CN107185133A - 一种储能电站预警及消防系统 - Google Patents

一种储能电站预警及消防系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种储能电站预警及消防系统，储能电站中设有电池柜和电气柜，电池柜中设有最小防护单元，内置电池组；电气柜内安装电气设备；预警及消防系统包括：安全预警系统和消防系统，消防系统设于最小防护单元内，包括：探测器、灭火装置、电磁阀启动装置、进水管道及出水管道，探测器设于最小防护单元顶部，与灭火装置连接；电磁阀启动装置设于最小防护单元顶部，与安装于进水管道上的电磁阀电连接，电磁阀启动装置开启，进水管道向最小防护单元放水，出水管道设于最小防护单元及电池柜底部，灭火后将水排出；预警系统设于电气柜中，包括相互连接的数据集中器和BMS主机，数据集中器与探测器、电磁阀启动装置连接，BMS主机与数据集中器连接。

Description

一种储能电站预警及消防系统
技术领域
本发明涉及储能电站技术领域，尤其涉及一种储能电站预警及消防系统。
背景技术
锂离子电池作为新能源电池不仅更加环保而且性能更加优越，其广泛应用于储能电站。但是锂离子电池在储存过程中可能会因为自身化学反应放热积聚或外界热源影响发生热失控，严重影响储能电站的安全性能。
目前主要通过以下方式实现对储能电站的预警及消防：在储能电站箱体的顶部设置多个不同类型的火灾探测器(感温、感烟或烟温一体型)来监控储能电站的运行情况，并安装气体灭火装置及灭火剂输送管道，当发生火情时，利用惰性气体灭火。
在现有技术中，对储能柜的整体进行监控，准确度不够高，当单体电池发生热失控时可能检测不到或检测迟缓，当检测到火情时，在整个储能站空间内喷射灭火剂，不能针对发生火灾的电池柜进行灭火，对电池的消防灭火效果不太明显，不能快速、有效、安全地灭绝火源。另外，由于电池热失控是连锁反应，电池起火易复燃，传统灭火手段由于灭火剂剂量有限，只能暂时抑制电池热失控蔓延，短时抑制火灾，一旦电池复燃，会造成巨大危险和财产损失。且灭火剂储存时间长易失效，需定期更换。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种储能电站预警及消防系统，对储能站中的电池组分别监控，提高监控准确性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种储能电站预警及消防系统，所述储能电站为固定式或移动式，其中设有一个或多个电池柜以及电气柜，所述电池柜中设有一个或多个最小防护单元，所述最小防护单元为最小密闭空间，每个最小防护单元内放置一个或多个电池组，所述电池组为敞开式电池组结构或封闭式电池包结构；电气柜内安装有电气设备；所述预警及消防系统包括：安全预警系统和消防系统，其中，所述消防系统设于电池柜中的最小防护单元内，包括：探测器、灭火装置、电磁阀启动装置、进水管道以及出水管道，其中，所述探测器为电池热失控探测器或火灾探测器，设于所述最小防护单元的顶部，与所述灭火装置相连接；所述电磁阀启动装置亦设于所述最小防护单元的顶部，与安装于所述进水管道上的电磁阀电连接，电磁阀启动装置开启，则进水管道向电池柜中注水，所述出水管道设于所述最小防护单元底部及电池柜的底部，在灭火后将水排出去；所述安全预警系统设于电气柜中，包括相互连接的数据集中器和BMS(Battery Management System，电池管理系统)主机，所述数据集中器与所述探测器、所述电磁阀启动装置相连接并进行通信，所述BMS主机与所述数据集中器相连接并进行数据传输。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述电气柜亦设有相互连接的所述探测器和所述灭火装置；
优选地，所述安全预警系统还包括报警显示器和手动启动开关，所述报警显示器与所述数据集中器相连接，所述手动启动开关与所述报警显示器相连接；
优选地，所述出水管道的内径大于所述进水管道的内径；
优选地，在电池柜每个最小防护单元的底部、出水管道的前端还设置有积水槽；
优选地，所述数据集中器通过CAN总线与所述探测器、所述电磁阀启动装置相连接；
优选地，所述预警及消防系统还与外设的制冷空调联动，当探测器探测到火灾发生时，联动的空调关闭叶扇，形成相对密闭的空间，启动灭火器进行灭火；
优选地，所述预警及消防系统还设有紧急启动按钮，所述紧急启动按钮为手动按钮，与电磁阀相连接；当工作人员发现储能电站内发生火灾而预警消防系统失效时，可通过紧急启动按钮开启电磁阀，向储能站内喷水；
优选地，所述进水管道与外部的消防水源的接口为可拆卸接口，储能电站可长期接入消防水源，也可以临时接入。
优选地，所述出水管道中设有滤网，防止异物通过。
与现有技术相比，本发明可产生如下技术效果：
1、对储能站中的电池组分别监控，提高监控准确性，发生火情时只对发生热失控的电池组进行灭火，保障其他电池不受损失，降低财产损失；
2、使用水淋系统作为二级防护，源源不断的水可持续带走电池热失控产生的热量，有效控制火情。
附图说明
图1为本发明的储能电站预警及消防系统的结构示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：
101 第一电池柜
102 第二电池柜
103 第三电池柜
10N 第N电池柜
201 探测器
202 灭火装置
203 电磁阀启动装置
204 进水管道
205 出水管道
300 电气柜
301 数据集中器
302 BMS主机
303 报警显示器
304 手动启动开关
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请先参照图1所示，图1为本发明的储能电站预警及消防系统的结构示意图，在所述储能电站中设有一个或多个电池柜以及电气柜，图中示为第一电池柜101、第二电池柜102、第三电池柜103、……、第N电池柜10N以及电气柜300；储能电站可为固定式或移动式，电气柜内安装有电气设备；电池柜中设有一个或多个最小防护单元，所述最小防护单元为最小密闭空间，例如，最小防护单元的设置包括但不限于如下三种情况：1)电池柜为分列、分层结构，列之间、层之间均为密闭结构，则每个密闭结构为一个最小防护单元；2)电池柜为分列、分层结构，列之间为相对密闭结构，层之间安装有支架、为敞开式结构，则每列密闭结构为一个最小防护单元；3)电池柜为分层结构，每层之间为相对密闭结构，则每层密闭结构为一个最小防护单元；在本发明中，每个最小防护单元内放置一个或多个电池组，所述电池组为敞开式电池组结构或封闭式电池包结构。
本发明的储能电站预警及消防系统包括：安全预警系统和消防系统，其中，
所述消防系统设于电池柜中的最小防护单元内，包括：探测器201、灭火装置202、电磁阀启动装置203、进水管道204以及出水管道205，其中，
所述探测器201为电池热失控探测器或火灾探测器，设于所述最小防护单元的顶部，与所述灭火装置202相连接，当探测器探测到火情时，灭火装置启动，进行灭火；本发明的探测器具备火灾全周期监测功能，实时采集环境数据(烟雾、异常气体等)、温度数据变化数据，可以早期发现火灾隐患并发出预警信号；所述探测器还具备控制功能，探测到火灾发生时能够及时启动灭火装置；
所述电磁阀启动装置203亦设于所述最小防护单元的顶部，与安装于所述进水管道204上的电磁阀电连接，由此，电磁阀启动装置开启，则进水管道向电池柜中注水；所述进水管道204的出水口优选布设于电池柜每个最小防护单元的正上方，并延伸至电池组上方及侧面，保证喷出的水与电池组有较大接触面积，快速降温；而所述出水管道205则设于所述每个最小防护单元底部及电池柜的底部，用于在灭火后将电池柜中的水排出去；
优选地，所述出水管道中设有滤网，防止异物通过；
优选地，出水管道的内径大于进水管道的内径，以保证电池柜内的水及时流出，防止未发生故障的电池组受到侵害；
优选地，在最小防护单元的底部、出水管道的前端还可设置积水槽，暂存水量，以防止对未发生故障的电池产生影响；
为保障安全，启动消防系统前需要联动BMS将电池组与系统线路切断。
由此，本发明中的消防系统有两级防护，即，灭火和水淋；其中，灭火为一级防护，采用洁净气体灭火器，其灭火性能显著，灭火剂喷射时间长，能将小面积电池火灾消灭，并且将大面积电池火灾抑制在10分钟内，最大限度为接入二级防护系统争取时间；灭火剂的容量根据储能电池的种类、容量、燃烧时产生的热量及防护空间体积来确定；水淋为二级防护，通过电磁阀启动装置控制电磁阀，可有效针对发生火情的电池组进行灭火，减少受损电池数量，不仅增加了监控及灭火准确性，而且在保障人身和财产安全的同时将损失降到最低；且源源不断的水可以持续降低电池柜内的温度，有效抑制电池热失控蔓延。
所述安全预警系统设于电气柜300中，包括：数据集中器301、BMS主机302、报警显示器303以及手动启动开关304，其中，
所述数据集中器301通过CAN总线与所述探测器201、所述电磁阀启动装置203相连接并进行通信，本发明的数据集中器具备采集功能，可采集探测器数据，亦可下达指令给电磁阀启动装置；数据集中器采用通用设计，预留开放式接口，可实现互联网+、物联网、大数据传输等各种升级；由此，当探测器检测到火情时，控制灭火装置启动，并通过CAN总线发送预警信号，操作人员发现火情后将高压水枪接入进水管道，电磁阀启动装置控制电磁阀开启，释放高压水进行降温和灭火；
所述BMS主机302与所述数据集中器301相连接并进行数据传输，将测量信息、预警状态、火灾信息等现场数据报文发送上级网络设备，并可将待启动消防的防护单元中电池组与系统线路切断。
所述报警显示器303与所述数据集中器301相连接，所述手动启动开关304与所述报警显示器303相连接，所述报警显示器可显示当前整个柜体内的电池状态，如正常、报警、灭火、灭火器已使用等状态；所述手动启动开关内置应急启动按钮，当数据集中器判断到强制按钮按下后，强制启动灭火装置，并执行关闭空调叶扇、打开消防电磁阀等联动动作。
优选地，所述电气柜300中亦设有相互连接的所述探测器201和所述灭火装置202，以提高电气柜的消防性能。
优选地，本发明的储能电站预警及消防系统中还设有紧急启动按钮，所述紧急启动按钮为手动按钮，与电磁阀相连接；当工作人员发现储能电站内发生火灾而预警消防系统失效时，可通过紧急启动按钮开启电磁阀，向储能站内喷水。由此，系统可以自动启动喷水，也可以手动强制启动喷水。
此外，本发明的储能电站预警及消防系统还可与制冷空调联动，当探测器探测到火灾发生时，联动空调机关闭叶扇，形成相对密闭的空间，启动灭火器进行灭火。
由此，本发明的储能电站预警及消防系统在每个防护单元中分别安装探测器和灭火装置，实现对锂电池的实时分别监控，及时发现火情并启动灭火装置。一级防护可以控制火情蔓延，为接入二级防护争取时间。
优选地，所述进水管道与外部的消防水源的接口为可拆卸接口，由此，储能电站可长期接入消防水源，也可以临时接入。
以下通过三个实施例来进行具体的说明——
实施例一：储能电站内电池柜为分列、分层结构，每个最小存储空间为一个最小防护单元，每个最小防护单元之间均为封闭结构，以保证高压水雾喷射时其他未发生故障的电池不受影响。每个最小防护单元中放置一个电池组，电池组为封闭式电池包结构，满足防水淋等级要求。不论电池包内是否有探测器，最小防护单元内安装有探测器和灭火装置。每个最小防护单元上部安装有电磁阀启动装置，进水管道布设于电池柜上方并延伸至每个最小防护单元，其末端安装有消防电磁阀和喷头，喷头设置于电池包上方及侧面，最小防护单元底部安装有积水槽，积水槽开孔连接至出水管道用于排水。当探测器检测到火情时，控制灭火装置启动，并发送预警信号，数据集中器接收到信号后联动BMS将待启动消防的防护单元内电池组与系统线路切断，并将预警信息在报警显示器上进行声光展现，工作人员发现火情后将高压水枪接入进水管道口，电磁阀启动装置收到预警信号后控制对应的电磁阀开启，释放高压水进行降温和灭火。
如果工作人员发现火情，可按下手动启动开关，当数据集中器判断到强制按钮按下后，强制启动灭火装置，并执行关闭空调叶扇、打开消防电磁阀等联动动作。同时，与BMS联动将待启动消防的防护单元中电池组与系统线路切断。
实施例二：储能电站内电池柜每列存储空间作为一个最小防护单元。每列存储空间之间为封闭结构，以减少高压水雾喷射时影响的电池数量，每层之间安装有支架，电池组为敞开式电池组结构，放置于每个防护单元的支架上。所述探测器、灭火装置、电磁阀启动装置安装于最小防护单元顶部，进水管道设置于电池柜上方并延伸至电池组上部及侧面，其末端安装有消防电磁阀和喷头，最小防护单元底部设有积水槽和出水管道。当探测器检测到火情时，控制灭火装置启动，并发送预警信号，数据集中器收到信号后联动BMS主机将待启动消防的防护单元内电池组与系统线路切断，工作人员发现火情后将高压水枪接入进水管道口，电磁阀启动装置收到预警信号后控制电磁阀开启，释放高压水进行降温和灭火。
实施例三：储能电站内电池柜为分层结构，每层之间为相对密闭结构，每层密闭空间作为一个最小防护单元。每个最小防护单元中放置多个电池组，电池组为敞开式电池组结构。所述探测器、灭火装置、电磁阀启动装置安装于最小防护单元顶部，进水管道设置于电池柜上方并延伸至电池组上部及侧面，其末端安装有消防电磁阀和喷头，最小防护单元底部设有积水槽和出水管道。储能电站长期接入消防水源。当探测器检测到火情时，控制灭火装置启动，并发送预警信号，数据集中器收到信号后联动BMS系统将待启动消防的防护单元中电池组与系统线路切断，并将预警信号在报警显示器上进行声光展现，电磁阀启动装置收到预警信号后控制电磁阀开启，释放高压水进行降温和灭火。
本发明的储能电站预警及消防系统的有益效果有如下三点：
1、对每个最小防护单元进行分别监控，提高监控准确度，及早灭火；
2、接入水淋系统作为二级防护，针对发生火情的电池组进行喷射，将损失降到最低，利用源源不断的水进行灭火可有效带走电池热失控产生的热量，不受剂量影响；
3、相对于惰性气体灭火剂，水成本低，且不存在不易储存及时间久失效等隐患。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电站预警及消防系统，其特征在于，
所述储能电站为固定式或移动式，其中设有一个或多个电池柜以及电气柜，所述电池柜中设有一个或多个最小防护单元，所述最小防护单元为最小密闭空间，每个最小防护单元内放置一个或多个电池组，所述电池组为敞开式电池组结构或封闭式电池包结构；电气柜内安装有电气设备；
所述预警及消防系统包括：安全预警系统和消防系统，其中，
所述消防系统设于电池柜中的最小防护单元内，包括：探测器、灭火装置、电磁阀启动装置、进水管道以及出水管道，其中，所述探测器为电池热失控探测器或火灾探测器，设于所述最小防护单元的顶部，与所述灭火装置相连接；所述电磁阀启动装置亦设于所述最小防护单元的顶部，与安装于所述进水管道上的电磁阀电连接，电磁阀启动装置开启，则进水管道向电池柜中注水，所述出水管道设于所述最小防护单元底部及电池柜的底部，在灭火后将水排出去；
所述安全预警系统设于电气柜中，包括相互连接的数据集中器和BMS主机，所述数据集中器与所述探测器、所述电磁阀启动装置相连接并进行通信，所述BMS主机与所述数据集中器相连接并进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述电气柜亦设有相互连接的所述探测器和所述灭火装置。
3.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述安全预警系统还包括报警显示器和手动启动开关，所述报警显示器与所述数据集中器相连接，所述手动启动开关与所述报警显示器相连接。
4.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述出水管道的内径大于所述进水管道的内径。
5.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，在电池柜每个最小防护单元的底部、出水管道的前端还设置有积水槽。
6.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述数据集中器通过CAN总线与所述探测器、所述电磁阀启动装置相连接。
7.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述预警及消防系统还与外设的制冷空调联动，当探测器探测到火灾发生时，联动的空调关闭叶扇，形成相对密闭的空间，启动灭火装置进行灭火。
8.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述预警及消防系统还设有紧急启动按钮，所述紧急启动按钮为手动按钮，与电磁阀相连接；当工作人员发现储能电站内发生火灾而预警消防系统失效时，可通过紧急启动按钮开启电磁阀，向储能站内喷水。
9.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述进水管道与外部的消防水源的接口为可拆卸接口，储能电站可长期接入消防水源，也可以临时接入。
10.根据权利要求1或2所述的储能电站预警及消防系统，其特征在于，所述出水管道中设有滤网，防止异物通过。
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