一种锂电池储能站全过程火灾探测及自动灭火方法与流程

1.本发明属于消防报警监控及自动灭火技术领域，尤其涉及一种锂电池储能站全过程火灾探测及自动灭火方法。


背景技术：

2.风电、太阳能等新能源建设迎来飞速发展，随之而来，锂电池储能系统在电力系统中所处的位置越来越重要，应用遍布在用户侧、电网侧、发电侧、新能源并网及微电网各个领域。锂电池是一种以锂金属或锂合金为负极材料，使用非水电解质溶液的电池，具有体积小、能量密度大、环保等优点，但是锂电池存在容易热失控导致起火燃烧、爆炸等安全问题，大量锂电池串并联组成的储能站安全风险更大，一旦发生安全事故，经济损失较大，对人员生命有严重威胁。
3.2011-2021年10年间全球共发生32起储能电站起火爆炸事故。因此需要研发一种能够全过程探测锂电池储能电站工作状态，并即时启动对应的灭火措施，尽量将火灾风险扑灭在初级阶段，最大化减少生命和财产损失。
4.热失控是锂电池起火爆炸的直接原因，200度以上即进入热失控状态(见附图一)。因此要降低风险，应该是通过技术手段尽早探测热失控前的状态，并作出相应的消除措施。
5.现有探测技术是通过在储能电站内部安装感烟、感温、气体探测器，由于空间较大，以上探测器存在报警滞后的问题，只能在锂电池热失控后发生报警，这就导致在储能电站里的水喷淋灭火系统或气体灭火系统灭火时机滞后、灭火效率低、灭火损失大等问题。


技术实现要素：

6.针对以上现有技术存在的问题，本发明结合单个电池从发热到爆燃的过程特点及锂电池储能站的特点，提供一种锂电池储能站全过程火灾探测及自动灭火方法。
7.本发明是这样实现的，提供一种锂电池储能站全过程火灾探测及自动灭火方法，包括火灾探测方法和灭火方法，所述探测方法包括：感温探测、气体探测、感烟探测及热成像探测；所述灭火方法包括断电、水雾喷淋降温及灭火药剂灭火；
8.消防控制主机与不同的火灾探测器信号连接，消防控制主机根据收到的火灾探测信号及预先设定的灭火规则启动不同的灭火方法。
9.根据本发明的一个优选实施方案，所述灭火规则次序为：
10.s1探测到电池温度达到预警温度时，启动断电措施；
11.s2探测出可燃气体且红外热成像探测器确认温度超过90度时，针对单个故障电池所在位置进行局部降温；
12.s3探测出热烟雾，启动储能站整站灭火药剂淹没式灭火；
13.s4探测出明火燃烧或爆燃，启动储能站整站高压细水雾灭火；
14.s5如果s4执行后仍不能控制火情，启动储能站的泄爆装置。
15.根据本发明的一个优选实施方案，储能站内的电池组的感温探测是通过 bms(电
池管理系统)启动断电或由感温电缆系统通过消防控制主机启动断电。
16.根据本发明的一个优选实施方案，所述灭火药剂灭火中使用的灭火药剂为全氟己酮。
17.根据本发明的一个优选实施方案，所述消防控制主机还含有手动控制设施，可通过手动操作执行所述灭火方法。
18.根据本发明的一个优选实施方案，灭火规则s1中所述的预警温度为80℃。
19.优选的，灭火规则s1中所述的预警温度分为三个等级，分别为一级预警，设为50℃；二级预警，设为70度，三级预警，设为80度；针对不同的预警级别，通过bms或消防控制主机采取对单个电池、电池组或整个储能站断电。
20.根据本发明的一个优选实施方案，灭火规则s2中探测出可燃气体是通过气体探测器或热成像探测器实现的，所述局部降温是通过消防控制主机启动分布深入式灭火系统实现的。
21.根据本发明的一个优选实施方案，灭火规则s3中探测出热烟雾是通过感温、感烟探测器实现的；步骤s4中探测出明火燃烧或爆燃是通过红外热成像探测器实现的。
22.本发明的另一目的是提供一种火灾探测及自动灭火方法的系统，包括锂电池储能站、消防控制主机、探测系统及灭火系统，所述探测系统包括感温探测器、气体探测器、感烟探测器及红外热成像探测器，所有探测器均与消防控制主机信号连接；消防控制主机与高压细水雾灭火系统及全氟己酮灭火系统电连接。
23.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
24.(1)本发明通过对锂电池组的精准温度探测，结合感烟探测器、感温探测器、气体探测器及红外热成像探测器的使用，实时监测故障电池的不同发展阶段，通过分布式灭火系统，即时做出不同阶段相应的灭火措施，能有效将电池火灾扑灭在早期阶段，避免单个电池引燃整个电站的事故发生。
25.(2)本发明采用了新型全氟己酮灭火药剂，具有灭火效果好、无残留、环保等优点。
26.(3)本发明也考虑到了充足的失效补救措施，最大限度降低火灾所导致的财产损失及人员伤亡。
27.总之，通过本发明技术方案，可以最大限度的保障锂电池储能站的运行安全，能够有效减少当前锂电池储能站火灾事故的发生，为清洁能源的使用推广、国家碳中和战略目标保驾护航。
附图说明
28.图1是锂电池热失控的过程示意图
29.图2是本发明实施例全过程探测及灭火方案示意图。
30.图3是本发明实施例锂电池储能站灭火系统的结构示意图其中1、锂电池2、感温电缆3、感烟探测器4、气体探测器5、热成像探测器6、感温探测器7、高压细水雾灭火系统8、全氟己酮灭火系统9、消防控制主机
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.热失控是锂电池起火爆炸的直接原因，200度以上进入热失控状态，本发明技术方案可以尽早探测电池热失控前的状态，并作出相应的消除措施，并根据火情的进展，采取不同的灭火方法。
33.图1示意了锂电池失控的过程，根据锂电池热失控的过程特点，本发明采取了不同的探测及灭火方法(具体参见图2)。首先，对锂电池储能站电池组温度探测首选bms(电池管理系统)，通过电池管理系统可以对电池内部的温度实时监控，并把检测到的温度反馈给消防控制主机。如果bms检测到的温度超过了预设的温度预警值，则会对该电池组启动断电处理。
34.作为bms的替代方案，即在储能站没有搭载bms，则通过感温电缆对电池温度进行探测，并把检测到的温度反馈给消防控制主机，当探测到的温度达到预警温度时，消防控制主机启动储能站断电。
35.如果上述操作没有排出储能站故障，根据锂电池热失控的发展过程，电池温度将会继续升高，产生可热气体，红外热成像探测器可通过红外热成像技术探测电池表面温度。消防控制主机如收到气体探测器或红外热成像探测器探测出的可燃气体泄漏信息，并且收到探测到的电池表面温度超过90度，针对单个故障电池所在位置，消防控制主机就会启动分布深入式灭火系统，该系统为一种局部降温灭火的装置，可对故障电池局部降温。
36.如果故障继续发展，根据锂电池热失控的发展过程，故障电池喷出热烟雾，感烟、感温探测器就会探测到烟雾，同时启动报警。此时消防控制主机启动整个电站的全氟己酮灭火系统，实现全淹没式灭火。由于本发明在储能站还采用红外热成像探测，如果在上述探测或灭火的过程中储能站电池温度继续升高而发生明火燃烧或爆燃，红外热成像探测仪会把该信息传送给消防控制主机，消防控制主机会启动整个电站的高压细水雾灭火系统。经过以上灭火措施仍不能有效阻止情恶化，消防控制主机会控制打开电站的泄爆装置，这样发生爆炸时，能够快速减小封闭空间爆炸压力，减小爆炸危害的装置，减少爆炸损失。
37.以上方法，从单个电池、到整个电站的工作状态全监控，在火灾的不同阶段启动相应的处置措施，同时，方案也考虑到了充足的失效补救措施，最大限度降低财产损失。
38.作为优选方案，对bms或感温电缆对电池的温度监控，可设置3个预警级别，分别为一级预警，预警温度50℃；二级预警，预警温度70℃，三级预警，预警温度80℃，并根据预警级别采取不同的断电或灭火措施。
39.另外，为了更好的控制或消灭火灾，本发明还可以通过消防控制主机上的手动按钮，启动不同的灭火系统。
40.作为另一优选方案，对电池的局部降温还可以采用液氮降温装置，由于液氮温度低、降温速度快，可以达到更好的降温效果。
41.图3是本发明一种火灾探测及自动灭火方法的系统的实施例，其中感温电缆2可探测锂电池1的温度，并把探测的温度信息发送给消防主机9，当温度值超过消防主机中预设的预警温度值时，启动高压水雾灭火系统7为电池降温；感烟探测器3探测储能站锂电池1发出的烟雾、气体探测器4探测储能站锂电池1发出的可燃气体co、红外热成像探测器5探测储能站锂电池1表面温度或明火爆燃信息、感温探测器7探测储能站空间的温度，以上探测信
息发送给消防控制主机9，消防控制主机9根据得到的信息判断启动高压细水雾灭火系统7 或全氟己酮灭火系统8。
42.锂电池储能站内每种探测器的数量根据储能站的大小和电池的数量进行设置，消防控制主机可以通过网络进行远程操作。
43.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
44.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。