CN110947125B - 一种储能电站电池仓灭火系统 - Google Patents
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Abstract
一种储能电站电池仓灭火系统，涉及一种电池仓消防结构，属于储能系统领域。解决了电池储能舱由于使用退役电池，易出现单体电池热失控造成整个电池仓的安全性差的问题。本发明储能电站电池仓内的每个单体电池上均套设有一个电池壳体，每个电池壳体的顶部开有泄压口和注液口，泄压口和注液口上分别设置有安全阀和注液阀；泄压口通过排气管与定向泄压排热系统的进气口连通，注液口通过导液管与储能电站的消防系统的出水口连通；定向泄压排热系统用于对通过排气管喷出的气固混合物进行净化消音后排出。本发明适用于电池仓使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池仓消防结构，属于储能系统领域。
背景技术
由于新能源资源丰富，普遍具备可再生特性，可供人类永续利用的特点，近年来相关产业得到了快速的发展。但是风能、光能等新能源发电技术受季节、气候、环境等因素影响，所发的电具有间歇性、随时性的特点，并不能将其直接并入电网。储能技术由于具有削峰填谷、平滑负荷、改善电网特性的特点，很好的弥补了新能源发电技术的不足，得到了广泛的应用。为了降低储能电站的建设成本，储能电站电池仓所用电池大多数为电动汽车等领域退役的电池，实现了电池的梯次利用。但是在降低成本的同时，储能电站的电池由于生产批次，电池类型，老化路径的不一致等问题，带来的安全问题也不容忽视。由于电池内短路、外部机械短路等问题导致的单体电池热失控，进而引发电池包内电池的热蔓延，最终引起整个储能电站着火的火灾事故频发，严重影响了储能行业的发展。
发明内容
本发明是为了解决电池储能舱由于使用退役电池，易出现单体电池热失控造成整个电池仓的安全性差的问题，提出了一种储能电站电池仓灭火系统。
本发明所述一种储能电站电池仓灭火系统，该系统包括电池壳体1、定向泄压排热系统2、储能电站消防系统3、蓄电池BMS系统4、压力传感器6和温度传感器7；
储能电站电池仓内的每个单体电池上均套设有一个电池壳体1，每个电池壳体1的顶部开有泄压口101和注液口102，泄压口101和注液口102上分别设置有安全阀和注液阀；
所述泄压口101通过排气管203与定向泄压排热系统2的进气口连通，注液口102通过导液管303与储能电站消防系统3的出水口连通；
定向泄压排热系统2用于对排气管203内的气固混合物进行净化消音后排出；
储能电站消防系统3用于通过导液管303向电池壳体1内部输送水；导液管303临近注液口端设置有单向阀8；
所述导液管303上还设置有电磁阀5；所述电磁阀5的开关由蓄电池BMS系统4控制；
每个电池壳体1内均设置有温度传感器6和压力传感器7，所述温度传感器6用于采集电池壳体1内部的温度信号，压力传感器7用于采集电池壳体1内部的压力信号；
温度传感器6和压力传感器7分别将采集的温度信号和压力信号发送至蓄电池BMS系统4；
蓄电池BMS系统4用于根据接收的压力信号和温度信号判断电池壳体1内的温度和压力是否超过阈值，当温度或压力任意一个信号超出阈值时，控制储能电站消防系统3出水，同时控制电磁阀5打开，对电池仓内的电池壳体1进行灭火或降温。
进一步地，导液管303包括多根导液支管、多根一号导液主管和二号导液主管，每根一号导液主管分别与一组电池的多个电池壳体1通过导液支管连通，一号导液主管还与二号导液主管连通，所述二号导液主管与储能电站消防系统3的出水口连通。
进一步地，储能电站消防系统3包括供水设施301和消防泵302；
供水设施301采用蓄水池、水井或自来水管道实现，消防泵302用于从供水设施301内抽水，消防泵302的出水口与二号导液主管连通。
进一步地，排气管203包括多根排气支管、多根一号排气主管和二号排气主管，每根一号排气主管分别与一组电池的的多个电池壳体1通过多根排气支管连通，一号排气主管还与二号排气主管连通。
进一步地，定向泄压排热系统2包括气体净化装置202和消音装置201；
每个电池壳体1排出的气体均经排气管203依次通过气体净化装置(203)和消音装置201后排出。
进一步地，定向泄压排热系统2还包括阻火器204，每根排气支管上均设置一个阻火器204。
进一步地，定向泄压排热系统2还包括易燃气体传感器，所述易燃气体传感器设置在排气管203上，所述易燃气体传感器用于采集排气管203内是否含有易燃气体，将采集的信号发送至蓄电池BMS系统4，所述蓄电池BMS系统4接收到可燃气体信号后，控制电磁阀打开，同时控制储能电站消防系统3的消防泵302上电工作。
本发明利用电池单体热失控后易出现膨胀喷火，造成电池壳体内温度压力产生变化的现象，控制消防系统及时送水，对电池单体进行降温，在电池着火之前对电池单体进行降温，避免了由于一个电池单体存在问题，引起整个电池组或整个电池仓着火、爆炸，造成不必要的损失，实现抑制热量在电池单体之间传递，引起多个电池热失控的连锁反应，以达到抑制储能电站着火的目的。提高了电池使用过程中的安全性。
附图说明
图1是本发明所述储能电站电池仓消防结构的原理框图；
图2是电池壳体1的结构示意图；
图3是本发明所述储能电站电池仓消防结构的电气控制原理框图；
图4是储能电站消防系统3的连接示意图；
图5是定向泄压排热系统2的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种储能电站电池仓灭火系统，该系统包括电池壳体1、定向泄压排热系统2、储能电站消防系统3、蓄电池BMS系统4、压力传感器6和温度传感器7；
储能电站电池仓内的每个单体电池上均套设有一个电池壳体1，每个电池壳体1的顶部开有泄压口101和注液口102，泄压口101和注液口102上分别设置有安全阀和注液阀；
所述泄压口101通过排气管203与定向泄压排热系统2的进气口连通，注液口102通过导液管303与储能电站消防系统3的出水口连通；
定向泄压排热系统2用于对排气管203内的气固混合物进行净化消音后排出；
储能电站消防系统3用于通过导液管303向电池壳体1内部输送水；导液管303临近注液口端设置有单向阀8；
所述导液管303上还设置有电磁阀5；所述电磁阀5的开关由蓄电池BMS系统4控制；
每个电池壳体1内均设置有温度传感器6和压力传感器7，所述温度传感器6用于采集电池壳体1内部的温度信号，压力传感器7用于采集电池壳体1内部的压力信号；
温度传感器6和压力传感器7分别将采集的温度信号和压力信号发送至蓄电池BMS系统4；
蓄电池BMS系统4用于根据接收的压力信号和温度信号判断电池壳体1内的温度和压力是否超过阈值，当温度或压力任意一个信号超出阈值时，控制储能电站消防系统3出水，同时控制电磁阀5打开，对电池仓内的电池壳体1进行灭火或降温。
本实施方式所述的结构在某一个电池单体出现热失衡时，出现电池壳体内温度压力增大，当压力大于压力阈值后就会冲破安全阀和注液阀，此时压力传感器和温度传感器也会采集到温度压力的变化，或者当温度传感器采集到的温度大于温度阈值时，(由于电池热失衡，电池温度达到阈值后，压力也会达到压力阈值)蓄电池BMS系统4对接收的压力信号与压力阈值信号进行对比，超出了阈值信号，控制电磁阀5开启，同时控制消防泵开启，向电池仓内供水，由于未发生热失衡的电池单体的壳体保持完好，并不会被水浸泡，水只能进入到出现热失衡的电池壳体内，这样实现了对热失衡的电池进行降温，由于水快速注满电池壳体，也实现了快速灭火，电池壳体内的水从泄压口101经排气管排出，由于排气管上设置有定向泄压排热系统2，所述定向泄压排热系统2可对燃烧产生的气体进行净化。
进一步地，导液管303包括多根导液支管、多根一号导液主管和二号导液主管，每根一号导液主管分别与一组电池的多个电池壳体1通过导液支管连通，一号导液主管还与二号导液主管连通，所述二号导液主管与储能电站消防系统3的出水口连通。
本实施方式所述的导液管303采用多导液支管连接一号导液主管，每根导液支管连接一个电池壳体，每根一号导液主管与一个电池组的电池壳体连通，同时与二号导液主管连通，每根一号导液主管上设置有一个电磁阀5，二号导液主管上也设置有一个电磁阀5，这样才采集到某一组电池的一个电池单体出现热失衡时，即可控制二号导液主管上的电磁阀和连接对应电池组的一号导液主管上的电磁阀开启，这样，实现了隔离处理，同时加快了水能够快速的到达出现问题的电池壳体内，加快了处理效率。
进一步地，结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式中，储能电站消防系统3包括供水设施301和消防泵302；
供水设施301采用蓄水池、水井或自来水管道实现，消防泵302用于从供水设施301内抽水，消防泵302的出水口与二号导液主管连通。
进一步地，结合图5说明本实施方式，本实施方式中，排气管203包括多根排气支管、多根一号排气主管和二号排气主管，每根一号排气主管分别与一组电池的的多个电池壳体1通过多根排气支管连通，一号排气主管还与二号排气主管连通。
本实施方式所述的排气管采用多个支路与主排气管相连的方式，实现每一组电池连接一根主排气管，避免了电池组与电池组之间相互干扰。同时在二号排气主管上还设置有液体过滤装置，由于锂离子电解液中主要包含LiPF6，其阴离子PF6在与水或溶剂反应可能产生一系列有毒气\液体，主要为烃类的磷，氟化物或氢氟酸。在定向泄压排热系统中设置液体过滤装置对有毒液体进行净化处理，防止其对环境造成污染。
进一步地，结合图5说明本实施方式，本实施方式中，定向泄压排热系统2包括气体净化装置202和消音装置201；
每个电池壳体1排出的气体均经排气管203依次通过气体净化装置(203)和消音装置201后排出。
进一步地，结合图5说明本实施方式，本实施方式中，定向泄压排热系统2还包括阻火器204，每根排气支管上均设置一个阻火器204。
本实施方式中所述的电池壳体在电池未发生热失控事故时，电池的泄压阀和注液阀保持关闭状态，保证电池电解液不发生泄漏。在电池发生热失控时，由于压力变化，泄压阀和注液阀被压力冲开，但电池壳体保证气密性良好，液体只能从注液口流入，泄压阀流出。
当某一单体电池发生热失控事故时，电池喷发出的气体中包括CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6和C3H6等多种气体，其中大部分气体具有可燃性，并伴随着火花喷出。为了防止喷射出去的火花经过排气管道引燃其他电池，导致其他电池发生热失控，在每个电池泄压口的出口位置设置有阻火器，将热失控后电池喷射出去的火花过滤掉。在注液口出口位置设置有单向阀防止电池喷出的火花喷入导液管，并保证液体只能由导液管流入电池内部。
由于水的比热容较大，在电池发生热失控后，采用将水直接注入电池壳体内部的方式进行灭火，水可以直接被输送到着火点，实现了针对火源定点灭火的方式进行灭火，该灭火方式更加节能高效，并且可以很大程度上降低由于电池热失控造成的经济财产损失。
在电池热失控后，通过泄压口直接将喷发出的火星和可燃气体定向的经过排气管道、气体净化装置和消音装置排出电池仓内，有效的避免了由于电池热失控喷阀的不确定性，引燃整个电池仓。
进一步地，结合图5说明本实施方式，定向泄压排热系统2还包括易燃气体传感器，所述易燃气体传感器设置在一号排气主管上，所述易燃气体传感器用于采集一号排气主管内是否含有易燃气体，将采集的信号发送至蓄电池BMS系统4，所述蓄电池BMS系统4接收到可燃气体信号后，控制电磁阀打开，同时控制储能电站消防系统3的消防泵302上电工作。
本实施方式还包括易燃气体传感器，所述易燃气体传感器设置在排气管203管上，所述易燃气体传感器用于采集排气管203内的易燃气体，并将采集的信号发送至蓄电池BMS系统4，所述蓄电池BMS系统4接收到可燃气体信号后，控制电磁阀打开，同时控制储能电站消防系统3的消防泵302上电工作，避免了由于设置在电池壳体内的温度和压力传感器出现故障，造成无法及时发现电池热失衡故障，造成起火的问题。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (3)
1.一种储能电站电池仓灭火系统，其特征在于，该系统包括电池壳体（1）、定向泄压排热系统（2）、储能电站消防系统（3）、蓄电池BMS系统（4）、压力传感器（6）和温度传感器（7）；
储能电站电池仓内的每个单体电池上均套设有一个电池壳体（1），每个电池壳体（1）的顶部开有泄压口（101）和注液口（102），泄压口（101）和注液口（102）上分别设置有安全阀和注液阀；
所述泄压口（101）通过排气管（203）与定向泄压排热系统（2）的进气口连通，注液口（102）通过导液管（303）与储能电站消防系统（3）的出水口连通；
定向泄压排热系统（2）用于对排气管（203）内的气固混合物进行净化消音后排出；
储能电站消防系统（3）用于通过导液管（303）向电池壳体（1）内部输送水；导液管（303）临近注液口端设置有单向阀（8）；
所述导液管（303）上还设置有电磁阀（5）；所述电磁阀（5）的开关由蓄电池BMS系统（4）控制；
每个电池壳体（1）内均设置有温度传感器（6）和压力传感器（7），所述温度传感器（6）用于采集电池壳体（1）内部的温度信号，压力传感器（7）用于采集电池壳体（1）内部的压力信号；
温度传感器（6）和压力传感器（7）分别将采集的温度信号和压力信号发送至蓄电池BMS系统（4）；
蓄电池BMS系统（4）用于根据接收的压力信号和温度信号判断电池壳体（1）内的温度和压力是否超过阈值，当温度或压力任意一个信号超出阈值时，控制储能电站消防系统（3）出水，同时控制电磁阀（5）打开，对电池仓内的电池壳体（1）进行灭火或降温；
定向泄压排热系统（2）包括气体净化装置（202）、消音装置（201）和阻火器（204），
每个电池壳体（1）排出的气体均经排气管（203）依次通过气体净化装置（202）和消音装置（201）后排出；
排气管（203）包括多根排气支管、多根一号排气主管和二号排气主管，每根一号排气主管分别与一组电池的多个电池壳体（1）通过多根排气支管连通，一号排气主管还与二号排气主管连通，气体通过二号排气主管排出；
每根排气支管上均设置一个阻火器（204）；
定向泄压排热系统（2）还包括易燃气体传感器（205），所述易燃气体传感器（205）设置在排气管（203）上，所述易燃气体传感器（205）用于采集排气管（203）内是否含有易燃气体，将采集的信号发送至蓄电池BMS系统（4），所述蓄电池BMS系统（4）接收到可燃气体信号后，控制电磁阀打开，同时控制储能电站消防系统（3）的消防泵（302）上电工作。
2.根据权利要求1所述一种储能电站电池仓灭火系统，其特征在于，导液管（303）包括多根导液支管、多根一号导液主管和二号导液主管，每根一号导液主管分别与一组电池的多个电池壳体（1）通过导液支管连通，一号导液主管还与二号导液主管连通，所述二号导液主管与储能电站消防系统（3）的出水口连通。
3.根据权利要求2所述一种储能电站电池仓灭火系统，其特征在于，储能电站消防系统（3）包括供水设施（301）和消防泵（302）；
供水设施（301）采用蓄水池、水井或自来水管道实现，消防泵（302）用于从供水设施（301）内抽水，消防泵（302）的出水口与二号导液主管连通。
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