CN115837134B - 一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储能柜火灾预警技术领域，提供一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控系统，包括电池柜和主控制器，主控制器上连接线路，通过线路和电池柜上各元器件建立连接，电池柜包括设备室和电池室，由电池柜内置的隔热阻燃材料分隔，电池室内置电池簇，电池簇内设有电池箱，电池室右侧置入排风扇，电池室顶部还安装探测模块，探测模块包括氢气浓度传感器、氧气浓度传感器。解决了现有的储能柜火灾预警暂无对储能电池柜采用氮气惰化，低温气体冷却，强制散热和强制排风产品，暂无采用氢浓度传感器、烟雾浓度传感器、VOC传感器、CO传感器、温度传感器、氧气浓度传感器和压力传感器综合探测的缺陷。

Description

一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法及系统

技术领域

本发明涉及储能柜火灾预警技术领域，特别涉及一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法及系统。

背景技术

现有储能柜火灾预警仅采用烟雾或温度传感器探测，电池柜内部电池在充电和放电过程产生大量的热量、可燃气体和氧气，在早期热失控和高低压线路老化过程中会产生烟雾，单一靠烟雾浓度传感器或温度传感器，无法及时探测和发现早期火灾隐患，等探测到烟雾和温度异常时再做干预，此时的火灾已不可逆，会造成较大经济损失。在传感器探测到火情后，启动灭火装置喷灭火介质，目前主流灭火介质采用干粉灭火剂或者消防水实现被动灭火，干粉灭火剂或者消防水灭火为全淹没式灭火，不能定点喷射定点灭火，且灭火剂对电池箱损害大，且不可逆。电池柜在充放电过程中产生的大量热量、可燃气体和氧气会大量聚集在电池柜内部无法及时排出，在电池柜内部出现高温、高低压线路老化或者电池箱发生早期热失控时，高温、可燃气体和氧气会加剧热失控发生甚至爆炸。电池柜内部电池箱体采用自然冷却方式实现电池箱降温，冷却效果差；

目前行业内主要采用烟雾或温度探测，热失控时采用干粉灭火剂或消防水被动灭火，采用自然冷却方式对电池箱体降温，暂无对储能电池柜采用氮气惰化，低温气体冷却，强制散热和强制排风产品，暂无采用氢浓度传感器、烟雾浓度传感器、VOC传感器、CO传感器、温度传感器、氧气浓度传感器和压力传感器综合探测，实现早发现、早预警、早干预的灭火方案。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法及系统，用以解决现有的储能柜火灾预警暂无对储能电池柜采用氮气惰化，低温气体冷却，强制散热和强制排风产品，暂无采用氢浓度传感器、烟雾浓度传感器、VOC传感器、CO传感器、温度传感器、氧气浓度传感器和压力传感器综合探测的缺陷。

(二)发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控系统，包括电池柜和主控制器，所述主控制器上连接线路，通过线路和所述电池柜上各元器件建立连接；

所述电池柜包括设备室和电池室，由所述电池柜内置的隔热阻燃材料分隔，所述电池室内置电池簇，所述电池簇内设有电池箱，所述电池室右侧置入排风扇，所述电池室顶部还安装探测模块，所述探测模块包括氢气浓度传感器、氧气浓度传感器、CO传感器、VOC传感器、烟雾浓度传感器、温度传感器以及压力传感器；

所述设备室内置灭火装置，所述灭火装置一侧为热管理系统，所述热管理系统一侧为减压装置，所述减压装置、热管理系统和灭火装置上皆连通有管路；

所述电池柜外部还设备用储氮瓶，所述备用储氮瓶气路连接减压装置。

优选的，所述备用储氮瓶和所述减压装置之间通过连接氮气路电磁阀控制。

优选的，所述热管理系统上方管路上连通电磁阀一。

优选的，所述灭火装置上方管路上连通电磁阀二。

优选的，所述电池柜左侧连接消防外接口和消防内接口，所述管路左端通过消防内外接口延伸出电池柜外部，所述电池柜外部设蓄水池，所述管路左端连接水滤延伸到蓄水池内，靠近所述蓄水池的管路上还连通抽水泵。

优选的，所述电池簇内部顶端安装雾化喷头，所述管路右端支管和电池簇内雾化喷头相连通，所述管路和雾化喷头之间安装电磁阀三控制。

优选的，所述管路左端延伸到设备室的位置处连接水路电磁阀。

优选的，所述排风扇设置有若干个，其中一个或几个安装至所述电池柜顶部最高处。

一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一，电池室顶部安装的探测模块实时监测电池室内的各种参数指标；

步骤二，主控制器根据探测模块测量数据和设定逻辑中的参数对比，综合判定连接不同电池簇的电磁阀三是否开启，将备用储氮罐中的氮气充入对应的电池簇中；

步骤三，在电磁阀向主控制器请求开启时，主控制器给氮气路电磁阀传递开启信号，备用储氮瓶内部氮气经过氮气减压装置，将高压氮气降压至低压状态，低压氮气经过热管理系统将进入电池室内的氮气降温至低温氮气；

步骤四，同步打开排风扇强制对流排风，将电池室内部的电池箱在充放电过程中产生的热量、可燃气体和氧气排出电池室，低温氮气经电磁阀一，电磁阀三和雾化喷头喷到电池簇内部；

步骤五，主控制器根据探测模块探测到的数据判定，电池室内部的温度、可燃气体和氧气浓度低于设定阈值时，关闭排风扇；

步骤六，备用储氮瓶内氮气继续通过管路、电磁阀一和电磁阀三向电池簇和电池室内部充高纯度氮气；

步骤七，电池室顶部安装压力传感器达到设定阈值后，主控制器通过线路关闭电磁阀一和电磁阀三，让电池室一直处于微正压状态，保证电池室内氮气浓度和压力，及时将可燃气体和氧气置换至电池室外部；

步骤八，电池簇内部电池箱发生热失控，主控制器通过线路打开氮气路电磁阀、电磁阀一、电磁阀三将备用储氮瓶中高压氮气和灭火装置中灭火剂，通过管路和雾化喷头定点喷射到电池簇内部；

步骤九，备用储氮瓶中高压氮气和灭火装置中灭火剂，经雾化喷头被雾化成细水雾，高压氮气和细水雾灭火剂形成气液两相混合物，将电池簇内的电池箱完全淹没隔绝氧气灭火；

步骤十，若火情没有控制住或防止复燃，主控制器根据电池柜内部的探测器监测数据，打开水路电磁阀，通过抽水泵和水滤，将蓄水池内部消防水，通过管路、电磁阀三和雾化喷头喷射到电池簇内部，持续对电池室、电池簇和电池箱降温抑制火灾。

(三)有益效果

本发明提供的一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法及系统，其优点在于：

1、传感器集成技术，实现电池柜内探测模块集成化：氢浓度传感器、烟雾浓度传感器、VOC传感器、CO传感器、温度传感器、氧气浓度传感器和压力传感器集成，实现探测装置和系统的集成化、轻量化、微型化和经济性。

2、电池室惰化技术，将高浓度氮气填充在电池室内部，将电池箱在充放电过程中产生的可燃气体和氧气置换到电池室外部，在电池室内部形成惰化低氧甚至绝氧环境，防止火灾发生。

3、氮气冷却+强排技术，在氮气充进电池室内部时，开启风扇强排，强制性将电池箱在充放电过程中产生的热量、可燃气体和氧气对流到电池室外部，同时实现低温氮气对电池室内部电箱降温作用。

4、利用分布在电池柜内部的探测模块，及时探测电池柜内部的温度、压力、可燃气体浓度、烟雾和氧浓度，通过传感器探测数据与主控制器设定的阈值比对判定，采用低温氮气填充和排风扇强制置换的方式，及时快速将电池柜内部的热量、可燃气体和氧气排出，让电池柜内部处于低温和低氧甚至绝氧的氮气环境中，实现电池柜的主动安全。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明的系统结构示意图。

图中的附图标记说明：1、水滤；2、蓄水池；3、抽水泵；4、消防外接口；5、消防内接口；6、水路电磁阀；7、氮气路电磁阀；8、备用储氮瓶；9、电池柜；10、减压装置；11、热管理系统；12、电磁阀一；13、灭火装置；14、电磁阀二；15、隔热阻燃材料；16、电池箱；17、电池簇；18、雾化喷头；19、电磁阀三；20、管路；21、氢气浓度传感器；22、氧气浓度传感器；23、CO传感器；24、VOC传感器；25、烟雾浓度传感器；26、温度传感器；27、压力传感器；28、排风扇；29、线路；30、主控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实施例一

请参阅图1，本发明提供的一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控系统，包括电池柜9和主控制器30，主控制器30上连接线路29，通过线路29和电池柜9上各元器件建立连接；

电池柜9包括设备室和电池室，由电池柜9内置的隔热阻燃材料15分隔，电池室内置电池簇17，电池簇17内设有电池箱16，电池室右侧置入排风扇28，电池室顶部还安装探测模块，探测模块包括氢气浓度传感器21、氧气浓度传感器22、CO传感器23、VOC传感器24、烟雾浓度传感器25、温度传感器26以及压力传感器27；

设备室内置灭火装置13，灭火装置13一侧为热管理系统11，热管理系统11一侧为减压装置10，减压装置10、热管理系统11和灭火装置13上皆连通有管路20；

电池柜9外部还设备用储氮瓶8，备用储氮瓶8气路连接减压装置10；

热管理系统11上方管路20上连通电磁阀一12；

灭火装置13上方管路上连通电磁阀二14；

电池柜9左侧连接消防外接口4和消防内接口5，管路20左端通过消防内外接口延伸出电池柜9外部，电池柜9外部设蓄水池2，管路20左端连接水滤1延伸到蓄水池2内，靠近蓄水池2的管路20上还连通抽水泵3；

电池簇17内部顶端安装雾化喷头18，管路20右端支管和电池簇17内雾化喷头18相连通，管路20和雾化喷头18之间安装电磁阀三19控制；

管路20左端延伸到设备室的位置处连接水路电磁阀6；

排风扇28设置有若干个，其中一个或几个安装至电池柜9顶部最高处

具体实施例二

一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控方法，包括如下步骤；

步骤一，电池室顶部安装的探测模块实时监测电池室内的各种参数指标；

步骤二，主控制器30根据探测模块测量数据和设定逻辑中的参数对比，综合判定连接不同电池簇17的电磁阀三19是否开启，将备用储氮罐8中的氮气充入对应的电池簇17中；

步骤三，在电磁阀19向主控制器30请求开启时，主控制器30给氮气路电磁阀7传递开启信号，备用储氮瓶8内部氮气经过氮气减压装置10，将高压氮气降压至低压状态，低压氮气经过热管理系统11将进入电池室内的氮气降温至低温氮气；

步骤四，同步打开排风扇28强制对流排风，将电池室内部的电池箱16在充放电过程中产生的热量、可燃气体和氧气排出电池室，低温氮气经电磁阀一12，电磁阀三19和雾化喷头18喷到电池簇17内部；

步骤五，主控制器30根据探测模块探测到的数据判定，电池室内部的温度、可燃气体和氧气浓度低于设定阈值时，关闭排风扇28；

步骤六，备用储氮瓶8内氮气继续通过管路20、电磁阀一12和电磁阀三19向电池簇17和电池室内部充高纯度氮气；

步骤七，电池室顶部安装压力传感器27达到设定阈值后，主控制器30通过线路29关闭电磁阀一12和电磁阀三19，让电池室一直处于微正压状态，保证电池室内氮气浓度和压力，及时将可燃气体和氧气置换至电池室外部；

步骤八，电池簇17内部电池箱16发生热失控，主控制器30通过线路29打开氮气路电磁阀7、电磁阀一12、电磁阀三19将备用储氮瓶8中高压氮气和灭火装置11中灭火剂，通过管路20和雾化喷头18定点喷射到电池簇17内部；

步骤九，备用储氮瓶8中高压氮气和灭火装置13中灭火剂，经雾化喷头18被雾化成细水雾，高压氮气和细水雾灭火剂形成气液两相混合物，将电池簇17内的电池箱16完全淹没隔绝氧气灭火；

步骤十，若火情没有控制住或防止复燃，主控制器30根据电池柜9内部的探测器监测数据，打开水路电磁阀6，通过抽水泵3和水滤1，将蓄水池2内部消防水，通过管路20、电磁阀三19和雾化喷头18喷射到电池簇17内部，持续对电池室、电池簇17和电池箱16降温抑制火灾。

具体实施例三

利用探测模块的氢浓度传感器21、烟雾浓度传感器25、VOC传感器24、CO传感器23、温度传感器26、氧气浓度传感器22和压力传感器27组合使用的方式，综合探测储能电池柜9内的环境状态，通过氧气浓度传感器22和压力传感器27检测电池箱16内氧气浓度含量和氮气压力，通过电控、阀体和管路，将备用氮气瓶8中储存的氮气，经过热管理系统11冷却后及时补充到储能电池柜9内部，将电池柜9内部的可燃气体和氧气及时置换到柜体外部，同时降低电池柜9内部温度。让电池柜9内部电池处于一个低温环境，提升电池箱16工作效率同时降低电池柜9发生热失控风险。保证电池箱16内部为高纯度氮气(氮气含量大于98％)环境(既惰性气体环境)，抑制火灾出现，对电池室内部电池箱16全生命周期防护。通过氢气浓度传感器21、烟雾浓度传感器25、VOC传感器24、CO传感器23、温度传感器26检测电池柜9内可燃气体浓度和环境温度变化，及时开启排风扇28实现强制对流排气，将电池柜9内部可燃气体及时排出，同时通过对流降低柜体内部温度。传感器在发现电池柜9内早期火情后，通过外部预警，提醒场站人员或管理人员早干预，紧急情况自动或手动启动灭火装置13，将灭火剂喷射到电池柜9和电池簇17内部，实现紧急情况下快速灭火。在备用储氮瓶8和灭火装置13内部的灭火剂喷射完毕后，火情没有得到抑制，反而在进一步扩大或者电池箱16内部温度持续过高，可将电池柜9外部的消防水通过抽水泵3和消防管道，源源不断的喷射在电池柜9内部的电池簇17和电池箱16上，实现持续的降温抑制火情，防止热扩散和热蔓延；

具体实施例四

采用多方位耦合传感器探测技术，探测电池柜9和电池箱16内部可能诱发热失控因素和早期热失控阶段表征，探测模块将探测信息传递给主控制器30，主控制器30根据设定好的程序和阈值，将信号回馈给执行机构，执行机构做出对应动作。执行机构包含，在向电池柜9内部充氮气时，将热管理系统11打开，根据判定条件对充到电池柜9内部的氮气进行降温，低温氮气进入电池柜9，同时打开排风扇28进行强制对流和排气，将电池柜9内部的热量、可燃气体和氧气带走，电池柜9内部的氢气浓度传感器21、烟雾浓度传感器25、VOC传感器24、CO传感器23、温度传感器26、氧气浓度传感器22根据探测到的数据主控制器30会及时调整排风扇28功率和排风量，在温度和浓度低于阈值后，就会自动关闭排风扇28，高纯度的氮气会充满整个电池柜9，电池柜9内部形成惰性环境，防止火灾发生。电池柜9上安装的排风扇28，其中一个或几个需要安装在电池柜9的最高位置，防止电池柜9内部可燃气体因密度低于空气密度，导致可燃气体聚集在电池柜9顶部无法排出。一但电池柜9内部发生热失控时，布置在电池室的灭火装置13将灭火剂定点喷射到对应热失控的电池簇17内部，实现快速灭火。在发生热失控时，备用储氮瓶8内的氮气会和灭火装置13灭火剂同时喷向对应热失控电池簇17内部，高压氮气在快速惰化电池簇17同时雾化灭火剂，将灭火剂雾化成细水雾，填充到整个电池簇17内部，雾化成细水雾的灭火剂和氮气混合，全方位无死角淹没着火点和高温区域，降温、隔氧灭火效果更好。本专利将电池柜9分为设备室和电池室，设备室布置电器设备、氮气减压装置10、热管理系统11、输送管线路。电池室布置多个电池簇17、排风扇28、管路20、通讯线路和雾化喷头18。设备室和电池室之间采用耐高温、隔热阻燃材料15隔离开，各自形成独立空间，防止电池室发生火灾时，蔓延至设备室造成设备损坏，降低火灾引起的财产损失。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控系统，包括电池柜和主控制器，其特征在于，所述主控制器上连接线路，通过线路和所述电池柜上各元器件建立连接；

所述电池柜包括设备室和电池室，由所述电池柜内置的隔热阻燃材料分隔，所述电池室内置电池簇，所述电池簇内设有电池箱，所述电池室右侧置入排风扇，所述电池室顶部还安装探测模块，所述探测模块包括氢气浓度传感器、氧气浓度传感器、CO传感器、VOC传感器、烟雾浓度传感器、温度传感器以及压力传感器；

所述设备室内置灭火装置，所述灭火装置一侧为热管理系统，所述热管理系统一侧为减压装置，所述减压装置、热管理系统和灭火装置上皆连通有管路；

所述电池柜外部还设备用储氮瓶，所述备用储氮瓶气路连接减压装置；

所述备用储氮瓶和所述减压装置之间通过连接氮气路电磁阀控制；

所述电池柜左侧连接消防外接口和消防内接口，所述管路左端通过消防内外接口延伸出电池柜外部，所述电池柜外部设蓄水池，所述管路左端连接水滤延伸到蓄水池内，靠近所述蓄水池的管路上还连通抽水泵；

所述热管理系统上方管路上连通电磁阀一；

所述灭火装置上方管路上连通电磁阀二；

所述电池簇内部顶端安装雾化喷头，所述管路右端支管和电池簇内雾化喷头相连通，所述管路和雾化喷头之间安装电磁阀三控制；

所述管路左端延伸到设备室的位置处连接水路电磁阀；

所述排风扇设置有若干个，其中一个或几个安装至所述电池柜顶部最高处；

所述储能电站氮气抑制和高压雾化灭火剂的防控系统的防控方法，包括如下步骤，

步骤一，利用电池室顶部安装的探测模块实时监测电池室内的各种参数指标；

步骤二，利用主控制器根据探测模块测量数据和设定逻辑中的参数对比，综合判定连接不同电池簇的电磁阀三是否开启，将备用储氮罐中的氮气充入对应的电池簇中；

步骤三，在电磁阀向主控制器请求开启时，主控制器给氮气路电磁阀传递开启信号，备用储氮瓶内部氮气经过氮气减压装置，将高压氮气降压至低压状态，低压氮气经过热管理系统将进入电池室内的氮气降温至低温氮气；

步骤四，同步打开排风扇强制对流排风，将电池室内部的电池箱在充放电过程中产生的热量、可燃气体和氧气排出电池室，低温氮气经电磁阀一，电磁阀三和雾化喷头喷到电池簇内部；

步骤五，主控制器根据探测模块探测到的数据判定，电池室内部的温度、可燃气体和氧气浓度低于设定阈值时，关闭排风扇；

步骤六，备用储氮瓶内氮气继续通过管路、电磁阀一和电磁阀三向电池簇和电池室内部充高纯度氮气；

步骤七，电池室顶部安装压力传感器达到设定阈值后，主控制器通过线路关闭电磁阀一和电磁阀三，让电池室一直处于微正压状态，保证电池室内氮气浓度和压力，及时将可燃气体和氧气置换至电池室外部；

步骤八，电池簇内部电池箱发生热失控，主控制器通过线路打开氮气路电磁阀、电磁阀一、电磁阀三将备用储氮瓶中高压氮气和灭火装置中灭火剂，通过管路和雾化喷头定点喷射到电池簇内部；

步骤九，备用储氮瓶中高压氮气和灭火装置中灭火剂，经雾化喷头被雾化成细水雾，高压氮气和细水雾灭火剂形成气液两相混合物，将电池簇内的电池箱完全淹没隔绝氧气灭火；

步骤十，若火情没有控制住或防止复燃，主控制器根据电池柜内部的探测器监测数据，打开水路电磁阀，通过抽水泵和水滤，将蓄水池内部消防水，通过管路、电磁阀三和雾化喷头喷射到电池簇内部，持续对电池室、电池簇和电池箱降温抑制火灾。