CN115105772A - 一种用于储能系统的自动灭火方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于储能电池灭火技术领域，公开一种用于储能系统的自动灭火方法及系统；所述系统，包括：储能系统；所述储能系统包括多个储能单元；每个储能单元包括壳体以及安装在壳体内的若干电池；每个壳体中设置有若干温感探测器、若干烟感探测器和一个喷头；每个喷头连接有一个控制阀；消防控制柜；所述消防控制柜内设有灭火剂钢瓶和复燃抑制剂钢瓶；控制终端，连接流量控制计以及所有储能单元的温感探测器、烟感探测器、喷头及控制阀，用于判断各储能单元是否热失控，并在储能单元出现热失控时控制流量控制计及对应喷头对热失控的储能单元进行自动灭火；灭火剂释放完毕后，释放复燃抑制剂。通过本发明能够实现储能系统灭火的实时、精准控制。

Description

一种用于储能系统的自动灭火方法及系统

技术领域

本发明属于储能电池灭火技术领域，特别涉及一种用于储能系统的自动灭火方法及系统。

背景技术

当前锂离子电池储能系统内的消防系统多是采用七氟丙烷气体灭火剂，当系统内的温感或烟感探测器探测到异常的数据时会在整个电池室或集装箱内喷射七氟丙烷，通过七氟丙烷气体隔绝氧气及化学抑制的功能实现明火的扑灭。该方式需要大量的灭火剂覆盖整个电池仓，灭火剂需求量大，又降低了灭火效率，很容易让热量传递，引发更大规模火灾，不利于火灾的控制，很难保证储能系统安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于储能系统的自动灭火方法及系统，以解决现有消防系统灭火剂消耗量大的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于储能系统的自动灭火系统，包括：

储能系统；所述储能系统包括电池架；所述电池架上安装有多个储能单元；每个储能单元包括壳体以及安装在壳体内的若干电池；每个壳体中设置有若干温感探测器、若干烟感探测器和一个喷头；每个喷头连接有一个控制阀；

消防控制柜；所述消防控制柜内设有灭火剂钢瓶和复燃抑制剂钢瓶；所述灭火剂钢瓶的出口通过消防管路连接所有喷头；所述消防管路上设有减压阀和流量控制计；所述复燃抑制剂钢瓶的出口连接所述流量控制计入口；

控制终端，连接流量控制计以及所有储能单元的温感探测器、烟感探测器、喷头及控制阀，用于根据各储能单元的温感探测器、烟感探测器的监测数据判断各储能单元是否热失控，并在储能单元出现热失控时控制流量控制计及对应喷头对热失控的储能单元进行自动灭火；灭火剂释放完毕后，控制复燃抑制剂钢瓶对热失控的储能单元释放复燃抑制剂。

本发明进一步的改进在于：所述储能单元包括若干规则排布的消防单元；

每个消防单元布置两个温感探测器和一个烟感探测器。

本发明进一步的改进在于：所述控制终端，用于根据火灾判据判断对应储能单元是否发生火灾，否，无动作；是，则控制流量控制计、对应储能单元的控制阀及喷头在发生火灾时对对应储能单元中热失控的消防单元进行自动灭火。

本发明进一步的改进在于：所述火灾判据具体为：

其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ₁为温度权重因子；T_max为储能单元中最高温度，单位℃；λ₂为温差权重因子；ΔT_max为储能单元中的最大温差，单位℃；λ₃为温度变化率权重因子；

为储能单元内部最大温度变化率，单位℃/min；λ₄为烟感触发权重因子；B为烟感触发因子；

当P＞5时，判断火灾触发。

本发明进一步的改进在于：所述在储能单元出现热失控时控制流量控制计及对应喷头对热失控的储能单元进行自动灭火，具体包括：

控制终端调用烟感探测器检测的烟气信号，根据烟感触发顺序粗判热失控电池区位，进一步调用温感探测器检测的温度信号，利用位置判据判断热失控电池所在消防单元，并获得相应消防单元坐标，控制相应储能单元的控制阀打开，控制相应储能单元的喷头方位变化对准相应热失控电池所在消防单元，控制流量控制计按照计算获得的灭火剂释放速率对相应消防单元进行自动灭火。

本发明进一步的改进在于：所述位置判据具体为：

其中，ε₁为烟感位置系数；P_烟感为消防单元是否在最先触发烟感的覆盖区域，是为1，否为0；ε₂为最高温度位置系数；P_Tmax为消防单元温度是否为最高温度，是为1，否为0；ε₃为最高温度变化率系数；

为消防单元温度变化率是否为最高，是取值为1，否取值为0；

以P1值最大的消防单元为热失控所在的消防单元。

本发明进一步的改进在于：所述灭火剂释放速率通过以下方法计算获得：

计算热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算获得灭火剂释放速率；

HRR＝a×T-b

其中，HRR为电池热失控火灾的热释放速率，单位KW；T为储能单元中最高温度，单位℃；

a为斜率矫正因子，取值0-1；b为截距矫正因子，取值40-80；

所述灭火剂释放速率通过以下步骤获得：

当HRR≤0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η₁e^-n*HRR

其中，v为灭火剂释放速率，单位kg/min；η₁为权重因子，n为矫正因子；

当HRR＞0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η×HRR+β

其中，η为单位HRR需要的灭火剂释放速率；β为安全系数。

本发明进一步的改进在于：所述灭火剂钢瓶中储存有气体灭火剂。

本发明进一步的改进在于：所述灭火剂钢瓶内储存的灭火剂储量小于灭火剂钢瓶容积的80％。

本发明进一步的改进在于：所述复燃抑制剂钢瓶中储存有复燃抑制剂。

本发明进一步的改进在于：所述复燃抑制剂包括以下质量份数的组分：全氟酮类物质0.1-48份、全氟聚醚类物质0.5-15.5份、全氟烷基醚类物质0.3-28份、全氟聚烷基醚类物质0.7-16份。

本发明进一步的改进在于：所述全氟酮类物质为CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂、(CF)₂CFC(O)CF(CF₃)₂和(CF₃)₃CC(O)C(CF₃)₃中一种或多种。

本发明进一步的改进在于：所述全氟聚醚类物质包含

其中，m为10-100之间的任一正整数。

本发明进一步的改进在于：所述全氟烷基醚类物质为CF₃CF₂—O—CF₃和CF₃CF₂—O—CF₂CF₃中的一种或两种。

本发明进一步的改进在于：所述全氟聚烷基醚类物质包含

中的至少一种，其中，n1为8-70之间的任一正整数；n2为8-70之间的任一正整数。

第二方面，本发明提供一种用于储能系统的自动灭火方法，包括：

实时监测储能系统中各储能单元的温感探测器和烟感探测器发送的温度和烟气信号，并根据温度和烟气信号判断是否发生火灾；

判断发生火灾后，确定储能系统中发生热失控的消防单元及所在储能单元；

依据热失控的消防单元所在位置的温度，计算热失控电池的热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算灭火剂释放速率v；控制热失控的消防单元所在储能单元的控制阀打开，控制所在储能单元的喷头转动针对热失控的消防单元，控制灭火剂按照灭火剂释放速率v喷向热失控的消防单元进行灭火；灭火剂释放完毕后，控制流量控制计按照所在储能单元空余空间的体积释放复燃抑制剂。

本发明进一步的改进在于：所述并根据温度和烟气信号判断是否发生火灾的步骤中，具体的根据火灾判断是否发生火灾；

所述火灾判据具体为：

其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ₁为温度权重因子；T_max为储能单元中最高温度，单位℃；λ₂为温差权重因子；ΔT_max为储能单元中的最大温差，单位℃；λ₃为温度变化率权重因子；

为储能单元内部最大温度变化率，单位℃/min；λ₄为烟感触发权重因子；B为烟感触发因子；

当P＞5时，判断火灾触发。

本发明进一步的改进在于：所述判断发生火灾后，确定储能系统中发生热失控的消防单元及所在储能单元的步骤中，根据位置判据确定储能单元中发生热失控的消防单元；

所述位置判据具体为：

其中，ε₁为烟感位置系数；P_烟感为消防单元是否在最先触发烟感覆盖区域，是为1，否为0；ε₂为最高温度位置系数；P_Tmax为消防单元温度是否为最高温度，是为1，否为0；ε₃为最高温度变化率系数；

为消防单元温度变化率是否为最高，是取值为1，否取值为0；

以P1值最大的消防单元为热失控所在的消防单元；

所述依据热失控的消防单元所在位置的温度，计算热失控电池的热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算灭火剂释放速率v；控制热失控的消防单元所在储能单元的控制阀打开，控制所在储能单元的喷头转动针对热失控的消防单元，控制灭火剂按照灭火剂释放速率v喷向热失控的消防单元进行灭火的步骤中，热释放速率HRR通过以下共公式计算获得：

HRR＝a×T-b

其中，HRR为电池热失控火灾的热释放速率，单位KW；T为储能单元中最高温度，单位℃；a为斜率矫正因子，取值0-1；b为截距矫正因子，取值40-80；

所述灭火剂释放速率v通过以下步骤获得：

当HRR≤0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η₁e^-n*HRR

其中，v为灭火剂释放速率，单位kg/min；η₁为权重因子，n为矫正因子；

当HRR＞0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η×HRR+β

其中，η为单位HRR需要的灭火剂释放速率；β为安全系数。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种用于储能系统的自动灭火方法及系统，储能系统包括安装在电池架上的若干储能单元；每个储能单元划分为若干规则排布的消防单元；并在储能单元中布置温感探测器、烟感探测器；利用温感探测器、烟感探测器的监测数据能够判断是否发生火灾；并在发生火灾后能够控制流量控制计及对应喷头对热失控的储能单元进行自动灭火；灭火剂释放完毕后，控制复燃抑制剂钢瓶对热失控的储能单元释放复燃抑制剂。通过本发明能够实现消防系统灭火的实时、精准控制；且能够防止热失控的储能单元进行复燃。

本发明结合储能系统结构及电池分布，建立基于储能单元的区块化、精准控制实时灭火方法，实现热失控电池的状态评估及智能定位，基于锂离子电池系统热失控过程中热释放速率与表面温度的对应关系，建立电池热失控过程中热释放速率估算方法，并基于热释放速率实时控制灭火剂喷射速率，实现消防系统灭火的实时、精准控制，同时，采用复燃抑制剂用于抑制电池复燃，解决了储能系统火灾电池难以定位及灭火剂喷射量无法控制的问题，解决了储能系统火灾容易复燃的问题。为电化学储能系统火灾发生后，火灾电池快速定位及精准消防提供解决方案。与现有技术相比，本发明电池状态判断更为直接，灭火剂喷射方位及用量控制更为精准，能够实时控制，能够抑制复燃，可以推广到不同锂离子电池储能系统。

本发明可以兼顾热失控电池的定位、灭火剂喷射方位控制、灭火剂喷射量的实时控制以及复燃抑制的应用。通过热失控电池的定位，提升热失控电池排查效率；通过灭火剂喷射方位控制，实现气体灭火剂直接作用于热失控电池模块，提升了灭火剂的灭火效果。通过实时评估热失控电池的状态并实时控制灭火剂喷射速率，提升了灭火剂的使用效率，解决了储能系统火灾电池难以定位及灭火剂喷射量无法控制的问题。为电化学储能系统火灾发生后，火灾电池快速定位及精准消防提供解决方案。为储能系统长期安全运行提供技术保障。与现有技术相比，本发明能够判断电池热释放量，灭火剂喷射方位及用量控制更为精准，能够实时控制，能够抑制复燃，可以推广到不同锂离子电池储能系统。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中储能系统的结构示意图；

图2为本发明一种用于储能系统的自动灭火系统结构示意图；

图3为本发明中全自动复合喷头的一种实施方式示意图；

图4为本发明一种用于储能系统的自动灭火方法的流程示意图；

图5为锂离子电池热失控火灾的热释放速率HRR随电池温度的变化示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

请参阅图1和图2所示。储能系统包括电池架201、壳体202以及安装在壳体的多个电池200。本发明基于锂离子电池本体热失控过程火焰发展、温度分布、烟气弥散过程分析，利用现有温度及烟感探测设备，结合储能系统结构及内部空间分布，将每个系统细化为10个消防单元并编号，分别为第一消防单元1、第二消防单元2、第三消防单元3、第四消防单元4、第五消防单元5、第六消防单元6、第七消防单元7及第八消防单元8，第九消防单元9，第十消防单元10，并对每一个消防单元定义覆盖范围，每个消防单元覆盖范围为安装在电池架上的单个壳体及电池。

依据烟感探测器301和温度探测器302灵敏度以及消防覆盖范围，在每个消防单元内布置一个烟感探测器301；在每个消防单元上部顶盖位置布置两个温度探测器302。烟感探测器301用于电池火灾状态初步判断以及热失控电池位置的粗略估计；温度探测器302能够在烟感报警后，形成系统内的温度场的评估，从而精确判断系统内部各区域电池的温度状态，并精确定位热失控电池所在的消防单元位置，从而实现系统状态评估与热失控电池的精确定位。

实施例1

请参阅图2所示，本发明提供一种用于储能系统的自动灭火系统，包括：储能系统、消防控制柜800和控制终端300；

储能系统包括电池架201；所述电池架201上安装有多个相同的储能单元；每个储能单元包括壳体以及安装在壳体内的若干电池200；每个壳体中设置有两个温感探测器302、一个烟感探测器301和一个全自动复合喷头303；每个全自动复合喷头303连接有一个控制阀404。

复燃抑制剂钢瓶500及灭火剂钢瓶400通过消防管路700连接每个全自动复合喷头303；控制终端300连接每个控制阀404；消防管路上安装有减压阀403和流量控制计402；减压阀403和流量控制计402连接控制终端300。复燃抑制剂钢瓶500和灭火剂钢瓶400安装于消防控制柜800中。

为了达到灭火功能，本自动灭火系统优选气体灭火剂。

本系统中，复燃抑制剂钢瓶500用于储存复燃抑制剂；灭火剂钢瓶400用于储存气体灭火剂；灭火剂钢瓶400配备减压阀403和流量控制计402，通过将减压阀403和流量控制计402连接确保灭火剂喷射过程的安全可控。灭火剂钢瓶400体积由系统大小确定；灭火剂钢瓶400内灭火剂储量不超过钢瓶容积的80％；灭火剂钢瓶400由高度可调电池架悬空固定，由顶部出气。减压阀403用于控制灭火剂钢瓶400中灭火剂气体流出压力，防止压力过高影响流量控制计402安全运行；流量控制计402用于控制灭火计喷射流量，其具备流量监测与控制功能，能够将灭火剂流量数据传递至控制终端300，以实时控制。

所述复燃抑制剂钢瓶500的出口通过带流量控制计402的消防管路连接所述全自动复合喷头303。

所述复燃抑制剂包括以下质量份数的组分：全氟酮类物质0.1-48份、全氟聚醚类物质0.5-15.5份、全氟烷基醚类物质0.3-28份、全氟聚烷基醚类物质0.7-16份。

其中，全氟酮类物质为CF₃CF₂C(O)CF(CF₃)₂、(CF)₂CFC(O)CF(CF₃)₂和(CF₃)₃CC(O)C(CF₃)₃中一种或多种；全氟聚醚类物质为

其中，m为10-100之间的任一正整数；全氟烷基醚类物质为CF₃CF₂—O—CF₃和CF₃CF₂—O—CF₂CF₃中的一种或两种；全氟聚烷基醚类物质包含

中的至少一种，其中，n1为8-70之间的任一正整数；n2为8-70之间的任一正整数。

复燃抑制剂钢瓶500中存储的复燃抑制剂，可以在灭火剂释放完毕后，控制流量控制计402按照储能单元内空余空间的体积释放复燃抑制剂。储能单元内空余空间的体积可以预先测量或者计算，存储在控制终端300中。喷射的复燃抑制剂用于降低电池的温度，同时隔绝空气，进一步的防止电池复燃。

灭火剂钢瓶400与全自动复合喷头303之间由不锈钢消防管路连接。

全自动复合喷头303能够实现灭火剂喷射方向的变化，以实现对热失控电池的精准喷射灭火。

每个储能单元中，温感探测器302安装于壳体上盖100的下表面，正对电池200，形成温度检测网络。烟感探测器301安装于上盖100的下表面，正对电池200，用于探测烟气信号。本发明将一个储能单元分成十个消防单元，在每个消防单元的正上方安装有2个温感探测器302，总共安装20个温感传感器；每个消防单元安装1个烟感探测器301，总共安装10个烟感传感器。基于此温感和烟感布置，能够对是否发生火灾，火灾电池位置进行精准定位，并且根据温度对火灾强度进行评估，进一步控制灭火剂释放量。

控制终端300工作流程为：温感探测器302与烟感探测器301检测到温度和烟气信号反馈到控制终端300，控制终端300根据收到的温度和烟气信号判断是否发生火灾，否，无动作，是，调用烟感信号，根据烟感触发顺序粗判热失控电池区位，进一步调用温度信号，利用位置判据判断热失控电池所在消防单元，控制终端300控制全自动复合喷头303方位变化，对准相应消防单元。实时监测温度数据，控制终端300基于温度场的热释放速率HRR预测模型，判断灭火剂喷射流量，控制终端300控制减压阀403和流量控制计402，按照相应流量喷射灭火剂，实时监控温度，并根据计算的热释放速率实时控制灭火剂流量。

请参阅图3所示，一个具体的实施方式中，全自动复合喷头303包括转盘底座3031、转盘3032、喷嘴3033、第一电机3034和第二电机3036。

上盖100上表面固定有喷头电池架600；喷头电池架600根据需要可以是一个密闭的壳体，以保证整个系统的密闭性；在不需要密闭的情况下，喷头电池架600也可以是普通的电池架。转盘底座3031固定在碰头电池架600上，消防管路700通入转盘底座3031中；转盘3032呈中空圆柱状，转盘3032转动安装在转盘底座3031上；转盘底座3031和转盘3032之间通过第一快速接头701连接，使得消防管路700中的灭火剂能够进入转盘3032中，而在转盘3032转动的过程中不影响灭火剂流动。喷头电池架600上安装有第一电机3034，第一电机3034通过输出轴上安装的驱动齿轮3035与转盘3032外周的一圈外齿轮啮合，通过控制第一电机3034的转动，能够控制转盘3032的转动角度。

喷嘴3033呈Y型，喷嘴3033转动安装在转盘3032的侧壁上；喷嘴3033和转盘3032之间通过第二快速接头702连接，使得消防管路700中的灭火剂能够进入转盘3032中，从转盘3032能够进入喷嘴3033，从而从喷嘴3033的喷口超指定放向喷出，而在转盘3032和喷嘴3033转动的过程中不影响灭火剂流动。喷头电池架600上安装有第二电机3034，第二电机3034连接喷嘴3033的旋转轴，第二电机3034转动能够驱动喷嘴3033绕转盘3032旋转。转盘3032的旋转轴与喷嘴3033的旋转轴垂直布置，通过控制转盘3032与喷嘴3033的旋转角度，可以控制喷嘴3033对准壳体内的任意位置。本发明全自动复合喷头303的结构类似于监控摄像头的结构，第一电机3034和第二电机3036连接控制终端300；在控制终端300确定热失控消防单元的位置后，能够控制第一电机3034和第二电机3036配合旋转，使得喷嘴3033的喷口正对热失控消防单元。

实施例2

请参阅图4所示，本发明提供一种用于储能系统的自动灭火方法，包括以下步骤：

S1、控制终端300实时监测温度探测网络和烟感探测网络发送的温度和烟气信号，并根据温度和烟气信号判断是否发生火灾，否，继续监测；是，则转入步骤S2；

根据储能单元中最高温度T_max、最大温度差ΔT_max、最大温度变化率(dT/dt)_max以及烟感触发状态B对是否发生火灾进行判断，火灾发生判据为：

其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ₁为温度权重因子，取值范围为0.01-0.1；T_max为储能单元中最高温度，单位℃；λ₂为温差权重因子，取值范围为0.02-0.05；ΔT_max为储能单元中的最大温差，单位℃；λ₃为温度变化率权重因子，取值范围为0.5-1；(dT/dt)_max为储能单元内部最大温度变化率，单位℃/min；λ₄为烟感触发权重因子，取值范围为2-5；B为烟感触发因子，两个烟感探测器301只有一个触发时B＝1，两个烟感探测器301同时触发时B＝2，两个烟感探测器301均未触发时B＝0。当P＜0.5时，判断无火灾，无需动作，0.5≤P≤5时，判断无火灾，但是储能单元内部存在故障需要停机检测，P＞5时，火灾触发。

S2、控制终端300判断发生火灾后，利用烟感信号触发顺序及温度场特征对热失控电池进行位置定位，确定故障电池所在消防单元及其坐标，以使灭火更加精确有效。其方法为：

利用烟感触发时间先后，温度探测器温度及温度变化率，对每个消防单元进行安全系数评估，以获得热失控电池所在消防单元位置坐标，判断方法为：

其中，ε₁为烟感位置系数，取值为2，P_烟感为消防单元是否在最先触发烟感覆盖区域，是为1，否为0；ε₂为最高温度位置系数，取值为1，P_Tmax为消防单元温度是否为最高温度，是为1，否为0；ε₃为最高温度变化率系数，取值为1，

为消防单元温度变化率是否为最高，是取值为1，否取值为0。以P1值最大的消防单元为热失控所在的消防单元，并获得消防单元坐标。

S3、控制终端300依据热失控所在的消防单元位置，调整全自动复合喷头303出口方位正对热失控储能单元所在的消防单元位置，并启动热失控电池的热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算灭火剂释放速率v，通过控制流量控制计402控制灭火剂钢瓶400的灭火剂的释放速率v，灭火剂钢瓶400中释放的灭火剂通过全自动复合喷头303出口喷向热失控所在的消防单元进行精准消防。在灭火剂释放完毕后，控制流量控制计402按照储能单元内空余空间的体积释放复燃抑制剂。储能单元内空余空间的体积可以预先测量或者计算，存储在控制终端300中。喷射的复燃抑制剂用于降低电池的温度，同时隔绝空气，进一步的防止电池复燃。

基于兆瓦级锥型量热仪对锂离子系统热失控的热释放速率(HRR)的测试结果与电池温度T的拟合，如图5所示，利用此拟合关系就可在探测到热失控电池所在消防单元温度的情况下获得热释放速率HRR，评估火灾强度。热释放速率HRR与温度T的关系为：

HRR＝a×T-b

其中，HRR为电池热失控火灾的热释放速率，单位KW；T为储能单元中最高温度，单位℃。A为斜率矫正因子，取值0-1；b为截距矫正因子，取值40-80。在储能单元中利用温感探测器302实时探测温度，就可利用此拟合关系实时计算储能单元的热释放速率HRR，从而表征每个时间内的火灾强度。此关系适用于三元电池、磷酸铁锂电池等储能电池。

在获得热释放速率HRR后，利用灭火剂的释放速率与热释放速率HRR的对应关系，计算灭火剂释放速度，因热释放速率HRR与温度T拟合关系基于电池不同激源下的试验数据获得，HRR为0时的电池表面特征温度为213.2℃，而在锂离子电池温度高于100℃时就会发生内部反应，因此需要对HRR≤0时的电池火灾风险进行考虑：

当HRR≤0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η₁e^-n*HRR

其中，v为灭火剂释放速率，单位kg/min；η₁为权重因子，取值范围为0.5-1，n为矫正因子，取值范围为0.05-0.1。通过在当HRR<0时，灭火剂的小剂量喷射能够有效提高电池热失控前期释放可燃气体的燃爆极限，降低安全风险，并有利于人为处置。持续获取HRR，并实时控制灭火剂喷射速率v，在HRR 2-5分钟内不再上升时，停止灭火剂喷射。

当HRR＞0时，灭火剂释放速率v；与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η×HRR+β

其中，v为灭火剂释放速率，单位kg/min；η为单位HRR需要的灭火剂释放速率，取值为0.6-1.3，所使用灭火剂包括七氟丙烷、全氟己酮、二氧化碳及复合灭火剂等灭火剂；HRR为电池热释放速率，单位KW；β为安全系数，取值为0.8-1.3。持续获取HRR并实时控制灭火剂喷射速率v，当v＜1.5β，且持续时间2-5分钟以上时，停止喷射灭火剂。

本发明对系统的消防进行区块单元化，并对各区块布置温度探测装置及烟感探测装置，通过探测器响应直接判断热失控模块位置，并控制灭火剂喷射方位，实现灭火剂直接作用于热失控电池。

本发明利用温度探测器及烟感探测器响应特性评估系统中各消防模块安全状态，并获得热失控电池位置，实现热失控电池精确定位。

本发明利用电池热失控热释放速率与温度的对应关系实现电池状态的评估，并根据热释放速率控制灭火剂释放速率，实现依据火灾强度的实时的灭火剂释放速率控制。

本发明可以通过温感探测器和烟感探测器确定系统的是否发生火灾，通过控制单元计算并控制多功能喷头喷射方向并实时控制灭火剂的喷射速率，灭火剂利用率更高，灭火效果更好。

Claims (10)

1.一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，包括：

储能系统；所述储能系统包括电池架；所述电池架上安装有多个储能单元；每个储能单元包括壳体以及安装在壳体内的若干电池(200)；每个壳体中设置有若干温感探测器(302)、若干烟感探测器(301)和一个喷头；每个喷头连接有一个控制阀；

消防控制柜(800)；所述消防控制柜(800)内设有灭火剂钢瓶(400)和复燃抑制剂钢瓶(500)；所述灭火剂钢瓶(400)的出口通过消防管路连接所有喷头；所述消防管路上设有减压阀(403)和流量控制计(402)；所述复燃抑制剂钢瓶(500)的出口连接所述流量控制计(402)入口；

控制终端(300)，连接流量控制计(402)以及所有储能单元的温感探测器(302)、烟感探测器(301)、喷头及控制阀，用于根据各储能单元的温感探测器(302)、烟感探测器(301)的监测数据判断各储能单元是否热失控，并在储能单元出现热失控时控制流量控制计(402)及对应喷头对热失控的储能单元进行自动灭火；灭火剂释放完毕后，控制复燃抑制剂钢瓶(500)对热失控的储能单元释放复燃抑制剂。

2.根据权利要求1所述的一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，所述储能单元包括若干规则排布的消防单元；

每个消防单元布置两个温感探测器(302)和一个烟感探测器(301)。

3.根据权利要求2所述的一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，所述控制终端(300)，用于根据火灾判据判断对应储能单元是否发生火灾，否，无动作；是，则控制流量控制计(402)、对应储能单元的控制阀及喷头在发生火灾时对对应储能单元中热失控的消防单元进行自动灭火。

4.根据权利要求3所述的一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，所述火灾判据具体为：

其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ₁为温度权重因子；T_max为储能单元中最高温度，单位℃；λ₂为温差权重因子；ΔT_max为储能单元中的最大温差，单位℃；λ₃为温度变化率权重因子；

为储能单元内部最大温度变化率，单位℃/min；λ₄为烟感触发权重因子；B为烟感触发因子；

当P＞5时，判断火灾触发。

5.根据权利要求2所述的一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，所述在储能单元出现热失控时控制流量控制计(402)及对应喷头对热失控的储能单元进行自动灭火，具体包括：

控制终端(300)调用烟感探测器(301)检测的烟气信号，根据烟感触发顺序粗判热失控电池区位，进一步调用温感探测器(302)检测的温度信号，利用位置判据判断热失控电池所在消防单元，并获得相应消防单元坐标，控制相应储能单元的控制阀打开，控制相应储能单元的喷头方位变化对准相应热失控电池所在消防单元，控制流量控制计(402)按照计算获得的灭火剂释放速率对相应消防单元进行自动灭火。

6.根据权利要求5所述的一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，所述位置判据具体为：

其中，ε₁为烟感位置系数；P_烟感为消防单元是否在最先触发烟感的覆盖区域，是为1，否为0；ε₂为最高温度位置系数；P_Tmax为消防单元温度是否为最高温度，是为1，否为0；ε₃为最高温度变化率系数；

为消防单元温度变化率是否为最高，是取值为1，否取值为0；

以P1值最大的消防单元为热失控所在的消防单元。

7.根据权利要求5所述的一种用于储能系统的自动灭火系统，其特征在于，所述灭火剂释放速率通过以下方法计算获得：

计算热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算获得灭火剂释放速率；

HRR＝a×T-b

其中，HRR为电池热失控火灾的热释放速率，单位KW；T为储能单元中最高温度，单位℃；

a为斜率矫正因子，取值0-1；b为截距矫正因子，取值40-80；

所述灭火剂释放速率通过以下步骤获得：

当HRR≤0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η₁e^-n*HRR

其中，v为灭火剂释放速率，单位kg/min；η₁为权重因子，n为矫正因子；

当HRR＞0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η×HRR+β

其中，η为单位HRR需要的灭火剂释放速率；β为安全系数。

8.权利要求1所述的一种用于储能系统的自动灭火方法，其特征在于，包括：

实时监测储能系统中各储能单元的温感探测器(302)和烟感探测器(301)发送的温度和烟气信号，并根据温度和烟气信号判断是否发生火灾；

判断发生火灾后，确定储能系统中发生热失控的消防单元及所在储能单元；

依据热失控的消防单元所在位置的温度，计算热失控电池的热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算灭火剂释放速率v；控制热失控的消防单元所在储能单元的控制阀打开，控制所在储能单元的喷头转动针对热失控的消防单元，控制灭火剂按照灭火剂释放速率v喷向热失控的消防单元进行灭火；灭火剂释放完毕后，控制流量控制计(402)按照所在储能单元空余空间的体积释放复燃抑制剂。

9.根据权利要求8所述的自动灭火方法，其特征在于，并根据温度和烟气信号判断是否发生火灾的步骤中，具体的根据火灾判断是否发生火灾；

所述火灾判据具体为：

其中，P为是否发生火灾的判据参数；λ₁为温度权重因子；T_max为储能单元中最高温度，单位℃；λ₂为温差权重因子；ΔT_max为储能单元中的最大温差，单位℃；λ₃为温度变化率权重因子；

为储能单元内部最大温度变化率，单位℃/min；λ₄为烟感触发权重因子；B为烟感触发因子；

当P＞5时，判断火灾触发。

10.根据权利要求9所述的自动灭火方法，其特征在于，所述判断发生火灾后，确定储能系统中发生热失控的消防单元及所在储能单元的步骤中，根据位置判据确定储能单元中发生热失控的消防单元；

所述位置判据具体为：

其中，ε₁为烟感位置系数；P_烟感为消防单元是否在最先触发烟感覆盖区域，是为1，否为0；ε₂为最高温度位置系数；P_Tmax为消防单元温度是否为最高温度，是为1，否为0；ε₃为最高温度变化率系数；

为消防单元温度变化率是否为最高，是取值为1，否取值为0；

以P1值最大的消防单元为热失控所在的消防单元；

所述依据热失控的消防单元所在位置的温度，计算热失控电池的热释放速率HRR，根据热释放速率HRR计算灭火剂释放速率v；控制热失控的消防单元所在储能单元的控制阀打开，控制所在储能单元的喷头转动针对热失控的消防单元，控制灭火剂按照灭火剂释放速率v喷向热失控的消防单元进行灭火的步骤中，热释放速率HRR通过以下共公式计算获得：

HRR＝a×T-b

其中，HRR为电池热失控火灾的热释放速率，单位KW；T为储能单元中最高温度，单位℃；a为斜率矫正因子，取值0-1；b为截距矫正因子，取值40-80；

所述灭火剂释放速率v通过以下步骤获得：

当HRR≤0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η₁e^-n*HRR

其中，v为灭火剂释放速率，单位kg/min；η₁为权重因子，n为矫正因子；

当HRR＞0时，灭火剂释放速率v与热释放速率HRR的对应关系为：

v＝η×HRR+β

其中，η为单位HRR需要的灭火剂释放速率；β为安全系数。

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