CN110649332A - 一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略 - Google Patents

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Abstract

本发明属于磷酸铁锂储能电站领域，具体涉及一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，包括如下步骤，设置可燃气体探测报警系统第一阈值与第二阈值；当可燃气体探测报警系统检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机；当可燃气体探测报警系统达到第二阈值时，在BMS电池管理系统检测PCS断路器跳闸后，由BMS电池管理系统关闭防爆电动风机，同时启动灭火系统。其能达到灭火控温双重目的，实现磷酸铁锂电站电池的防爆。

Description

一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略
技术领域
本发明属于磷酸铁锂储能电站领域，具体涉及一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略。
背景技术
目前锂电池储能舱使用的电池为磷酸铁锂电池，在该电池管理系统BMS管理失效或电池模组内的某单体电池发生充电过充时，局部单体电池发生过充失效，电池体壳体发生变形；当内部压力到达单体电池安全阀动作压力值时，单体电池的安全膜片爆破。单体电池内在高温下产生的可燃蒸汽和内部分解的可燃气体从安全阀口溢出，溢出的可燃液体蒸汽和可燃气体在储能舱内遇到明火点或高温点的情况下，会引发储能舱内的可燃液体蒸汽和可燃气体燃烧，极端情况下，会有可能发生爆炸。
因此，储能舱设计方面务必需要考虑储能舱内的防爆设计。传统防爆设计思路：(1)采用惰化设计降低可燃液体蒸汽和可燃气体的浓度；(2)储能舱设计为抗爆结构设计；(3)储能舱设计为泄爆结构设计。
但采用现有技术方案所存在的技术问题和缺点：如采用惰化方案，需要较大用量的气体；采用抗爆设计无疑是要无限制的加大箱体厚度和结构设计；采用泄爆设计时则需要箱体较大泄压面结构设计。以上的设计在项目中难以实施，且设计方案比较单一。
发明内容
本申请提供一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其能达到灭火控温双重目的，实现磷酸铁锂电站电池的防爆。
为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为：一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，包括如下步骤，设置可燃气体探测报警系统第一阈值与第二阈值；当可燃气体探测报警系统检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机；当可燃气体探测报警系统达到第二阈值时，在BMS电池管理系统检测PCS断路器跳闸后，由BMS电池管理系统关闭防爆电动风机，同时启动灭火系统。
作为本申请改进的技术方案，所述第一阈值为可燃气体浓度2％LEL。
作为本申请改进的技术方案，所述第二阈值为可燃气体浓度4％LEL。
作为本申请改进的技术方案，可燃气体探测报警系统包括手动报警按钮、感温探测器、感烟探测器与多个可燃气体探测器。
作为本申请改进的技术方案，手动报警按钮、感温探测器、感烟探测器与多个可燃气体探测器中，手动报警按钮或任一探测器检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机。
作为本申请改进的技术方案，当可燃气体浓度达到第一阈值，并且手动报警按钮与感温探测器、感烟探测器、可燃气体探测器中的任一组合；或感温探测器与感烟探测器、可燃气体探测器中的任一组合；或感烟探测器与可燃气体探测器中的组合；或任意两只可燃气体探测器探测浓度为4％LEL，判断PCS断路器跳闸后，并启动灭火系统。
作为本申请改进的技术方案，灭火系统采用细水雾灭火系统。
有益效果
采用本发明所提供的防爆策略，不采用传统的防爆方法，而是采用双重方式进行，一重方式是通风降低可燃气体浓度；二重方式是灭火系统灭火，其中，为了迅速降温、防爆以及除尘等灭火系统采用的是细水雾灭火系统。最终实现灭火、控温、防爆，一举多得。
另外，本申请的技术方案主要针对磷酸铁锂电池在着火时产生H2、CO等易燃/有毒气体的特性，通过降低报警时可燃气体探测器检测浓度值实现控制易燃有毒气体的二次着火以及其引发的爆炸。故本申请方案策略，除了适用于储能电站这样的大量使用磷酸铁锂电池的场所外，依旧适用于其他使用这类电池的使用场所，如蓄电池室，UPS、EPS及其他场所。
综上，本申请的技术方案1、具有较高的控制防爆效率，根据实际试验数据，在15min内可以有效控制电池体的可燃蒸汽和可燃气体的释放，并能扑灭电池体表面火灾且能够有效的长时间控制不复燃，不爆炸；2、对于传统方案来，该方案投资少，周期短；3、操作、控制、使用的简便，结合火灾报警系统和电池管理系统，系统可以在第一时间获得电池失效，最短的时间内启动水系统，以达到控制爆炸和灭火的目的；4、控制的时间越短，速度越快，其电池体所释放出的可燃蒸汽和可燃气体的量就越少，对环境污染的影响就越小；5、有用性能的出现：除了可以控制爆炸，还可以实现灭火功能，并能有效控制电池不复燃，不爆炸。
附图说明
图1本申请防爆策略的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1所示，一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，包括如下步骤，设置可燃气体探测报警系统第一阈值与第二阈值；所述第一阈值为可燃气体浓度2％LEL，所述第二阈值为可燃气体浓度4％LEL(第一阈值与第二阈值均低于现有防火防爆检测中的设定值)；当可燃气体探测报警系统检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机，以降低电池预制舱内可燃气体浓度；当可燃气体探测报警系统达到第二阈值时，在BMS电池管理系统检测PCS断路器跳闸后，由BMS电池管理系统关闭防爆电动风机，同时启动灭火系统。
在本文的技术方案中，可燃气体探测报警系统包括手动报警按钮、感温探测器、感烟探测器与多个可燃气体探测器(一般选用三个，三个可燃气体探测器均匀分布于预制舱(即电池预制舱)中)。
第一阈值时的报警方式以及防爆电动风机的启动设置为：手动报警按钮、感温探测器、感烟探测器与多个可燃气体探测器中，手动报警按钮或任一探测器检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机。
第二阈值时的报警方式以及灭火系统的启动设置为：当可燃气体浓度达到第一阈值，并且手动报警按钮与感温探测器、感烟探测器、可燃气体探测器中的任一组合；或感温探测器与感烟探测器、可燃气体探测器中的任一组合；或感烟探测器与可燃气体探测器中的组合；或任意两只可燃气体探测器探测浓度为4％LEL，判断PCS断路器跳闸后，并启动灭火系统。本申请为了实现对储能舱内的可燃液体蒸汽和可燃气体进行稀释、降可燃蒸汽雾和降温作用，灭火系统采用的是细水雾灭火系统。也可采用自动喷水灭火系统来实现降温、降可燃液体蒸汽和可燃气体浓度来实现控制爆炸风险，以达到本发明的防爆策略目的。
具体应用中可描述为，当可燃气体浓度达到第一阈值(一般为舱内单体电池开始发生热失控时的浓度值，为经验值，如：氢气20ppm、一氧化碳20ppm，具体由试验核定)，由BMS电池管理系统关闭空调、启动防爆电动风机，并跳开舱级PCS断路器、簇级继电器，防爆电动风机，进行强制通风，以降低储能舱内的可燃蒸汽和可燃气体的浓度。
当可燃气体浓度达到第二阈值(一般为舱内电池模块发生剧烈热失控时的浓度值如：氢气100ppm、一氧化碳100ppm，为经验值，具体由试验核定，具体由试验核定)且判断舱级PCS断路器跳闸后，联动BMS电池管理系统停止防爆电动风机通风，关闭储能舱内的簇级和舱级断路器切断输入输出电路，并及时启动细水雾灭火系统，由细水雾灭火系统的细水雾介质对储能舱内的可燃液体蒸汽和可燃气体进行稀释、降可燃蒸汽雾和降温作用。从而到达防爆设计要求，降低了储能舱内在电池发生失效异常时的爆炸危险。
本文中所述细水雾灭火系统的启动应符合“先断电、后喷雾降可燃气体浓度、再灭火”的要求。
当可燃气体浓度达到第一阈值且一个感温探测器动作且舱级PCS断路器跳闸，或一个感温探测器和一个感烟探测器同时动作且舱级PCS断路器跳闸，自动启动灭火系统。
当舱级PCS断路器拒跳时，经监控中心人工远程视频判断火灾，通过消防监控后台远程应急启动细水雾灭火系统进行降浓度、灭火等工作。
当在施工、调试或检修过程中发生预制舱电池火灾时，可启动该灭火系统进行灭火。也可以使用便携式灭火设施进行控火、灭火工作。
该方案已经过20多次不同厂家电池和不同灭火剂的试验验证，结论明确，控制可靠。
试验过程中可燃液体蒸汽和可燃气体浓度下降较为明显，均已达到，并得到了有效控制，停止细水雾灭火系统后，电池体在试验场内静置24h，无复燃，无爆炸。
特别说明的是，本申请采用的细水雾灭火系统，可以是现有技术中任意采用细水雾进行灭火的系统。
也可是采用在电池预制舱内每一个电池模组中均安装有一个以上细水雾喷头，所有细水雾喷头连接至细水雾灭火系统管网，细水雾灭火系统管网连通于外部水源，用于为细水雾喷头供水。其中，所述细水雾喷头为扁平结构，扁平结构的一侧面上设有至少两个喷嘴，所述至少两个喷嘴的布设位置保证喷射的雾束呈扇面分布，所述喷嘴所在面为弧面。以保证细水雾喷头能有效安装于电池预制舱中，并在不减小灭火喷雾范围的情况下减小占地空间。所述电池模组包括电池外壳，电池设置在电池外壳内，电池上表面距离电池外壳顶板内表面的距离大于等于50mm，电池侧表面距离电池外壳侧板内表面的距离大于等于20mm；在电池外壳的一个侧板设置有开口，在电池外壳的其他侧板设置有网孔区；所述开口的顶边与电池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外壳顶板内表面15～20mm，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外壳顶板内表面之间的区域。所述电池上表面距离电池外壳顶板内表面的距离大于等于50mm，电池侧表面距离电池外壳侧板内表面的距离大于等于20mm，网孔区的开孔率为25％。
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 (7)

1.一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，包括如下步骤，设置可燃气体探测报警系统第一阈值与第二阈值；当可燃气体探测报警系统检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机；当可燃气体探测报警系统达到第二阈值时，在BMS电池管理系统检测PCS断路器跳闸后，由BMS电池管理系统关闭防爆电动风机，同时启动灭火系统。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，所述第一阈值为可燃气体浓度2％LEL。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，所述第二阈值为可燃气体浓度4％LEL。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，可燃气体探测报警系统包括手动报警按钮、感温探测器、感烟探测器与多个可燃气体探测器。
5.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，手动报警按钮、感温探测器、感烟探测器与多个可燃气体探测器中，手动报警按钮或任一探测器检测值到达第一阈值时，联动BMS电池管理系统开启防爆电动风机。
6.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，当可燃气体浓度达到第一阈值，并且手动报警按钮与感温探测器、感烟探测器、可燃气体探测器中的任一组合；或感温探测器与感烟探测器、可燃气体探测器中的任一组合；或感烟探测器与可燃气体探测器中的组合；或任意两只可燃气体探测器探测浓度为4％LEL，判断PCS断路器跳闸后，并启动灭火系统。
7.根据权利要求1或4所述的一种磷酸铁锂储能电站电池预制舱防爆策略，其特征在于，灭火系统采用细水雾灭火系统。
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