CN113381087A - 一种储能电池安全防护装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储能电池安全防护装置及系统。本发明通过设置于所述腔体内的气体浓度探测器和温度传感器，采集电池模块的温度信息和所在空间的气体浓度信息；本发明在电池PACK层面的小空间内快速检测多种火灾信息，通过多信息对锂电池的热失控状态进行判断，并自动释放灭火药剂进行灭火。本发明能够精准的检测锂电池的热失控信息，提高了安全防护效率。

Description

一种储能电池安全防护装置及系统
技术领域
本发明涉及锂电池储能技术领域，特别是涉及一种储能电池安全防护装置及系统。
背景技术
目前，锂电池储能系统已越来越多的得到应用，由于锂电池自身材料特性无法彻底杜绝起火燃烧的可能性，随应用量增大，必然存在起火燃烧等严重事故的机率，近一年来国内外出现的多例锂电池储能系统火灾事故让人们对锂电池储能行业安全性给予了高度重视，甚至制约整个锂电池储能行业的发展。
现有技术中储能行业消防方案多采用柜式七氟丙烷灭火装置，对储能系统所处空间进行淹没式气体灭火，而对于锂电池热失控监测预警，现有技术中仅仅采用烟雾传感器采集异常信息，对于其他的锂电池热失控的隐患不能第一时间检测到故障，造成火势蔓延形成重大事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种储能电池安全防护装置及系统，能够精准的检测锂电池的热失控信息，提高了安全防护效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种储能电池安全防护装置，包括：
柜体，用于放置电池模块；
气体浓度探测器，设置于所述柜体内，用于探测所述柜体内的气体浓度信息；
温度传感器，设置于所述柜体内，用于探测所述柜体内的所述电池模块的温度信息；
控制模块，与所述气体浓度探测器和所述温度传感器电连接，用于根据所述气体浓度信息和/或所述温度信息生成灭火指令；
容纳灭火药剂的灭火装置，与所述柜体连通，且与所述控制模块电连接，用于根据所述灭火指令向所述柜体释放所述灭火药剂。
优选地，所述柜体内包括多个相互独立的腔体，每个所述腔体内最多设置一个所述电池模块；各所述腔体内均设置一个所述气体浓度探测器和一个所述温度传感器；各所述腔体均与所述灭火装置连通。
优选地，还包括：
电池管理模块，与所述控制模块连接，用于监测所述电池模块的电压降信息；所述控制模块根据所述电压降信息生成所述灭火指令。
优选地，所述气体浓度信息包括：一氧化碳浓度信息、氢气浓度信息和/或氧气浓度信息。
优选地，所述温度传感器为光纤光栅温度传感器；所述光纤光栅温度传感器的工作频率为10Hz。
优选地，所述灭火装置包括：
至少一个灭火管道，容纳有所述灭火药剂，与所述腔体连通。
优选地，处于同一列或者同一行的所述电池模块共用一个所述灭火管道。
优选地，所述灭火装置还包括：
阀门，设置在所述灭火管道上，用于根据所述灭火指令或手动打开所述灭火管道的通路，并将所述灭火药剂通向所述腔体中的所述电池模块。
优选地，所述灭火药剂为全氟己酮灭火剂。
一种储能电池安全防护系统，包括：
上述储能电池安全防护装置；
智能管理平台，与所述储能电池安全防护装置连接，用于采集并显示所述储能电池安全防护装置的设备信息，并根据所述设备信息对所述储能电池安全防护装置进行集中调度；所述设备信息包括：灭火设备信息、环境和火灾信息、电池状态信息和位置信息。
优选地，还包括：
移动终端，与所述智能管理平台连接，用于接收所述设备信息并进行显示。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过设置于所述腔体内的气体浓度探测器和温度传感器，采集电池模块的温度信息和所在空间的气体浓度信息；本发明在电池PACK层面的小空间内快速检测多种火灾信息，通过多信息对锂电池的热失控状态进行判断，并自动释放灭火药剂进行灭火。本发明能够精准的检测锂电池的热失控信息，提高了安全防护效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中的防护装置的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例中的电池包正视图；
图3为本发明提供的实施例中的电池包剖视图；
图4为本发明提供的实施例中的防护装置的外部示意图。
符号说明：
1-正常电池模块，2-防护电池模块，3-失控电池模块，4-控制模块，5-阀门，6-灭火管道，7-专用喷头，8-防护单元。
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做出创造性劳动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。
本发明的目的是提供一种储能电池安全防护装置及系统，能够精准的检测锂电池的热失控信息，提高了安全防护效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1和图4分别为本发明提供的实施例中的防护装置的结构示意图和外部示意图，如图1和图4所示，本实施例提供了一种储能电池安全防护装置，包括：柜体、温度传感器、气体浓度探测器、控制模块4和容纳灭火药剂的灭火装置。其中柜体用于放置电池模块；所述气体浓度探测器设置于所述柜体内，所述气体浓度探测器用于探测所述柜体内的气体浓度信息；所述温度传感器设置于所述柜体内，所述温度传感器用于探测所述柜体内的所述电池模块的温度信息；所述控制模块4分别与所述气体浓度探测器和所述温度传感器电连接，所述控制模块4用于根据所述气体浓度信息和/或所述温度信息生成灭火指令；所述容纳灭火药剂的灭火装置与所述柜体连通，且与所述控制模块4电连接，所述灭火装置用于根据所述灭火指令向所述柜体释放所述灭火药剂。
进一步地，所述柜体内包括多个相互独立的腔体，每个所述腔体内最多设置一个所述电池模块；各所述腔体内均设置一个所述气体浓度探测器和一个所述温度传感器；各所述腔体均与所述灭火装置连通。
作为一种可选的实施方式，若电池模块为失控电池模块3时，则其相邻的多行和多列的正常电池模块1转变为防护电池模块2，所述防护电池模块2与所述失控电池模块3所在的腔体一起作为灭火药剂的接收区域，从而组成了一个范围较大的失控防护范围。
优选地，所述灭火装置包括：
至少一个灭火管道6，容纳有所述灭火药剂，与所述腔体连通。
优选地，处于同一列或者同一行的所述电池模块共用一个所述灭火管道6。
优选地，所述灭火装置还包括：
阀门5，设置在所述灭火管道6上，用于根据所述灭火指令或手动打开所述灭火管道6的通路，并将所述灭火药剂通向所述腔体中的所述电池模块。
可选地，所述阀门5为分区控制阀对应各个有电池模块构成的电池簇，安装在电池模块的电池架顶部，由它开启并引导灭火药剂释放到需要处置对应电池簇的全部电池PACK(电池模块)内。
可选地，7个所述腔体组成一个防护单元8。
图2和图3为本发明提供的实施例中的电池包正视图和电池包剖视图，如图2和图3所示，每一个所述电池模块所在的腔体均与一个灭火管道6连通。
可选地，进一步地，还包括专用喷头7，所述专用喷头7安装在电池PACK外壳(腔体的外壳)正面出风口位置，控制灭火药剂的喷射速率，将灭火药剂以雾滴释放到电池PACK内。
优选地，所述气体浓度信息包括：一氧化碳浓度信息、氢气浓度信息和/或氧气浓度信息。
可选地，所述温度传感器为光纤光栅温度传感器；所述光纤光栅温度传感器的工作频率为10Hz。
具体的，所述温度传感器和气体浓度探测器集成于一体，构成PACK多组份气体探测器，所述PACK多组份气体探测器为编码型电子器件，安装在储存有电池模块的所述腔体的正面出风口位置，能对温度、温升速率、氢气浓度、氧气浓度、一氧化碳浓度进行探测，并在前端完成分析运算，在满足判定条件时，向控制模块4发出多级报警信号。
优选地，还包括：电池管理模块，与所述控制模块4连接，用于监测所述电池模块的电压降信息；所述控制模块4根据所述电压降信息生成所述灭火指令。
具体的，所述控制模块4负责防护装置的报警信息的分析处理，以及防护装置的运行、管理和控制。通过控制模块4，防护装置具备自动、现场手动、远程手动三种启动方式。
可选地，还包括现场显示控制器，所述现场显示控制器与所述控制模块4连接，所述现场显示控制器设置在柜体上和柜体外的安全区域；所述现场显示控制器具备对防护装置的状态信息、系统报警信息、温度和气体浓度实时预警状态、电池电压降预警状态、手动/自动工作状态的查询和设置功能，具备控制系统一键启动的功能。
优选地，所述灭火药剂为全氟己酮灭火剂。
可选地，全氟己酮灭火剂主要通过汽化吸收热量的冷却降温作用来抑制电池热失控的发展，扑灭热失控引起的火灾。
具体的，还包括灭火剂储存容器，所述灭火剂储存容器与所述灭火管道6相连，所述灭火剂储存容器与所述控制模块4封装在一个集装箱内；所述灭火剂储存容器用于储存全氟己酮灭火剂，所述灭火剂储存容器的容量设计应满足电池PACK级防护装置的多次处置电池热失控的需求。
可选地，灭火剂储存容器预留有补液接口，可通过快装接口连接灭火剂补液装置，满足持续的热失控处置需求。
本实施例中，多个防护装置构成了集装箱消防保护子系统。多个防护装置设置于类似于集装箱的箱体内，所述箱体顶部设置有集装箱多组份气体探测器，对集装箱内温度、湿度、氢气、一氧化碳、甲烷浓度进行实时监测预警。当核心控制器接收到集装箱内气体浓度报警信号时，将向仓内事故通风系统发出联动启动信号，启动事故通风系统降低仓内可燃气体的浓度。
可选地，该子系统还包括点型温度探测器和点型感烟探测器；两种探测器均为防爆编码型电子器件，以吸顶安装的方式安装在集装箱顶部，用于集装箱火灾的探测，接入储能电站火灾自动报警系统，通过数据总线与火灾报警控制器连接。
具体的，还包括声光警报器；所述声光警报器为编码型电子器件，安装在集装箱的入口处，当现场发生火灾并确认后，由核心控制器启动警报器发出强烈的声光报警信号，以达到提醒现场人员注意的目的。
进一步地，还包括气体释放灯；所述气体释放灯为编码型电子器件，安装在集装箱的入口处，当全氟己酮释放后，核心控制器将启动气体释放灯发出灯光指示，提醒人员注意并采取相应措施。
具体的，还包括全淹没喷头7；所述全淹没喷头7安装在集装箱顶部，全氟己酮灭火剂的释放机构。
可选地，还包括全淹没泵组，所述全淹没泵组用于集装箱火灾全淹没防护的全氟己酮灭火剂输送提供动力。
具体的，电池PACK级的主动防护装置和集装箱消防保护子系统的全氟己酮灭火管网(灭火管道6)应预留有半固定式快装接口，具备快速连接室外消防给水系统进行持续消防应急救援的能力。
本实施例还提供一种储能电池安全防护系统，包括：
上述储能电池安全防护装置；
智能管理平台，与所述储能电池安全防护装置连接，用于采集并显示所述储能电池安全防护装置的设备信息，并根据所述设备信息对所述储能电池安全防护装置进行集中调度；所述设备信息包括：灭火设备信息、环境和火灾信息、电池状态信息和位置信息。
优选地，还包括：
移动终端，与所述智能管理平台连接，用于接收所述设备信息并进行显示。
具体的，所述智能管理平台应能对电池健康信息，主动防护装置的工作状态、阀门动作、间隔喷放信息，电池包内部及储能电池集装箱整体环境的温度、温升，氢气、一氧化碳、甲烷浓度信息，仓内温度和烟气等信息进行采集和分析，通过设置在消防控制室的上位机、移动设备APP为储能电池的安全运行、储能电池主动安全防护系统及其他消防系统的维保、事故的处置和分析等提供报警、查询、控制等服务。
作为一种可选的实施方式，所述智能管理平台的报警信息级别上应分为两级。温度预警级别应分为低温和高温两级，其中低温为一级报警信号，高温为二级报警信号；氢气浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度均应分为低浓度和高浓度两级，其中低浓度为一级报警信号，高浓度为二级报警信号；温升速率报警信号为一级报警信号；来自BMS的电压降速率预警信号为一级报警信号。
可选地，所述控制模块设置为自动、手动工作模式，核心控制器接收到任意1个一级报警信号时，向BMS发出报警信号，由BMS执行停止对失控电池PACK充电的操作。
本实施例中，通过控制模块，储能电池安全防护系统系统应具备自动、现场手动、远程手动三种启动方式。
1)自动启动：核心控制器设置为自动工作模式，当接收到任意2个二级报警信号时，向BMS发送联动信号，关停热失控电池PACK所在簇所有电池PACK出风口风扇，然后联动启动专用泵组，开启对应电池簇的分区控制阀，通过灭火剂输送管道和PACK专用喷头向热失控电池PACK所在一列9个(或者7个)电池PACK内释放全氟己酮灭火剂，根据预设喷放时间进行冷却、惰化、灭火处置。
系统在处于自动工作模式时，应具备根据热失控实时报警信息，反复多次启动系统进行处置的能力。
2)现场手动启动：核心控制器设置为自动、手动工作模式，消防控制室的工作人员通过储能电站智慧安全管理平台接收到报警信号并确认事故时，可通过设置在集装箱外安全区域的系统现场显示控制器，通知工作人员一键启动系统完成热失控主动防护处置，处置流程与自动启动相同。
3)远程手动启动：核心控制器设置为自动、手动工作模式，消防控制室的工作人员通过储能电站智慧安全管理平台接收到报警信号并确认事故时，通过设置在消防控制室的储能电站智慧安全管理平台上位机，一键启动系统完成热失控主动防护处置，处置流程与自动启动相同。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明在电池PACK层面的小空间内快速检测多种火灾信息，通过多信息对锂电池的热失控状态进行判断，并自动释放灭火药剂进行灭火。本发明能够精准的检测锂电池的热失控信息，提高了安全防护效率。
(2)本发明通过电池PACK级的主动防护装置和集装箱消防保护子系统能够快速处置电池热失控的事故，从而提高了电池失控的处理速度。
(3)本发明通过储能电池安全防护系统为储能电池的安全运行、储能电池主动安全防护系统及其他消防系统的维保、事故的处置和分析等提供报警、查询、控制等服务，提高了系统的适用范围和服务能力。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种储能电池安全防护装置，其特征在于，包括：
柜体，用于放置电池模块；
气体浓度探测器，设置于所述柜体内，用于探测所述柜体内的气体浓度信息；
温度传感器，设置于所述柜体内，用于探测所述柜体内的所述电池模块的温度信息；
控制模块，与所述气体浓度探测器和所述温度传感器电连接，用于根据所述气体浓度信息和/或所述温度信息生成灭火指令；
容纳灭火药剂的灭火装置，与所述柜体连通，且与所述控制模块电连接，用于根据所述灭火指令向所述柜体释放所述灭火药剂。
2.根据权利要求1所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，所述柜体内包括多个相互独立的腔体，每个所述腔体内最多设置一个所述电池模块；各所述腔体内均设置一个所述气体浓度探测器和一个所述温度传感器；各所述腔体均与所述灭火装置连通。
3.根据权利要求1所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，还包括：
电池管理模块，与所述控制模块连接，用于监测所述电池模块的电压降信息；所述控制模块用于根据所述电压降信息生成所述灭火指令。
4.根据权利要求1所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，所述气体浓度信息包括：一氧化碳浓度信息、氢气浓度信息和/或氧气浓度信息。
5.根据权利要求1所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，所述温度传感器为光纤光栅温度传感器；所述光纤光栅温度传感器的工作频率为10Hz。
6.根据权利要求2所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，所述灭火装置包括：
至少一个灭火管道，容纳有所述灭火药剂，与所述腔体连通。
7.根据权利要求6所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，处于同一列或者同一行的所述电池模块共用一个所述灭火管道。
8.根据权利要求6所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，所述灭火装置还包括：
阀门，设置在所述灭火管道上，用于根据所述灭火指令或手动打开所述灭火管道的通路，并将所述灭火药剂通向所述腔体中的所述电池模块。
9.根据权利要求1所述的储能电池安全防护装置，其特征在于，所述灭火药剂为全氟己酮灭火剂。
10.一种储能电池安全防护系统，其特征在于，包括：
权利要求1至9中任一项所述的储能电池安全防护装置；
智能管理平台，与所述储能电池安全防护装置连接，用于采集并显示所述储能电池安全防护装置的设备信息，并根据所述设备信息对所述储能电池安全防护装置进行集中调度；所述设备信息包括：灭火设备信息、环境和火灾信息、电池状态信息和位置信息。
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