CN114204178A - 一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于包括空气处理模块、综合控制模块、气体灭火模块、电池箱柜模块及应急排烟模块。本发明能够利用锂电池箱柜的空气处理模块确保锂电池在使用运行过程中，始终处在良好的温湿度区间内，从而确保锂电池的环境安全及运行效率。同时通过气体灭火模块与应急排烟模块，可以有效地抑制各种可能的滥用或电池自身内部缺陷导致的热失控火灾。
Description
技术领域
本发明属于船用锂电池箱柜技术领域，特别涉及一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜。
背景技术
锂离子电池因其高储能密度、自放率低、无记忆效应及快速充电等优势，已逐步从移动电子设备电源向能源动力电池及电网储能等领域拓展应用。然而，锂离子电池的安全性问题仍然制约着其在各能源动力领域的推广与应用。锂离子电池的安全性问题主要是指其在各种使用条件下(过充放、内外部短路、外部高温、穿刺等)所导致的电池热失控，以及由此引发的火灾与爆炸等安全风险。由锂离子电池火灾所引发的安全事故，随着电动汽车、储能电站等的广泛推广与应用而时有发生，锂电池消防安生问题成为了其进一步推广应用的限制因素之一。
近年来越来越多锂电池动力船舶已在内河渡船、短途客船等民用船舶及小型无人船舶系统上开始逐步应用。在船舶动力电池领域，电池储能系统可达兆瓦时甚至十兆瓦时级，一旦发生问题有可能会引起系统级连锁反应，并且带来灾难性后果。同时，船舶所处的特殊环境特别是高温高湿环境，需要相应的环境控制以确保锂电池处在安全的工作环境及在最佳的工作效率区间运行。此外，锂电池所处舱室一般为受限空间，其舱内电池储能系统出现消防安全问题，将有可能引起严重的火灾与爆炸事故。2019年10月，挪威渡船公司Norled旗下“Ytteroyningen”号渡船的蓄电池室发生的火灾事及气体爆炸事故，给船舶锂电池的消防安全问题敲响警钟。因此，船舶锂离子动力电池储能系统的环境控制及消防安全问题仍然是一个重大的技术挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，以确保锂电池在使用运行过程中，始终处在良好的温湿度区间内，从而确保锂电池的环境安全及运行效率。此外，为防止各种可能的滥用或电池自身内部缺陷导致的热失控火灾，需要配备相应的应急排烟消防措施。
为解决上述问题，本发明提供一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，技术方案包括：
一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，包括空气处理模块、综合控制模块、气体灭火模块、电池箱柜模块及应急排烟模块。
所述空气处理模块包括依次安装在管道内的新风进风口、进风口滤网、温湿度传感器、轴流进风机、表冷器、加热器。
所述的综合控制模块包含空调通风报警与控制面板、应急排烟报警与控制面板及火灾报警与消防控制面板。
所述的气体灭火模块包含气体灭火瓶组、遥控施放阀、气体灭火剂施放管路。遥控施放阀安装在气体灭火瓶组和气体灭火剂施放管路之间。
所述的电池箱柜包含进风围井、进风控制阀、排风控制阀、电池模块、气体灭火剂施放喷嘴、感烟传感器、感温传感器及排风围井。气体灭火剂施放喷嘴、感烟传感器和感温传感器安装在顶板上；进风控制阀、排风控制阀和电池模块安装在地板上；风从进风围井进入，吹到电池模块上，从排风围井出。
所述的应急排烟模块包含无火花型防爆排风机及排风出口。
优选地，所述的空气处理模块内表冷器其冷源可由自带的水冷机组提供，其加热器的热源可由电加热或船上蒸汽系统提供。
优选地，所述的综合控制模块，与电池管理系统有相应的通信接口，能够接受电池管理系统的温度及故障报警信号；所述综合控制模块与空气处理模块中的进口温湿度传感器、风机、及制冷/加热控制器有相应的通信接口，用于控制进风量及进风温湿度；所述综合控制模块与气体灭火模块中的遥控施放阀有相应的通信接口，用以控制气体灭火剂的施放；所述综合控制模块与电池箱柜模块中的进风控制阀、排风控制阀有相应的通信接口，用以控制通风、应急排风及灭火作业时相应阀的开闭；所述综合控制模块与应急排风模块中的排风机控制器有相应的通信接口，用以控制应急排烟机的开闭；所述综合控制模块与船上火警控制系统有远程通信接口，可以向火警控制系统提供报警信号，火警控制系统也可以远程进行相应的通风、排烟及灭火控制。
优选地，所述的气体灭火模块瓶组可根据锂电池体系配置七氟丙烷、1301或液氮等灭火剂，瓶组的数量可根据电池舱体积容量所需灭火剂的灭火施放浓度，按照2次灭火地需求进行配置。
优选地，所述的电池箱柜模块的尺寸可根据实船电池容量进行配置；其内部灭火剂施放喷嘴、感温/感烟传感器看根据实际电池容量进行配置。
优选地，所述的电池箱柜模块内的进风控制阀为无源常闭型，在断电的时候阀关闭；所述的排风控制阀为无源常开型，在断电的时候阀打开。
优选地，所述的电池箱柜模块柜体进行多层分区设计，且个分区隔板具备A60防火结构能力。
优选地，所述的应急排烟模块内的风机为无火花防爆型离心风机，风机风量和风压可以根据锂电池箱柜容量进行配置。
通过查询相关的现有专利技术，目前相关的锂电池箱体主要考虑了箱体内的火灾探测与灭火措施。与现有技术相比，本发明主要考虑了锂电池所处的船用特殊环境及密闭舱室环境可能发生的锂电池热失控泄漏气体集聚的可能性。因此，本发明集成了空气处理模块，通过滤网、冷却与加热模块实现对电池箱体内的温湿度环境控制，确保锂电池处在安全高效的工作环境内。同时，集成了应急排烟模块，一旦锂电池发生热失控泄放可燃有毒气体，可以通过应急排风机直排舱外的形式，避免电池箱内可能的气体集聚问题，也避免现有专利技术方案中电池箱内可燃有毒气体直接排入船舶舱室的可能性。此外，电池箱柜模块柜体进行多层分区设计，一旦某一分区发生火灾，可通过集成的气体灭火模块直接对相关分区施放灭火，这样的设计可以有效避免电池火的模块间传播。最后，箱柜内的火灾探测报警及灭火控制实行多层级防护的策略，具体地：在火灾探测方面，综合控制模块与电池模块的电池管理系统直接通信，一旦发现区域的局部高温，则立马实施相关预报警，通过联合各分区内预置的感温、感烟探测器，进行火灾的准确识别与定位，然后将相关信息发送至本地显示及全船火警系统。在灭火控制层面，一旦发现局部高温则立马实施相关的高效冷却通风降温操作，如若热失控发生烟气释放则进一步启动应急排烟，将有毒可燃气体抽出舱室并排至外界大气中；若是火灾进一步发生，则可通过本地、远程气动区域性的气体灭火剂施放操作，将火灾抑制住。通过以上一些列的消防安全保证措施，本技术发明可以有效地确保船上锂电池系统的安全可靠运行。
附图说明
图1是本发明一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜的结构图；
图2是本发明的系统运行逻示意图；
图中：1、空气处理模块，2、综合控制模块，3、气体灭火模块，4、电池箱柜模块，5、应急排烟模块，11、新风进风口，12、进风口滤网，13、表冷器，14、加热器，15、轴流进风机，16、温湿度传感器，21、空调通风报警与控制面板，22、应急排烟报警与控制面板，23、火灾报警与消防控制面板，31、气体灭火瓶组，32、遥控施放阀，33、气体灭火剂施放管路，41、进风围井，42、进风控制阀，43、排风控制阀，44、电池模块，45、气体灭火剂施放喷嘴，46、感烟传感器，47、感温传感器，48、排风围井，51、无火花型防爆排风机，52、排风出口。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明的具体实施方式进行进一步阐述。
如图1所示，本发明提供提供一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，包括：
一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于包括空气处理模块1、综合控制模块2、气体灭火模块3、电池箱柜模块4及应急排烟模块5。
所述的空气处理模块1包含进风口11、进风滤网12、表冷器13、加热器14、轴流进风机15、温湿度传感器16。
所述的综合控制模块包含空调通风报警与控制面板21、应急排烟报警与控制面板22及火灾报警与消防控制面板23。
所述的气体灭火模块3包含气体灭火瓶组31、遥控施放阀32、气体灭火剂施放管路33。
所述的电池箱柜4包含进风围井41、进风控制阀42、排风控制阀43、电池模块44、气体灭火剂施放喷嘴45、感烟传感器46、感温传感器47及排风围井48。
所述的应急排烟模块5包含无火花型防爆排风机51及排风出口52。
优选地，所述的空气处理模块1内表冷器13的冷源可由自带的水冷机组提供，其加热器的热源可由电加热或船上蒸汽系统提供。
优选地，所述的综合控制模块2与电池管理系统有相应的通信接口，能够接受电池管理系统的温度及故障报警信号；所述综合控制模块2与空气处理模块1中的进口温湿度传感器16、轴流进风机15、及制冷/加热控制器有相应的通信接口，用于控制进风量及进风温湿度；所述综合控制模块2与气体灭火模块3中的遥控施放阀32有相应的通信接口，用以控制气体灭火剂的施放；所述综合控制模块2与电池箱柜模块4中的进风控制阀42、排风控制阀43有相应的通信接口，用以控制通风、应急排风及灭火作业时相应阀的开闭；所述综合控制模块2与应急排风模块5中的排风机51控制器有相应的通信接口，用以控制应急排烟机的开闭；所述综合控制模块2与船上火警控制系统有远程通信接口，可以向火警控制系统提供报警信号，火警控制系统也可以远程进行相应的通风、排烟及灭火控制。
优选地，所述的气体灭火模块3的气体灭火瓶组31可根据锂电池体系配置七氟丙烷、1301或液氮等灭火剂，瓶组的数量可根据电池容量所需灭火剂进行配置。
优选地，所述的电池箱柜模块4的尺寸可根据实船电池容量进行配置；其内部灭火剂施放喷嘴45、感温/感烟传感器看根据实际电池容量进行配置。
优选地，所述的电池箱柜模块4内的进风控制阀42为无源常闭型，在断电的时候阀关闭；所述的排风控制阀43为无源常开型，在断电的时候阀打开。
优选地，所述的电池箱柜模块4柜体进行多层分区设计，且个分区隔板具备A60防火结构能力。
优选地，所述的应急排烟模块内4的风机为无火花防爆型离心风机，风机风量和风压可以根据锂电池箱柜容量进行配置。
如图2所示，为本发明的一个具体运行逻辑示意图，具体地：
当锂电池系统开始供电运行后，空气处理模块1内的轴流进风机启动运行，综合控制模块2会通过电池管理系统实时采集并且判定箱柜内各区域的温度情况，当电池模块处在理想的25±10℃温度区间内(该温度区间可根据不同电池体系进行调整)，且外界环境温度在20±10℃温度区间内时则只进行自然冷却通风即可。如若外界环境温度＞30℃，则启动制冷及进行冷却通风，而若外界环境温度＜10℃则进行加热通风。此外，一旦系统探测发现电池模块处于高温状态，则启动冷却通风；或者当系统探测发现电池模块处于低温状态，则进行加热通风。在进行通风的同时，综合控制模块与电池模块的电池管理系统保持通信，一旦发现区域的局部高温，则立马实施相关预报警，并且通过联合各分区内预置的感烟探测器，进行烟雾的确认及识别与定位，然后发射中断信号给空调通风模块，停止通风操作，并且启动应急排烟操作流程。而一旦感温探测器进一步探测到高温火灾，则进行火灾的确认及识别与定位，并且启动气体灭火操作流程。
综上所述，本发明采用一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，构成了一套平时对锂电池进行环境控制，而在发生锂电池热失控时，能够进行有效消排烟与火灾报警与抑制的效果，从而确保锂电池储能系统在船舶上的高效、安全、可靠运行。
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。
需要说明的是，上文只是对本发明进行示意性说明和阐述，本领域的技术人员应当明白，对本发明的任意修改和替换都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述船用锂电池箱柜包括空气处理模块、综合控制模块、气体灭火模块、电池箱柜模块及应急排烟模块；
所述综合控制模块与空气处理模块中的进口温湿度传感器、风机、及制冷/加热控制器通过通信接口进行连接，用于控制进风量及进风温湿度；
所述综合控制模块与气体灭火模块中的遥控施放阀通过通信接口进行连接，用于控制气体灭火剂的施放；
所述综合控制模块与电池箱柜模块中的进风控制阀、排风控制阀通过通信接口进行连接，用于控制通风、应急排风及灭火作业时阀门的开闭；
所述综合控制模块与应急排风模块中的进风控制阀、排风控制阀通过通信接口进行连接，用于控制应急排烟机的开闭。
2.如权利要求1所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述综合控制模块与船上火警控制系统有远程通信接口，用于向火警控制系统提供报警信号，火警控制系统通过远程通信接口进行远程控制相应的通风、排烟及灭火。
3.如权利要求1所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述空气处理模块包括依次安装在管道内的新风进风口、进风口滤网、温湿度传感器、轴流进风机、表冷器、加热器；
所述表冷器的冷源由自带的水冷机组提供，所述加热器的热源由电加热或船上蒸汽系统提供。
4.如权利要求1所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述综合控制模块包括空调通风报警与控制面板、应急排烟报警与控制面板以及火灾报警与消防控制面板。
5.如权利要求1所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述气体灭火模块包括气体灭火瓶组、遥控施放阀、气体灭火剂施放管路；遥控施放阀安装在气体灭火瓶组和气体灭火剂施放管路之间；
所述气体灭火瓶组的灭火剂配置为七氟丙烷、1301或液氮其中一种及以上，气体灭火瓶组的数量根据锂电池容量及所需灭火剂进行配置。
6.如权利要求1所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述电池箱柜模块包括进风围井、进风控制阀、排风控制阀、电池模块、气体灭火剂施放喷嘴、感烟传感器、感温传感器及排风围井；
气体灭火剂施放喷嘴、感烟传感器和感温传感器安装在顶板上；进风控制阀、排风控制阀和电池模块安装在地板上；风从进风围井进入，吹到电池模块上，从排风围井出。
7.如权利要求1所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述应急排烟模块包括无火花型防爆排风机及排风出口。
8.如权利要求6所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述进风控制阀为无源常闭型，在断电的时候阀关闭；所述的排风控制阀为无源常开型，在断电的时候阀打开；
所述的电池箱柜模块进行多层分区设计，且个分区隔板具备A60防火结构能力。
9.如权利要求7所述的一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜，其特征在于，所述无火花防爆型离心风机的风机风量和风压根据船用锂电池箱柜容量进行配置。
10.一种船用锂电池箱柜通风、排烟及灭火方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
当锂电池系统开始供电运行后，空气处理模块内的轴流进风机启动运行，综合控制模块会通过电池管理系统实时采集并且判定船用锂电池箱柜内各区域的温度情况，当电池模块处在理想的25±10℃温度区间内，且外界环境温度在20±10℃温度区间内时则只进行自然冷却通风即可；如若外界环境温度＞30℃，则启动制冷及进行冷却通风，而若外界环境温度＜10℃则进行加热通风；
此外，一旦系统探测发现电池模块处于高温状态，则启动冷却通风；或者当系统探测发现电池模块处于低温状态，则进行加热通风；
在进行通风的同时，综合控制模块与电池模块的电池管理系统保持通信，一旦发现区域的局部高温，则立马实施相关预报警，并且通过联合各分区内预置的感烟探测器，进行烟雾的确认及识别与定位，然后发射中断信号给空调通风模块，停止通风操作，并且启动应急排烟操作流程；
一旦感温探测器进一步探测到高温火灾，则进行火灾的确认及识别与定位，并且启动气体灭火操作流程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111419552.2A CN114204178A (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111419552.2A CN114204178A (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜 |
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| CN114204178A true CN114204178A (zh) | 2022-03-18 |
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| CN202111419552.2A Pending CN114204178A (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 一种集空调通风与消防排烟于一体的船用锂电池箱柜 |
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| CN (1) | CN114204178A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115411436A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-29 | 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 | 一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统 |
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2021
- 2021-11-26 CN CN202111419552.2A patent/CN114204178A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115411436A (zh) * | 2022-08-23 | 2022-11-29 | 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 | 一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统 |
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