一种储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃协同系统及其应用的制作方法

本公开涉及电力系统，尤其涉及一种储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃协同系统及其应用。

背景技术：

1、风电、光伏等能源清洁低碳，然而风电、光伏能源波动性和随机性强，需要配置大规模储能。锂离子电池储能是一类重要的储能系统，据中关村储能产业技术联盟统计，2022年我国储能锂离子电池装机规模突破6gw，较2021年同比增长228％。预计到2035年，装机规模将达600gw。然而锂离子电池在内外部故障诱发下，极易发生热失控，释放大量氢气、一氧化碳等易燃气体，引起火灾和爆炸。近年来，国内外锂离子电池储能系统起火爆炸事故频发，全球报道累计60余起。起火爆炸等安全问题已成为制约锂离子电池储能产业发展的关键因素。

2、近年来，锂离子电池储能电站的容量越来越大，可达数百mwh至数gwh，发生热失控故障时能量巨大，危害性极强。储能锂电池系统热失控故障存在火灾蔓延速度快，产生大量可燃易爆气体，极易起火爆炸两大特点，需要快速灭明火和持续抑制爆炸。

3、目前常规的储能锂离子电池灭火技术主要包括细水雾、七氟丙烷、全氟己酮灭火系统。细水雾难以短时间穿越火羽和烟羽到达火源根部，灭明火时间长，贻误火情，且水导电，电池热失控时会喷出大量强导电性质的锂盐，极易造成电气设备短路，扩大火灾。七氟丙烷、全氟己酮虽然可以快速扑灭明火，但是灭火剂气化潜热很小，降温性能差，无法抑制电池热失控复燃。同时全氟己酮等氟基灭火介质在灭火过程中会产生大量对人体有毒有害的氟化氢气体，安全性能差。

4、此外，储能锂离子电池系统发生热失控故障时，会产生大量氢气、一氧化碳等易燃易燃气体，近年来发生的储能电站重大事故大多发生了爆炸，引起人员伤亡，因此锂离子电池储能系统亟需防爆。

5、目前的储能系统防爆主要靠储能舱的排风，响应速度慢，防爆效率低。专利cn115912666a提出一种采用液氮处置电化学储能电站，抑制锂电池起火爆炸的方法，但是液氮温度低至-196℃，使用危险性比较高，且液氮制氮成本较高，应用难度较大。

6、综上所述，开发安全可靠的储能锂电池高效灭火和降温惰化抑爆方法及系统成为研究的热点。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题中的至少之一，本公开提供了一种储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃协同系统及其应用。

2、作为一个方面，本公开提供了一种储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃的协同系统，包括：一个或多个设置于储能电池舱1内的热失控监测模块15；具有安全灭火介质存储模块3的安全灭火模块2，其中，安全灭火介质包括氟基灭火剂、氯基灭火剂或溴基灭火介质中的任意一种或至少两种的组合；具有惰化抑爆防复燃介质存储模块7的惰化抑爆防复燃模块6；均匀混合安全灭火介质和/或惰化抑爆防复燃介质的混合室11，其中，混合室的一侧连接储能电池舱，另一侧连通安全灭火模块、惰化抑爆防复燃模块；控制模块10，通讯连接于热失控监测模块15，接收热失控监测模块15发出的信号的同时控制安全灭火模块2和惰化抑爆防复燃模块6的开启或关闭。

3、作为另一个方面，本公开提供了一种包括上述的协同系统的储能锂离子电池。

4、作为再一个方面，本公开提供了一种利用上述的协同系统的储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆方法，包括：储能电池舱内的易燃易爆气体超标时，利用热失控监测模块定位储能电池舱内的电池热失控易燃易爆气体超标位置，开启惰化抑爆防复燃模块，抑制气体爆炸；和/或储能电池舱内发生火灾时，利用热失控监测模块定位储能电池舱内的火灾发生位置，同时开启安全灭火模块和惰化抑爆防复燃模块，将安全灭火介质和惰化抑爆防复燃介质在混合室内均匀混合后，首先灭明火，然后利用惰化抑爆防复燃介质的冷却效果防止电池复燃，并利用惰化抑爆防复燃介质的惰化特性持续抑制锂电池储能系统爆炸。

5、本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

6、首先，采用氟基灭火剂和氯基灭火剂、溴基灭火剂联用，不仅可以增强灭火剂的灭火性能，还能显著降低灭火剂的灭火毒性，提升灭火介质的安全性；其原理如下：

7、通过采用不同沸点范围的氟基灭火剂、氯基灭火剂、溴基灭火剂，三者灭火介质可以形成梯度阻燃作用，提升灭火效果。其中，氟基灭火剂的沸点较低，火灾发生初期，以及在空间位置的上层形成灭火效果，氯基灭火剂沸点处于中等，溴基灭火剂的沸点最高，分别在火灾发生的中、后期，以及空间位置的中、下部形成灭火效果，提升灭火剂的综合灭火效率。其中，降低毒性的原因是：氯基和溴基灭火剂通过cl和br原子的催化重整循环反应抑制火灾，其中hcl和hbr是灭火过程中的中间产物，起到了催化的作用，本身的含量低，且cl和br原子吸收了大量的h和oh自由基，避免了h自由基和f原子的结合产生hf有毒气体，显著提升的灭火安全性。

8、在氟基灭火剂中添加一定比例的氯基灭火剂、溴基灭火剂，才能获得最好的灭火效果。其原因在于：电池热失控速度快，需要快速灭火，而氟基灭火剂的扩散能力最强，可以最快时间抑制h-o-c燃烧自由基，阻断燃烧链式反应，抑制火势。最终，将一定比例的氟基灭火剂、氯基灭火剂、溴基灭火剂三者混合，各类灭火剂互溶，可以同时多梯度提升安全灭火和防复燃的功能。

9、其次，通过安全灭火介质(存在于安全灭火介质存储模块中)快速扑灭火灾；通过冷却的惰化抑爆防复燃介质(存在于惰化抑爆防复燃介质存储模块)吸收热失控产生的热量，稀释易燃易爆气体，防止储能锂离子电池复燃和爆炸，能够同时实现安全快速扑灭电池明火、抑制储能电池舱爆炸，以及持续冷却电池防复燃三大功能，有效地解决储能锂离子电池的热失控安全问题。具体地解释如下：储能锂离子电池灭火介质一般为常温常压下为液体的低沸点物质，如全氟己酮等含氟灭火剂等，沸点通常在20～100℃。这些灭火介质采用低压管道输送。而惰化抑爆防复燃介质通常为高压惰性气体，比如co2、n2等。因此，难以将灭火介质和惰化抑爆防复燃介质利用一套管道喷射，同时实现灭火和防复燃防爆。而分成两套系统喷射，管道过于复杂，经济性和稳定性差。本公开的实施例将两种介质共用一套管道喷射的方法：利用雾化喷头将安全灭火介质高效分散雾化，喷射入惰化抑爆防复燃气体中，设置一个混合室，两者形成充分混合的紊流介质，通过同一套管道，携带喷射入电池模组中灭火，实现共一套管道同时实现灭火和抑爆防复燃功能。因此，本公开实施例通过一套管道喷射的方法的经济性和稳定性更好。

10、然后，安全灭火模块和惰化抑爆防复燃模块分别通过不同的控制阀门连通于混合室，使得安全灭火介质和惰化抑爆防复燃介质能够在混合室内高效均匀地混合，进一步有效地控制了储能锂离子电池的热失控安全问题。

11、此外，安全灭火介质采用惰化抑爆的压力源，设备简单可靠，经济性好。

技术特征：

1.一种储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃的协同系统，包括：

2.根据权利要求1所述的协同系统，其中，

3.根据权利要求1所述的协同系统，其中，

4.根据权利要求2所述的协同系统，其中，

5.根据权利要求2所述的协同系统，其中，

6.根据权利要求2所述的协同系统，其中，

7.根据权利要求1所述的协同系统，其中，

8.根据权利要求1所述的协同系统，其中，

9.根据权利要求1～8任一项所述的协同系统，其中，

10.根据权利要求1～8任一项所述的协同系统，其中，

11.一种包括权利要求1～8任一项所述的协同系统的储能锂离子电池。

12.一种利用权利要求1～8任一项所述的协同系统的储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆方法，包括：

技术总结
本公开涉及一种储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃协同系统及其应用。通过储能锂离子电池安全灭火惰化抑爆防复燃的协同系统中各个模块之间的协同作用，同时实现了安全快速灭明火、冷却防止电池复燃，以及惰化易爆气体抑制储能系统爆炸的功能。

技术研发人员：陈宝辉,吴传平,邓捷,梁平,周天念,刘毓,潘碧宸
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4