一种锂离子电池储能单元智能消防扑救系统的制作方法

本发明涉及储能单元的消防系统，具体涉及一种可对锂离子电池储能单元火灾及热失控实现自动灭火扑救并兼具移动智能化管理功能的锂离子电池储能单元智能消防扑救系统。

背景技术：

锂离子电池具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长、无污染、工作温度范围宽、自放电小等诸多优点，因此其在电动汽车、电网储能系统等领域有着广泛的应用。锂电池储能系统主要由电池储能单元、能量转换系统、电池管理系统等关键设备组成，用于实现配电网侧的削峰填谷、调频、调压等功能。其中，锂电池储能单元是一种由电路相联的若干锂电池组（模块）和电路设备组成并放置于密封空间的单元集合，其为储能系统能量承载的核心设备。由于锂电池在充放电过程会产生大量的热量，特别是在滥用的条件，热量的积累易导致电池（模块）温度的急剧升高并发生热失控，从而引发锂电池火灾爆炸事故的发生。如防控不当或消防扑救不及时，极有可能造成火灾向周边储能单元蔓延扩大，从而引起大规模火灾爆炸事故的发生。因此，配置先进高效的消防灭火系统对于储能系统的安全运营具有重要意义。

目前，针对锂离子电池储能单元火灾的消防扑救研究还存在着明显不足，相关消防系统更是严重缺乏。现有的消防系统主要参考电气类火灾进行设计，多采用固定式气体灭火系统。发生火灾后，安装在防护区域的感温、感烟探测器发出火灾报警，并启动气体灭火系统向着火区域喷洒灭火剂，通过全淹没方式对整个区域进行灭火保护。传统灭火系统对于扑灭锂电池储能单元火灾存在诸多缺陷：（1）其灭火对象通常为火势较大的设备火灾，而无法对密闭空间内的火源进行点对点式扑救；（2）该灭火系统的动作时间慢，需等到火灾发展到较大规模，探测器接收到高温或烟气等火灾信号后才能动作，丧失最佳灭火时机；（3）灭火剂用量大，需要灭火剂淹没到整个防护区域内才能实施有效灭火，且由于灭火剂不能快速渗透到密闭设备内部，灭火效果差；此外灭火剂多为二氧化碳、惰性混合气等气体，降温效果差，灭火效率低下；（4）该灭火系统结构复杂，对安装环境要求高，投资成本高，且不具备远程移动控制的功能。

显然传统灭火系统无法适用于锂电池早期火灾的预防和早期扑救，因此针对锂离子电池储能单元亟需设计出新型智能化的消防扑救系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锂离子电池储能单元智能消防扑救系统，在锂离子电池储能单元发生热失控导致温度异常升高或在火灾初期，针对着火区域或温度异常位置及时喷放灭火剂进行灭火、降温处置；同时每个储能单元的灭火装置相对独立，可通过消防系统管理主机、移动客户端进行智能监控管理。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂离子电池储能单元智能消防扑救系统，主要包括：灭火系统、消防通讯系统、消防管理系统。

进一步的，灭火系统包括灭火剂储球、释放阀、火探管、控制阀、灭火剂输运管道和喷头，其中：灭火剂储球主要用于储存灭火剂，可为一半圆球状结构，灭火剂储球的外壁上设计有挂钩结构，实现将灭火剂储球悬挂于锂离子电池储能单元顶部；同时在灭火剂储球上设有第一释放口和第二释放口，第一释放口处安装释放阀，主要用于控制灭火剂的喷放，释放阀还进一步连接火探管，火探管按一定顺序沿着储能电池（模块）的表面进行布置；第二释放口处安装控制阀，控制阀的后部连接灭火剂输运管道，用于输运灭火剂。灭火剂输运管道的尾端安装喷头，用于喷洒灭火剂到防护区内。

进一步的，消防通讯系统包括压力信号发生器、无线信号发生器、无线信号接收器、灭火控制器和消防系统控制器，压力信号发生器、无线信号发生器和无线信号接收器组成消防管理系统模块。火探管尾部安装压力信号发生器，实现实时监测火探管内部压力变化的功能。无线信号发生器用于接收压力信号发生器产生的电信号，并将相应电信号转化为无线信号发出。控制阀可接收灭火控制器发来的指令信号。无线信号接收器可将远程无线信号转化成电信号输入给灭火控制器。消防系统控制器可接收来自无线信号发生器产生的无线信号，实现对从储能单元传输来的火灾信号进行识别、判断的功能，并可发送无线信号至无线信号接收器，进而传输到灭火控制器。

消防管理系统由消防系统管理主机和消防系统移动终端组成。消防系统管理主机与消防系统控制器连接，实现对储能系统各个储能单元灭火系统进行实时监控管理的功能。消防系统管理主机与互联网连接，并实时将消防系统相关数据传输到互联网实现远程共享。消防系统移动终端可实时接收来自消防系统管理主机提供的数据，实现远程监控、管理储能站内消防系统的功能。

进一步的，消防系统的灭火装置有两种启动方式，分别为自动启动和手动启动。自动启动主要由火探管受热破裂自动释放灭火剂到着火区域或发生热失控电池（模块）位置处实施灭火或降温。当人员发现储能单元内发生火情后，也可通过手动方式打开消防系统控制器或消防系统管理主机或消防系统移动终端上的“紧急启动”按钮或按键，从而快速开启电磁阀，通过喷头向着火区域喷放灭火剂实施灭火。

进一步的，消防系统的灭火介质选用七氟丙烷、Novec1230等高效气体灭火剂。灭火剂充装于灭火剂储球内，且灭火剂的储存量满足全淹没灭火方式所需的最小灭火剂用量。灭火剂用量应根据储能单元封闭空间的体积，以及灭火设计浓度进行计算。

进一步的，火探管破裂温度的设定应根据所使用锂离子电池类型以及热失控温度进行确定。火探管根据电池（模块）在储能单元内的安放方式依次固定于电池表面，在单块电池表面呈U型或其他方式布置，增大火探管探测区域面积。

进一步的，整套消防系统具备无线、远程监控管理功能，火探管尾端安装的压力信号发生器可通过无线信号发射器将火探管内的压力变化以无线信号形式传输到消防系统控制器；消防系统控制器可以发出无线信号传输至灭火控制器，启动电池阀通过喷头喷放灭火剂进行灭火。消防系统控制器接收、产生的信号指令可通过消防系统管理主机、消防系统移动控制单元进行监控、管理。

本发明的优点在于：

1、本消防系统具备自动和手动两种灭火启动方式，当储能电池发生火灾或热失控致使电池温度异常升高，火探管熔化破裂自动喷放灭火剂实施灭火。当人工发现火情或火探管灭火系统失效的情况下，可手动开启灭火剂储球通过喷头向防护区内喷洒灭火剂进行灭火扑救。

2、相对于传统灭火系统，本消防系统不需要安装感温、感烟等火灾探测装置，火灾发生初期，贴附在电池表面的火探管即可熔化破裂喷放灭火剂进行点对点式灭火保护，响应时间快，可将火灾扑灭在萌芽状态，灭火剂用量少，且对相邻电池储能单元无影响。

3、本消防系统中火探管采用U型方式布置在电池表面，增大探测区域面积，便于精准定位储能单元火灾或热失控位置，从而实现快速有效的灭火。

4、本消防系统中灭火剂储球悬挂于储能单元柜的顶部，不需专门存放空间，且储球安装简单，灭火剂更换方便。

5、本消防系统中灭火装置与消防系统控制器通过无线信号通信，避免复杂的电路连接。

6、本消防系统的配备有智能化的消防系统管理主机以及消防系统移动终端，可实现对储能系统（站）各储能单元的消防系统进行实时、远程的监控管理的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为锂离子电池储能单元内的火探管布置图；

图2为锂离子电池储能单元智能消防扑救系统中的灭火系统的组成示意图；

图3为锂离子电池储能单元智能消防扑救系统中的消防管理系统示意图；

图4锂离子电池储能单元智能消防扑救系统的工作流程图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图4，本实施例中的锂离子电池储能单元智能消防扑救系统包括：灭火系统、消防通讯系统、消防管理系统。

灭火系统安装在锂电子电池储能单元中并位于锂电子电池储能单元的顶部，包括：灭火剂储球7、释放阀8、火探管5、控制阀9、灭火剂输运管道13和喷头10，其中：

灭火剂储球7用于充装、储存灭火剂，其大小根据灭火剂种类和用量确定。本发明中灭火剂应选用高效气体灭火剂，如七氟丙烷、Novec1230等。灭火剂储球7中灭火剂的充装量应满足全淹没灭火方式所需的最小灭火剂用量。灭火剂用量的计算应综合考虑防护区域的体积以及灭火设计浓度。根据国家标准规范以及研究结果，采用七氟丙烷作为灭火剂时，灭火设计浓度宜采用8%-10%；Novec1230作为灭火剂时，灭火设计浓度宜采用4%-6%。

如图2所示，灭火剂储球7可为半圆球状结构，为方便安装以及节省空间，灭火剂储球7的外壁上可有挂钩结构，通过该挂钩结构实现将灭火剂储球7悬挂于电池储能单元的顶部；

灭火剂储球7上两个泄放口，两个泄放口可位于半球结构的直径的两个端点上，将泄放口定义为第一释放口和第二释放口，分别作为自动和手动灭火两种情况下的灭火剂释放口。在灭火剂储球7的第一释放口位置处连接释放阀8的一端，释放阀8的另一端连接火探管5，通过释放阀8用于打开灭火剂储球7，通过火探管5释放出灭火剂。

由于锂电子电池储能单元包括电池柜1、位于电池柜1内的若干个储能电池4，储能电池4放置在电池架3上并用隔板2隔开。火探管5按一定顺序依次固定在储能电池的上表面；为增大火探管5的探测面积，火探管5在单个储能电池上呈U型或其他方式布置。火探管5熔化破裂温度应根据锂离子电池类型以及热失控温度进行确定，研究表明锂离子电池的热失控温度在65～130℃之间，该温度区间可作为设置火探管5熔化温度的参考值。

灭火剂储球7的第二释放口通过灭火剂输运管道13连接安装控制阀9，用于手动灭火情况下打开灭火剂储球7；控制阀9后连接灭火剂输运管道13和喷头10；灭火剂通过控制阀9后经由灭火剂输运管道13传输，并由喷头10喷洒到防护区内。喷头10的规格需根据锂离子电池储能单元的体积等参数来确定。

消防通讯系统包括：消防管理系统模块11、灭火控制器6、消防系统控制器14，整个消防通讯系统用于实现实时双向传递灭火系统启动信号、指令。消防管理系统模块11集成了压力信号发生器、无线信号发生器、无线信号接收器等，其中，压力信号发生器安装在火探管5的尾部，用于监测火探管5内部压力变化；无线信号发生器通过电路与压力信号发生器连接，接收压力信号发生器产生的电信号，并将相应电信号转化为无线信号发出，无线信号可被安装在监控室内的消防系统控制器14接收、识别和判断，进而得到灭火系统的工作状态。消防系统控制器14也可以发出启动灭火系统的指令信号，发出的指令信号以无线信号形式传送到消防管理系统模块11中的无线信号接收器，无线信号接收器将无线信号转化成电信号传输给灭火控制器6。无线信号接收器和灭火控制器之间通过导线12连接。控制阀9由导线12与灭火控制器6连接，并接收其发来的指令信号。消防通讯系统内各部件由交流220V电源供电，在断电时可由蓄电池供电。

消防管理系统由消防系统管理主机15和消防移动终端组成，实现对锂电子电池储能单元中的灭火系统工作状态进行实时监控管理的功能。消防系统管理主机安装在监控室内，通过电路与消防系统控制器14连接，用于储存、管理各储能单元灭火系统工作数据。工作人员可通过消防管理主机15对灭火控制器6发送指令，用于开启灭火系统。同时消防系统管理主机15与互联网连接，并实时将消防系统工作数据传输到互联网实现远程共享。消防移动终端，如手机上安装相应的管理模块（APP），可实时接收消防系统管理主机15在互联网上共享的数据，同时消防移动终端与消防管理主机15数据实时同步，进而实现远程移动监控、管理储能站内消防系统的功能。

本发明中灭火系统的启动包括两种模式，分别为火探管5熔化破裂自动灭火方式和手动操作启动灭火方式。具体实现方式为：

（1）火探管5熔化破裂自动灭火方式。当锂离子电池储能单元中的储能电池4出现热失控或发生火灾时，电池表面温度快速升高，当储能电池4表面温度高于火探管5破裂设计温度时，贴附在储能电池4表面的火探管5发生熔化破裂，导致火探管5内压力快速下降，由于火探管5与灭火剂储球7内存在压力差从而打开释放阀8，此时灭火剂储球7内灭火剂通过第一释放口快速喷出，并由火探管5破裂口处释放到储能电池着火区域或发生热失控电池位置处，快速扑灭火灾或者对电池热失控导致的温度异常升高进行降温处理。与此同时，安装在火探管5尾端的压力信号发生器监测到管内压力的下降，输出一电信号到无线信号发生器，无线信号发生器将此电信号转化为无线信号发送至消防系统控制器14。消防系统控制器14通过对接收到信号进行识别、判断，发出火灾报警信息，并将火警信息、灭火系统已启动等信号上传至消防系统管理主机15以及消防系统移动终端，消防系统管理主机15操作人员以及手持移动客户端的人员均可获知火警信息，如火灾发生位置等。

（2）手动操作启动灭火方式。当工作人员发现某个储能电池单元4发生火灾或热失控，而此时火探管5灭火装置未及时启动的情况下，可通过消防系统控制器14、消防系统管理主机15以及消防系统移动终端任一装置上的“紧急启动”按钮/按键发出灭火系统启动信号，发出的灭火系统启动信号通过消防系统控制器14转化为无线信号，并被相对应的无线信号接收器接收，无线信号接收器将此无线信号转为电信号传输到灭火控制器6，此时灭火控制器6开启控制阀9，进而打开灭火剂储球7，灭火剂通过控制阀9、输运管道13后，由喷头10向着火区域或热失控区域喷放灭火剂实施灭火或降温处理。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。