CN116212276A - 一种电储能装置的防火系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电储能装置的防火系统，包括温度检测模块，检测电池的温度，包括红外线测温仪及多个温度传感器，红外线测温仪朝电路板，生成测量信息；温度传感器分布在电池上，生成传感信息；控制处理模块，接收温度数据，生成防火指令；清空单元，清空防火指令；提取单元，从测量信息中提取温度最高的第一坐标，从传感信息中提取温度最高的第二坐标；计算单元，计算第一坐标处与第二坐标处之间的最短距离，计算第一坐标处与第二坐标处的温度差；比较单元，判断若最短距离位于预设的距离范围且温度差位于预设的温度范围，则算出火点坐标，写入防火指令；灭火执行模块，对火点坐标的位置灭火；本申请能让电储能装置内部出现火时及时灭火。

Description

一种电储能装置的防火系统

技术领域

本申请涉及电储能装置的领域，尤其是涉及一种电储能装置的防火系统。

背景技术

储能装置包括化学储能装置和物理储能装置两种。化学储能装置包括镍氢电池和锂离子电池两种，钠硫电池和燃料电池还未实现。物理储能装置包括超级电容和飞轮电池两种。

在民用领域，采用化学储能装置的居多，且现在很多场合都采用了性能更优异的锂离子电池，锂离子电池无记忆效应且重量较轻，它的能量密度也很大。

当采用锂离子电池作为储能单元时，因为其易燃的特性，需要对电储能装置做独立的灭火措施，避免电储能装置在锂离子电池出现故障失火时无法及时灭火而带来更大的损失。现有的电储能装置一般是在柜体上单独配备灭火器或者采用阻燃材料支撑柜体，这些措施都是被动性灭火，灭火及时性有待提升。

发明内容

为了能够让电储能装置在内部出现火时及时灭火，本申请提供一种电储能装置的防火系统。

本申请提供的一种电储能装置的防火系统采用如下的技术方案：

一种电储能装置的防火系统，包括如下模块：

温度检测模块，固定连接于柜体的内壁，用于检测电池的温度输出温度数据，所述温度检测模块包括红外线测温仪以及多个温度传感器，所述红外线测温仪固定连接在所述柜体的内壁上且朝向电路板方向检测，生成测量信息；多个所述温度传感器均匀分布地固定连接在所述电池上，生成传感信息；所述温度数据包括所述测量信息与所述传感信息；

控制处理模块，固定连接于所述柜体内，用于接收所述温度数据，并根据所述温度数据生成防火指令；所述控制处理模块还包括：

清空单元，用于清空所述防火指令；

提取单元，用于从所述测量信息中提取温度最高的第一坐标，从所述传感信息中提取温度最高的第二坐标；

计算单元，用于计算所述第一坐标处与所述第二坐标处之间的最短距离，计算所述第一坐标处与所述第二坐标处的温度差；

比较单元，用于判断若所述最短距离位于预设的距离范围且所述温度差位于预设的温度范围，则计算出所述第一坐标与所述第二坐标之间的火点坐标，将所述火点坐标与所述温度数据写入所述防火指令；

灭火执行模块，固定连接于所述柜体内壁，用于接收所述防火指令并响应于所述防火指令而对所述火点坐标对应的位置进行灭火。

通过采用上述技术方案，红外线测温仪能从面的角度测量温度，温度传感器能从点的角度测量温度，使得温度检测模块输出较为准确的温度数据，控制处理温度能够根据温度数据计算得到明火发生的火点坐标以及温度，然后控制灭火执行模块进行灭火，能够让电储能装置在内部出现火时及时灭火。

作为优选，所述灭火执行模块包括设置在所述柜体内壁中的水路管道，所述水路管道连接有水箱或所述水路管道内预充满水；所述水路管道上连接有喷嘴，所述水路管道连接有第一水泵，所述第一水泵受控连接于所述控制处理模块，所述第一水泵响应于所述防火指令而给所述水路管道加压，所述第一水泵加压的压力与所述火点坐标与所述喷嘴之间的距离呈正相关设置。

通过采用上述技术方案，当电池出现明火时，优先考虑灭火，因此可通过控制第一水泵加压，喷嘴对明火进行喷洒；当喷嘴不可动时，第一水泵的压力越大喷嘴喷射的距离越远，因此通过控制第一水泵的压力，能够控制喷射距离，让喷射的水柱达到或靠近明火，实现浇水灭火。

作为优选，所述柜体设置有多层且相互堆叠，相邻层之间的所述水路管道均通过导水轴套连通，所述柜体顶层设置有水箱，所述水箱与所述第一水泵连通。

通过采用上述技术方案，柜体多层堆叠后能够提升蓄水容量，将水箱设置在柜体顶层后能够降低水泵加压所需的功率，提升节能的效果，当第一水泵的动力损坏后，取消传递给第一水泵的动力后，水箱中的水压也能利于喷嘴在紧急情况下出水。

作为优选，所述喷嘴与所述水路管道转动连接，且两者之间设置有驱动组件，所述驱动组件用于响应于所述火点坐标而驱动所述喷嘴以改变所述喷嘴的喷射方向，使所述喷嘴朝向所述火点坐标的位置喷射。

通过采用上述技术方案，喷嘴能够在驱动组件的作用下调节喷射方向，利于喷嘴对准火点坐标，能使用更高压力的水柱灭火。

作为优选，所述灭火执行模块还包括设置在所述柜体内壁中的氟化液管道，所述氟化液管道连接有氟化液箱或所述氟化液管道内预充满电子氟化液；所述氟化液管道上连接有花洒，所述氟化液管道连接有第二水泵，所述第二水泵受控连接于所述控制处理模块，所述第二水泵响应于所述防火指令而给所述氟化液管道加压，所述第二水泵加压的压力正相关于所述第一坐标处与所述第二坐标处的温度平均值。

通过采用上述技术方案，电子氟化液不会导致电路板额外的短路，能在电路正常工作时进行散热降温，电子氟化液喷洒后能够均匀电池周围的温度，让多个均匀分布的温度传感器测得的温度更接近于控制处理模块所需的数据，在发生明火时，也能喷洒灭火。

作为优选，所述灭火执行模块还包括设置在所述柜体底部的氟化液收集池，所述氟化液收集池用于收集从电池上滑落的电子氟化液，所述第二水泵与所述氟化液收集池连通以从所述氟化液收集池中抽取电子氟化液至所述氟化液管道中。

通过采用上述技术方案，电子氟化液的价格较高，因此可通过氟化液收集池对喷出的电子氟化液进行收集再利用。

作为优选，所述花洒喷雾的液体颗粒大小与所述温度平均值呈正相关设置。

通过采用上述技术方案，液体颗粒越小，分布越分散，降温的效果越好，液体颗粒越大分布越聚集，灭火的效果越好，当温度变高时，液体颗粒变大，提升灭火效果，也利于提升出液量。

作为优选，所述花洒转动设置，喷射时随液体压力而转动，且转动速度与所述温度平均值呈正相关设置。

通过采用上述技术方案，温度变高时，花洒转动速度越快，压力越大转动越快，喷洒的液体越多，提升灭火效果。

作为优选，所述测量信息中包括拍摄得到的红外成像，所述提取单元识别所述红外成像中温度最高的像素点并查表获取所述像素点对应的物理坐标作为第一坐标；

所述传感信息中包括多个所述温度传感器生成的温度值，所述提取单元从所述温度值中获取温度最高的值并查表获取该值对应的物理坐标作为第二坐标。

通过采用上述技术方案，提取单元对测量信息与传感信息进行分析，能够得到第一坐标与第二坐标，从而利于精准地灭火。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

（1）温度检测模块通过点与面的结合对柜体内的温度进行检测，输出准确的温度数据，让控制处理温度能够及时得到能反映实际情况的数据，根据温度数据计算得到明火发生的火点坐标以及温度，然后控制灭火执行模块进行灭火，能够让电储能装置在内部出现明火时及时灭火；

（2）当喷嘴不可动时，第一水泵的压力越大喷嘴喷射的距离越远，因此通过控制第一水泵的压力，能够控制喷射距离；当喷嘴可动时，可以调节喷嘴的姿态，让喷射的水柱达到或靠近明火，实现浇水灭火；

（3）采用电子氟化液作为降温灭火的液体，既能在电池正常工作时降温，还能在电池出现明火时进行灭火。

附图说明

图1是电储能装置的防火系统的系统框图；

图2是柜体中温度检测模块的布置图；

图3是喷嘴的竖直截面示意图；

图4是氟化液箱、第二水泵及氟化液收集池的布置图；

图5是花洒及十字硅胶阀的结构示意图。

附图标记：1、温度检测模块；11、红外线测温仪；12、温度传感器；2、控制处理模块；21、清空单元；22、提取单元；23、计算单元；24、比较单元；3、灭火执行模块；31、水路管道；32、导水轴套；33、水箱；34、喷嘴；35、驱动组件；36、第一水泵；37、氟化液箱；38、花洒；381、十字硅胶阀；39、第二水泵；391、氟化液收集池。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

除非明确限定，否则术语“一个”、“一种”和“该”并非旨在指代单数实体，而是包括其特定示例可以被用于举例说明的一般性类别。因此，术语“一个”或“一种”的使用可以意指至少一个的任意数目，包括“一个”、“一个或多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”。术语“或”意指可选项中的任意者以及可选项的任何组合，包括所有可选项，除非可选项被明确指示是相互排斥的。短语“中的至少一者”在与项目列表组合时是指列表中的单个项目或列表中项目的任何组合。所述短语并不要求所列项目的全部，除非明确如此限定。

本申请实施例公开一种电储能装置的防火系统。参照图1与图2，一种电储能装置的防火系统设置在可为长方体型的柜体内，柜体设置有多层且相互堆叠，每层柜体内均可包括温度检测模块1、控制处理模块2以及灭火执行模块3。

温度检测模块1整体可视为固定连接在柜体的内壁上，包括红外线测温仪11以及多个温度传感器12。红外线测温仪11可通过螺栓安装在柜体的侧壁上，朝向电路板方向或者朝向电池方向检测，生成测量信息。红外线测温仪11的技术与产品均较为成熟，现有的测温仪产品量程可达到-50℃～+3000℃，根据黑体辐射定律，在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差所引起的辐射能量的变化，因此，测温时应尽量选用短波的产品较好。一般来说，测温范围越窄，监控温度的输出信号分辨率越高，精度可靠性容易解决。测温范围过宽，会降低测温精度。例如，电池采用锂电池后，锂电池起火后温度能够达到1000℃以上，则被测目标温度的报警温度可设置为1000℃，若是继续确定安装便携式测温仪，则满足这一报警温度的型号很多，如3iLR3、3i2M或3i1M。如果第一要求是测量精度，则可选用3i2M或3i1M型号的测温仪，如果第一要求是测温范围很宽，则选用3iLR型，3iLR型除测量1000℃的目标外，还可测量低温目标。

温度传感器12通过螺栓或者胶粘安装在柜体的底壁或顶壁或电池上。最优地，多个温度传感器12均匀分布地安装固定在电池上,每层柜体中的电池由多个子电池组成，每个子电池上均可安装一个温度传感器12。温度传感器12可采用数字型传感器或者模拟型传感器，数字型传感器可采用DS18B20，模拟型传感器可采用铂电阻及其差分放大电路组成的传感器。DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，测温范围为-55℃～+125℃，支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，每条线最多只能并联8个，实现多点测温。

温度检测模块1用于检测电池或电路板的温度最终输出温度数据，温度数据包括红外线测温仪11输出的测量信息与温度传感器12输出的传感信息。温度检测的周期长可为1s或者2s等时间值，每次测量时每层电池均对应有一个测量信息与多个传感信息。若红外线测温仪11采用红外图像作为测量信息，则测量信息的内容为一个矩阵，同时，温度数据中有多组传感信息，每组传感信息内可具有多个温度值，每个温度值可与预先内置好的物理坐标配对，从而根据物理坐标来体现柜体内对应部位的温度。

控制处理模块2可采用微处理器、PLC或者PFGA等具有计算逻辑器件的器件。控制处理模块2可通过螺栓固定在柜体内，或者设计在电池所连的主控板上。控制处理模块2接收温度数据，并根据温度数据生成防火指令。具体的，控制处理模块2还包括清空单元21、提取单元22、计算单元23以及比较单元24。

清空单元21用于清空防火指令，防火指令的格式预先设置好，每个周期中都会清空防火指令，清空也可成为初始化，若是不清空则会使防火指令产生错误。据上所述，测量信息中包括拍摄得到的红外成像，提取单元22用于从测量信息中提取温度最高的第一坐标，从传感信息中提取温度最高的第二坐标。提取单元22识别红外成像中温度最高的像素点并查表获取像素点对应的物理坐标作为第一坐标，例如，红外成像中125℃以下的电池成像为淡蓝色，而产生明火的电池为1000℃，成像为紫红色，则选择紫红色区域的中心点坐标为第一坐标，可为（1,2,4）。提取单元22从传感信息的温度值中获取温度最高的值并查表获取该值对应的物理坐标作为第二坐标，例如，传感信息中温度最高的数值为125℃，则代表此处可能产生期间击穿产生明火，则获取数值对应的物理坐标为（1,2,5），为第一层柜体中第二排第五列的子电池。计算单元23用于计算第一坐标处与第二坐标处之间的最短距离，坐标（1,2,4）与坐标（1,2,5）之间的最短距离为1，计算单元23还计算第一坐标处与第二坐标处的温度差，温度差为875℃。比较单元24用于判断若最短距离位于预设的距离范围且温度差位于预设的温度范围，则计算出第一坐标与第二坐标之间的火点坐标，将火点坐标与温度数据写入防火指令。其中，预设的距离范围可为1～2，预设的温度范围可为180℃～1000℃，则最短距离位于预设的距离范围且温度差位于预设的温度范围，计算出来的火点坐标为（1,2,4.5），取四舍五入为（1,2,5）或者取整为（1,2,4）。

灭火执行模块3用于接收防火指令并响应于防火指令而对火点坐标对应的位置进行灭火。灭火执行模块3可包括喷水和喷电子氟化液两部分中的一部分或者全部。如图2与图3所示，喷水部分可包括设置在柜体内壁中的水路管道31，相邻层之间的水路管道31均通过导水轴套32连通，柜体顶层设置有水箱33，水路管道31连接水箱33。若没有水箱33，则水路管道31内预充满水。

水路管道31上连接有可改变喷射方向的喷嘴34，喷嘴34与水路管道31转动连接，且两者之间设置有驱动组件35，驱动组件35可采用现有技术中常用的云台，喷嘴34固定在云台上且通过软管与水路管道31连通。水路管道31连接有第一水泵36，第一水泵36具有驱动部件且驱动部件受控连接于控制处理模块2，驱动组件35也受控连接于控制处理模块2。特别地，柜体多层堆叠后能够提升蓄水容量，将水箱33设置在柜体顶层后能够降低水泵加压所需的功率，提升节能的效果。当第一水泵36的动力损坏后，取消传递给第一水泵36的动力，水箱33中的水压也能利于喷嘴34在紧急情况下出水。

当电池出现明火时，优先考虑灭火，因此可通过控制第一水泵36加压，喷嘴34对明火进行喷洒，在控制处理模块2的控制下，第一水泵36响应于防火指令而给水路管道31加压，第一水泵36加压的压力与火点坐标与喷嘴34之间的距离呈正相关设置。在不控制云台的情况下，喷嘴34不动，第一水泵36的压力越大喷嘴34喷射的距离越远，因此通过控制第一水泵36的压力，能够控制喷射距离，让喷射的水柱达到或靠近明火，实现浇水灭火。若控制云台动作，喷嘴34能够在驱动组件35的作用下调节喷射方向，响应于火点坐标而使喷嘴34朝向火点坐标的位置喷射，能使用更高压力的水柱灭火。

在另一种情况下若使用喷电子氟化液这一部分，如图4与图5所示，则灭火执行模块3包括设置在柜体内壁中的氟化液管道，相邻层之间的氟化液管道均通过导氟化液轴套连通，柜体顶层设置有氟化液箱37，氟化液管道连通氟化液箱37。若没有氟化液箱37，则氟化液管道内预充满电子氟化液。柜体多层堆叠后能够提升电子氟化液的容量，将电子氟化液箱37设置在柜体顶层后能够降低第二水泵39加压所需的功率，提升节能的效果。氟化液管道上连接有莲蓬头式的花洒38，花洒38通过螺栓固定连接在电池的上方，且一层柜体内可设置有多个花洒38，每个花洒38均通过软管与氟化液管道连通。

氟化液管上还连接有受控于控制处理模块2的第二水泵39，在控制处理模块2的控制下，第二水泵39响应于防火指令而给氟化液管道加压，第二水泵39加压的压力正相关于第一坐标处与第二坐标处的温度平均值。在柜体底部还设置有氟化液收集池391，氟化液收集池391用于收集从电池上滑落的电子氟化液，第二水泵39可与氟化液收集池391连通以从氟化液收集池391中抽取电子氟化液至氟化液管道中。电子氟化液的价格较高，但是，电子氟化液不会导致电路板额外的短路，能在电路正常工作时进行散热降温，电子氟化液喷洒后能够均匀电池周围的温度，让多个均匀分布的温度传感器12测得的温度更接近于控制处理模块2所需的数据，在发生明火时，也能喷洒灭火。因此可通过氟化液收集池391对喷出的电子氟化液进行收集再利用。

花洒38可采用旋转式喷头且喷口出设置有十字硅胶阀381，花洒38中出水线与花洒38的中心偏心设置，使得花洒38的后作用力可让花洒38在洒水时能转动，喷射时随液体压力而转动。花洒38喷雾的液体颗粒大小与温度平均值呈正相关设置，温度平均值越高，第一水泵36的压力越大，十字硅胶阀381出水的颗粒越大直至呈水柱状；温度平均值越低，第一水泵36的压力越小，十字硅胶阀381出水的颗粒越小。液体颗粒越小，分布越分散，降温的效果越好，液体颗粒越大分布越聚集，灭火的效果越好，当温度变高时，液体颗粒变大，提升灭火效果，也利于提升出液量。转动速度也与温度平均值呈正相关设置。温度平均值越高，第一水泵36的压力越大，转动速度越快。温度平均值越低，第一水泵36的压力越小，转动速度越小。温度变高时，花洒38转动速度越快，压力越大转动越快，喷洒的液体越多，提升灭火效果。

本申请实施例一种电储能装置的防火系统的实施原理为：红外线测温仪11能从点与面相结合的角度测量温度，使得温度检测模块1输出较为准确的温度数据。控制处理模块2能够根据温度数据计算得到明火发生的火点坐标以及温度，提取单元22对测量信息与传感信息进行分析，能够得到第一坐标与第二坐标，计算单元23计算出最短距离与温度差，比较单元24对最短距离与温度差进行判断后操作防火指令，然后控制灭火执行模块3进行灭火，能够让电储能装置在内部出现明火时及时灭火，也能实现精准地灭火。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电储能装置的防火系统，其特征在于：包括如下模块：

温度检测模块（1），固定连接于柜体的内壁，用于检测电池的温度输出温度数据，所述温度检测模块（1）包括红外线测温仪（11）以及多个温度传感器（12），所述红外线测温仪（11）固定连接在所述柜体的内壁上且朝向电路板方向检测，生成测量信息；多个所述温度传感器（12）均匀分布地固定连接在所述电池上，生成传感信息；所述温度数据包括所述测量信息与所述传感信息；

控制处理模块（2），固定连接于所述柜体内，用于接收所述温度数据，并根据所述温度数据生成防火指令；所述控制处理模块（2）还包括：

清空单元（21），用于清空所述防火指令；

提取单元（22），用于从所述测量信息中提取温度最高的第一坐标，从所述传感信息中提取温度最高的第二坐标；

计算单元（23），用于计算所述第一坐标处与所述第二坐标处之间的最短距离，计算所述第一坐标处与所述第二坐标处的温度差；

比较单元（24），用于判断若所述最短距离位于预设的距离范围且所述温度差位于预设的温度范围，则计算出所述第一坐标与所述第二坐标之间的火点坐标，将所述火点坐标与所述温度数据写入所述防火指令；

灭火执行模块（3），固定连接于所述柜体内壁，用于接收所述防火指令并响应于所述防火指令而对所述火点坐标对应的位置进行灭火。

2.根据权利要求1所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述灭火执行模块（3）包括设置在所述柜体内壁中的水路管道（31），所述水路管道（31）连接有水箱（33）或所述水路管道（31）内预充满水；所述水路管道（31）上连接有喷嘴（34），所述水路管道（31）连接有第一水泵（36），所述第一水泵（36）受控连接于所述控制处理模块（2），所述第一水泵（36）响应于所述防火指令而给所述水路管道（31）加压，所述第一水泵（36）加压的压力与所述火点坐标与所述喷嘴（34）之间的距离呈正相关设置。

3.根据权利要求2所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述柜体设置有多层且相互堆叠，相邻层之间的所述水路管道（31）均通过导水轴套（32）连通，所述柜体顶层设置有水箱（33），所述水箱（33）与所述第一水泵（36）连通。

4.根据权利要求2所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述喷嘴（34）与所述水路管道（31）转动连接，且两者之间设置有驱动组件（35），所述驱动组件（35）用于响应于所述火点坐标而驱动所述喷嘴（34）以改变所述喷嘴（34）的喷射方向，使所述喷嘴（34）朝向所述火点坐标的位置喷射。

5.根据权利要求1所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述灭火执行模块（3）还包括设置在所述柜体内壁中的氟化液管道，所述氟化液管道连接有氟化液箱（37）或所述氟化液管道内预充满电子氟化液；所述氟化液管道上连接有花洒（38），所述氟化液管道连接有第二水泵（39），所述第二水泵（39）受控连接于所述控制处理模块（2），所述第二水泵（39）响应于所述防火指令而给所述氟化液管道加压，所述第二水泵（39）加压的压力正相关于所述第一坐标处与所述第二坐标处的温度平均值。

6.根据权利要求5所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述灭火执行模块（3）还包括设置在所述柜体底部的氟化液收集池（391），所述氟化液收集池（391）用于收集从电池上滑落的电子氟化液，所述第二水泵（39）与所述氟化液收集池（391）连通以从所述氟化液收集池（391）中抽取电子氟化液至所述氟化液管道中。

7.根据权利要求5所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述花洒（38）喷雾的液体颗粒大小与所述温度平均值呈正相关设置。

8.根据权利要求5所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述花洒（38）转动设置，喷射时随液体压力而转动，且转动速度与所述温度平均值呈正相关设置。

9.根据权利要求1所述的一种电储能装置的防火系统，其特征在于：所述测量信息中包括拍摄得到的红外成像，所述提取单元（22）识别所述红外成像中温度最高的像素点并查表获取所述像素点对应的物理坐标作为第一坐标；

所述传感信息中包括多个所述温度传感器（12）生成的温度值，所述提取单元（22）从所述温度值中获取温度最高的值并查表获取该值对应的物理坐标作为第二坐标。

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