CN110496335B - 针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统及灭火方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统及灭火方法，在电池预制舱内每一个电池模组内均安装有细水雾喷头，所有细水雾喷头通过管网连接至细水雾灭火装置形成细水雾灭火系统；在电池预制舱内同时布置有气体灭火系统喷头，气体灭火系统喷头以全淹没应用灭火方式布置在电池预制舱内，所有气体灭火系统喷头通过管网连接至气体灭火装置形成气体灭火系统。本发明能够有效扑灭磷酸铁锂储能电站电池预制舱火灾，且对预制舱内未起火的电池模组没有任何实质性的影响，处理恢复后可继续使用，解决了目前称为世界难题的新能源锂电池应用领域的消防安全问题；灭火速度快，并能够有效抑制电池热失控继续发生避免复燃。

Description

针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统及灭火 方法

技术领域

本发明涉及一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统及灭火方法，属于公共-消防技术。

背景技术

磷酸铁锂电池具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长，环境污染小等优点，已在各种电子设备、电动汽车和电化学储能中广泛使用。其中磷酸铁锂储能电站累计装机量正稳步上升，到2020年装机量将超过2000MW，年增长率接近70％，一旦发生火灾，严重危害供电可靠性和安全性，社会影响和危害极大。而目前在世界范围内，还没有一种能够有效扑灭磷酸铁锂储能电站电池预制舱火灾的灭火方法，国内、外大量储能电站电池预制舱火灾实例就是很好的证明。

目前国内、外磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火方法主要采用气体灭火系统，以全淹没方式进行灭火，而该灭火方法，只能扑灭明火，无法抑制磷酸铁锂电池热失控的继续发生，几分钟后会发生复燃，且为爆燃。火势更大，因此该方法不能有效扑灭磷酸铁锂储能电站电池预制舱火灾。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术不能有效灭火的问题，本发明提供一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统及灭火方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统，在电池预制舱内每一个电池模组内均安装有一个以上细水雾喷头，所有细水雾喷头通过管网连接至细水雾灭火装置形成细水雾灭火系统；在电池预制舱内同时布置有气体灭火系统喷头，气体灭火系统喷头以全淹没应用灭火方式布置在电池预制舱内，所有气体灭火系统喷头通过管网连接至气体灭火装置形成气体灭火系统。

具体的，所述气体灭火系统为六氟丙烷(HFC-236fa)灭火系统或七氟丙烷(HFC-227ea)灭火系统。

具体的，所述电池模组包括电池模组外壳，电池设置在电池模组外壳内，电池上表面距离电池模组外壳顶板内表面的距离大于等于50cm，电池侧表面距离电池模组外壳侧板内表面的距离大于等于20cm；在电池模组外壳的一个侧板设置有开口，在电池模组外壳的其他侧板设置有网孔区；所述开口的顶边与电池模组外壳顶板内表面高度一致，开口的底边不低于电池上表面；所述网孔区横跨所属侧板的整个宽度，网孔区的顶边低于电池模组外壳顶板内表面15～20cm，网孔区的底边不低于电池上表面；所述细水雾喷头从开口向电池模组外壳内伸入，细水雾喷头的喷放方向朝向电池上表面和电池模组外壳顶板内表面之间的区域。

具体的，所述电池上表面距离电池模组外壳顶板内表面的距离大于等于50cm，电池侧表面距离电池模组外壳侧板内表面的距离大于等于20cm，网孔区的开孔率为20～30％。

相对于现有技术，我们对现有的电池模组外壳进行了开设开口和打孔形成网孔区域的处理，对电池和电池模组外壳内壁的间距进行了限制，其他没有对现有的电池模组外壳做过多处理。我们知道磷酸铁锂储能电站内电池热失控到失火会有电解液飞溅的情况发生，并且伴随有毒、易燃气体。我们对电池和电池模组外壳内壁的间距设计，是考虑到电解液飞溅的情况能够限制在电池模组外壳内，而不会飞溅的电池预制舱内，同时电解液也不会飞溅至堵塞网孔区域的网孔，因此，对电池和电池模组外壳内壁之间的间距有最小间距的考量，经过多次试验，顶部间距大于50cm、侧面间距大于20cm时，几乎就不存在电解液飞溅至电池模组外壳以外区域(即电池预制舱内)的情况发生；当然，这个间距也不适合过大，过大会增加整个电池模组外壳的尺寸，间接增大了电池预制舱的体积，我们建议顶部间距在50～80cm、侧面间距在20～36cm是比较合适的，这个间距也比较利于细水雾喷头喷射出的细水雾能够透过网孔区扩散到电池预制舱内。

我们在设计网孔区时，是有顶部15～20cm的禁止开孔区域的设计的，这个也是考虑到电解液飞溅到电池模组外壳顶部时会产生一定的反弹，若没有侧面的遮挡，容易透过网孔区飞溅到电池模组外壳外部区域，影响了将电解液飞溅情况限制在电池模组外壳内部的效果；通过我们对失火电池的电解液飞溅情况观察和多次试验，设计禁止开孔区域效果非常明显和有效。

当电池发生火灾时，有毒、易燃气体会聚积在电池模组外壳内，温度升高伴随气体浓度的增加，会增加电池模组发生爆炸的概率；因此我们需要让这些气体能够排出电池模组外壳，同时尽可能避免温度快速提升；针对这个问题，我们设计了网孔区域，让气体能够快速排出，降低电池升温速度；同时，当我们开始细水雾喷头时，细水雾也能够通过网孔区扩散到电池预制舱内，对电池预制舱进行降温。据此，我们对网孔区的开孔率是有一定要求的，太大不能起到防止电解液飞溅的目的，太小又不便于排出气体；通过我们对气体排出情况观察和多次试验，设计开孔区域的开孔率为20～30％(考察区域内，开孔镂空面积占考察区域棉结的百分比)。

我们在开口的侧板上没有设计网孔区，是因为该侧面已经设置了开口，透气功能已经非常充足；同时细水雾喷头设置在开口区域，其喷射的细水雾较少会从该侧面溢出；但这并非说本区域不能够设置网孔，也是可以参考其他区域设置网孔区域的；不建议让开口贯穿整个侧面，是考虑到电解液飞溅的情况。

具体的，所述细水雾喷头为扁平扇形结构，在扇形曲面上沿弧线方向设置有一排喷嘴，一般设计所有喷嘴喷放方向均在一个平面内，进一步可以设计该平面在电池上表面和电池模组外壳顶板内表面中间层的上下2cm范围内。采用该细水雾喷头，一般在每个电池模组外壳内安装一个细水雾喷头即可。

相对于现在普通的圆形喷头，我们设计了细水雾喷头，一方面是为了减少整个细水雾喷头的厚度，在对现有电池模组外壳改动不大的情况下使其能够顺利安装在电池模组外壳内，另一方面沿弧线设置一排喷嘴也能够让细水雾迅速布满电池模组外壳内部空间，其喷射出的是有一定厚度的扇面细水雾。若采用普通圆形喷头，一方面，喷出的细水雾为倒圆锥形，大部分细水雾会喷到电池模组外壳内壁上，形成大的水珠和水流，丧失细水雾的灭火作用；另一方面，不便于安装到电池模组内。细水雾喷头的设计，以及其喷嘴喷射方向的设置，使其产生的细水雾能够迅速在电池模组外壳内扩散，同时也很容易从网孔区域扩散出去，降低了其在电池上的积水量，对电池给予了一定程度的保护。关于细水雾的标准，参考我国的相关消防标准。

一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火系统的组合灭火方法，包括如下步骤：

(1)当电池预制舱内任意电池模组起火后，气体灭火系统开启，所有气体灭火系统喷头均喷放灭火剂，以全淹没应用灭火方式进行灭火；随后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱内所有电池模组内的细水雾喷头均喷放细水雾，以局部应用灭火方式进行灭火，一方面扑灭起火电池模组火灾，另一方面对未起火电池模组进行冷却保护，防止热失控和火灾蔓延；

(2)气体灭火系统先行完成明火的扑灭后，细水雾喷头持续喷放细水雾，一方面持续抑制热失控防止复燃，另一方面细水雾会在电池预制舱内弥漫，以全淹没应用灭火方式对整个电池预制舱内的其他区域进行灭火或抑制热失控；

(3)灭火完成后，关闭细水雾灭火系统，细水雾灭火系统复位待用，气体灭火系统重装复位待用。

另一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火系统的组合灭火方法，包括如下步骤：

(1)当电池预制舱内电池模组以外的其他区域起火后，气体灭火系统开启，所有气体灭火系统喷头均喷放灭火剂，以全淹没应用灭火方式进行灭火；

(2)明火扑灭后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱内所有电池模组内的细水雾喷头均喷放细水雾，一方面以局部应用灭火方式进行灭火，持续抑制热失控防止复燃，另一方面细水雾会在电池预制舱内弥漫，以全淹没应用灭火方式抑制整个电池预制舱内其他区域发生热失控；

(3)灭火完成后，关闭细水雾灭火系统，细水雾灭火系统复位待用，气体灭火系统重装复位待用。

该另一种方式中，也可以不需要实施步骤(2)和步骤(3)，其灭火方法与现在的灭火方法相同；增加步骤(2)和(3)是属于安全强化的处理方式。

有益效果：本发明提供的一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火系统及灭火方法，能够有效扑灭磷酸铁锂储能电站电池预制舱火灾，且对预制舱内未起火的电池模组没有任何实质性的影响，处理恢复后可继续使用，解决了目前称为世界难题的新能源锂电池应用领域的消防安全问题；灭火速度快，并有效抑制电池热失控继续发生避免复燃。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为电池模组的结构示意图；

图3为电池模组外壳的立体结构示意图(顶板未画出)；

图4为细水雾喷头及其喷放出的细水雾俯视结构示意图；

图5为细水雾喷头的侧视结构示意图；

图中包括：1-电池预制舱；2-细水雾灭火系统管网；3-电池模组；4-开口；5-网孔区；6-细水雾喷头；6-1-喷嘴；6-2-管网连接头；6-3-细水雾喷头喷放出的细水雾；7-气体灭火系统管网；8-气体灭火系统喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统，在电池预制舱1内每一个电池模组3内均安装一个细水雾喷头6，所有细水雾喷头6通过细水雾灭火系统管网2连接至细水雾灭火装置形成细水雾灭火系统；在电池预制舱1内同时布置有气体灭火系统喷头8，气体灭火系统喷头8以全淹没应用灭火方式布置在电池预制舱1内，所有气体灭火系统喷头8通过气体灭火系统管网7连接至气体灭火系装置形成气体灭火系统。所述气体灭火系统为六氟丙烷(HFC-236fa)灭火系统或七氟丙烷(HFC-227ea)灭火系统。

如图2、3所示，所述电池模组3包括电池模组外壳，电池设置在电池模组外壳内，电池上表面距离电池模组外壳顶板内表面的距离大于等于50cm，电池侧表面距离电池模组外壳侧板内表面的距离大于等于20cm；在电池模组外壳的一个侧板设置有开口4，在电池模组外壳的其他侧板设置有网孔区5；所述开口4的顶边与电池模组外壳顶板内表面高度一致，开口4的底边不低于电池上表面；所述网孔区5横跨所属侧板的整个宽度，网孔区5的顶边低于电池模组外壳顶板内表面15～20cm，网孔区5的底边不低于电池上表面；所述细水雾喷头6从开口4向电池模组外壳内伸入，细水雾喷头6的喷放方向朝向电池上表面和电池模组外壳顶板内表面之间的区域。所述电池上表面距离电池模组外壳顶板内表面的距离大于等于50cm，电池侧表面距离电池模组外壳侧板内表面的距离大于等于20cm，网孔区5的开孔率为25％。

如图4、5所示，所述细水雾喷头6为扁平扇形结构，在扇形曲面上沿弧线方向设置有一排喷嘴6-1，所有喷嘴6-1喷放方向均在一个平面内，该平面在电池上表面和电池模组外壳顶板内表面中间层的上下2cm范围内。细水雾喷头6通过管网连接头6-2连接细水雾灭火系统管网2，细水雾喷头6喷射出的细水雾6-3为一定厚度的扇面细水雾。

一种基于上述针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火系统的组合灭火方法，根据电池模组3是否起火分为两种救援情况：

情况一、电池预制舱1内任意电池模组3起火，根据如下步骤施救：

(1)当电池预制舱1内任意电池模组3起火后，气体灭火系统开启，所有气体灭火系统喷头8均喷放灭火剂，以全淹没应用灭火方式进行灭火；随后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱1内所有电池模组3内的细水雾喷头6均喷放细水雾，以局部应用灭火方式进行灭火，一方面扑灭起火电池模组3火灾，另一方面对未起火电池模组3进行冷却保护，防止热失控和火灾蔓延；

(2)气体灭火系统先行完成明火的扑灭后，细水雾喷头6持续喷放细水雾，一方面持续抑制热失控防止复燃，另一方面细水雾会在电池预制舱1内弥漫，以全淹没应用灭火方式对整个电池预制舱1内的其他区域进行灭火或抑制热失控；

(3)灭火完成后，关闭细水雾灭火系统，细水雾灭火系统复位待用，气体灭火系统重装复位待用。

情况二、电池预制舱1内电池模组3以外的其他区域起火后，根据如下步骤施救：

(1)当电池预制舱1内电池模组3以外的其他区域起火后，气体灭火系统开启，所有气体灭火系统喷头8均喷放灭火剂，以全淹没应用灭火方式进行灭火；

(2)明火扑灭后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱1内所有电池模组3内的细水雾喷头6均喷放细水雾，一方面以局部应用灭火方式进行灭火，持续抑制热失控防止复燃，另一方面细水雾会在电池预制舱1内弥漫，以全淹没应用灭火方式抑制整个电池预制舱1内其他区域发生热失控；

(3)灭火完成后，关闭细水雾灭火系统，细水雾灭火系统复位待用，气体灭火系统重装复位待用。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统，其特征在于：在电池预制舱内每一个电池模组内均安装有细水雾喷头，所有细水雾喷头通过管网连接至细水雾灭火装置；在电池预制舱内同时布置有气体灭火系统喷头，气体灭火系统喷头以全淹没应用灭火方式布置在电池预制舱内，所有气体灭火系统喷头通过管网连接至气体灭火装置；所述电池模组包括电池模组外壳，电池设置在电池模组外壳内，电池上表面距离电池模组外壳顶板内表面的距离大于等于50cm，电池侧表面距离电池模组外壳侧板内表面的距离大于等于20cm；在电池模组外壳的一个侧板设置有开口，在电池模组外壳的其他侧板设置有网孔区；所述开口的顶边与电池模组外壳顶板内表面高度一致，开口的底边不低于电池上表面；所述网孔区横跨所属侧板的整个宽度，网孔区的顶边低于电池模组外壳顶板内表面15~20cm，网孔区的底边不低于电池上表面；所述细水雾喷头从开口向电池模组外壳内伸入，细水雾喷头的喷放方向朝向电池上表面和电池模组外壳顶板内表面之间的区域，网孔区的开孔率为20~30%。

2.根据权利要求1所述的针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统，其特征在于：所述气体灭火系统为六氟丙烷灭火系统或七氟丙烷灭火系统。

3.根据权利要求2所述的针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的组合灭火系统，其特征在于：所述细水雾喷头为扁平扇形结构，在扇形曲面上沿弧线方向设置有一排喷嘴。

4.一种采用权利要求1~3所述的任一针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火系统的组合灭火方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）当电池预制舱内任意电池模组起火后，气体灭火系统开启，所有气体灭火系统喷头均喷放灭火剂，以全淹没应用灭火方式进行灭火；随后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱内所有电池模组内的细水雾喷头均喷放细水雾，以局部应用灭火方式进行灭火，一方面扑灭起火电池模组火灾，另一方面对未起火电池模组进行冷却保护，防止热失控和火灾蔓延；

（2）气体灭火系统先行完成明火的扑灭后，细水雾喷头持续喷放细水雾，一方面持续抑制热失控防止复燃，另一方面细水雾会在电池预制舱内弥漫，以全淹没应用灭火方式对整个电池预制舱内的其他区域进行灭火或抑制热失控；

（3）灭火完成后，关闭细水雾灭火系统，细水雾灭火系统复位待用，气体灭火系统重装复位待用。

5.一种采用权利要求1~3所述的任一针对磷酸铁锂储能电站电池预制舱的灭火系统的组合灭火方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）当电池预制舱内电池模组以外的其他区域起火后，气体灭火系统开启，所有气体灭火系统喷头均喷放灭火剂，以全淹没应用灭火方式进行灭火；

（2）明火扑灭后，细水雾灭火系统开启，整个电池预制舱内所有电池模组内的细水雾喷头均喷放细水雾，一方面以局部应用灭火方式进行灭火，持续抑制热失控防止复燃，另一方面细水雾会在电池预制舱内弥漫，以全淹没应用灭火方式抑制整个电池预制舱内其他区域发生热失控；

（3）灭火完成后，关闭细水雾灭火系统，细水雾灭火系统复位待用，气体灭火系统重装复位待用。

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