锂电池灭火系统灭火剂充装量、有效量控制方法及装置
文献发布时间：2023-06-19 15:33:48
技术领域
本发明属于电池储能系统安全领域，具体涉及一种锂电池灭火系统灭火剂充装量、有效量控制方法及装置。
背景技术
在众多的储能技术中，电化学储能因其具有响应时间短、能量密度大、维护成本低、灵活方便等优点，是大规模储能技术的重要发展方向。储能装机规模的扩大，储能项目持续高速增长的态势，昭示着锂离子电池储能商业化运行已然明朗，储能市场更是释放出积极信号，而且随着电改的不断推进与深入，储能将会越来越多的参与到电力市场中来，在用户侧、电网侧和辅助服务领域发挥更重要的作用。然而，从目前的应用效果来看，集装箱式储能系统存在着一个突出的问题，即集装式储能系统内部的某个/某些电池出现安全问题后极易形成系统性火灾，烧毁整个集装箱。
集装箱式储能系统火灾事故，既造成了巨大的经济损失，使整个储能电站陷入瘫痪，同时对行业发展产生了极为不利的负面影响。然而，目前应用于集装式储能系统的火灾事故的消防灭火技术是采取灭火预警系统控制气瓶或管网式灭火装置，由于锂离子电池火灾具有自身的特殊性，并且从灭火容器来说，规定喷射时间内灭火介质无法全部喷出，这些使得常规灭火剂的配置量总是大于有效用量，为了保证高灭火成功率，大量灭火介质没有起到作用就溢出储能系统。关于灭火介质的用量一直是消防安全所研究的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池灭火系统灭火剂充装量、有效量控制方法及装置，在保证有效灭火的前提下，对电池进行灭火降温，防止大规模火灾发生，以避免灭火介质损失过大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种锂电池灭火系统灭火剂充装量控制方法，包括：
确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M；
根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
按照所述最低充装量M
本发明进一步的改进在于：所述确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M的步骤具体包括：
通过锥形量热仪计算锂电池系统中单块锂离子电池热失控过程的热释放速率并积分得到单块锂离子电池的热释放量q，单块锂离子电池的热释放量q乘以锂电池系统中电池的总数量得到锂电池系统的总热释放量Q；
采用如下公式计算锂电池系统所需灭火剂的有效用量M：
C
本发明进一步的改进在于：所述灭火设计浓度为8％-10％。
本发明进一步的改进在于：所述根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
通过灭火剂灭火气瓶内外压差确定灭火剂喷射速度v：
K
其中，v为灭火剂七氟丙烷的喷射速率，单位kg/s；S
根据下面公式计算灭火剂实际喷射量M
K
M
通过计算锂电池系统所需灭火剂质量来计算灭火器瓶中灭火介质的最低充装量M
M
第二方面，本发明提供一种锂电池灭火系统灭火剂充装量的控制装置，包括：
第一确定模块，用于确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M；
第二确定模块，用于根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
充装模块，拥有按照所述最低充装量M
本发明进一步的改进在于：第一确定模块确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M的步骤具体包括：
通过锥形量热仪计算锂电池系统中单块锂离子电池热失控过程的热释放速率并积分得到单块锂离子电池的热释放量q，单块锂离子电池的热释放量q乘以锂电池系统中电池的总数量得到锂电池系统的总热释放量Q；
采用如下公式计算锂电池系统所需灭火剂的有效用量M：
C
本发明进一步的改进在于：所述灭火设计浓度为8％-10％。
本发明进一步的改进在于：第二确定模块根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
通过灭火剂灭火气瓶内外压差确定灭火剂喷射速度v：
K
其中，v为灭火剂七氟丙烷的喷射速率，单位kg/s；S
根据下面公式计算灭火剂实际喷射量M
K
M
通过计算锂电池系统所需灭火剂质量来计算灭火器瓶中灭火介质的最低充装量M
M
第三方面，本发明提供一种锂电池灭火系统灭火剂有效量控制方法，包括：
采用所述的锂电池灭火系统灭火剂充装量控制方法按照所述最低充装量M
通过检测系统检测锂电池系统中发生热失控的电池数量，计算灭火所需灭火剂的质量M
灭火过程中，监测灭火气瓶压力传感器的数据实时计算喷射速率，通过喷射速率计算实际已喷射的灭火剂质量M
当火介质量M
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明一种锂电池灭火系统灭火剂充装量、有效量控制方法及装置，首先确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M；根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
本发明可针对不同充装压力、不同灭火管路口径、不同规格气瓶按规定灭火剂喷射时间计算灭火介质损失量和损失率；对灭火介质中主要起降温效果的量进行定量计算，剩余灭火介质主要是起维持高浓度气氛、隔离氧气形成窒息氛围的作用。针对不同系统合理配置灭火剂，通过损失量定量计算需补充的灭火剂质量，在保证灭火有效性的前提下使用尽可能少的灭火介质，降低灭火成本。
基于本发明方法设计可自动控制的灭火系统，电磁阀控制灭火剂喷射，实现灭火剂喷射量的自动计算与控制。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种锂电池灭火系统灭火剂充装量控制方法的流程示意图；
图2为本发明一种锂电池灭火系统灭火剂充装量的控制装置的结构框图；
图3为本发明一种锂电池灭火系统灭火剂有效量控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
请参阅图1所示，本发明提供一种锂电池灭火系统灭火剂充装量控制方法，包括以下步骤：
S1、确定灭火剂的有效用量：
S11、通过锥形量热仪计算单块锂离子电池热失控过程的热释放速率并积分得到单块锂离子电池的热释放量q，单块锂离子电池的热释放量q乘以锂电池系统中电池的总数量得到锂电池系统的总热释放量Q。
S12、根据《气体灭火系统设计规范》GB50370规范设计标准规定七氟丙烷灭火设计浓度宜采用8％-10％；本发明中使用9％，可计算锂电池系统的灭火剂实际用量M。
C
锂电池系统的灭火剂实际用量M由两部分组成，一部分是在灭火介质中有效用量M
其中有M
Cp1为喷射开始时系统内温度下的灭火介质比热值；Cp2为喷射结束时系统内温度下的灭火介质比热值；
灭火剂喷射初期和末期系统内的温度变化影响灭火介质比热值，根据理想气体比热对温度的函数：
C
R为摩尔气体常数，R＝8.314J/(kg*K)；T为喷射开始时系统内温度，K；Tc为喷射结束时系统内温度；
由此就可计算出在灭火介质中有效用量M
M＝M
S2、确定灭火气瓶充装量：
S21、根据《气体灭火系统设计规范》GB50370规范设计标准规定七氟丙烷喷放时间不能大于10秒，按9s计算，总灭火剂用量M
K
v为灭火剂喷射速率，单位kg/s；S
通常灭火气瓶充装压力设置为2.5MPa，但常压下饱和蒸汽压比较低只有0.39MPa，所以需要氮气作为驱动气体。通过压力表值变化可计算灭火剂喷射速度变化v。
S22.根据下面公式计算灭火剂实际喷射量M
K
M
S23、通过计算体系所需灭火剂质量来计算灭火器瓶中灭火介质的最低充装量M
M
针对管网式探火管灭火系统同样可以根据灭火器瓶压力表变化和喷射时间计算灭火剂的实际喷射量。
S3、按照所述最低充装量M
使用锂离子电池燃烧实验平台进行验证，平台体积2m
计算结果如下：
本次实验灭火气瓶气压在3～4s内降为2.11MPa，说明灭火介质基本喷完，后续喷射的是驱动气体氮气。本实验条件下，若使用量为有效用量M1则无法使体系内维持9％的灭火浓度，即M1＜M，需以M为标准作为灭火剂实际喷射量，进而确定最低充装量M
实施例2
请参阅图2所示，本发明还提供一种锂电池灭火系统灭火剂充装量的控制装置，包括：
第一确定模块，用于确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M；
第二确定模块，用于根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
充装模块，拥有按照所述最低充装量M
本发明具体实施中，第一确定模块确定锂电池系统所需灭火剂的有效用量M的步骤具体包括：
通过锥形量热仪计算锂电池系统中单块锂离子电池热失控过程的热释放速率并积分得到单块锂离子电池的热释放量q，单块锂离子电池的热释放量q乘以锂电池系统中电池的总数量得到锂电池系统的总热释放量Q；
采用如下公式计算锂电池系统所需灭火剂的有效用量M：
C
本发明具体实施中，所述灭火设计浓度为8％-10％，优选9％。
本发明具体实施中，第二确定模块根据灭火气瓶的参数以及所述有效用量M确定锂电池灭火剂最低充装量M
通过灭火剂灭火气瓶内外压差确定灭火剂喷射速度v：
K
其中，v为灭火剂七氟丙烷的喷射速率，单位kg/s；S
根据下面公式计算灭火剂实际喷射量M
K
M
通过计算锂电池系统所需灭火剂质量来计算灭火器瓶中灭火介质的最低充装量M
M
实施例3
请参阅图3所示，本发明提供一种锂电池灭火系统灭火剂有效量控制方法，包括以下步骤：
S100、采用实施例1所述的锂电池灭火系统灭火剂充装量控制方法按照所述最低充装量M
S200、通过检测系统检测锂电池系统中发生热失控的电池数量X，计算灭火所需灭火剂的质量M
S300、通过灭火过程中，监测灭火气瓶压力传感器的数据实时计算喷射速率v，通过喷射速率v计算实际已喷射的灭火剂质量M
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。