CN112451878A - 锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于消防灭火技术领域，提供了一种锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置及其控制方法，利用导轨和行走机构将灭火剂泵移动至火情发生的电池模块处，导轨上设置带有位置信息的行止位，方便控制模块控制行走机构定位电池模块的位置，通过伸缩机构移动喷嘴的位置与电池模块的壳体注液口对接，并注入灭火剂，壳体采用密封结构，不会泄露灭火剂。本发明通过控制模块和无线通信模块与电池管理系统通信，能够在发现火情时自动实时灭火操作，且定位准确，灭火剂为液体，传导热量快，灭火迅速。

Description

锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置及其控制方法

技术领域

本发明属于消防灭火技术领域，尤其涉及一种锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置及其控制方法。

背景技术

锂离子电池是一种比能量高、循环寿命长的储能介质，已在便携式电子产品、各类电动车、后备应急电源和电力储能等领域得到了广泛的应用。锂离子电池储能系统在电力储能领域的应用近年来发展迅速，装机量大幅度提升，但由于安全性设计技术不成熟导致出现一定数量的火灾事故，给锂离子电池系统产品在电力储能领域的大规模应用带来障碍。

锂离子电池储能系统所采用的预制舱内设置有电池架，锂离子电池以成组的方式构成电池模块，多个电池模块放置在电池架上，储能系统采用电池管理系统控制，每个电池模块内都设置火情传感器，用来检测火情，火情传感器包括温度传感器、气体传感器和/或烟雾传感器，如果监测到有持续高温、电池模块内部气体和/或燃烧烟雾，则认定为发生了火情，此时需要采用灭火系统实施灭火操作。现有技术中的灭火系统均为固定式安装，无法移动，存在灭火的死角和盲点，在出现火情时，无法定向、定点灭火，如何进一步完善锂离子电池系统安全性设计，提升运行安全性尚未找到有效的解决办法。

例如，申请号为201620365913.8、名称为一种车辆安全电池箱和车辆动力安全系统的专利采用电池箱内置灭火器，无法实现火情的精准定位，难以实现快速灭火。

申请号为201120385862.2、名称为一种大型组合锂离子电池用降温及安全保护装置的专利采用气体降温和隔氧的方案灭火，但气体传导热量的速度不如液体，而且针对三元材料锂离子电池，即便稀释了氧气，该材料在高温反应时也会析出氧气，造成持续燃烧，无法从源头上解决灭火问题。

发明内容

本发明提供一种锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置及其控制方法，旨在解决上述技术问题。

本发明是这样实现的，一种锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，将电池模块设置在底座和围框密封连接组成的壳体内，所述壳体的顶部设置有注液口，所述灭火装置包括：

导轨，所述导轨沿所述电池模块的排列方向设置，所述导轨上设置有包含多个行止位，所述行止位与所述电池模块的位置逐一对应，所述行止位与所述电池管理系统具有相对应的位置信息，电池管理系统中储存所述位置信息；

沿所述导轨移动的行走机构，所述行走机构由电机驱动；

设置在所述行走机构上的第一伸缩机构和第二伸缩机构，所述第一伸缩机构竖直设置在所述行走机构上，所述第二伸缩机构水平设置于所述第一伸缩机构的活动端；

灭火剂泵，所述灭火剂泵设置在所述行走机构上，所述灭火剂泵的输出端连通有喷嘴，所述喷嘴设置于所述第二伸缩机构的活动端，所述灭火剂泵的输入端连通装有灭火剂的容器，所述喷嘴与所述注液口设置有相匹配的密封连通结构；

控制模块，所述控制模块与所述行走机构的电机、所述灭火剂泵、所述第一伸缩机构和所述第二伸缩机构电连接，用于控制所述电机启停和转动方向、控制所述灭火机泵启停以及控制所述第一伸缩机构和所述第二伸缩机构伸缩；

无线通信模块，所述无线通信模块与所述电池管理系统和所述控制模块电连接，用于接收所述电池管理系统发送的无线信号并将所述无线信号发送至所述控制模块。

进一步地，所述行止位为行程开关，所述行程开关分别与所述电池管理系统和所述控制模块电连接。

更进一步地，所述导轨的一端设置有无线充电位，所述行走机构上设置有电池和无线充电模块。

更进一步地，所述第二伸缩结构与所述第一伸缩结构通过电动转轴转动连接，所述电动转轴与所述控制模块电连接。

更进一步地，还包括一远程控制模块，所述远程控制模块与所述无线通信模块信号连接，用于获取控制指令，将所述控制指令发送至所述无线通信模块。

更进一步地，所述注液口设置有进液单向阀。

更进一步地，所述灭火剂为质量百分比为10％～15％的七氟丙烷或5％～15％的全氟己酮。

本发明还提供上述锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置的控制方法，包括以下步骤：

电池管理系统接收火情传感器发送的火情指令，将火情传感器所在的电池模块的位置信息发送至无线通信模块；

无线通信模块接收位置信息并发送至控制模块；

控制模块接收位置信息，控制行走机构的电机启动，行走机构沿导轨移动至与位置信息对应的行止位，控制第一伸缩机构和第二伸缩机构伸缩使灭火剂泵的喷嘴与电池模块的壳体的注液口对接，启动灭火剂泵向壳体内注入灭火剂。

进一步地，还包括控制模块启动灭火剂泵通过喷嘴对电池模块喷射灭火剂灭火。

本发明提供的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置利用导轨和行走机构将灭火剂泵移动至火情发生的电池模块处，导轨上设置带有位置信息的行止位，方便控制模块控制行走机构定位电池模块的位置，通过伸缩机构移动喷嘴的位置与电池模块的壳体注液口对接，并注入灭火剂，壳体采用密封结构，不会泄露灭火剂。本发明通过控制模块和无线通信模块与电池管理系统通信，能够在发现火情时自动实时灭火操作，且定位准确，灭火剂为液体，传导热量快，灭火迅速。

附图说明

图1是本发明实施例提供的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的导轨和行走机构的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的电池模块与导轨的位置关系示意图；

图4是本发明实施例提供的电池模块、行走机构、第一伸缩机构和第二伸缩机构的结构示意图。

图中标号分别表示：1-导轨，2-行止位，3-无线充电位，4-壳体，5-行走机构，6-电池架，7-注液口，8-喷嘴，9-第一伸缩机构，10-第二伸缩机构，11-电动转轴，12-装有灭火剂的容器，13-灭火剂管路，14-电机，15-灭火剂泵，101-控制模块，102-无线通信模块，103-电池管理系统，104-远程控制模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1～4，本发明实施例提供一种锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，将电池模块设置在底座和围框密封连接组成的壳体4内，壳体4的顶部设置有注液口7，灭火装置包括：导轨1、行走机构5、第一伸缩机构9、第二伸缩机构10、灭火剂泵15、控制模块101和无线通信模块102，无线通信模块102与电池管理系统103和控制模块101电连接，用于接收电池管理系统103发送的无线信号并将无线信号发送至控制模块101，控制模块101与行走机构5的电机14、灭火剂泵15、第一伸缩机构9和第二伸缩机构10电连接，用于控制电机14启停和转动方向、控制灭火机泵启停以及控制第一伸缩机构9和第二伸缩机构10伸缩，控制模块101可以是可编程逻辑控制器。

导轨1沿电池模块的排列方向设置，导轨1上设置有包含多个行止位2，行止位2与电池模块的位置逐一对应，行止位2与电池管理系统103具有相对应的位置信息，电池管理系统103中储存位置信息。

导轨1和行走机构5的组合可以采用现有技术中的产品，行走机构5由电机14驱动，行走机构5的电机14可以外接电源，也可以利用自带的电池供电。为了方便自带电池充电，可以在导轨1的一端设置无线充电位3，行走机构5上设置无线充电模块，无线充电模块与电池电连接，行走机构5移动至充电位自动充电。

第一伸缩机构9竖直设置在行走机构5上，第二伸缩机构10水平设置于第一伸缩机构9的活动端，第一伸缩机构9和第二伸缩机构10可以采用液压升降结构和液压伸缩机构，也可以采用气动伸缩机构或气动伸缩杆。

行止位2可以采用行程开关，行程开关分别与电池管理系统103和控制模块101电连接，也可以采用由电池管理系统103控制弹起的挡板，或者光耦信号发射器。

根据电池架6上的电池模块的高度和沿导轨1方向的位置预先在电池管理系统103中存储位置数据，电池模块中的火情传感器的位置信息也已知，导轨1上的行止位2的位置信息已知，电池管理系统103可以通过无线通信模块102向控制模块101发送起火的电池模块的位置信息，该位置信息包括电池模块所对应的行止位2的信息以及电池模块的高度信息，控制模块101控制行走机构5移动的同时，对比触发的行止位2的位置信息与电池管理系统103发送的起火的电池模块的位置信息，当信息一致时停止，然后根据高度信息升高第一伸缩机构9使第二伸缩机构10上的喷嘴8与注液口7对齐，然后第二伸缩机构10伸长对接注液口7。

特别地，行走机构5上设置一位置信息记录模块，行走机构5在导轨1上行走时，每经过一个行止位2即记录行止位2的位置信息，当需要到达下一个行止位2时，根据已经记录的行止位2的位置信息判断移动方向，例如，当接收到到达下一个行止位2的移动指令时，将此下一个行止位2的位置信息已经记录的行止位2的位置逐一比对，如有没有一致的信息则继续沿原方向移动直到到达移动指令要求的行止位2，如有一致的信息则反向移动到达先前经过的某一个行止位2。

灭火剂泵15设置在行走机构5上，灭火剂泵15的输出端连通有喷嘴8，喷嘴8设置于第二伸缩机构10的活动端，灭火剂泵15的输入端连通装有灭火剂的容器12，喷嘴8与注液口7设置有相匹配的密封连通结构。

灭火剂泵15为可以从装有灭火剂的容器12内抽取灭火剂的泵体，装有灭火剂的容器12可以设置在导轨1旁，通过灭火剂管路13与灭火剂泵15连通。灭火剂泵15随行走机构5移动，输出端连通喷嘴8，喷嘴8可以与注液口7连通用于向壳体4内注入灭火剂，也可以直接向电池模块喷射灭火剂。灭火剂泵15的输出流量预设，根据灭火剂泵15的启动时长确定灭火剂的注入量，并在达到壳体4的容量之前停止。

进一步地，第二伸缩结构与第一伸缩结构通过电动转轴11转动连接，电动转轴11与控制模块101电连接，灭火剂泵15设置在第二伸缩结构上、位于电动转轴11的转动中心，装有灭火剂的容器12与灭火剂泵15通过转动接头连接，以此设置，使得喷嘴8可以随第二伸缩机构10在水平面转动，使喷嘴8实现360度喷射，便于在多个电池模块均起火且火势较大时控制火势。

更进一步地，本发明实施例还包括一远程控制模块104，远程控制模块104与无线通信模块102信号连接，用于获取控制指令，将控制指令发送至无线通信模块102，远程控制模块104可以是人工操作台，喷嘴8实施360度喷射的指令可以由人工操作台发出。另外，远程控制模块104还可以通过无线通信模块102和控制模块101以及电动转轴11实现喷嘴8在一定弧度范围内喷射，例如相邻的两个电池架6上的电池模块起火，此时可以电动转轴11在一定角度范围内正反转，实现喷嘴8在小范围内喷射灭火剂，使得喷嘴8喷射灭火的针对性更好。

通过控制模块101设置第一伸缩机构9和第二伸缩机构10的伸缩高度，将伸缩高度设置为多段，每一段对应电池架6中每一层电池模块的壳体4的注液口7的高度，便于喷嘴8与注液口7对接。

注液口7可以设置一进液单向阀，使得注液完成后，喷嘴8回退时，注液口7自动封闭，不会泄露灭火剂。灭火剂可以使用质量百分比为10％～15％的七氟丙烷或5％～15％的全氟己酮，灭火效果好。

本发明实施例提供上述锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置的控制方法，该方法包括以下步骤：

行走机构5不使用时移动至导轨1一端的充电位充电、待机。

电池管理系统103接收火情传感器发送的火情指令，将火情传感器所在的电池模块的位置信息发送至无线通信模块102。

无线通信模块102接收位置信息并发送至控制模块101。

控制模块101接收位置信息，控制行走机构5的电机14启动，充电停止，行走机构5沿导轨1移动至与位置信息对应的行止位2，控制第一伸缩机构9和第二伸缩机构10伸缩使灭火剂泵15的喷嘴8与电池模块的壳体4的注液口7对接，启动灭火剂泵15向壳体4内注入灭火剂。

当多个电池模块起火时，控制模块101控制行走机构5移动至起火的电池模块附近，启动灭火剂泵15通过喷嘴8对电池模块喷射灭火剂灭火。

当大范围内的火势较大时，控制模块101控制行走机构5移动至起火区域，启动电动转轴11转动，同时启动灭火剂泵15通过喷嘴8360度喷射灭火剂灭火。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，将电池模块设置在底座和围框密封连接组成的壳体内，所述壳体的顶部设置有注液口，其特征在于，所述灭火装置包括：

导轨，所述导轨沿所述电池模块的排列方向设置，所述导轨上设置有包含多个行止位，所述行止位与所述电池模块的位置逐一对应，所述行止位与所述电池管理系统具有相对应的位置信息，电池管理系统中储存所述位置信息；

沿所述导轨移动的行走机构，所述行走机构由电机驱动；

设置在所述行走机构上的第一伸缩机构和第二伸缩机构，所述第一伸缩机构竖直设置在所述行走机构上，所述第二伸缩机构水平设置于所述第一伸缩机构的活动端；

灭火剂泵，所述灭火剂泵设置在所述行走机构上，所述灭火剂泵的输出端连通有喷嘴，所述喷嘴设置于所述第二伸缩机构的活动端，所述灭火剂泵的输入端连通装有灭火剂的容器，所述喷嘴与所述注液口设置有相匹配的密封连通结构；

控制模块，所述控制模块与所述行走机构的电机、所述灭火剂泵、所述第一伸缩机构和所述第二伸缩机构电连接，用于控制所述电机启停和转动方向、控制所述灭火机泵启停以及控制所述第一伸缩机构和所述第二伸缩机构伸缩；

无线通信模块，所述无线通信模块与所述电池管理系统和所述控制模块电连接，用于接收所述电池管理系统发送的无线信号并将所述无线信号发送至所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，其特征在于，所述行止位为行程开关，所述行程开关分别与所述电池管理系统和所述控制模块电连接。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，其特征在于，所述导轨的一端设置有无线充电位，所述行走机构上设置有电池和无线充电模块。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，其特征在于，所述第二伸缩结构与所述第一伸缩结构通过电动转轴转动连接，所述电动转轴与所述控制模块电连接。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，其特征在于，还包括一远程控制模块，所述远程控制模块与所述无线通信模块信号连接，用于获取控制指令，将所述控制指令发送至所述无线通信模块。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，其特征在于，所述注液口设置有进液单向阀。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置，其特征在于，所述灭火剂为质量百分比为10％～15％的七氟丙烷或5％～15％的全氟己酮。

8.权利要求1～7任一项所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

电池管理系统接收火情传感器发送的火情指令，将火情传感器所在的电池模块的位置信息发送至无线通信模块；

无线通信模块接收位置信息并发送至控制模块；

控制模块接收位置信息，控制行走机构的电机启动，行走机构沿导轨移动至与位置信息对应的行止位，控制第一伸缩机构和第二伸缩机构伸缩使灭火剂泵的喷嘴与电池模块的壳体的注液口对接，启动灭火剂泵向壳体内注入灭火剂。

9.根据权利要求8所述的锂离子电池储能系统预制舱用灭火装置的控制方法，其特征在于，还包括控制模块启动灭火剂泵通过喷嘴对电池模块喷射灭火剂灭火。

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