一种用于电化学储能系统灭火的方法及系统与流程

本发明涉及电化学储能系统技术领域，更具体地，涉及一种用于电化学储能系统灭火的方法及系统。

背景技术：

目前，中国电化学储能累计装机量正稳步上升，到2019年底电化学储能累计装机量预测将超过2.5gw，年复合增长率接近70％。当前常用的电化学储能体系，如锂离子电池储能体系存在安全隐患，无法从本质上保证使用安全性，有关电池热失控燃烧后的消防依然是一个热点问题。研究表明电池热失控燃烧是由于电池内部在高温下隔膜、电解质等成分发生反应所造成的，如果在灭火时对电池进行有长效地降温，可以从根源上熄灭火灾，抑制电池的复燃，从而有效地提高灭火的效率。

当前电化学储能系统的消防灭火策略都是在电池热失控后检测到烟雾气体后喷射灭火剂，灭火剂多为七氟丙烷等气体灭火剂，且喷射灭火剂时针对的是整个储能系统而不是对着火点或对出现热失控电池模块进行喷射，这样即需要大量的灭火剂，又降低了灭火效率，很容易让热量传递，引发更大规模火灾，且通常情况下即使储能系统内明火被扑灭，仍然会出现复燃的现象。此常规的消防策略过于简单，不能保证电池安全。

鉴于此，需要提供一种更有效的灭火策略，可以在扑灭储能系统明火的同时，针对过热电池模块进行灭火和降温处理，抑制灭火后复燃情况的出现，提高灭火效率。

技术实现要素：

本发明技术方案提供一种用于电化学储能系统灭火的方法及系统，通过采用温感、烟感等多种监测手段，以及采用气体灭火和液体灭火配合的灭火策略，及时发现储能系统的火情并进行高效的灭火与降温处理。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于电化学储能系统灭火的方法，所述方法包括：

对电池模块内的温度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池模块内的电池温度数据和电池模块内烟雾浓度数据；

当所述电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，将第一报警信息持续发送至控制系统；

通过所述控制系统持续接收所述第一报警信息，当持续接收的时间达到预设的第一报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对所述电池模块进行灭火处理。

优选地，还包括：

对电池舱空间的可燃气体浓度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池舱空间的电池舱可燃气体浓度数据和电池舱烟雾浓度数据；

当所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池舱可燃气体浓度数据超过可燃气体浓度阈值或所述电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第二报警信息持续发送至控制系统；

通过所述控制系统持续接收所述第二报警信息，当持续接收的时间达到预设的第二报警时长时，通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱进行灭火处理。

优选地，还包括：

当所述电池温度数据超过预设的电池温度阈值并且所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第三报警信息持续发送至控制系统；

通过所述控制系统持续接收所述第三报警信息，当持续接收的时间达到预设的第三报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对所述电池模块进行灭火处理；同时通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱进行灭火处理。

优选地，还包括：

当所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，并且所述电池舱空间的电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第四报警信息持续发送至控制系统；

通过所述控制系统持续接收所述第四报警信息，当持续接收的时间达到预设的第四报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对所述电池模块进行灭火处理；同时通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱空间进行灭火处理。

优选地，还包括：

当至少两个所述电池温度数据超过预设的电池温度阈值或至少两个所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第五报警信息持续发送至控制系统；

通过所述控制系统持续接收所述第五报警信息，当持续接收的时间达到预设的第五报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对第一个发送第五报警信息的所述电池模块进行灭火处理；同时通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱进行灭火处理。

基于本发明的另一方面，提供一种用于电化学储能系统灭火的系统，所述系统包括：

监测单元，用于对电池模块内的温度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池模块内的电池温度数据和电池模块内烟雾浓度数据；

预警单元，用于当所述电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，将第一报警信息持续发送至控制系统；

执行单元，用于通过所述控制系统持续接收所述第一报警信息，当持续接收的时间达到预设的第一报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对所述电池模块进行灭火处理。

优选地，还包括：

监测单元，用于对电池舱空间的可燃气体浓度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池舱空间的电池舱可燃气体浓度数据和电池舱烟雾浓度数据；

预警单元，用于当所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的电池烟雾浓度阈值或电池舱可燃气体浓度数据超过预设的可燃气体浓度阈值或所述电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第二报警信息持续发送至控制系统；

执行单元，用于通过所述控制系统持续接收所述第二报警信息，当持续接收的时间达到预设的第二报警时长时，通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱进行灭火处理。

优选地，还包括：

预警单元，用于当所述电池温度数据超过预设的电池温度阈值并且所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第三报警信息持续发送至控制系统；

执行单元，用于通过所述控制系统持续接收所述第三报警信息，当持续接收的时间达到预设的第三报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对所述电池模块进行灭火处理；同时通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱进行灭火处理。

优选地，还包括：

预警单元，用于当所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，并且所述电池舱空间的电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第四报警信息持续发送至控制系统；

执行单元，用于通过所述控制系统持续接收所述第四报警信息，当持续接收的时间达到预设的第四报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对所述电池模块进行灭火处理；同时通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱空间进行灭火处理。

优选地，还包括：

预警单元，用于当至少两个所述电池温度数据超过预设的电池温度阈值或至少两个所述电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第五报警信息持续发送至控制系统；

执行单元，用于通过所述控制系统持续接收所述第五报警信息，当持续接收的时间达到预设的第五报警时长时，通过所述控制系统启动液体灭火单元，对第一个发送第五报警信息的所述电池模块进行灭火处理；同时通过所述控制系统启动气体灭火单元，对所述电池舱进行灭火处理。

本发明技术方案提供了更经济有效地熄灭电化学储能系统的方法，最大程度上降低电池产生的火灾造成的损失，本发明技术方案是一种可以既针对整个电化学储能系统又可以针对电池内部热失控模块的灭火策略，灭火效率更加高效。

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一种用于对电化学储能系统灭火的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的电化学储能系统灭火策略所用装置示意图；

图3为根据本发明优选实施方式的液体灭火单元工作流程图；

图4为根据本发明优选实施方式的气体灭火单元工作流程图；以及

图5为根据本发明优选实施方式的一种用于对电化学储能系统灭火的系统结构图。

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一种用于对电化学储能系统灭火的方法流程图。本申请提供一种用于电化学储能系统的灭火剂使用策略，通过烟感、温感等多种监测手段，及时发现储能系统出现的火情并对其进行灭火处理。如图2所示，本申请的灭火策略涉及到的基本单元包括：电池系统、监测系统、控制系统与灭火系统以及除这些系统外的电池舱内部空间。本申请中的电池系统由多个电池簇组成，每个电池簇由多个电池机柜组成，每个电池机柜中含多个电池模块，电池模块为本发明中灭火系统保护的最小单元。本申请中的监测系统由多种探测器与声光报警器组成。探测器主要包含:温感探测器、烟感探测器、可燃气体探测器。在每个电池模块内部都设置一个温感探测器、一个烟感监测器，在电池舱内部空间至少设置一个烟感探测器、一个可燃气体探测器和一个声光报警器。监测系统收集到来自探测器的信息后会打开声光报警器，并将信息反馈给控制系统。本发明中的灭火系统由气体灭火单元和液体灭火单元组成。气体灭火单元中选用的气体灭火剂主要成分为氟代烷类物质，其可以有效扑灭明火，储气钢瓶通过管路与电池舱内部空间的喷头相连。液体灭火单元中选用的液体灭火剂主要成分为氟化酮类物质，其可以兼具灭火与降温的功能；储液钢瓶通过管路与每个模块内的喷头相连。在电池系统中，每个模块内都有一个喷头用于喷射液体灭火剂，在电池系统内空间至少有一个喷头用于喷射气体灭火剂。灭火系统应同时具有自动启动、手动启动和强制机械启动功能。

考虑到探测器误报的可能性，本发明中的监测系统具有延时反馈的特点，即需探测器检测到的信号持续超过阈值一段时间才会将信号反馈到控制系统，以便降低误报率。延时反馈时间优选10秒到30秒。

本发明中的控制系统与监测系统与灭火系统相连，控制系统接收来自监测系统的信号，通过判断信号来源控制灭火系统进行灭火操作。

考虑到电化学储能系统内火灾来源于模块内电池热失控引发的电池火灾或模块外因短路等多种原因造成的电气火灾，而电池热失控也可能只导致升温而不引起火灾，探测器在进行检测时得到的信息可能为：模块内温感探测器发出信号、模块内温感探测器与烟感探测器同时发出信号、电池舱内部空间的烟感探测器或可燃气体探测器其中任一发出信号与模块内温感探测器和烟感探测器以及电池系统内空间的烟感探测器或可燃气体探测器其中任一发出信号。

如图1所示，本申请提供一种用于对电化学储能系统灭火的方法，方法包括：

优选地，对电池模块内的温度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池模块内的电池温度数据和电池模块内烟雾浓度数据。

优选地，当电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，将第一报警信息持续发送至控制系统。如图3所示。

优选地，通过控制系统持续接收第一报警信息，当持续接收的时间达到预设的第一报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对电池模块进行灭火处理。本申请中，第一报警时长可以是10s至30s，优选地，第一报警时长可以为10s。

优选地，方法还包括：对电池舱空间的可燃气体浓度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池舱空间的电池舱可燃气体浓度数据和电池舱烟雾浓度数据；当电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池舱可燃气体浓度数据超过预设的可燃气体浓度阈值或电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第二报警信息持续发送至控制系统；通过控制系统持续接收第二报警信息，当持续接收的时间达到预设的第二报警时长时，通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。本申请中，第二报警时长可以是10至30s，优选地，第二报警时长可以为15s。如图4所示。

优选地，方法还包括：当电池温度数据超过预设的电池温度阈值并且电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第三报警信息持续发送至控制系统；通过控制系统持续接收第三报警信息，当持续接收的时间达到预设的第三报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对电池模块进行灭火处理；同时通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。

本申请当电池模块内温感探测器检测到的电池温度数据超过预设的电池温度阈值，并且电池模块内烟感探测器检测到烟雾浓度数据均超过阈值后，进行第三报警信息报警，第三报警时长持续一段时间后(例如，10s至30s)将信息反馈给控制系统。控制系统控制贯通目标模块管路并打开液体灭火单元，对目标电池模块进行灭火降温处理，同时操作气体灭火单元打开，防止电池火灾蔓延。优选地，第三报警时长可以为15s。

优选地，方法还包括：当电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，并且电池舱空间的烟雾浓度超过电池舱空间的预设的烟雾浓度阈值时，将第四报警信息持续发送至控制系统；通过控制系统持续接收第四报警信息，当持续接收的时间达到预设的第四报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对电池模块进行灭火处理；同时通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。本申请当电池模块内探测器探测的电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池温度数据超过预设的电池温度阈值，并且电池舱内部空间的探测器检测到电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，发送第四报警信息，当第四报警时长持续一段时间后(例如，10s至30s)并将信息反馈给控制系统。控制系统控制贯通目标模块管路并打开液体灭火单元，对目标电池模块进行灭火与降温处理，同时操作气体灭火单元打开，对整个电池系统进行灭火处理。优选地，第四报警时长可以为10s。

优选地，方法还包括：当至少两个电池温度数据超过预设的电池温度阈值或至少两个电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第五报警信息持续发送至控制系统；通过控制系统持续接收第五报警信息，当持续接收的时间达到预设的第五报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对第一个发送第五报警信息的电池模块进行灭火处理；同时通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。本申请当电化学储能系统内多个电池模块检测到火灾信号时，控制系统需首先控制打开气体灭火单元，并同时对第一个报警模块启动液体灭火单元。本申请中，第五报警时长可以是10s至30s。

本申请当灭火系统动作后仍无法解除报警信号，应由控制系统自动上报火警部门和监控人员，采取外部消防措施。当声光系统发出警报时，监测人员可通过监控或现场观察判断火灾情况，并采取相应措施。

本申请以锂离子电池储能集装箱的灭火为实施例进行说明，其中灭火装置的组成和灭火策略的工作流程如下：

(1)灭火装置的组成：一个锂离子电池集装箱(内部有n个电池模块)，2.5mpa储气钢瓶一个(内部气体成分为七氟丙烷)，5l双端开口储液钢瓶一个(内置3l氟化醚类灭火剂)，离心泵一个，气体灭火剂管路系统一套，液体灭火剂管路系统一套，喷头n+4个(每个模块内1个，电池系统内模块外部空间4个)，电磁阀n+6个(每个电磁阀都有一个喷头相连，储液钢瓶与储气钢瓶也分别连接一个电磁阀)，烟雾传感器n+4个，温度传感器n个，可燃气体传感器4个，声光报警器n+1个，控制系统一套。

温感探测器检测到电池模块内某一电池温度高于90℃，打开声光报警器，温度信号反馈给控制单元；控制单元控制连接储液钢瓶的电磁阀以及每个模块内与喷头相连的电磁阀打开，并打开离心泵，液体灭火剂通过喷头淹没问题模块进行降温；电池温度降到60℃以下，温度信号反馈给控制单元，控制单元控制电磁阀关闭，离心泵关闭。

温感探测器检测到电池模块内某一电池温度高于90℃并且烟雾报警器检测到电池模块内烟雾浓度超过200ppm，打开声光报警器，温度与烟雾信号反馈给控制单元；控制单元控制所有电磁阀打开，并打开离心泵，气体灭火剂喷射到电池储能集装箱内模块外部空间熄灭明火，液体灭火剂通过喷头淹没问题模块进行灭火与降温；电池温度降到60℃以下，无需考虑烟雾传感器，将温度信号反馈给控制单元，控制单元控制电磁阀关闭，离心泵关闭。

当只有电池储能集装箱内模块外部烟雾传感器检测到烟雾浓度超过200ppm或可燃气体传感器检测到可燃气体浓度超过25ppm，打开声光报警系统，烟雾信号反馈给控制单元；控制连接储气钢瓶的电磁阀以及连接电池模块外部喷头的电磁阀打开，气体灭火剂喷射到电池储能集装箱内模块外部空间熄灭明火。

当电池模块内温感探测器检测到电池模块内某一电池温度高于90℃并且烟雾报警器检测到电池模块内烟雾浓度超过200ppm，而电池模块外烟雾传感器检测到烟雾浓度超过200ppm或可燃气体传感器检测到可燃气体浓度超过25ppm，控制单元控制所有电磁阀打开，并打开离心泵，气体灭火剂喷射到电池储能集装箱内模块外部空间熄灭明火，液体灭火剂通过喷头淹没问题模块进行灭火与降温。

本申请提供的电池灭火策略，通过气体灭火剂对电池系统的灭火，可以有效地熄灭储能系统内部的明火。本申请提供的电池灭火策略，通过液体灭火剂对出现火情的电池模块进行灭火，可以有效地熄灭电池火焰并持续降温，从根源上熄灭电池的火灾。本申请提供的电池灭火策略将两种不同方式的灭火方法结合在一起，通过用气体灭火剂扑灭电池系统内的火焰，以及用液体灭火剂熄灭模块内发生热失控产生火焰的电池，使灭火更加高效。本申请提供的电池灭火策略，在监测系统收到持续反馈一段时间后才会将信息反馈到控制系统，可在火灾可控范围内降低误报率。通常该时间控制在10秒到30秒之间。本申请实施方式灭火策略涉及到对不同部位的灭火，兼顾到了电池系统和系统内模块。本申请灭火策略在对不同部位灭火时采用不同的灭火剂，对储能系统采用气体灭火剂熄灭明火，对电池模块采用液体灭火剂在灭火的同时对电池进行降温。本申请灭火策略中，监测系统需持续接收到信号一段时间后整个系统才开始响应，有效降低了误报率。

图5为根据本发明优选实施方式的一种用于电化学储能系统灭火的系统结构图。如图5所示，本申请提供一种用于电化学储能系统灭火的系统，系统包括：

监测单元501，用于对电池模块内的温度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池模块内的电池温度数据和电池模块内烟雾浓度数据。预警单元502，用于当电池温度数据超过预设的电池温度阈值或电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第一报警信息持续发送至控制系统。执行单元503，用于通过控制系统持续接收第一报警信息，当持续接收的时间达到预设的第一报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对电池模块进行灭火处理。

优选地，监测单元501，还用于对电池舱空间的可燃气体浓度和烟雾浓度进行监测，获取实时的电池舱空间的电池舱可燃气体浓度数据和电池舱烟雾浓度数据。预警单元502，还用于当电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池舱可燃气体浓度数据超过预设的可燃气体浓度阈值或电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第二报警信息持续发送至控制系统。执行单元503，还用于通过控制系统持续接收第二报警信息，当持续接收的时间达到预设的第二报警时长时，通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。

优选地，预警单元502，还用于当电池温度数据超过预设的电池温度阈值并且电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第三报警信息持续发送至控制系统。执行单元503，还用于通过控制系统持续接收第三报警信息，当持续接收的时间达到预设的第三报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对电池模块进行灭火处理；同时通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。

优选地，预警单元502，还用于当电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值或电池温度数据超过预设的电池温度阈值时，并且电池舱空间的电池舱烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第四报警信息持续发送至控制系统。执行单元503，还用于通过控制系统持续接收第四报警信息，当持续接收的时间达到预设的第四报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对电池模块进行灭火处理；同时通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱空间进行灭火处理。

优选地，预警单元502，还用于当至少两个电池温度数据超过预设的电池温度阈值或至少两个电池模块内烟雾浓度数据超过预设的烟雾浓度阈值时，将第五报警信息持续发送至控制系统。执行单元503，还用于通过控制系统持续接收第五报警信息，当持续接收的时间达到预设的第五报警时长时，通过控制系统启动液体灭火单元，对第一个发送第五报警信息的电池模块进行灭火处理；同时通过控制系统启动气体灭火单元，对电池舱进行灭火处理。

本发明优选实施方式的一种用于电化学储能系统灭火的系统500与本发明优选实施方式的一种用于电化储能系统灭火的方法100相对应，在此不再进行赘述。

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。