一种锂电池储能系统柜自动灭火装置及系统的制作方法

本发明属于消防灭火装置领域，涉及一种锂电池储能系统柜自动灭火装置及系统。

背景技术：

电能是当代社会不可或缺的重要资源，近年来随着便携式设备、不间断电源系统以及电动车的大量开发使用，蓄电池的使用量日益增加，可充电蓄电池，特别是锂电池凭借其循环寿命长、性能稳定、没有记忆功能等卓越特点普遍应用在各行各业。然而在储能系统的应用当中，由于天气原因、储能柜散热问题、工作环境中可能出现的电芯老化以及过度充电等因素，极可能发生电池单元自燃事故，从而危害整个系统的运行。

目前，通常采用的灭火装置包括，采用电启动的所有热气溶胶自动灭火装置、超细干粉自动灭火装置、气体灭火装置等。但是，这些灭火装置均只能扑灭一定范围内电池自燃产生的明火，而不能彻底消灭电池单元内部的燃烧。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种锂电池储能系统柜自动灭火装置及系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种锂电池储能系统柜自动灭火装置，包括气溶胶灭火系统、注水灭火系统、电气火灾检测装置、电池火灾检测装置和控制系统；电气火灾检测装置和电池火灾检测装置均设置在储能系统柜内部，气溶胶灭火系统、注水灭火系统、电气火灾检测装置和电池火灾检测装置均与控制系统连接；电气火灾检测装置用于检测储能系统柜内部当前烟雾浓度和环境温度并发送至控制系统；电池火灾检测装置用于检测储能系统柜内部当前co2、h2和voc气体浓度以及锂电池当前温度并发送至控制系统；控制系统用于当当前烟雾浓度和环境温度超出预设范围时，生成电气火灾灭火信号并发送至气溶胶灭火系统；当当前co2、h2和voc气体浓度中至少一个、锂电池当前温度、锂电池当前温度上升速率和烟雾浓度均超出预设范围时，生成电池火灾灭火信号并发送至注水灭火系统；气溶胶灭火系统用于根据电气火灾灭火信号进行气溶胶灭火；注水灭火系统用于根据电池火灾灭火信号进行注水灭火。

本发明灭火装置进一步的改进在于：

气溶胶灭火系统包括固体热气溶胶发生装置和电驱动装置；固体热气溶胶发生装置设置在储能系统柜内部，电驱动装置与控制系统和固体热气溶胶发生装置均连接；电驱动装置用于接收控制系统发送的电气火灾灭火信号并驱动固体热气溶胶发生装置；固体热气溶胶发生装置用于在电驱动装置的驱动下进行气溶胶灭火。

注水灭火系统包括进水管、排水管和电磁阀；进水管和排水管均与储能系统柜连接，电磁阀设置在进水管上且与控制系统连接；电磁阀用于当接收到控制系统发送的电池火灾灭火信号时，开启电磁阀，水流通过进水管和电磁阀进入储能系统柜内部，进行注水灭火。

注水灭火系统还包括水泵和水位检测传感器；水泵设置在进水管的进水端且与控制系统连接，水位检测传感器一端与储能系统柜内壁连接，另一端与控制系统连接，水位检测传感器位于储能系统柜内部所有锂电池的上方；水位检测传感器用于检测储能系统柜内当前水位，当检测到水流时，生成水位检测信号并发送至控制系统；控制系统用于根据水位检测信号生成水泵转速调整信号，并发送至水泵；水泵用于接收控制系统发送的水泵转速调整信号，并根据水泵转速调整信号调整转速至预设转速，使进水管进液速率与出水管出液速率相同。

注水灭火系统还包括电池仓；电池仓位于储能系统柜内部，且与进水管和出水管均连接，用于容纳电池、第二温度传感器和水位检测传感器。

电气火灾检测装置包括烟雾传感器和第一温度传感器；烟雾传感器和第一温度传感器的一端均与储能系统柜内壁连接，另一端均与控制系统连接；烟雾传感器用于检测储能系统柜内部当前烟雾浓度并发送至控制系统；第一温度传感器用于检测储能系统柜内部当前环境温度并发送至控制系统。

电池火灾检测装置包括co2传感器、h2传感器、voc气体传感器和若干第二温度传感器；co2传感器、h2传感器和voc气体传感器的一端均与储能系统柜内壁连接，另一端均与控制系统连接；若干第二温度传感器的一端分别与储能系统柜内部的不同锂电池连接，另一端均与控制系统连接；co2传感器用于检测储能系统柜内部当前co2浓度并发送至控制系统；h2传感器用于检测储能系统柜内部当前h2浓度并发送至控制系统；voc气体传感器用于检测储能系统柜内部当前voc气体浓度并发送至控制系统；第二温度传感器用于检测储能系统柜内部锂电池当前温度并发送至控制系统。

还包括电源；电源设置在储能系统柜内部；电源与控制系统连接，用于给控制系统、电气火灾检测装置和电池火灾检测装置提供电能。

本发明另一方面，一种锂电池储能系统柜自动灭火系统，包括控制系统、进水母管、出水母管、若干电池仓、气溶胶灭火系统、电气火灾检测装置以及若干注水灭火系统和电池火灾检测装置；

电池仓间隔设置在储能系统柜内部，每个电池仓内均设置注水灭火系统和电池火灾检测装置；每个注水灭火系统的进水管均与进水母管的一端连接，出水管均与出水母管的一端连接，出水母管的另一端位于储能系统柜外部；气溶胶灭火系统和电气火灾检测装置设置在储能系统柜内部；气溶胶灭火系统、电气火灾检测装置、所有电气火灾检测装置和所有电池火灾检测装置均与控制系统连接；

电气火灾检测装置用于检测储能系统柜内部当前烟雾浓度和环境温度并发送至控制系统；

电池火灾检测装置用于检测电池仓内部当前co2、h2和voc气体浓度以及锂电池当前温度并发送至控制系统；

控制系统用于当当前烟雾浓度和环境温度超出预设范围时，生成电气火灾灭火信号并发送至气溶胶灭火系统；当电池仓内当前co2、h2和voc气体浓度中至少一个、锂电池当前温度、锂电池当前温度上升速率和烟雾浓度均超出预设范围时，生成电池火灾灭火信号并发送至电池仓对应注水灭火系统；

气溶胶灭火系统用于根据电气火灾灭火信号进行气溶胶灭火；

注水灭火系统用于根据电池火灾灭火信号进行注水灭火。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明灭火装置，通过电气火灾检测装置检测储能系统柜内部的电气火灾信息，通过电池火灾检测装置检测储能系统柜内部的电池火灾信息，通过控制系统将监测信息与预设范围比较，输出电气火灾灭火信号或电池火灾灭火信号，进而通过气溶胶灭火系统实现气溶胶灭火，注水灭火系统实现注水灭火；当气溶胶灭火失败后，电气火灾进一步扩展为电池火灾时或直接发生电池火灾时，利用注水灭火，将消防液体注入储能系统柜内部，通过储能系统柜的容纳作用，保证消防液体能够完全淹没电池，使电池与空气(氧气)隔离，同时利用消防液体和电池的直接接触，通过对流循环，在出水管的作用下将电池故障产生的热量迅速带走，使电池温度迅速降低至燃点以下，达到扑灭明火目的，从根本上消灭电池内外部的燃烧，直到电池模块能量耗尽再将液体排尽，然后做进一步的维护处理，从而能够杜绝二次事故对系统及维护人员造成危害。本发明装置简单、便于实现，容易适配当前储能系统。

进一步的，注水灭火系统还包括水泵和水位检测传感器，通过水位检测传感器检测储能系统柜当前水位，当水位到达预设范围时，通过控制系统调整进水管上的水泵的转速，进而使得进水管进水速度和出水管出水速度一致，实现对流，加快将电池热量带走。

进一步的，设置电池仓，将消防液体控制在电池仓内部，防止消防液体对储能系统柜内部其他器件的损伤。

进一步的，设置电源，实现控制系统、电气火灾检测装置和电池火灾检测装置的独立供电，在发生火灾时，确保灭火装置的正常运行。

本发明灭火系统，通过电池仓将多组电池分隔，通过级联多个注水灭火系统，实现每个电池仓的注水灭火，在一个电池仓发生火灾时，能够针对应的进行灭火，防止火灾进一步的扩大，也避免对其他的电池及附近设施的影响，防止引发大范围的消防事故，从而对整个储能系统造成不可修复的破坏。

附图说明

图1为本发明的锂电池储能系统柜自动灭火装置结构框图；

图2为本发明的锂电池储能系统柜自动灭火系统结构框图。

其中：1-进水管；2-电磁阀；3-出水管；4-电池仓；5-储能系统柜；6-烟雾传感器；7-第一温度传感器；8-第二温度传感器；9-水位检测传感器；10-进水母管；11-出水母管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明锂电池储能系统柜自动灭火装置，包括气溶胶灭火系统、注水灭火系统、电气火灾检测装置、电池火灾检测装置、电源和控制系统；电气火灾检测装置和电池火灾检测装置均设置在储能系统柜5内部，气溶胶灭火系统、注水灭火系统、电气火灾检测装置和电池火灾检测装置均与控制系统连接。电源设置在储能系统柜5内部且电源外壁设置防水层；电源与控制系统连接，用于给控制系统、电气火灾检测装置和电池火灾检测装置提供电能。

电气火灾检测装置用于检测储能系统柜5内部当前烟雾浓度和环境温度并发送至控制系统；电池火灾检测装置用于检测储能系统柜5内部当前co2、h2和voc气体浓度以及锂电池当前温度并发送至控制系统；控制系统用于当当前烟雾浓度和环境温度超出预设范围时，生成电气火灾灭火信号并发送至气溶胶灭火系统；当当前co2、h2和voc气体浓度中至少一个、锂电池当前温度、锂电池当前温度上升速率和烟雾浓度均超出预设范围时，生成电池火灾灭火信号并发送至注水灭火系统；气溶胶灭火系统用于根据电气火灾灭火信号进行气溶胶灭火；注水灭火系统用于根据电池火灾灭火信号进行注水灭火。

其中，气溶胶灭火系统包括固体热气溶胶发生装置和电驱动装置；固体热气溶胶发生装置设置在储能系统柜5内部，电驱动装置与控制系统和固体热气溶胶发生装置均连接；电驱动装置用于接收控制系统发送的电气火灾灭火信号并驱动固体热气溶胶发生装置；固体热气溶胶发生装置用于在电驱动装置的驱动下进行气溶胶灭火。固体热气溶胶发生装置由壳体、热气溶胶发生药剂和点火装置组成，热气溶胶发生药剂由氧化剂、还原剂和添加剂混合组成，在电驱动施加电信号后，药剂燃烧产生气体和固体颗粒的混合物淹没火源，发挥灭火作用。电驱动装置是一个外部施加电信号后产热的装置，能够在极短的时间内引燃药剂，启动气溶胶灭火装置。本发明中的电驱动装置可以施加24v/0.2a的电信号，但是不限为此。

注水灭火系统包括进水管1、排水管、电磁阀2、水泵和水位检测传感器9；进水管1和排水管均与储能系统柜5连接，电磁阀2设置在进水管1上且与控制系统连接；电磁阀2用于当接收到控制系统发送的电池火灾灭火信号时，开启电磁阀2，水流通过进水管1和电磁阀2进入储能系统柜5内部，进行注水灭火。水泵设置在进水管1的进水端且与控制系统连接，水位检测传感器9一端与储能系统柜5内壁连接，另一端与控制系统连接，水位检测传感器9位于储能系统柜5内部所有锂电池的上方；水位检测传感器9用于检测储能系统柜5内当前水位，当检测到水流时，生成水位检测信号并发送至控制系统；控制系统用于根据水位检测信号生成水泵转速调整信号，并发送至水泵；水泵用于接收控制系统发送的水泵转速调整信号，并根据水泵转速调整信号调整转速至预设转速，使进水管1进水速率与出水管3出水速率相同。电磁阀可以为zcs-50电磁阀，水位检测传感器可以为rz08传感器，但不以此为限。

电气火灾检测装置包括烟雾传感器6和第一温度传感器7；烟雾传感器6和第一温度传感器7的一端均与储能系统柜5内壁连接，另一端均与控制系统连接；烟雾传感器6用于检测储能系统柜5内部当前烟雾浓度并发送至控制系统；第一温度传感器7用于检测储能系统柜5内部当前环境温度并发送至控制系统。本发明中，烟雾传感器6可以为ys8157b传感器，第一温度传感器7可以为ys8120b传感器，但不以此为限。

电池火灾检测装置包括co2传感器、h2传感器、voc气体传感器和若干第二温度传感器8；co2传感器、h2传感器和voc气体传感器的一端均与储能系统柜5内壁连接，另一端均与控制系统连接；若干第二温度传感器8的一端分别与储能系统柜5内部的不同锂电池连接，另一端均与控制系统连接；co2传感器用于检测储能系统柜5内部当前co2浓度并发送至控制系统；h2传感器用于检测储能系统柜5内部当前h2浓度并发送至控制系统；voc气体传感器用于检测储能系统柜5内部当前voc气体浓度并发送至控制系统；第二温度传感器8用于检测储能系统柜5内部锂电池当前温度并发送至控制系统。co2传感器可以为co2ws-n-2lw传感器，h2传感器可以为ys8159b传感器，voc气体传感器可以为ys8155b传感器，第二温度传感器8可以为ys8120b传感器，但不以此为限。

参见图2，本发明锂电池储能系统柜自动灭火系统，包括控制系统、进水母管10、出水母管11、若干电池仓4、气溶胶灭火系统、电气火灾检测装置、若干注水灭火系统和若干电池火灾检测装置；电池仓4间隔设置在储能系统柜5内部，每个电池仓4内均设置注水灭火系统和电池火灾检测装置；每个注水灭火系统的进水管1均与进水母管10的一端连接，出水管3均与出水母管11的一端连接，出水母管11的另一端位于储能系统柜5外部；气溶胶灭火系统和电气火灾检测装置设置在储能系统柜5内部；气溶胶灭火系统、电气火灾检测装置、所有电气火灾检测装置和所有电池火灾检测装置均与控制系统连接；电气火灾检测装置用于检测储能系统柜5内部当前烟雾浓度和环境温度并发送至控制系统；电池火灾检测装置用于检测电池仓4内部当前co2、h2和voc气体浓度以及锂电池当前温度并发送至控制系统；控制系统用于当当前烟雾浓度和环境温度超出预设范围时，生成电气火灾灭火信号并发送至气溶胶灭火系统；当电池仓内当前co2、h2和voc气体浓度中至少一个、锂电池当前温度、锂电池当前温度上升速率和烟雾浓度均超出预设范围时，生成电池火灾灭火信号并发送至电池仓对应注水灭火系统；气溶胶灭火系统用于根据电气火灾灭火信号进行气溶胶灭火；注水灭火系统用于根据电池火灾灭火信号进行注水灭火。

下面详细介绍本发明的原理：

无火灾发生时，电气火灾检测装置和电池火灾检测装置均处于采集状态；电磁阀2关闭，气溶胶灭火系统无驱动，不进行工作。

电气火灾判断，电气火灾检测装置的烟雾传感器6异常报警，第一温度传感器7采集温度大于45度，本发明环境温度预设温度为45度。此时判定发生电气火灾，电气火灾监控装置向上位机(上级配电接入柜中火灾报警主机及用户火灾监控平台)通过通讯总线(本发明所采用的总线总线为can总线，但不限为此)发送火灾报警，上级配电柜中火灾报警主机启动声光报警器，并控制分励脱扣器切断储能系统柜5供电线路，电气火灾监控装置发送电气火灾灭火信号至气溶胶灭火系统，启动气溶胶灭火系统进行气溶胶灭火。

电池火灾判断，电池火灾检测装置的co2传感器、h2传感器、voc气体传感器和若干第二温度传感器8检测的储能系统柜5的当前co2、h2和voc气体浓度以及锂电池当前温度，当当前co2、h2和voc气体浓度中至少一个、锂电池当前温度、锂电池当前温度上升速率和烟雾浓度均超出预设范围时，判定为电池火灾，切断储能系统柜5供电电路，发送电气火灾灭火信号至气溶胶灭火系统进行气溶胶灭火，在启动气溶胶灭火后，电池温度上升速率仍大于1度每秒判定气体灭火失败，发送电池火灾灭火信号至注水灭火系统进行注水灭火。水泵将水由进水管1注入储能系统柜5或电池仓内。在水位检测传感器9检测到水后，发送水位信号至控制系统，控制系统根据水位检测信号生成水泵转速调整信号，并发送至水泵，水泵接收水泵转速调整信号，并根据水泵转速调整信号调整转速至预设转速，将注水速度限制在出水管3最大流量以内，形成小循环，维持水温不会明显升高。

控制系统由外部24v电源单独供电，采用灌封工艺，避免进水及火灾初期被损坏。电气火灾检测装置和电池火灾检测装置均连接于控制系统上，由交流配电柜内电源提供外部供电，与储能系统隔离供电。达到火灾触发条件后，控制系统通知上位机切断电池外部电路后，此控制系统电源仍然有电，可以驱动气溶胶灭火系统、注水灭火系统、电气火灾检测装置和电池火灾检测装置。火灾判定条件的设置值可以根据电池容量、系统功率，运行环境等进行设置，处理逻辑不变。都是通过两步来实现最后灭火。第一步，电池没有炸裂前，当电气火灾处理，启动气溶胶灭火系统，进行气体溶胶灭火。第二步，气体灭火后电池温度仍然上升，则启动注水灭火系统，进行注水灭火。

本发明的灭火装置可以组合进行使用，通过多个电池仓实现，注水灭火系统根据得到的电池火灾灭火信号进而作出判断温度超出正常指标的电池仓，从而控制相对应的电磁阀2打开，给相应的电池仓进行加注液体(所述液体加注方式包括但不仅限于上部注液、下部注液、喷淋等方式)，每个电池仓内均装有水位检测传感器9，为避免液体溢出从而影响其他正常运行的电池仓继续工作，当液体位达到一定值时，水位检测传感器9立刻做出相应动作，将信号传递给控制系统，再由控制系统发出指令，将电磁阀2关闭或者调整水泵的转速，使电池仓内液面不再升高。待到电池内部能量完全消耗殆尽，再由工作人员将电池仓的液体排尽，并作进一步的维护处理。

采用液体浸没式灭火方案，通过加注液体进电池仓，至电池完全浸没，使电池与空气(氧气)隔离，同时利用液体和电池的直接接触，通过对流循环，将电池故障产生的热量迅速带走，使电池温度迅速降低至燃点以下，达到扑灭明火目的，从根本上消灭电池单元内外部的燃烧，直到电池单元模块能量耗尽再将液体排尽，然后做进一步的维护处理，从而能够杜绝二次事故对系统及维护人员造成危害。采用电池仓的结构，即使当电池单元发生自燃时，也只会影响该电池单元所在电池仓的正常运行，而不会继而引发大范围的消防事故，从而对整个储能系统造成不可修复的破坏。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。