一种锂电池防复燃灭火装置及其灭火剂经济喷射方法

技术领域

本发明涉及锂电池防复燃技术领域，更具体地说，涉及一种锂电池防复燃灭火装置及其灭火剂经济喷射方法。

背景技术

在涉及锂离子电池存放及充电的生产、测试、应用领域，常常需要在密闭的空间内进行锂电池或含锂电池产品的充放电或者静止存放行为，例如在电池生产企业研发实验室内的一些测试是在各类模拟环境试验箱、防爆测试箱中进行的；而户外常见的电动汽车自动换电柜，乃至使用锂电池的储能集装箱也是在密闭的空间进行大量锂电池的存放和充电。然而由于锂电池自身特性，当前还无法实现完全安全的应用锂电池产品。在进行上述应用上，往往需要增加配套的火灾监测装置和火灾扑灭装置。

由于锂电池自燃瞬间，会喷射出大量的浓烟甚至火焰，上述火灾监测装置，通常以烟雾报警器作为信号来源，感知电池火灾后触发动作，然而烟雾报警器是需要在电池失控后才能发现并报警的，无法实现事故预警预防功能。个别应用实践中可能会在电池表面粘贴热电偶、热电阻型测温装置来在电池过充电前识别，然而这些仅限于少量电池芯在进行测试，电池较多或者电池成组后此种方式操作难度非常大。

在应用灭火剂方面，扑灭电池火灾时，行业应用过的灭火耗材有喷淋水、气溶胶灭火器、喷射二氧化碳降温、喷射七氟丙烷气体灭火剂以及近来兴起的喷洒全氟己酮灭火剂。水是公认的灭火效果最佳方式，但是对于设备内带有电气装置等场合，不能使用。而气体灭火剂效果越好，应用价格越高，如对环境友好且灭火效果优秀的全氟己酮，就因其成本限制了其快速推广应用。应用价格高除了因为这类清洁灭火剂自身昂贵，另一方面是因为喷射时难以掌控有效灭火剂量造成的浪费。

由于锂离子电池尤其是容量、体积较大的电池组，在火灾产生时，都是核心温度急剧上升并穿透到电池表面，而对其进行灭火不仅需要扑灭明火，更需要将其彻底冷却到电池内部核心。如果电池火灾扑灭后不能持续降温直到失控电池内部核心温度降低到安全，不再发热，那么电池内部能量将会持续反应并向外表面传递，引发二次起火。所以，锂离子电池扑灭火灾的关键在于预防和扑灭二次、多次复燃。对于开放场合的锂离子电池火灾，扑灭其火灾都是使用大量的水持续不停的降温覆盖，明火扑灭后还继续进行喷射和防范。然而对于不适宜用水灭火的含高价值电气部件的应用锂电池的封闭空间，行业使用清洁高效的灭火剂进行过量的喷射，持续长时间淹没空间，以达到防范电池复燃目的。

这类灭火方式，无法对灭火效果进行识别，对仅需较少灭火剂即可控制的低容量、低荷电状态电池也是无差别喷射，此外，火灾触发后对于火情火势缺乏进一步的监测感知能力，需等待较长时间无异常才可认定处置完毕。即，当前针对锂离子电池火灾的灭火装置系统非常不经济、不智能。

在专利号：202022637075.4的申请中，就公开了一种锂离子电池火灾自动报警自动灭火的装置。该发明在防爆柜里设置无线报警烟感探测器来感应锂电池火灾，应用液态二氧化碳瓶进行二氧化碳气雾喷射来实现灭火。如前文所述，烟雾探测器发现火灾但难以防患未“燃”；二氧化碳灭火所达到的降温和灭火效果在应对小型锂离子电池集中存放中起火尚可，在应对较大电池模组、系统时已被行业证明冷却效果，降温难以作用到电池起火燃烧局部有限，难以有效防止二次复燃。

申请号202010466904.9中公开了一种全氟己酮快速灭火装置及灭火系统，其使用烟雾报警器作为火灾信号源，起火时又一次性将效果好成本高的灭火剂全部使用，经济性一般；无法区别不复燃的少量电池还是会多次复燃的大量密集电池堆起火，该系统不使用足量灭火剂就可能造成灭火后电池二次复燃，使用足量灭火剂又可能造成灭火剂的大量浪费。

申请号201610942209.9中公开了一种消防炮灭火效果自动监测、防复燃系统及方法，其使用了水炮上的红外热成像仪作为火灾的信息采集单元和位置采集单元，火灾时联动高压水枪实现“水炮”的灭火动作。水炮可以防止复燃，其方法是大量水流直接喷射起火位置。但是水炮的灭火剂不绝缘、水炮的定向射流部件复杂体积大、成本高，仅对大空间场景下的火灾控制有效，对于纵深较小的密闭空间、且需要绝缘灭火的锂电池箱内舱内存放场景，难以施展。虽然行业曾简单类比将消防水炮类喷射装置至于密闭空间，也将水流改为喷射其他灭火剂，但由于这类红外探测易受遮挡、没有有效的探测纵深实现较大的覆盖面积、在小空间难以布设高带宽通讯网络，对没有探测纵深的小空间不具备经济可行性，没有得到较好的应用；

需要一种能够以较低的成本，给锂离子电池灭火的系统增加防患未“燃”的预警能力，还能够增加灭火系统应对锂离子电池火灾复燃的能力，同时有效节省灭火剂提升高效清洁灭火剂的效用比的锂电池防复燃灭火装置及其灭火剂经济喷射方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种锂电池防复燃灭火装置及其灭火剂经济喷射方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种锂电池防复燃灭火装置，其中，包括一个或多个红外温度监测模块、通讯控制供电总线、报警联动主机、与所述红外温度监测模块对应的灭火剂喷头、与所述灭火剂喷头对应的电磁阀和灭火剂容器；

所述红外温度监测模块以及所述电磁阀均通过通讯控制供电总线与所述报警联动主机电连接并受其控制；

所述灭火剂容器上连接设置有灭火剂管道，所述灭火剂喷头与所述灭火剂管道连接，所述电磁阀用于一一对应控制所述灭火剂喷头的启动和关闭；

所述红外温度监测模块，应用了低分辨率面阵式红外温度传感器与微处理器，可以从不同角度对目标进行面式覆盖的红外温度检测,并将温度监测结果通过总线上报给报警联动主机；

所述报警联动主机，用于问询每个所述红外温度监测模块的监测温度数据，在多个红外温度监测模块中有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的报警条件时进行报警，在多个红外温度监测模块中各红外温度监测模块监测温度数据满足设定的复位条件时取消报警，在多个红外温度监测模块中有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的首次动作条件时进行开启电磁阀灭火，在多个红外温度监测模块中所有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的防复燃待命条件时进行关闭电磁阀并进入防复燃待命状态，在多个红外温度监测模块中有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的防复燃动作条件时开启电磁阀灭火。

本发明所述的锂电池防复燃灭火装置，其中，所述报警联动主机包括声光报警器、总线接口和控制电路板，所述控制电路板上设置有微处理器、声光报警器控制电路和无线通讯模块；

所述微处理器，用于调度管理与红外温度监测模块的数据总线，判断报警并触发声光报警器报警，控制无线通讯模块上传对应的报警数据，控制继电器输出联动灭火逻辑；

所述总线接口，用于连接到各个所述红外温度监测模块和所述电磁阀的控制信号接口。

本发明所述的锂电池防复燃灭火装置，其中，所述灭火剂喷头上设置有手动球阀。

本发明所述的锂电池防复燃灭火装置，其中，所述灭火剂容器上设置有检测其内部压力的灭火剂压力表。

本发明所述的锂电池防复燃灭火装置，其中，所述灭火剂容器内设置有全氟己酮类水基灭火剂。

一种锂电池防复燃灭火装置灭火剂经济喷射方法，应用于如上述的锂电池防复燃灭火装置，其实现方法如下：

第一步：对声光报警器和报警联动主机初始化/复位，监控所有红外温度监测模块温度数据；

第二步：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到预警条件，若否则返回第一步，若是则进行下一步：

第三步：报警联动主机发出警报并继续监测各红外温度监测模块温度数据；

第四步：判断各红外温度监测模块的监测温度是否均达到复位条件，若是则返回第一步，若否则进行下一步；

第五步：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到首次动作条件，若否则返回第三步，若是则进行下一步；

第六步：开启电磁阀，灭火剂喷头进行喷洒灭火剂灭火；

第七步：判断是否所有红外温度监测模块的监测温度均达到防复燃待命条件，若否则持续喷洒灭火剂，若是则进行下一步：

第八步：关闭电磁阀并继续监测各红外温度监测模块温度数据；

第九步：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到复位条件，若是则返回第一步，若否则进行下一步；

第十步：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到防复燃动作条件，若是则返回第六步，若否则返回第八步。

本发明的有益效果在于：将低分辨率的阵列式红外传感模块串联在工业总线上使用，从而实现了单个报警主机对多个空间或者其中单个空间的多个监测角度的温度预警和火灾采集，且具备如下优势：（1）使得封闭空间内对物体温度安全监测覆盖更全面；尤其对于监测纵深较小的封闭空间，多个角度的监测实现了优于普通红外热成像仪的覆盖；（2）实现了对多个空间的同时监测和只对事故空间的精准灭火；（3）监测距离近，红外温度监测模块使用面阵式低分辨率测温模组即可保证监测效果，无需高分辨率红外热成像设备，确保效果同时大幅降低了红外测温的器件成本、系统功耗、传输线路成本、数据后台成本，使得系统应用具备显著的经济可行性；（4）总线串联的小体积红外模块通过工业通讯总线进行供电与通信，安装工程简单，线缆简洁，无需布设网线交换机，十分适合密集小空间设备内进行旧设备改装和新设备集成；

由于锂电池火灾扑灭需要各个温度面均恢复到正常温度，而复燃可能从任何一个表面温度上升开始，多个局部面式监测的方法能够对锂电池火灾的实时扑灭效果进行更精确的识别、确保无残余隐患发生的同时提升善后处理效率；同时对锂电池复燃现象进行更早期的发现预警，防范事故救援中的次生伤害；

应用本套系统，灭火剂可以按灭火和冷却效果控制按需喷射、多次喷射，确保火灾扑灭不复燃的过程使用了适当剂量的灭火剂，节省了昂贵的灭火耗材，对于价格昂贵的灭火剂的灭火系统起到了意想不到的提升应用经济性的效果；

由于应用工业总线串联红外温度监测模块，总线的主设备可以控制声光报警器与无线远程模块，实现了事件的物联网化、云端化，便于对相关人员进行迅速告警且能够对灭火效果进行实时查阅。

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，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本发明较佳实施例的锂电池防复燃灭火装置结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的锂电池防复燃灭火装置灭火剂经济喷射方法流程图；

图3是本发明较佳实施例的锂电池防复燃灭火装置灭火剂经济喷射方法逻辑原理图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明较佳实施例的锂电池防复燃灭火装置，如图1所示，包括一个或多个红外温度监测模块1、通讯控制供电总线2、报警联动主机3、与红外温度监测模块1对应的灭火剂喷头4、与灭火剂喷头4对应的电磁阀5和灭火剂容器6；

红外温度监测模块1以及电磁阀5均通过通讯控制供电总线2与报警联动主机3电连接并受其控制；

灭火剂容器6上连接设置有灭火剂管道7，灭火剂喷头4与灭火剂管道7连接，电磁阀5用于一一对应控制灭火剂喷头4的启动和关闭；

红外温度监测模块1，从不同角度对目标区域进行面式覆盖和实时温度检测，应用低分辨率阵列式红外测温传感器及微处理器，自动查找最高温数值及位置坐标并通过总线将监测温度数据上报至报警联动主机；

报警联动主机3，用于问询每个红外温度监测模块的监测温度数据，在多个红外温度监测模块中有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的报警条件时进行报警，在多个红外温度监测模块中各红外温度监测模块监测温度数据满足设定的复位条件时取消报警，在多个红外温度监测模块中有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的首次动作条件时进行开启电磁阀灭火，在多个红外温度监测模块中所有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的防复燃待命条件时进行关闭电磁阀并进入防复燃待命状态，在多个红外温度监测模块中有红外温度监测模块监测温度数据满足设定的防复燃动作条件时开启电磁阀灭火；

将低分辨率的阵列式红外传感模块串联在工业总线上使用，从而实现了单个报警主机对多个空间或者其中单个空间的多个监测角度的温度预警和火灾采集，且具备如下优势：（1）使得封闭空间内对物体温度安全监测覆盖更全面；尤其对于监测纵深较小的封闭空间，多个角度的监测实现了优于普通红外热成像仪的覆盖；（2）实现了对多个空间的同时监测和只对事故空间的精准灭火；（3）监测距离近，使用面阵式低分辨率测温模组即可保证监测效果，无需高分辨率红外热成像系统，确保效果同时大幅降低了红外测温的器件成本、系统功耗、传输线路成本、数据后台成本，使得系统应用具备显著的经济可行性；（4）总线串联的小体积红外设备通过总线进行供电与通信，安装工程简单，适合对旧系统的改装和新系统的集成；

由于锂电池火灾扑灭需要各个温度面均恢复到正常温度，而复燃可能从任何一个表面温度上升开始，多个局部面式监测的方法能够对锂电池火灾的实时扑灭效果进行更精确的识别，同时对锂电池复燃现象进行更早期的发现预警。这对于灭火系统的使用效果有了更及时更直观的评判，无需在长时间等待之后再进行后续处置；在锂离子电池失控造成的空间浓烟中，红外温度监测技术独有的穿透烟雾测温能力，能够给火灾扑灭效果和是否二次复燃继续提供监测能力；

应用本套系统，灭火剂可以按灭火和冷却效果控制按需喷射、多次喷射，确保火灾扑灭不复燃的过程使用了适当剂量的灭火剂，节省了昂贵的灭火耗材，对于价格昂贵的灭火剂的灭火系统起到了意想不到的提升应用经济性的效果；

由于应用工业总线串联红外温度监测模块，总线的主设备可以控制声光报警器与无线远程模块，实现了事件的物联网化、云端化，便于对相关人员进行迅速告警且能够对灭火效果进行实时查阅；

更具体的，一个或多个红外阵列式温度采集红外温度监测模块串行连接在通讯控制供电总线上，其电路包含有总线接口和控制器、总线供电线路、红外阵列温度传感器、嵌入式微处理器等。

通讯控制供电总线为连接报警联动主机多个红外红外温度监测模块的物理总线，具备数据通信和给红外温度监测模块提供电源供应功能，采用二线制或者四线制工业总线，而根据需要联动灭火的空间数量，总线包含有多条控制信号线，用于控制每个空间对应的电磁阀。

进一步的，当需要使用红外温度图像时，可采用电源+、电源-和RS485通讯共4线总线，当不需查看温度图像时，可采用powerbus技术的二线制总线实现电源供应和数据通讯。

优选的，报警联动主机3包括声光报警器30、总线接口31和控制电路板32，控制电路板32上设置有微处理器320、声光报警器控制电路321和无线通讯模块322；

微处理器320，用于调度管理与红外温度监测模块的数据总线，判断报警并触发声光报警器报警，控制无线通讯模块上传对应的报警数据，控制继电器输出联动灭火逻辑；

总线接口31，用于连接到各个红外温度监测模块和电磁阀的控制信号接口；

当有N个需联动灭火的空间时，上述报警联动主机的输出总线由电源VCC，电源地线GND、电磁阀控制线（1~N根）、通讯总线（485+、485-）构成。报警联动主机的微控制器控制通讯总线上各个485从设备的应答式数据传输，实现各个红外温度监测模块的温度采集与图像采集的按需调度。

优选的，红外温度监测模块搭载的阵列式红外传感器采用比利时Melexis公司的阵列式红外温度传感器MLX90640（红外像素32*24）或者德国Heimann公司的HTPA32*32传感器（红外像素32*32），其拥有近距离所需的足够像素以及较广的探测角度（90°和110°），能够实现对小空间的低成本非接触温度采集。

优选的，每个需要扑灭火灾的独立空间的灭火剂管道支路，都设置有对应的阀门；优选的，设置一只手动球阀40和常闭式的电磁阀5，实现手动控制管理开闭和自动控制管理开闭。

优选的，灭火剂容器6上设置有检测其内部压力的灭火剂压力表60；用以提示灭火剂不足。

优选的，灭火剂容器6内设置有全氟己酮类水基灭火剂，因全氟己酮常温下为液态且沸点温度很低，优选的，使用雾化喷嘴将灭火剂雾化到空间内有助于灭火剂迅速到达起火位置；当然也可以其他现有的清洁、绝缘的高效灭火剂。

一种锂电池防复燃灭火装置灭火剂经济喷射方法，应用于如上述的锂电池防复燃灭火装置，如图2所示，同时参阅图3，其实现方法如下：

S01：对声光报警器和报警联动主机初始化/复位，监控所有红外温度监测模块温度数据；

S02：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到预警条件，若否则返回第一步，若是则进行下一步：

S03：报警联动主机发出警报并继续监测各红外温度监测模块温度数据；

S04：判断各红外温度监测模块的监测温度是否均达到复位条件，若是则返回第一步，若否则进行下一步；

S05：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到首次动作条件，若否则返回第三步，若是则进行下一步；

S06：开启电磁阀，灭火剂喷头进行喷洒灭火剂灭火；

S07：判断是否所有红外温度监测模块的监测温度均达到防复燃待命条件，若否则持续喷洒灭火剂，若是则进行下一步：

S08：关闭电磁阀并继续监测各红外温度监测模块温度数据；

S09：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到复位条件，若是则返回第一步，若否则进行下一步；

S10：判断是否存在红外温度监测模块的监测温度达到防复燃动作条件，若是则返回第六步，若否则返回第八步；

本发明所采取的灭火剂经济喷射方法，尤其涉及防复燃喷射灭火剂方法的业务流程，说明如下：

系统上电初始化或者上次灭火联动处置完毕后的复位后，总线设备按周期监测所有红外温度监测模块的温度数据并与设定的各红外温度监测模块温度报警值比对，未发现任一红外温度监测模块存在超过预警温度的行为时，持续监测。

当发现有1或者多个红外温度监测模块温度超过预警条件时，启动预警的声光及远程报警，进入预警状态，并继续监测红外温度监测模块温度。

预警状态下当所有红外温度监测模块探测温度达到复位条件时，系统恢复复位状态并继续监测。此过程证明高温行为在未引发火灾便自行下降了，可能原因为预警后外部人为切断了高温产生的条件，如电池过充电电源被切断；或者是失控电池电量较小，失控过程不足以引发进一步安全事故便结束。

若在预警状态下系统监测到任一红外温度监测模块温度不仅没有复位，且仍在持续上升，最后达到了首次灭火动作条件，便启动联动降温/灭火行为。控制主机将控制对应空间电磁阀开启，喷射灭火剂。

电池灭火降温过程的关键在于，确认所有能监测到的电池表面温度均达到防复燃待命条件（表面温度下降到常温且持续达到设定的时间t1），即可关闭电磁阀，停止喷射灭火剂，进入防复燃待命状态，该状态下，除电磁阀关闭不进行灭火剂喷射，声光及远程报警并不复位，系统将继续监测红外温度监测模块的温度。该状态下，确认所有能监测到的电池表面温度均恢复到复位条件（表面温度下降到常温且持续达到设定的较长时间），系统转入与初始化一致的复位状态。

由于电池灭火之后，复燃之前，将会重复表面温度上升的过程，此时，防止电池复燃的关键在于，防复燃待命状态下，将不再重复预警过程，只要检测到该空间红外温度监测模块的温度超过了预警温度，直接启动灭火剂喷射，实现二次起火前的温度控制，待温度到达待命状态条件时，停止喷射灭火剂重新进入防复燃待命状态。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。