CN115869563A - 一种用于储能集装箱的消防灭火***与消防预警控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于储能集装箱的消防灭火***，包括：消防控制主机、簇级和舱级全氟己酮消防子***以及PACK级水消防子***，簇级和舱级全氟己酮消防子***用于实现舱级的全氟己酮消防，PACK级水消防子***用于实现电池箱内的水消防。基于该用于储能集装箱的消防灭火***本发明还提供了一种用于储能集装箱的消防预警控制方法。本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法采用多组份灭火药剂联合使用，可实现全漫灌式的PACK级水消防和全淹没式的空间级全氟己酮消防。本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法将烟雾、温度、CO、H2及VOC五种热失控特征量作为储能集装箱火情探测和早期预警的重要条件，实现对电池***火灾的早期感知和精准监测。

Description

一种用于储能集装箱的消防灭火***与消防预警控制方法
技术领域
本发明涉及储能电池和消防控制技术领域，特别涉及一种用于储能集装箱的消防灭火***以及一种用于储能集装箱的消防预警控制方法。
背景技术
随着经济发展，我国电力需求增长十分强劲，但以风能、太阳能为基础的能源发电受地域和天气影响比较大，具有间接性和波动性，并网时需要大规模储能***进行电力质量的调节与控制。储能集装箱因具有容量高、可靠性强、灵活性高、环境适应性强等优点，在电力***发电侧、电网侧、用户侧已经开始广泛应用，在帮助电网调节电力输配，实现削峰填谷、调压调频，缓解电网阻塞，保障负荷用电等方面发挥了重要作用。
然而，由于储能集装箱电池能量密度高，工作环境相对密闭，散热条件有限，一旦发生火灾，后果不堪设想。据不完全统计，从2019年至今，全球范围内的储能项目发生***和火灾事故多达26起，造成了重大人员伤害和财产损失，储能集装箱安全问题已敲响行业警钟，不容忽视。日前，国家能源局综合司在关于征求《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2022年版)(征求意见稿)》意见的函中明确指出：中大型电化学储能电站不得选用三元锂电池、钠硫电池，不宜选用梯次利用动力电池；选用梯次利用动力电池时，应进行一致性筛选并结合溯源数据进行安全评估。因此，储能集装箱内部的电池***技术路线未来将以磷酸铁锂电池为主。磷酸铁锂电池的基本结构主要由正极、负极、电解液、隔膜、集流体、电极引线以及壳体等结构组成。磷酸铁锂电池从内部组成上，其正极为LiFeO4的过渡金属化合物，负极由石墨、石墨烯等碳系元素组成，电解液为含有锂盐的有机溶液，隔膜通常由聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)膜构成，集流体有正负两极，正极集流体一般为铝，负极集流体一般为铜或镍等。
显而易见，磷酸铁锂电池的内部成分要么是电化学特性活泼的化学材料，要么是导电的金属，当电池受到外部挤压、碰撞、针刺等机械破坏时，或者在充放电过程中频繁遭受过充、过放、高温等极端情形，都会造成隔膜破裂、崩溃，从而引发电池内短路及剧烈化学反应，最终触发电池热失控。
现阶段，储能集装箱火灾探测及消防报警设计方案主要是参照国家标准《GB50116-2013火灾自动报警***设计规范》，配置使用典型感温探测器和典型感烟探测器，消防报警***采用独立的通讯方式，在本地预制舱室集中控制。请参考图1，图1为现有技术中一种典型的储能集装箱火灾探测及消防报警***逻辑控制图，其包含火灾自动检测控制和人工手动控制两种控制方式，按照火灾信号探测、消防报警、联动控制和释放灭火剂四个步骤来实现火灾防控的目的，同时具备人工手动干预的功能，可以人工紧急启动或中止消防报警及灭火动作。
储能集装箱上述方案设计，其火灾防控***基本沿用了传统建筑类的消防设计方案，在消防安全预警的适用性方面，存在着三大弊端：首先，在探测部分，现有储能消防主要以烟温感量作为是否发生火灾的判断依据，探测量比较单一，会导致电池已经完全热失控，产生的温度和烟雾蔓延到整个舱室时才能起到报警作用，不能在早期探测到火灾信号；其次，在火灾抑制部分，现有储能消防大多采用气溶胶、干粉、七氟丙烷等作为灭火药剂，常规喷射一次就无法再次工作，只能首次将明火扑灭，而无法解决电池复燃的问题，无法彻底改善电池的热失控现象；最后，在消防控制策略部分，现有储能消防控制逻辑要么过于简单，要么过于复杂，极易造成电池热失控触发后不动作或者电池正常工作时误动作的现象。
综上所述，在面对上述诸多技术问题时，如何提供一种适用于储能集装箱的消防灭火***及消防预警控制方法，用以做到烟温感量及多种可燃气体联合监测，多组份灭火药剂联合使用，分级预警，联动控制，实现精准检测热失控特征量，且可以及时扑灭明火，快速降温，持续抑制，彻底阻隔热失控扩展，防止二次复燃，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种用于储能集装箱的消防灭火***，在本发明中，所述用于储能集装箱的消防灭火***为多组份灭火药剂联合使用灭火***，且所述用于储能集装箱的消防灭火***为分级式消防灭火***；
所述用于储能集装箱的消防灭火***包括：消防控制主机、簇级和舱级全氟己酮消防子***以及PACK级水消防子***；
所述簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：布置于储能集装箱内、用于实现储能集装箱内部舱级火灾探测的舱级火灾探测器，布置于储能集装箱内并对应电池簇设置的、用于对电池簇进行簇级火灾探测的簇级火灾探测器，以及用于喷洒全氟己酮的全氟己酮喷头，所述全氟己酮喷头用于实现储能集装箱内的全氟己酮灭火剂的分区式全淹没灭火，所述舱级火灾探测器以及所述簇级火灾探测器均与所述消防控制主机信号连接；
所述PACK级水消防子***包括：设置于电池箱内用于实现电池箱内部PACK级火灾探测的PACK级火灾探测器，用于喷洒市政自来水的洒水喷头，所述洒水喷头设置于所述电池箱内，所述PACK级火灾探测器与所述消防控制主机信号连接；
所述消防控制主机用于实现所述全氟己酮喷头以及所述洒水喷头的喷洒控制。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，所述簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：用于装载全氟己酮的全氟己酮储液罐，用于实现所述全氟己酮储液罐与所述全氟己酮喷头连接的一级消防抑制剂管路，于所述一级消防抑制剂管路上设置有一级分支管，所述全氟己酮喷头设置于所述一级分支管上，于所述一级分支管上设置有一级分区电磁阀，所述一级分区电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，于所述一级消防抑制剂管路上设置有空间管路电磁阀，所述空间管路电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，所述舱级火灾探测器以及所述簇级火灾探测器通过第一级消防通信管路与所述消防控制主机信号连接。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，于储能集装箱设置有三个舱室，分别为消防舱、配电舱、电池舱，对应每一个所述舱室于所述储能集装箱的内侧顶部设置有至少一个所述舱级火灾探测器。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，于储能集装箱设置有多个功能柜，分别包括消防灭火抑制柜、汇流柜、高压箱柜以及多个电池柜，对应每一个所述电池柜于柜体正门上方门框外侧处设置有至少一个所述簇级火灾探测器。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，一根所述一级分支管上设置有一个所述全氟己酮喷头以及一个所述一级分区电磁阀并构成一个舱级消防单元；所述舱级消防单元设置有多个且全部的所述舱级消防单元于所述一级消防抑制剂管路上并联设置，对应于所述汇流柜、所述高压箱柜以及所述电池柜至少设置有一个所述舱级消防单元。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，所述PACK级水消防子***包括：用于装载市政自来水的储水罐，用于实现所述储水罐与所述洒水喷头连接的二级消防抑制剂管路，于所述二级消防抑制剂管路上设置有二级分支管，所述洒水喷头设置于所述二级分支管上，于所述二级分支管上设置有二级分区电磁阀，所述二级分区电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，于所述二级消防抑制剂管路上设置有二级分区电磁阀，所述二级分区电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，所述PACK级火灾探测器通过第二级消防通信管路与所述消防控制主机信号连接。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防灭火***中，一根所述二级分支管上设置有一个所述洒水喷头以及一个电池箱控制阀并构成一个PACK级消防单元；所述PACK级消防单元设置有多个且全部的所述PACK级消防单元于所述二级消防抑制剂管路上并联设置，对每一个电池箱至少设置有一个所述PACK级消防单元。
本发明还提供了一种用于储能集装箱的消防预警控制方法，在该用于储能集装箱的消防预警控制方法中，本发明使用了如上述的用于储能集装箱的消防灭火***进行消防监控与灭火；所述用于储能集装箱的消防预警控制方法采用分级预警机制并通过多级消防控制策略对储能集装箱进行全漫灌式的PACK级水消防以及全淹没式的空间级全氟己酮消防。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防预警控制方法中，其包括：
步骤一、获取各个探测器的监测信号，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有一个火灾探测器监测到电池热失控特征量超标时，触发一级告警并作出一级消防动作；
步骤二、持续获取各个探测器的监测信号，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有两个火灾探测器监测到电池热失控特征量持续超标，触发二级告警并作出二级消防动作；
步骤三、持续获取各个探测器的监测信号，在保持触发二级告警的基础上，如果电池热失控继续升级则触发三级告警并作出三级消防动作。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防预警控制方法中，所述一级消防动作为：通过消防控制主机将预警信息上传到消防控制室监控平台并在本地显控单元着重显示相关超标参数。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防预警控制方法中，所述二级消防动作为：通过消防控制主机联动启动储能集装箱的排烟风机和电动百叶窗进行排风换气，并联动BMS和PCS降功率处理，限制放电功率输出或充电功率输入。
优选地，在本发明所提供的用于储能集装箱的消防预警控制方法中，所述三级消防动作为：通过消防控制主机联动关闭排烟风机和电动百叶窗，联动BMS断开簇级和舱级高压继电器，启动备用电源，联动PCS停机，同时进行PACK级消防灭火以及空间级消防灭火。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种用于储能集装箱的消防灭火***，用于储能集装箱的消防灭火***为多组份灭火药剂联合使用灭火***，且用于储能集装箱的消防灭火***为分级式消防灭火***；用于储能集装箱的消防灭火***包括：消防控制主机、簇级和舱级全氟己酮消防子***以及PACK级水消防子***；簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：布置于储能集装箱内、用于实现储能集装箱内部舱级火灾探测的舱级火灾探测器，布置于储能集装箱内并对应电池簇设置的、用于对电池簇进行簇级火灾探测的簇级火灾探测器，以及用于喷洒全氟己酮的全氟己酮喷头，全氟己酮喷头用于实现储能集装箱内的全氟己酮灭火剂的分区式全淹没灭火，舱级火灾探测器以及簇级火灾探测器均与消防控制主机信号连接；PACK级水消防子***包括：设置于电池箱内用于实现电池箱内部PACK级火灾探测的PACK级火灾探测器，用于喷洒市政自来水的洒水喷头，洒水喷头设置于电池箱内，PACK级火灾探测器与消防控制主机信号连接；消防控制主机用于实现全氟己酮喷头以及洒水喷头的喷洒控制。基于该用于储能集装箱的消防灭火***本发明还提供了一种用于储能集装箱的消防预警控制方法。
在本发明中，本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法采用多组份灭火药剂联合使用，通过消防控制策略，将市政自来水直接注入到发生热失控的电池箱内，将全氟己酮灭火剂喷射到电池舱内，实现全漫灌式的PACK级水消防和全淹没式的空间级全氟己酮消防。本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法将烟雾、温度、CO、H2及VOC五种热失控特征量作为储能集装箱火情探测和早期预警的重要条件，实现对电池***火灾的早期感知和精准监测；本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法采用三级火灾防控设计和分级预警控制方案，分别为PACK级(电池箱级)防控与消防预警、簇级防控与消防预警以及舱级防控与消防预警，以分块布局和集中控制的方式对储能集装箱进行了全面的火灾防护。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为现有技术中一种典型的储能集装箱火灾探测及消防报警***逻辑控制图。
图2为本发明提出的储能集装箱消防灭火***簇级和舱级消防布置示意图；
图3为本发明提出的储能集装箱消防灭火***PACK级消防布置示意图；
图4为本发明提出的用于储能集装箱的消防预警控制方法的消防预警控制逻辑流程图。
图5为本发明中消防告警等级及触发条件图表。
在图2和图3中，部件名称与附图标记的对应关系为：
空间管路电磁阀1、舱级火灾探测器2、一级消防抑制剂管路3、
全氟己酮喷头4、簇级火灾探测器5、第一级消防通信管路6、
一级分区电磁阀7、消防舱8、配电舱9、电池舱10、
二级分区电磁阀11、第二级消防通信管路12、二级消防抑制剂管路13、电池箱控制阀14、洒水喷头15、PACK级火灾探测器16。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
请参考图2至图5，其中，图2为本发明提出的储能集装箱消防灭火***簇级和舱级消防布置示意图；图3为本发明提出的储能集装箱消防灭火***PACK级消防布置示意图；图4为本发明提出的用于储能集装箱的消防预警控制方法的消防预警控制逻辑流程图；图5为本发明中消防告警等级及触发条件图表。
本发明提供了一种用于储能集装箱的消防灭火***，具体地，该用于储能集装箱的消防灭火***为多组份灭火药剂联合使用灭火***，且用于储能集装箱的消防灭火***为分级式消防灭火***。
在本发明中，用于储能集装箱的消防灭火***包括：消防控制主机、簇级和舱级全氟己酮消防子***以及PACK级水消防子***。
具体地，簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：布置于储能集装箱内、用于实现储能集装箱内部舱级火灾探测的舱级火灾探测器2，布置于储能集装箱内并对应电池簇设置的、用于对电池簇进行簇级火灾探测的簇级火灾探测器5，以及用于喷洒全氟己酮的全氟己酮喷头4，全氟己酮喷头4用于实现储能集装箱内的全氟己酮灭火剂的分区式全淹没灭火，舱级火灾探测器2以及簇级火灾探测器5均与消防控制主机信号连接。簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：用于装载全氟己酮的全氟己酮储液罐，用于实现全氟己酮储液罐与全氟己酮喷头4连接的一级消防抑制剂管路3，于一级消防抑制剂管路3上设置有一级分支管，全氟己酮喷头4设置于一级分支管上，于一级分支管上设置有一级分区电磁阀7，一级分区电磁阀7与消防控制主机控制连接。
进一步地，于一级消防抑制剂管路3上设置有空间管路电磁阀1，空间管路电磁阀1与消防控制主机控制连接。舱级火灾探测器2以及簇级火灾探测器5通过第一级消防通信管路6与消防控制主机信号连接。
对于舱级火灾探测器2以及簇级火灾探测器5而言，其都是设置在储能集装箱内部的探测器(优选为设置在储能集装箱内侧顶部，舱级火灾探测器2布置于储能集装箱的内侧顶部，簇级火灾探测器5布置于储能集装箱内并位于各柜体的正门上方门框外侧处)。如图2所示，在储能集装箱内设置有三个区域(舱室)，分别为消防舱8、配电舱9以及电池舱10，舱级火灾探测器2则是对应上述三个舱室区域设置的，用于实现这三个区域的火灾探测。在每个舱室区域内还设置有“柜”结构，例如在消防舱8设置有消防灭火抑制柜，在配电舱9设置了汇流柜以及高压箱柜，在电池舱10设置了多个电池柜。簇级火灾探测器5则是对应每一个“柜”结构而设置的(具体是对应汇流柜、高压箱柜以及每一个电池柜而设置)，用于实现簇级火灾探测。
一般情况下，于储能集装箱设置有三个舱室，分别为消防舱8、配电舱9、电池舱10，对应每一个舱室于储能集装箱的内侧顶部设置有至少一个舱级火灾探测器2。同时，于储能集装箱设置有多个功能柜，分别包括消防灭火抑制柜、汇流柜、高压箱柜以及多个电池柜，对应每一个电池柜于柜体正门上方门框外侧处设置有至少一个簇级火灾探测器5。其中，消防舱8对应消防灭火抑制柜，配电舱9对应汇流柜和高压箱柜，电池舱10对应多个电池柜。
具体地，一根一级分支管上设置有一个全氟己酮喷头4以及一个一级分区电磁阀7，并构成一个舱级消防单元；舱级消防单元设置有多个且全部的舱级消防单元于一级消防抑制剂管路3上并联设置，对应于汇流柜、高压箱柜以及电池柜至少设置有一个舱级消防单元。
具体地，PACK级水消防子***包括：设置于电池箱内用于实现电池箱内部PACK级火灾探测的PACK级火灾探测器16，用于喷洒市政自来水的洒水喷头15，洒水喷头15设置于电池箱内，PACK级火灾探测器16与消防控制主机信号连接；消防控制主机用于实现全氟己酮喷头4以及洒水喷头15的喷洒控制。
PACK级水消防子***还包括：用于装载市政自来水的储水罐，用于实现储水罐与洒水喷头15连接的二级消防抑制剂管路13，于二级消防抑制剂管路13上设置有二级分支管，洒水喷头15设置于二级分支管上，于二级分支管上设置有二级分区电磁阀11，二级分区电磁阀11与消防控制主机控制连接。于二级消防抑制剂管路13上设置有二级分区电磁阀11，二级分区电磁阀11与消防控制主机控制连接，PACK级火灾探测器16通过第二级消防通信管路12与消防控制主机信号连接。
具体地，一根二级分支管上设置有一个洒水喷头15以及一个电池箱控制阀14并构成一个PACK级消防单元；PACK级消防单元设置有多个且全部的PACK级消防单元于二级消防抑制剂管路13上并联设置，对每一个电池箱至少设置有一个PACK级消防单元。
本发明还提供了一种用于储能集装箱的消防预警控制方法，在该用于储能集装箱的消防预警控制方法中，本发明使用了如上述的用于储能集装箱的消防灭火***进行消防监控与灭火；用于储能集装箱的消防预警控制方法采用分级预警机制并通过多级消防控制策略对储能集装箱进行全漫灌式的PACK级水消防以及全淹没式的空间级全氟己酮消防。
具体地，本发明包括如下步骤：
步骤一、获取各个探测器的监测信号，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有一个火灾探测器监测到电池热失控特征量超标时，触发一级告警并作出一级消防动作，其中，一级消防动作为：通过消防控制主机将预警信息上传到消防控制室监控平台并在本地显控单元着重显示相关超标参数。
步骤二、持续获取各个探测器的监测信号，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有两个火灾探测器监测到电池热失控特征量持续超标，触发二级告警并作出二级消防动作，其中，二级消防动作为：通过消防控制主机联动启动储能集装箱的排烟风机和电动百叶窗进行排风换气，并联动BMS和PCS降功率处理，限制放电功率输出或充电功率输入。
步骤三、持续获取各个探测器的监测信号，在保持触发二级告警的基础上，如果电池热失控继续升级则触发三级告警并作出三级消防动作，其中，三级消防动作为：通过消防控制主机联动关闭排烟风机和电动百叶窗，联动BMS断开簇级和舱级高压继电器，启动备用电源，联动PCS停机，同时进行PACK级消防灭火以及空间级消防灭火。
锂电池热失控是一个过程现象，有一个比较长的时间段，经过调查研究发现，在这个过程(锂电池热失控)前期会释放大量的一氧化碳(CO)、氢气(H2)以及挥发性的可燃烷烃类气体(VOC)，磷酸铁锂电池热失控气体产出物中CO占比达到27％，H2占比达到22％，VOC占比达到8％。另外，团体标准《T/CEC 373—2020预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》第4.9.3节中明确规定：电池预制舱内应设置可燃气体探测器、感温探测器和感烟探测器，每种探测器的设置数量不应小于两个，应能探测H2和CO可燃气体浓度值，测量范围在50％LEL(***下限)以下，应能设定两级可燃气体浓度动作阈值。
在本发明中，本发明提出的消防预警控制方法将烟雾、温度、CO、H2及VOC五种热失控特征量作为储能集装箱火情探测和早期预警的重要条件，实现对电池***火灾的早期感知和精准监测。
储能集装箱的火灾***事故，前期都是由某个单体电池发生热失控，进而扩散到模组，引燃整个电池箱，电池箱的热失控火灾又引起整簇电池箱燃烧，最终导致电池舱室大面积轰燃，火情具有快速蔓延且不可控制的特点。
现有储能消防应用较多的还是以气溶胶、干粉、七氟丙烷等作为主要灭火药剂，但是经过实践检验，这些灭火介质的弊端均较为明显，例如：气溶胶灭火剂在使用时容易造成高温，颗粒会悬浮在物体表面，不容易清理，易对电器造成损坏；干粉灭火剂对锂电池灭火几乎没有效果，干粉喷射后现场一片狼籍，被喷射的物质难以清理，如果处于长期振动环境中，药剂存在容易板结且受潮无法使用的问题；七氟丙烷灭火剂虽然灭火效果好，但对电池降温效果差，电池温度会再次升高从而引发二次复燃。另外，七氟丙烷药剂价格昂贵，一旦***发生喷放，二次充装费用较大。
本发明创造性地采用了全氟己酮灭火剂，全氟己酮灭火剂具有环保无毒，电绝缘性能好，使用后无残留，不会对设备造成二次损伤等优点，并且在常温下全氟己酮灭火剂为液体，便于灌装、运输及储存，可以定点多次喷射，能有效解决复燃问题，属于电化学储能电池的良好灭火药剂。另外，本发明还采用市政自来水作为灭火药剂，能够直接达到降温冷却、隔绝氧气和化学抑制的作用，快速中止电池内部电化学反应，阻隔热失控扩散，同时具有价格低廉、取用方便的优点。
与现有技术相比，本发明提出的储能集装箱消防灭火***及消防预警控制方法采用三级火灾防控设计和分级预警控制方案，分别为PACK级(电池箱级)防控与消防预警、簇级防控与消防预警以及舱级防控与消防预警，同时采用多组份灭火药剂联合使用，通过消防控制策略，将市政自来水直接注入到发生热失控的电池箱内，将全氟己酮灭火剂喷射到电池舱内，实现全漫灌式的PACK级水消防和全淹没式的空间级全氟己酮消防，快速有效扑灭明火并降温，彻底解决电池二次复燃问题。如图2以及图3所示，图2为本发明提出的储能集装箱消防灭火***簇级和舱级消防布置示意图，图3为本发明提出的储能集装箱消防灭火***PACK级消防布置示意图。
在本发明中，储能集装箱一般以40尺或20尺标准集装箱为载体，内部集成有磷酸铁锂电池***、储能变流器(PCS)、电池管理***(BMS)、能量管理***(EMS)、热管理***(液冷或风冷***)、消防***、配电***等。磷酸铁锂电池***根据电压/电流设计等级可布置为多个电池簇，放置于多个电池柜内；配电***分为交流配电部分和直流配电部分，直流配电部分包含高压箱柜和汇流柜；消防***包含消防配电箱、消防泵、灭火剂储容罐、消防控制主机、火灾探测器、声光报警器、放气勿入指示灯、防爆排烟风机、电动百叶窗、防爆泄压窗、手动/自动转换及紧急启停装置、消防警铃、电磁阀组件、消防管路、抑制剂喷头等。其中，消防配电箱、消防泵、灭火剂储容罐、消防控制主机一般放置于消防灭火抑制柜内。基于上述储能集装箱结构组成，本发明采用市政自来水和全氟己酮两种灭火药剂分别实现电池箱的水消防以及电池舱的全氟己酮消防，由于采用两种不同的灭火剂，因此灭火剂储容罐分为了储水罐和全氟己酮储液罐。
在储能集装箱内部可以分为三个舱室：消防舱8、配电舱9和电池舱10，簇级和舱级全氟己酮消防管网由空间管路电磁阀1、舱级火灾探测器2、一级消防抑制剂管路3、全氟己酮喷头4、簇级火灾探测器5、第一级消防通信管路6以及一级分区电磁阀7组成。舱级防控和簇级防控共用全氟己酮消防管路和喷头，舱级防控分别在消防舱8、配电舱9和电池舱10的空间顶部各布置一台舱级火灾探测器2，能够探测锂电池早期热失控逸散出的可燃气体(CO、H2及VOC)、温度及烟雾，精准判断发生火灾的舱室，通过联动消防泵启动全氟己酮灭火剂进行分区全淹没灭火。
PACK级水消防管网由二级分区电磁阀11、第二级消防通信管路12、二级消防抑制剂管路13、电池箱控制阀14、洒水喷头15以及PACK级火灾探测器16组成。PACK级水消防管网独立于簇级和舱级全氟己酮消防管网分开设置，电池柜中每个电池箱内部都安装有一台PACK级火灾探测器16，洒水喷头15安装于电池箱体面板上，消防水通过洒水喷头喷洒到电池箱内部，直接作用到热失控电池上，以靶向喷淋的方式在箱体内形成惰化环境，快速有效的扑灭初期火星。
本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法根据电池热失控进展实行分级预警机制，采取多级消防控制策略，通过消防控制主机实现预警信息与BMS、PCS、排烟排风、声光报警及高压电气开关等联动控制，在确保安全的情况下快速扑灭火灾。
消防告警等级及触发条件如图5所示，控制逻辑流程图如图4所示，具体描述如下：
(1)消防灭火***在自动控制状态下(默认状态)，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有一个火灾探测器监测到电池热失控特征量超标并触发一级告警阈值，即H2浓度＞(200±30)ppm或CO浓度＞(190±15)ppm，则消防控制主机立刻将预警信息上传到消防控制室监控平台，本地显控单元着重显示相关超标参数，提醒值班人员注意；
(2)当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有两个火灾探测器监测到电池热失控特征量持续超标并触发二级告警阈值，即H2浓度＞(500±50)ppm且CO浓度＞(490±30)ppm且VOC＞(1000±100)ppm且烟雾报警，则消防控制主机开始联动启动排烟风机和电动百叶窗，进行排风换气，将电池舱内可燃气体迅速排出舱外，降低气体***浓度，并联动BMS和PCS降功率处理，限制放电功率输出或充电功率输入；
(3)在保持触发二级告警的基础上，电池热失控继续升级，当火灾探测器同时监测到电池箱或电池舱的温度大于(80±2)℃且温升大于1℃/秒，即触发三级告警阈值，则消防控制主机联动关闭排烟风机和电动百叶窗，联动BMS断开簇级和舱级高压继电器，启动备用电源，联动PCS停机，启动声光报警器，点亮放气勿入指示灯，延时30秒后，打开发生热失控电池箱的控制阀及该电池箱所在电池簇的水路分区电磁阀，同时打开空间管路电磁阀及发生热失控电池箱所在电池簇的气路分区电磁阀，启动消防泵，抽取储水罐中的消防水注入到发生热失控的电池箱内，进行PACK级消防灭火，抽取储液罐中的全氟己酮喷放到电池舱内，进行空间级消防灭火；
(4)根据磷酸铁锂电池内部电化学反应机理，为了防止二次复燃，电池舱内全氟己酮灭火药剂分三次喷放：第一次喷放40％药剂，第二次喷放30％药剂，第三次喷放余下的30％药剂，三次喷放间隔时间15分钟；
(5)通过集装箱外壁设置的手动/自动转换及紧急启停装置，可以将消防灭火***转至手动控制状态，进行人工干预。当人为发现火情时，手动按下紧急启动按钮，可以直接触发消防预警及喷淋动作，而在消防预警及喷淋动作延时阶段或灭火启动阶段，都可通过停止按钮结束消防灭火动作。
本发明针对目前储能集装箱消防***所存在的电池热失控探测量单一、灭火药剂及消防控制策略无法有效解决电池复燃的弊端，提出了一种用于储能集装箱的消防灭火***及消防预警控制方法，通过烟温感量及多种可燃气体联合监测，多组份灭火药剂联合使用，多重控制策略分级预警，联动控制，以分块布局和集中控制的方式实现了全漫灌式的PACK级水消防和全淹没式的空间级全氟己酮消防，彻底阻隔热失控扩展，有效解决了电池降温和二次复燃问题。
1、本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法将烟雾、温度、CO、H2及VOC五种热失控特征量作为储能集装箱火情探测和早期预警的重要条件，实现对电池***火灾的早期感知和精准监测；
2、本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法采用三级火灾防控设计和分级预警控制方案，分别为PACK级(电池箱级)防控与消防预警、簇级防控与消防预警以及舱级防控与消防预警，以分块布局和集中控制的方式对储能集装箱进行了全面的火灾防护；
3、本发明提出的消防灭火***及消防预警控制方法采用多组份灭火药剂联合使用，通过消防控制策略，将市政自来水直接注入到发生热失控的电池箱内，将全氟己酮灭火剂喷射到电池舱内，实现全漫灌式的PACK级水消防和全淹没式的空间级全氟己酮消防。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
所述用于储能集装箱的消防灭火***为多组份灭火药剂联合使用灭火***，且所述用于储能集装箱的消防灭火***为分级式消防灭火***；
所述用于储能集装箱的消防灭火***包括：消防控制主机、簇级和舱级全氟己酮消防子***以及PACK级水消防子***；
所述簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：布置于储能集装箱内、用于实现储能集装箱内部舱级火灾探测的舱级火灾探测器，布置于储能集装箱内并对应电池簇设置的、用于对电池簇进行簇级火灾探测的簇级火灾探测器，以及用于喷洒全氟己酮的全氟己酮喷头，所述全氟己酮喷头用于实现储能集装箱内的全氟己酮灭火剂的分区式全淹没灭火，所述舱级火灾探测器以及所述簇级火灾探测器均与所述消防控制主机信号连接；
所述PACK级水消防子***包括：设置于电池箱内用于实现电池箱内部PACK级火灾探测的PACK级火灾探测器，用于喷洒市政自来水的洒水喷头，所述洒水喷头设置于所述电池箱内，所述PACK级火灾探测器与所述消防控制主机信号连接；
所述消防控制主机用于实现所述全氟己酮喷头以及所述洒水喷头的喷洒控制。
2.根据权利要求1所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
所述簇级和舱级全氟己酮消防子***包括：用于装载全氟己酮的全氟己酮储液罐，用于实现所述全氟己酮储液罐与所述全氟己酮喷头连接的一级消防抑制剂管路，于所述一级消防抑制剂管路上设置有一级分支管，所述全氟己酮喷头设置于所述一级分支管上，于所述一级分支管上设置有一级分区电磁阀，所述一级分区电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
3.根据权利要求2所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
于所述一级消防抑制剂管路上设置有空间管路电磁阀，所述空间管路电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
4.根据权利要求3所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
所述舱级火灾探测器以及所述簇级火灾探测器通过第一级消防通信管路与所述消防控制主机信号连接；
优选地，于储能集装箱设置有三个舱室，分别为消防舱、配电舱、电池舱，对应每一个所述舱室于所述储能集装箱的内侧顶部设置有至少一个所述舱级火灾探测器；
优选地，于储能集装箱设置有多个功能柜，分别包括消防灭火抑制柜、汇流柜、高压箱柜以及多个电池柜，对应每一个所述电池柜于柜体正门上方门框外侧处设置有至少一个所述簇级火灾探测器。
5.根据权利要求4所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
一根所述一级分支管上设置有一个所述全氟己酮喷头以及一个所述一级分区电磁阀并构成一个舱级消防单元；
所述舱级消防单元设置有多个且全部的所述舱级消防单元于所述一级消防抑制剂管路上并联设置，对应于所述汇流柜、所述高压箱柜以及所述电池柜至少设置有一个所述舱级消防单元。
6.根据权利要求1所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
所述PACK级水消防子***包括：用于装载市政自来水的储水罐，用于实现所述储水罐与所述洒水喷头连接的二级消防抑制剂管路，于所述二级消防抑制剂管路上设置有二级分支管，所述洒水喷头设置于所述二级分支管上，于所述二级分支管上设置有二级分区电磁阀，所述二级分区电磁阀与所述消防控制主机控制连接。
7.根据权利要求6所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
于所述二级消防抑制剂管路上设置有二级分区电磁阀，所述二级分区电磁阀与所述消防控制主机控制连接；
优选地，所述PACK级火灾探测器通过第二级消防通信管路与所述消防控制主机信号连接。
8.根据权利要求6所述的用于储能集装箱的消防灭火***，其特征在于，
一根所述二级分支管上设置有一个所述洒水喷头以及一个电池箱控制阀并构成一个PACK级消防单元；
所述PACK级消防单元设置有多个且全部的所述PACK级消防单元于所述二级消防抑制剂管路上并联设置，对每一个电池箱至少设置有一个所述PACK级消防单元。
9.一种用于储能集装箱的消防预警控制方法，其特征在于，
使用如权利要求1至8任一项所述用于储能集装箱的消防灭火***进行消防监控与灭火；
所述用于储能集装箱的消防预警控制方法采用分级预警机制并通过多级消防控制策略对储能集装箱进行全漫灌式的PACK级水消防以及全淹没式的空间级全氟己酮消防。
10.根据权利要求9所述的用于储能集装箱的消防预警控制方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取各个探测器的监测信号，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有一个火灾探测器监测到电池热失控特征量超标时，触发一级告警并作出一级消防动作；
步骤二、持续获取各个探测器的监测信号，当PACK级、簇级和舱级火灾探测器中至少有两个火灾探测器监测到电池热失控特征量持续超标，触发二级告警并作出二级消防动作；
步骤三、持续获取各个探测器的监测信号，在保持触发二级告警的基础上，如果电池热失控继续升级则触发三级告警并作出三级消防动作；
优选地，所述一级消防动作为：通过消防控制主机将预警信息上传到消防控制室监控平台并在本地显控单元着重显示相关超标参数；
优选地，所述二级消防动作为：通过消防控制主机联动启动储能集装箱的排烟风机和电动百叶窗进行排风换气，并联动BMS和PCS降功率处理，限制放电功率输出或充电功率输入；
优选地，所述三级消防动作为：通过消防控制主机联动关闭排烟风机和电动百叶窗，联动BMS断开簇级和舱级高压继电器，启动备用电源，联动PCS停机，同时进行PACK级消防灭火以及空间级消防灭火。
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