一种储能电池舱消防系统及其灭火方法与流程

本发明涉及一种储能电池舱消防系统及其灭火方法，属于变电站消防自动化控制技术领域。

背景技术：

近年来我国储能技术快速发展，越来越多的大型储能锂电池舱应用于电力系统。锂电池储能系统的火灾危险性主要包括锂电池的火灾危险性和电气设备的火灾危险性等两个方面。

(一)锂电池的火灾危险性

研究发现，涉及锂电池的火灾主要是电解液分解、燃烧的结果是一种碳氢化合物气体燃烧火灾。美国消防协会(nfpa)针对锂电池燃烧火灾的研究中指出：锂电池的火灾危险主要来自其构造，与电池的物质组成直接相关。在滥用情况下，电池过热、过度充放电、电池设计缺陷及原材料瑕疵造成的短路等因素，均会导致锂电池内部的电池材料之间发生化学反应，电解液分解，产生大量的热和气体，从而引起电池的热失控。研究认为快速释放能量的热失控是引起电解液燃烧的主要原因，一旦发生热失控，电池温度迅速升高，直接导致电池材料燃烧。当锂电池电解液分解、燃烧产生的可燃性气体浓度达到一定程度后，遇明火会发生爆炸。

在大型锂电池储能系统中，电池组具有高密度、集中式分布的特点，锂电池模块通过串联形成单个电池组，多个电池组通过并联形成一个大容量储能单元。不仅增加了锂电池出现故障的概率，而且一旦发生火灾，也会因为电池之间无法切断电路，而增加火灾蔓延渠道。

(二)电气设备的火灾危险性

锂电池储能系统中存在大量的附属电气设备，这些设备的不安全使用也增加了储能系统整体的火灾危险性。当意外的高电压、大电流(雷电、浪涌)侵入时，锂电池储能系统被瞬时的高电压、大电流侵入，易发生火灾。一方面是因为锂电池储能系统中的电子设备高度集成化，从而降低了其对高电压、大电流的抵御能力；另一方面是因为系统中使用的通信线路数量较多，也造成高电压、大电流侵入的渠道增加。同时，保护元件失效也是引发火灾的重要原因之一。

(三)储能工程火灾的危害

通常情况下，锂电池燃烧时会产生大量气体，主要有氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、苯和甲苯等有机气体以及氯化氢、氟化氢等有毒气体。锂电池储能系统一般安装在变电站主要设备附近，其一旦发生火灾，储能电池箱内部的锂电池在高温情况下释放的氢气、一氧化碳等可燃气体，得不到有效控制极易造成火势迅速蔓延甚至发生爆炸、危及主电设备，进而造成巨大财产损失。

现有锂电池储能系统配备的消防装置，主要通过水灭火或者气体灭火。采用水灭火的方式需要长时间持续的喷淋，否则热量会快速回流，剩余活性物质仍然会被点燃，对水压和水量要求较高，，不能完全依靠水灭火的方式灭火。采用气体灭火的方式，灭火剂输送距离短，灭火剂成本高，且灭火过程中会产生酸性气体，对人体有害，不能完全依靠气体灭火的方式灭火。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种储能电池舱消防系统，针对电池和电气火灾的不同特点，能够采取不同的动作策略，最大限度遏制火灾发展。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供一种储能电池舱消防系统，包括预制舱，所述预制舱内设有若干储能电池箱，所述储能电池箱内设有火灾探测器，所述火灾探测器分别与火灾报警控制器的信号输入端电连接；

所述火灾报警控制器的信号输出端连接有气体灭火系统和水雾灭火系统；每个储能电池箱均配置有至少一个气体灭火系统和至少一个水雾灭火系统。

结合第一方面，进一步地，所述水雾灭火系统包括多个水雾喷头和用于控制各水雾喷头启停的开式分区控制阀组，各水雾喷头均通过管道与供水系统相连通，所述火灾报警控制器通过水雾灭火控制器与开式分区控制阀组信号连接。

结合第一方面，进一步地，所述供水系统配置有为管道增压的稳压泵和主泵，所述稳压泵与所述水雾灭火控制器信号连接，所述主泵通过主泵控制器与所述火灾报警控制器信号连接。

结合第一方面，进一步地，所述气体灭火系统包括气体灭火控制器和储备有灭火剂的存储设备，所述存储设备通过气体灭火控制器与所述火灾报警控制器信号连接。

结合第一方面，优选地，所述灭火气体包括七氟丙烷。

结合第一方面，进一步地，所述火灾探测器包括感温探测器、感烟探测器和可燃气体探测器，所述感温探测器、感烟探测器和可燃气体探测器均设有多个，不同类型探测器交差间隔布置。

优选地，可燃气体探测器设有两个阈值，能够将探测结果达到不同阈值的信号通信传输至火灾报警控制器。

结合第一方面，进一步地，还包括能够采集储能电池箱及其周边环境图像的视频监控系统，所述视频监控系统与远程监控终端通信连接，所述远程监控终端与火灾报警控制器通信连接。

结合第一方面，进一步地，还包括能够监测电池状态的电池管理系统，所述电池管理系统与所述远程监控终端通信连接，与所述火灾报警控制器联动。

结合第一方面，优选地，电池管理系统能够基于电池的健康状态、一致性状态、温度变化状态将非正常运行的电池组情况反馈至远程监控终端，实现及时预警。

结合第一方面，优选地，所述预制舱内还配置有舱级断路器、电动通风设备和事故照明设备，所述舱级断路器、电动通风设备和事故照明设备与所述电池管理系统通信连接。

结合第一方面，优选地，所述消防系统还配置有手动报警按钮，所述手动报警装置与火灾报警控制器通信连接。

第二方面，本发明提供一种储能电池舱消防系统的灭火方法，所述方法包括如下步骤：

根据火灾探测器探测结果判断储能电池箱发生的火灾类型：

当火灾类型为电气火灾时，则启用气体灭火系统扑灭明火后，启用水雾灭火系统冷却降温；

当火灾类型为电池火灾时，启用水雾灭火系统灭火及降温。

结合第二方面，进一步地，所述方法还包括：

远程监控储能电池箱的火灾情况，当火灾灭火完成且储能电池箱内温度下降至预设值时，远程关闭水雾灭火系统。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本消防系统配置有火灾探测器，具体包括感温探测器、感烟探测器和可燃气体探测器，通过多维度的探测手段，结合电池管理系统对电池状态的监控，能够及早发现火源、及时扑灭火灾；

本消防系统配置气体灭火系统和水雾灭火系统，针对火灾种类，采用不同组合工作方式，在精确高效完成灭火的同时，还能杜绝锂电池的复燃和爆炸；

本消防系统的火灾报警控制器能够与电池管理系统联动，在灭火和降温的之前及时断电，有效避免火情进一步扩散；

各功能系统及装置协同作用，实现灾前风险评估、灾时快速动作、灾后防护冷却，杜绝电池火灾的复燃和爆燃。

附图说明

图1是本发明一种储能电池舱消防系统火灾报警控制器结构示意图；

图2是本发明一种储能电池舱消防系统结构示意图；

图3为本发明一种储能电池舱消防系统电池管理系统的控制系统图；

图4为本发明一种储能电池舱消防系统储能电池箱内高压细水雾喷头布置图。

图中：1、高压细水雾喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，电气火灾指由于电气线路、用电设备、器具以及供配电设备出现故障性释放的热能，如高温、电弧、电火花以及非故障性释放的能量；如电热器具的炽热表面，在具备燃烧条件下引燃本体或其他可燃物而造成的火灾，也包括由雷电和静电引起的火灾。电池火灾指使用锂电池作为储能单元的电池箱和/或锂电池本身发生的火灾，具有着火速度快、持续时间长、扑灭困难的特点。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种储能电池舱消防系统火灾报警控制器的结构示意图，包括预制舱，预制舱内设有若干储能电池箱，储能电池箱内设有火灾探测器，火灾探测器包括感温探测器、感烟探测器和可燃气体探测器，各探测器分别与火灾报警控制器的信号输入端电连接；火灾报警控制器的信号输出端连接有气体灭火系统和水雾灭火系统；每个储能电池箱均配置有至少一个气体灭火系统和至少一个水雾灭火系统。

本发明的感温探测器、感烟探测器和可燃气体探测器均设有多个，不同类型探测器交差间隔布置。

如图4所示，本发明的水雾灭火系统包括多个水雾喷头和用于控制各水雾喷头启停的开式分区控制阀组，各水雾喷头均通过管道与供水系统相连通，火灾报警控制器通过水雾灭火控制器与开式分区控制阀组信号连接。供水系统配置有为管道增压的稳压泵和主泵，所述稳压泵与所述水雾灭火控制器信号连接，所述主泵通过主泵控制器与所述火灾报警控制器信号连接。水雾灭火系统启动后，自动开启对应区域的控制阀，管道内压力下降，稳压泵启动，稳压泵运行设定时长后，压力仍达不到设定的压力时，主泵启动同时稳压泵停止运行，主泵开始供水，水喷头喷细水雾灭火。

本发明的气体灭火系统包括气体灭火控制器和储备有灭火剂的存储设备，存储设备通过气体灭火控制器与火灾报警控制器信号连接。具体地，灭火气体为七氟丙烷。

如图2所示，本发明还包括视频监控系统和电池管理系统。

如图3所示，电池管理系统能够监测电池状态，与远程监控终端通信连接，与火灾报警控制器联动。电池管理系统能够基于电池的健康状态、一致性状态、温度变化状态将非正常运行的电池组情况反馈至远程监控终端，实现及时预警。

具体地，储能电池箱内均匀间隔配置有多个温度传感元件，与电池管理系统连接，当检测到电池和箱体内温度过高时及时预警，并直接启动预制舱的通风设备以及空调，保持储能电池箱内温度不超过规范的要求，保证电池不过热、不自燃。

针对储能电池箱内的电气火灾和电池火灾的不同特点，采用不同的灭火系统、分阶段进行联动。具体地，根据火灾探测器探测结果判断储能电池箱发生的火灾类型：

当火灾类型为电气火灾时，则启用气体灭火系统扑灭明火后，启用水雾灭火系统冷却降温；当火灾类型为电池火灾时，启用水雾灭火系统灭火及降温。

具体地，气体灭火剂的喷洒持续时间为10秒，喷洒完毕后储能电池箱保持10分钟密封状态，10分钟后火灾报警控制器控制水雾灭火系统启动。

如图3所示，预制舱内设置有舱级断路器、电动通风设备和事故照明设备火灾探测器，与电池管理系统通信连接。具体地，当储能电池舱内有一个可燃气体探测器检测到可燃气体浓度达到第一阈值，火灾报警控制器与电池管理系统联动，启动舱级断路器切断电池组电路，切断该区域的空调，启动事故通风风机。当储能电池舱内有二个可燃气体探测器检测到可燃气体浓度达到第二阈值，火灾报警控制器与电池管理系统联动，启动舱级断路器切断电池组电路，切断该区域的空调，启动事故通风风机，启动水雾灭火系统。当储能电池舱内有二个及以上的感烟探测器或感温探测器检测到异常，或由一个感烟探测器（或感温探测器）检测到异常，同时有一个手动火灾报警按钮被操作，火灾报警控制器与电池管理系统联动，火灾报警控制器自动控制泄压口打开；自动控制相关门禁系统关闭，切断火灾区域空调及风机电源；切断pcs断路器。火灾报警控制器自启动火灾区域的气体灭火系统。由火灾报警系统判断气体灭火系统动作后，延时10分钟后再启动水雾系统。火灾报警控制器判断储能电池箱发生的火灾类型为电气火灾还是电池火灾。

视频监控系统能够采集储能电池箱及其周边环境图像的视频监控系统，视频监控系统与远程监控终端通信连接，远程监控终端与火灾报警控制器通信连接。具体地，远程监控系统能够远程监控储能电池箱的火灾情况：当火灾灭火完成且储能电池箱内温度下降至预设值时，远程关闭水雾灭火系统；当远程监控系统判断火灾报警控制器误启动时，远程关闭水雾灭火系统。

需要说明的是，本发明提供的消防系统还配置有手动报警按钮，与火灾报警控制器通信连接。当现场工作人员先行发现火灾发生，能够手动启动火灾报警控制器；当监控人员先行发现火灾发生，能够通过远程监控系统远程启动火灾报警控制器；当巡视人员发现火灾发生时，能够就近手动启动水雾灭火系统的主泵控制器，

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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