的大量热量是电池热失控难以抑制蔓延的原因。电池中的活性锂包括锂金属单质和嵌在电池负极的锂LiCX。在锂电池正常工作时，活性锂在电池内部，电池隔膜、电极等结构完好，且不与外界接触，因此可以稳定运行。当电池发生热失控时，隔膜融化，电池正负极短路，排气阀打开，电池内部物质暴露在外部空气中。此时，电池中的活性锂可以和电池中的电解液(EC(碳酸乙烯酯)、PC(碳酸丙烯酯)、DMC(碳酸二甲酯))等反应，放出大量的热量和可燃气体乙烯、乙烷、丙烯等，如：
2Li+C3H4O3(EC)→Li2CO3+C2H4
2Li+C4H6O3(PC)→Li2CO3+C3H6
2Li+C3H6O3(DMC)→Li2CO3+C2H6
活性锂还可以和电池粘合剂(聚偏氟乙烯和纤维素等)反应产生热量并生产可燃易爆气体：
CMC-OH(纤维素)+Li→CMC-OLi+H2
-CH2-CF2-(聚偏氟乙烯)+Li→LiF+-CH＝CF-+H2
因此，消耗活性锂是抑制电池热失控的有效途径。发明人提出采用大量的可以与活性锂反应的气体来钝化锂电池中活性锂的方法，可以有效抑制电池热失控，并抑制可燃易爆气体生成。发明人提出的锂钝化气体为N2、CO2中的一种或两种的组合。主要的钝化反应如下：
N2+LiCx→Li3N+C
Li+N2→Li3N
Li+CO2→Li2CO3+C
CO2+LiCx→Li2CO3+C
同时，采用的钝化活性锂的气体扩散速度快，可以通过气体的扩散作用将电池内部化学反应产生的热量和可燃易爆气体带走，抑制电池热失控。并且，为了提升气体带走热量的能力，还优选降低锂钝化气体的存储温度至室温以下。
但是以上锂钝化气体灭电池明火的能力差，因此，发明人进一步提出在锂钝化气体中混合卤代烃气体的方法，卤代烃气体中含有卤素元素可以吸收H、O、C燃烧自由基，快速灭明火。
由于卤代烃气体同时含有两种及以上卤素元素时，可以产生不同卤素之间的协同阻燃效应。分析其协同阻燃效应的原理，可归因于不同卤素元素在不同温度区间起到的阻燃作用机理不同，在燃烧过程中协同发挥阻燃作用，降低可燃物的燃烧生热，使得灭火剂的灭火性能更好，可以在低浓度下快速扑灭锂电池明火，并显著提升灭火方法的经济性。
基于以上特性，发明人提出的锂电池储能***钝化灭火抑爆***的灭火方案如下：将N2、CO2作为锂钝化气体，与同时含有两种及以上卤素元素的高效卤代烃气体灭火介质混合，用于锂电池火灾的灭火，高效卤代烃气体灭火介质快速扑灭明火，同时锂钝化气体钝化活性锂，并稀释易爆气体从而抑制可燃易爆气体产生以防止***，抑制电池热失控和热蔓延，终止锂电池火灾及***。
在本发明的实施例中，卤代烃气体为同时含有两种或两种以上的卤素元素的卤代烃。
优选地，卤代烃气体为CBrF＝CF2、CHF、CF2＝CHCF3、CF2＝CFCF3、 CClF＝CF2、CF3-S-CF3、CF3CN、CH2＝CHCF3、CF2＝CF2、CF2＝CHF、CH2＝CF2、 CCl3F、CCl2F2、CHClF2、CF3I、CF3Br、CH2＝CHBr、N(CF3)3中的一种或多种的组合。
在本发明的实施例中，灭火防复燃抑爆模块40和电池模组之间通过连通管道50连通，电池模组包括多个上下层叠布置的储能电池舱30，连通管道50的一端连通主管道，连通管道50的另一端连通多个支管道51，多个支管道51一一对应的伸入多个储能电池舱30的顶部，每个支管道51的出口均安装有用于对储能电池舱30喷射灭火防复燃抑爆介质的喷嘴52。在灭火防复燃抑爆模块40开启时，每个喷嘴52分别向对应的储能电池舱30内喷射灭火防复燃抑爆介质以对储能电池舱30进行灭火，能够保证储能电池舱 30的灭火范围。
在本发明的实施例中，主管道上沿灭火防复燃抑爆介质的流通方向依次设置有开启控制阀60、单向流通阀61以及选择阀62。当锂电池起火后，当火灾探测模块10检测到火灾信号后，通过控制模块20开启灭火防复燃抑爆模块40，灭火防复燃抑爆介质从储存装置中通过开启控制阀60、选择阀62、单向流通阀61，然后经由连通管道50进入到多个支管道51中，在每个支管道51的出口安装有喷嘴52，灭火防复燃抑爆介质从喷嘴52中喷射到对应的储能电池舱30内进行灭火。本实施例通过在每个储能电池舱30内均设置喷嘴52，能够实时精确的针对每个储能电池舱30进行灭火。
在本发明的实施例中，火灾探测模块10包括用于检测烟雾的感烟组件、用于监测温度的感温组件、用于监测可燃气体的可燃气体探测组件、用于监测电池外壳形变量的形变检测组件中的一种或多种的组合。其中，可燃气体探测组件可同时探测H2、CO和CH4。
在本发明的实施例中，可燃气体为H2、CO、CO2、CH4、C2H4、SO2、 C2H6、C3H6中的一种或多种的组合，其中优选检测H2、CO、CO2、CH4。
在本发明的实施例中，灭火防复燃抑爆介质的储存温度范围为-30℃～20℃，其中优选-20℃～0℃。
在本发明的实施例中，灭火防复燃抑爆介质的储存压力范围为 1MPa～10MPa。
并且，本发明还提出一种锂电池储能***钝化灭火抑爆方法，锂电池储能***钝化灭火抑爆方法应用于如上的锂电池储能***钝化灭火抑爆***中，锂电池储能***钝化灭火抑爆方法包括：
获取火灾发生信号并定位火灾发生位置；
根据火灾发生信号控制灭火防复燃抑爆模块40开启，并开始灭火。
当获取到火灾发生信号后，判断火灾发生信号是否为真实火灾发生，若是真实发生的火灾，则控制灭火防复燃抑爆模块40开启，并开始灭火。本发明中高效灭火防复燃抑爆介质中采用的卤代烃气体快速灭初期明火，迅速防止明火的蔓延和扩散。
并且，本发明中高效灭火防复燃抑爆介质中的锂钝化介质钝化活性锂物质，吸热降温，抑制可燃易爆气体生成。同时钝化活性锂气体扩散性好，可深位钝化活性锂，并冷却电池，传热效率高，可有效抑制热失控，彻底杜绝热失控的蔓延。灭火方法和灭火装备简单易行，同时实现高效灭火、防复燃和抑制***三种功能，应用方便，适合大规模推广应用，且***结构稳定性和经济性好。
为了进一步地说明该***的优点，本发明优选两种灭火防复燃抑爆介质和三个采用普通灭火介质进行灭火的对比例，在相同的操作环境中进行灭火实验，以观察灭火速度。
第一实施例：灭火防复燃抑爆介质为98％的锂钝化气体、2％的卤代烃气体的组合；优选地，锂钝化气体采用40％的N2和60％的CO2。卤代烃气体采用CBrF＝CF2。高效灭火防复燃抑爆介质的保存温度为-10℃，保存压力为4.0MPa。灭火防复燃抑爆介质气体保存在存储罐中，存储罐采用冷却***冷却，并长期保持在-10℃。
第二实施例：灭火防复燃抑爆介质为98％的锂钝化气体、2％的卤代烃气体的组合；优选地，锂钝化气体采用40％的N2和60％的CO2。卤代烃气体采用CF2＝CHCF3和CF3Br的混合气体，其中CF2＝CHCF3和CF3Br各占50％。本发明应用于保护锂电池储能***场所中，锂电池储能***由多个电池簇组成，每个电池簇由多个电池机柜组成，每个电池机柜中包括多个电池模组，电池模组是本发明的灭火***保护的最小单位。
在第一实施例和第二实施例中，当锂电池起火后，当火灾探测模块10 检测到火灾信号后，通过控制模块20开启高效灭火防复燃抑爆模块40，高效灭火防复燃抑爆介质从高效灭火防复燃抑爆介质储存装置中通过高效灭火防复燃抑爆介质储存装置开启阀、高效灭火防复燃抑爆介质选择阀62、高效灭火防复燃抑爆介质单向阀、主管道、支管道51、安装在锂电池储能舱中的喷嘴52喷入至储能舱中灭火。高效灭火防复燃抑爆介质快速扑灭电池明火，并同时钝化活性锂，且同时吸收大量热量，而且气体充斥在储能电池舱 30中，稀释可燃易爆气体浓度，避免气体***，同时实现快速扑灭火灾、防止火灾复燃、抑制***三大功能。
为了进一步地说明采用本发明的灭火防复燃抑爆介质灭火的快速，在操作条件和实验装置均相同的情况下，将灭火防复燃抑爆介质灭火替换成普通的灭火介质进行灭火，发明人做了如下三种对比实验，来对比实施例和对比例的灭火速度。
第一对比例：灭火介质为100％的锂钝化气体，优选地，锂钝化气体采用 40％的N2和60％的CO2。
第二对比例：灭火介质为98％的锂钝化气体、2％的卤代烃气体的组合；优选地，锂钝化气体采用40％的N2和60％的CO2。卤代烃气体采用 CF2＝CHCF3。
第三对比例：灭火介质为98％的锂钝化气体、2％的卤代烃气体的组合。优选地，锂钝化气体采用40％的N2和60％的CO2。卤代烃气体采用CF3Br。
采用图2的模拟对比试验装备开展第一实施例和第二实施例、对比例1～3 的对比试验。试验方法如下：将一个锂离子电池模组(电量为1.2kWh)固定在集装箱式储能***灭火试验箱货架的中间层；采用加热电池的方法模式触发电池热失控。当电池起火后，关闭加热装置。火灾探测模块10检测到火灾，开启灭火***灭火，灭火流量为8m3/h，对比灭火时间。对比试验结果如下：
从对比实验可知，采用同时含有两种及以上卤素元素的卤代烃灭火气体灭火速度最快；只有单种卤素元素的卤代烃灭火气体明显更慢，无法在5s 内扑灭电池明火；只采用了锂钝化气体时灭火速度最快，需要较长的灭火时间，从而进一步地验证了本发明灭火防复燃抑爆介质灭火的快速和可靠性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述锂电池储能***钝化灭火抑爆***包括：
火灾探测模块（10），探测并定位储能电池舱（30）内的火灾位置并发出火灾发生信号；
灭火防复燃抑爆模块（40），用于快速扑灭明火并防止电池复燃***，所述灭火防复燃抑爆模块（40）包括用来存储灭火防复燃抑爆介质的存储装置，所述灭火防复燃抑爆介质为90%~99.8%的锂钝化气体和0.3%~10%的卤代烃气体的组合，所述卤代烃气体为同时含有两种或两种以上的卤素元素的卤代烃，所述锂钝化气体为40%的氮气和60%的二氧化碳的混合气体，所述锂钝化气体用于钝化活性锂并稀释易爆气体，主要的钝化反应为：
N2+ LiCx → Li3N+ C；Li + N2→ Li3N；Li + CO2→ Li2CO3+ C
CO2+ LiCx → Li2CO3 +C；和
控制模块（20），与所述火灾探测模块（10）通讯并被配置为：
接收所述火灾探测模块（10）发出的火灾发生信号；
根据所述火灾发生信号控制所述灭火防复燃抑爆模块（40）的开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述灭火防复燃抑爆模块（40）和电池模组之间通过连通管道（50）连通，所述电池模组包括多个上下层叠布置的储能电池舱（30），所述连通管道（50）的一端连通主管道，所述连通管道（50）的另一端连通多个支管道（51），多个所述支管道（51）一一对应的伸入多个所述储能电池舱（30）的顶部，每个所述支管道（51）的出口均安装有用于对所述储能电池舱（30）喷射所述灭火防复燃抑爆介质的喷嘴（52）。
3.根据权利要求2所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述主管道上沿所述灭火防复燃抑爆介质的流通方向依次设置有开启控制阀（60）、单向流通阀（61）以及选择阀（62）。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述火灾探测模块（10）包括用于检测烟雾的感烟组件、用于监测温度的感温组件、用于监测可燃气体的可燃气体探测组件、用于监测电池外壳形变量的形变检测组件中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求4所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述可燃气体为H2、CO、CH4、C2H4、C2H6、C3H6中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述灭火防复燃抑爆介质的储存温度范围为-30℃~20℃。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***，其特征在于，所述灭火防复燃抑爆介质的储存压力范围为1MPa~10MPa。
8.一种锂电池储能***钝化灭火抑爆方法，所述锂电池储能***钝化灭火抑爆方法应用于如权利要求1至7中任意一项所述的锂电池储能***钝化灭火抑爆***中，其特征在于，所述锂电池储能***钝化灭火抑爆方法包括：
获取火灾发生信号并定位火灾发生位置；
根据所述火灾发生信号控制所述灭火防复燃抑爆模块（40）开启，并开始灭火。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111460521.1A CN114191750B (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111460521.1A CN114191750B (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114191750A CN114191750A (zh) | 2022-03-18 |
| CN114191750B true CN114191750B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=80650202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111460521.1A Active CN114191750B (zh) | 2021-12-02 | 2021-12-02 | 锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114191750B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116785636B (zh) * | 2023-05-12 | 2024-11-12 | 苏州大学 | 基于溴化物扑灭氢火焰的***和方法 |
| CN119139646A (zh) * | 2024-09-20 | 2024-12-17 | 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院 | 储能电池舱、储能装置及其热失控处理方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106684499A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-17 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） | 一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置 |
| CN109316687A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 华为技术有限公司 | 一种电池***的灭火方法及电池*** |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH568343A5 (zh) * | 1972-05-15 | 1975-10-31 | Solvay | |
| ITMI20030925A1 (it) * | 2003-05-08 | 2004-11-09 | Vesta Srl Ora Gastec Vesta Srl | Impianto antincendio a gas inerte e relativo metodo per lo spegnimento di incendi |
| EP2764895B1 (en) * | 2011-10-05 | 2019-07-03 | Obschestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostyou "Calancha" | Fire-extinguishing binary chemical condensation composition |
| KR101652975B1 (ko) * | 2014-08-28 | 2016-09-12 | (주)오렌지파워 | 에너지저장시스템 |
| CN108721807A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-02 | 常州泰伊尔特科技有限公司 | 预置式混合气体锂电池箱火灾报警和防护装置及其工作方法 |
| CN109847237B (zh) * | 2018-12-18 | 2021-03-19 | 湖南省湘电试研技术有限公司 | 一种具有安全添加剂的卤代烃气体灭火*** |
| FR3096179B1 (fr) * | 2019-05-15 | 2021-06-11 | Commissariat Energie Atomique | Procede de broyage d’un generateur electrochimique |
| CN110270032B (zh) * | 2019-07-19 | 2024-03-22 | 应急管理部天津消防研究所 | 一种锂离子电池储能***火灾防控装置及实现方法 |
| CN114515402B (zh) * | 2022-03-03 | 2022-10-18 | 湖南防灾科技有限公司 | 锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 |
-
2021
- 2021-12-02 CN CN202111460521.1A patent/CN114191750B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106684499A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-17 | 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七二研究所） | 一种抑制和阻止锂离子电池热失控方法及装置 |
| CN109316687A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 华为技术有限公司 | 一种电池***的灭火方法及电池*** |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114191750A (zh) | 2022-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A review of fire-extinguishing agents and fire suppression strategies for lithium-ion batteries fire | |
| CN114191750B (zh) | 锂电池储能***钝化灭火抑爆***及方法 | |
| CN110101993B (zh) | 一种锂离子电池储能柜的火灾防控方法 | |
| CN110496335B (zh) | 针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火***及灭火方法 | |
| CN110613903A (zh) | 一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱灭火***控制策略 | |
| CN113181589A (zh) | 一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺 | |
| CN212593613U (zh) | 一种储能电池舱消防*** | |
| CN113827893A (zh) | 电池舱灭火装置及方法 | |
| CN115920277A (zh) | 一种预制舱式锂电池储能***灭火降温***及控制方法 | |
| CN111013052A (zh) | 一种水气复合的锂离子电池火灾控制方法 | |
| CN110649332A (zh) | 一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略 | |
| CN114712758A (zh) | 一种锂电池储能站全过程火灾探测及自动灭火方法 | |
| CN111249652A (zh) | 一种应用于磷酸铁锂储能电池的细水雾灭火装置和方法 | |
| Yuan et al. | Experimental investigation of a micelle encapsulator F-500 on suppressing lithium ion phosphate batteries fire and rapid cooling | |
| Tianwei et al. | Synergistic inhibition effect on lithium-ion batteries during thermal runaway by N2-twin-fluid liquid mist | |
| CN112768819A (zh) | 一种高消防安全的储能电池包与储能电池集装箱 | |
| Zhao et al. | Full-scale experimental study of the characteristics of electric vehicle fires process and response measures | |
| CN114699677A (zh) | 一种适用于磷酸铁锂储能电池预制舱的全氟己酮灭火方法 | |
| CN212751839U (zh) | 锂电池充电保护装置 | |
| WO2025055228A1 (zh) | 一种双防储能柜及其防控方法 | |
| CN110507928B (zh) | 针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的细水雾灭火***及灭火方法 | |
| CN217391442U (zh) | 一种车载阻燃气、灭火剂及消防水复合式消防装置 | |
| CN211215076U (zh) | 针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火*** | |
| CN115021367A (zh) | 一种惰化防爆的液冷锂电池储能电站及其控制方法 | |
| Yao et al. | Experimental study of the strategy of C6F12O and water mist intermittent spray to suppress lithium-ion batteries thermal runaway propagation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20250208 Address after: 410004 398 new Shao Dong Road, Tianxin District, Changsha, Hunan Patentee after: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Country or region after: China Patentee after: STATE GRID HUNAN ELECTRIC COMPANY LIMITED DISASTER PREVENTION AND REDUCTION CENTER Patentee after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Patentee after: Hunan Disaster Prevention Technology Co.,Ltd. Address before: 410004 398 new Shao Dong Road, Tianxin District, Changsha, Hunan Patentee before: STATE GRID HUNAN ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Country or region before: China Patentee before: STATE GRID HUNAN ELECTRIC COMPANY LIMITED DISASTER PREVENTION AND REDUCTION CENTER Patentee before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA |
|
| TR01 | Transfer of patent right |