一种梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防系统

技术领域

本发明涉及灭火装置技术领域，具体涉及一种梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防系统。

背景技术

近年来，随着锂电池具有能量密度大、输出功率高、充放电寿命长等诸多优点，在交通动力领域、电力储能领域、移动通信领域等得到广泛的应用，已发展成为我国能源战略性新兴产业的一部分。然而随着锂电池在工程上的深入应用，其火灾安全问题也日益突出，由于锂电池是含能物质，特别是当其发生过热、短路、挤压等情况下，都会产生大量的热，引发内部电极材料和电解液的链式反应，进而发生热失控并发展成为大规模火灾、爆炸事故。

当前为了提高能源利用密度，在相对狭小的空间内，设置更多的能量存储，空间已经挤压到无法确保消防安全，例如一个40尺储能集装箱内布置2MWh的电池容量，pack中电芯紧密布置，一旦发生热失控，极易引起连锁式火灾蔓延与爆炸。传统火灾预警无法及时探测锂电池的热失控，当通过温感、烟感确认火灾时，往往已经发生大面积蔓延，再配上传统火灾释放技术，灭火剂无法第一时间绕过电池架、电池pack、模组进入到热失控的电芯附近实现灭火，且锂电池热失控最大的问题是由于其会持续产生热量，极易引起复燃，传统释放技术将面积在整个空间内均匀释放，随着灭火剂受到重力的作用往下沉，在热失控电池附近很难在较长的一段时间内保持较高的抑制浓度，没法将有限的灭火剂资源充分精准利用。

一种针对锂电池储能系统电芯体量大、火灾蔓延迅速、会有持续由内而外的发热、存在易复燃的特性的灭火装置颇为需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防系统，可以在稳定探火管内的压力，同时提高灭火剂输送距离，增加探火管可保护的范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防系统，包括电源管理系统，与电源管理系统连接的预警控制系统，与预警控制系统连接的灭火装置，灭火装置外接有感温探火管、大流量释放管路、局部释放管路，预警控制系统外接有局部数据汇总模块、锂电储能pack。

作为一种改进，所述电源管理系统，可以实时采集每个pack内电芯的温度T与电压U，并传输给预警控制系统。

作为一种改进，所述的预警控制系统为整个消防设备运行处理中心，预警控制系统采集电源管理系统内部数据，从而解析相应电芯的温度数据和电压数据；采集局部数据汇总模块，间接采集pack的热失控温度数据；采集烟感报警器、可燃气体浓度探测器、手动控制模块发出的火灾报警信号，经过系列的逻辑运算，控制灭火装置对应启动，控制信号联动模块输出。

作为一种改进，所述的灭火装置上设置有多个电磁阀，可以根据预警控制系统的指令，切换打开与关闭，实现灭火装置的选择性释放灭火剂。

作为一种改进，所述的感温探火管，是一种对温度敏感的耐压软管，指定温度范围爆破，对应还制定温度范围为120℃～180℃；内部可输送灭火剂，承受压力范围为5～10MPa。

作为一种改进，所述局部释放管布置在每个pack附近，预警控制系统发出对应启动指令，灭火剂从局部释放管释放灭火剂直接进入到pack内部实施灭火。

作为一种改进，所述局部数据汇总模块将热失控传感器由单点信号转为带地址的总线制信号，通过RS485、CAN、以太网方式传输给预警控制系统，预警控制系统将电池阀的控制信号通过RS485、CAN、以太网方式进行设置对应的阀门通断，实现点对点的信号采集与电磁阀控制。

作为一种改进，所述可燃气体探测器，是指能探测锂电池热失控挥发出来的可燃气体，常见的有一氧化碳、氢气，当达到设定浓度值时，报警信号输出。

作为一种改进，所述手动控制模块，内设手动启动和手动复位功能开关，当认为发现火情时，可以直接按下启动按钮，预警控制系统可以直接启动灭火装置，通过大流量释放管路直接释放全部灭火剂；需要取消操作时，按下复位按钮，实现所有操作、报警的复位。

作为一种改进，所述信号联动模块实现灭火剂释放时，联动第三方警报设备，第三方警报设备包括声光报警、警铃、灭火剂、释放指示灯等。

作为一种改进，所述探火管是一种达到设定温度会出现破口的软管，当pack达到一定温度时，探火管会出现破口，管内的压力会从破口处泄压，启动灭火装置，此时灭火剂一部分从破口处释放，实现精准灭火，同时另一部分灭火剂会从大流量管路释放大量灭火剂，进行纯感温的应急启动防护。

工作原理如下：

该发明创造中的梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防方法，包括如下启动方案：

梯次预警一，预警控制系统与电源管理系统联动，步骤一：预警控制系统通过电源管理系统实时采集每个pack内部的电芯的温度与电压；步骤二：预警控制系统分析pack里的热失控满足条件，即温度Tx≥T0，且Ux≤U0，T0为电池热失控边界温度条件，U0为电池热失控边界电压条件；步骤三：预警控制系统控制输出指令给灭火装置，启动局部总管上的电磁阀，以及局部电磁阀，实现灭火剂释放；步骤四：灭火装置持续释放灭火剂后下发复位指令，灭火剂释放一次的持续时间根据实际工程需求而定，持续释放时间结束后，预警控制系统对灭火装置上的所有电磁阀进行复位，从而完成一次喷放，当预警控制系统再次通过电源管理系统探测到满足温度与电压的边界条件时，循环重复步骤二～步骤四，实现梯次一预警下的多次精准喷放。

梯次预警二，预警控制系统与热失控传感器联动启动，步骤一：预警控制系统通过局部数据汇总模块实时采集热失控传感器数据；步骤二：分析pack热失控传感器是否满足热失控边界条件，即温度Trx≥Tr0，且Krx≥Kr0，Tr0为电池热失控时，pack环境边界温度条件，Kr0为电池热失控时，pack环境温度的升温速率，步骤三：预警控制系统控制输出指令给灭火装置，启动局部总管上的电磁阀，以及局部电磁阀，实现灭火剂释放；步骤四：灭火装置持续释放灭火剂后下发复位指令，灭火剂释放一次的持续时间根据实际工程需求而定，持续释放时间结束后，预警控制系统对灭火装置上的所有电磁阀进行复位，从而完成一次喷放，当预警控制系统再次通过局部数据汇总模块探测到满足温度与升温速率的边界条件时，循环重复步骤二～步骤四，实现梯次二预警下的多次精准喷放。

梯次预警三，预警控制系统通过烟感探测器，可燃气体探测器判定是否存在火灾隐患，再通过电源管理系统自带的温度信号Tx或者热失控传感器Trx信号，来综合判断火灾隐患与具体定位，实施步骤一：预警控制系统探测到烟感探测器，或者可燃气体探测器，确定存在火灾隐患；步骤二：预警控制系统探测到pack中的电芯温度Tx≥T0或者Trx Tr0，将火灾定位在第x个pack中；步骤三：警控制系统控制输出指令给灭火装置，启动局部总管上的电磁阀，以及第x个局部电磁阀，实现灭火剂释放；步骤四：灭火装置持续释放灭火剂后下发复位指令，灭火剂释放一次的持续时间根据实际工程需求而定，持续释放时间结束后，预警控制系统对灭火装置上的所有电磁阀进行复位，从而完成一次喷放，当预警控制系统再次探测到满足温度的边界条件时，循环重复步骤二～步骤四，实现梯次三预警下的多次精准喷放。

本发明创造的有益效果在于：灭火系统根据火灾信号，设置成循环探测，可以反复发送启动信号，实现多次启动，进行长期抑制锂电池火灾，解决复燃问题；预警控制系统与电源管理系统联动，通过在线实时分析电芯的电压、温度的变化关系，判断电池是否存在热失控，可以提前预警火灾风险，提高预警响应速度，更有利于将火灾控制在初期阶段实现抑制；通过解析热失控电芯的地址码、热失控传感器的地址码，可以精准到火灾发生部位，从而控制对应的局部电磁阀释放灭火剂，实现精准探测与精准灭火，提高灭火效率；通过实时分析电芯温度变化速率、热失控传感器的数据变化率，定位分析火灾发生，可以提高火灾判断的准确性，降低误报；通过设置烟感探测器、可燃气体探测器，实施锂电池热失控探测，再结合温度信号进行精准定位，进而实现锂电池精准火灾探测与灭火，提高预警响应速度和火灾定位精度。

附图说明：

图1.为本发明创造消防系统结构示意图；

图2.为本消防系统工作原理结构示意图；

图3.为本消防系统总工作流程示意图；

图4.为本消防系统梯次一工作流程示意图；

图5.为本消防系统梯次二工作流程示意图；

图6.为本消防系统梯次二工作流程示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示的一种梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防系统，包括电源管理系统1，与电源管理系统连接的预警控制系统2，与预警控制系统连接的灭火装置3，灭火装置外接有感温探火管4、大流量释放管路5、局部释放管路6，预警控制系统2外接有局部数据汇总模块7、锂电储能pack9。

作为一种改进，所述电源管理系统1，可以实时采集每个pack9内电芯的温度T与电压U，并传输给预警控制系统2。

作为一种改进，所述的预警控制系统2为整个消防设备运行处理中心，预警控制系统采集电源管理系统1内部数据，从而解析相应电芯的温度数据和电压数据；采集局部数据汇总模块7，间接采集pack9的热失控温度数据；采集烟感报警器10、可燃气体浓度探测器11、手动控制模块12发出的火灾报警信号，经过系列的逻辑运算，控制灭火装置3对应启动，控制信号联动模块13输出。

作为一种改进，所述的灭火装置3上设置有多个电磁阀，可以根据预警控制系统2的指令，切换打开与关闭，实现灭火装置的选择性释放灭火剂。

作为一种改进，所述的感温探火管4，是一种对温度敏感的耐压软管，指定温度范围爆破，对应还制定温度范围为120℃～180℃；内部可输送灭火剂，承受压力范围为5～10MPa。

作为一种改进，所述局部释放管8布置在每个pack9附近，预警控制系统2发出对应启动指令，灭火剂从局部释放管8释放灭火剂直接进入到pack9内部实施灭火。

作为一种改进，所述局部数据汇总模块7将热失控传感器13由单点信号转为带地址的总线制信号，通过RS485、CAN、以太网方式传输给预警控制系统2，预警控制系统2将电池阀9的控制信号通过RS485、CAN、以太网方式进行设置对应的阀门通断，实现点对点的信号采集与电磁阀控制。

作为一种改进，所述可燃气体探测器11，是指能探测锂电池热失控挥发出来的可燃气体，常见的有一氧化碳、氢气，当达到设定浓度值时，报警信号输出。

作为一种改进，所述手动控制模块12，内设手动启动和手动复位功能开关，当认为发现火情时，可以直接按下启动按钮，预警控制系统2可以直接启动灭火装置，通过大流量释放管路5直接释放全部灭火剂；需要取消操作时，按下复位按钮，实现所有操作、报警的复位。

作为一种改进，所述信号联动模块13实现灭火剂释放时，联动第三方警报设备，第三方警报设备包括声光报警、警铃、灭火剂、释放指示灯等。

作为一种改进，所述探火管4是一种达到设定温度会出现破口的软管，当pack9达到一定温度时，探火管4会出现破口，管内的压力会从破口处泄压，启动灭火装置3，此时灭火剂一部分从破口处释放，实现精准灭火，同时另一部分灭火剂会从大流量管路释放大量灭火剂，进行纯感温的应急启动防护。

工作原理如下：

该发明创造中的梯次预警与多次精准喷放锂电池储能单元消防方法，包括如下启动方案：

梯次预警一，预警控制系统2与电源管理系统1联动，步骤一：预警控制系统2通过电源管理系统1实时采集每个pack9内部的电芯的温度与电压；步骤二：预警控制系统2分析pack9里的热失控满足条件，即温度Tx≥T0，且Ux≤U0，T0为电池热失控边界温度条件，U0为电池热失控边界电压条件；步骤三：预警控制系统2控制输出指令给灭火装置3，启动局部总管6上的电磁阀，以及局部电磁阀15，实现灭火剂释放；步骤四：灭火装置持续释放灭火剂后下发复位指令，灭火剂释放一次的持续时间根据实际工程需求而定，持续释放时间结束后，预警控制系统2对灭火装置3上的所有电磁阀进行复位，从而完成一次喷放，当预警控制系统2再次通过电源管理系统1探测到满足温度与电压的边界条件时，循环重复步骤二～步骤四，实现梯次一预警下的多次精准喷放。

梯次预警二，预警控制系统2与热失控传感器14联动启动，步骤一：预警控制系统2通过局部数据汇总模块7实时采集热失控传感器数据；步骤二：分析pack9热失控传感器是否满足热失控边界条件，即温度Trx≥Tr0，且Krx≥Kr0，Tr0为电池热失控时，pack环境边界温度条件，Kr0为电池热失控时，pack环境温度的升温速率，步骤三：预警控制系统2控制输出指令给灭火装置3，启动局部总管6上的电磁阀，以及局部电磁阀15，实现灭火剂释放；步骤四：灭火装置持续释放灭火剂后下发复位指令，灭火剂释放一次的持续时间根据实际工程需求而定，持续释放时间结束后，预警控制系统2对灭火装置3上的所有电磁阀进行复位，从而完成一次喷放，当预警控制系统2再次通过局部数据汇总模块7探测到满足温度与升温速率的边界条件时，循环重复步骤二～步骤四，实现梯次二预警下的多次精准喷放。

梯次预警三，预警控制系统2通过烟感探测器10，可燃气体探测器11判定是否存在火灾隐患，再通过电源管理系统1自带的温度信号Tx或者热失控传感器Trx信号，来综合判断火灾隐患与具体定位，实施步骤一：预警控制系统2探测到烟感探测器10，或者可燃气体探测器11，确定存在火灾隐患；步骤二：预警控制系统2探测到pack9中的电芯温度Tx≥T0或者Trx Tr0，将火灾定位在第x个pack中；步骤三：警控制系统2控制输出指令给灭火装置3，启动局部总管6上的电磁阀，以及第x个局部电磁阀15，实现灭火剂释放；步骤四：灭火装置持续释放灭火剂后下发复位指令，灭火剂释放一次的持续时间根据实际工程需求而定，持续释放时间结束后，预警控制系统2对灭火装置3上的所有电磁阀进行复位，从而完成一次喷放，当预警控制系统2再次探测到满足温度的边界条件时，循环重复步骤二～步骤四，实现梯次三预警下的多次精准喷放。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明做出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。