CN118178928A - 一种锂电池或储能电站热失效防控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池或储能电站热失效防控系统及方法，属于消防技术领域，本方案探测组件对电池箱及其环境进行监控，通过控制系统进行控制，当发生热失效时，主动冷却组件分多级喷放，第一级为液体冷却部件喷放，喷放抑制药剂，抑制药剂为全氟己酮+二氧化碳+纳米多孔活性硅粉体；第二级为柜级冷却部件喷放，喷放第一灭火剂，第一灭火药剂为全氟己酮+覆膜空心玻璃微珠粉体+氮气；第三级为舱级冷却部件喷放，灭火药剂为全氟己酮、七氟丙烷或BTP的其中一种，第四级为电站系统冷却部件，为七氟丙烷、细水雾型水系灭火抑制剂联合喷放，通过多级分别用于应对不同的险情；该防控方法提供多种应对不同险情的防控方法，针对性强，效果好。
Description
技术领域
本发明属于消防系统技术领域，具体涉及一种锂电池或储能电站热失效防控系统及方法。
背景技术
抑制灭火系统采用常温常/低压下为液态的灭火剂或抑制剂，包括全氟己酮、七氟丙烷、一溴三氟丙烯( BTP)及细水雾型水系灭火抑制剂、复合灭火剂等。
在热失控的不同阶段，启动不同的冷却机制，进行降温冷却处理；在热失控发生期进行热失控抑制；在火灾初期进行灭火。在出现废气逸出的情况下，说明电池管理系统可能不能及时关闭电池电源，或者不能有效阻止受损电池温度继续升高至热失控点。为了解决上述存在的问题，遂有了本方案的产生。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种锂电池或储能电站热失效防控系统及方法，它能够多级有效控制热失效。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锂电池或储能电站热失效防控系统，包括探测组件、主动冷却组件、灭火剂检测组件和控制系统，所述控制系统用于处理探测组件、主动冷却组件、灭火剂检测组件所发送的信号，所述控制系统用于控制主动冷却组件进行灭火降温；
所述探测组件包括温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器、VOC传感器和电压传感器；所述温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器、VOC传感器和电压传感器安装在防控区域；
所述主动冷却组件包括液体冷却部件、柜级冷却部件、舱级冷却部件和电站系统冷却部件，所述液体冷却部件位于电池箱内部的底板处，所述柜级冷却部件位于电池箱两侧和后方，所述舱级冷却部件位于防控区域上方，所述电站系统冷却部件位于防控区域上方；
所述灭火剂检测组件用于检测灭火剂原液是否失效。
进一步，所述灭火剂检测组件包括多个探针和微控制器单元，所述探针的电极浸入灭火剂原液中，所述微控制器单元产生方波信号扫描探针的电极并接收探针的电极所反馈的波形信号且发送给控制系统。
进一步，所述灭火剂检测组件包括一对超声波换能器和微控制器单元，所述微控制器单元控制超声波换能器发出超声波测出超声波飞行时间差并发送给控制系统。
一种锂电池或储能电站热失效防控方法，采用一种锂电池或储能电站热失效防控系统进行操作，包括如下步骤：
S1、获得锂电池或储能电站环境参数以及各传感器的电压、电流和电阻信息，通过多次不同时间的信息反馈获得不同时间的前后数据；
S2、根据状态信息和目标电池的历史状态信息,多参数耦合分析判断是否为热失控；
S3、当热失控发生时，启动主动冷却组件进行冷却灭火；
S31、当电池温度高于四十摄氏度时，启动液体冷却部件；
S32、即将发生热失控时，启动柜级冷却部件；
S33、热失控早期，启动舱级冷却部件、进行断电且目标电池箱释放抑制剂；
S34、热失控发生期，启动电站系统冷却部件；
S35、火灾初期，目的电池箱释放第一灭火剂且释放细水雾进行冷却降温，发现无法抑制灭火，启动水雾进行冷却降温，目的电池箱并释放第二灭火剂，启动声光报警、风机控制和舰门控制；灭火成功后，又出现第二次热失控，进行断电和细水雾喷射，并且目的电池箱释放第四灭火剂、声光报警、风机控制和舰门控制。
进一步，所述步骤S1中的环境参数包括温度信息、气体成分信息和压力信息。
进一步，所述步骤S31中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、40<温度<60、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为0、氢气浓度报警值为0、电压波动为±5%、电流波动为±5%、电阻波动为±5%、内部压力波动数值为0MPa、PM2.5浓度报警数值为0和挥发性有机物报警数值为0。
进一步，所述步骤S32中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为0、氢气浓度报警值为0、电压波动为±10%、电流波动为±10%、电阻波动为±10%、内部压力波动数值为0MPa、PM2.5浓度报警数值为0和挥发性有机物报警数值为0。
进一步，所述步骤S33中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为一级警报、氢气浓度报警值为一级警报、电压波动为±30%、电流波动为±30%、电阻波动为±30%、内部压力波动数值为+0.2MPa、PM2.5浓度报警数值为一级警报和挥发性有机物报警数值为一级警报。
进一步，所述步骤S34中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为一级警报、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为二级警报、氢气浓度报警值为二级警报、内部压力波动数值为+0.3MPa、PM2.5浓度报警数值为二级警报和挥发性有机物报警数值为二级警报。
进一步，所述步骤S35中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为二级警报、60<温度、烟雾报警数值为一级警报、甲烷浓度报警数值为二级警报、氢气浓度报警值为二级警报、内部压力波动数值为+0.5MPa、PM2.5浓度报警数值为二级警报和挥发性有机物报警数值为二级警报。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明中的一种锂电池或储能电站热失效防控系统通过探测组件对电池箱及其环境进行监控，通过控制系统进行控制，当发生热失效时，主动冷却组件分多级喷放，第一级为液体冷却部件喷放，喷放抑制药剂，抑制药剂为全氟己酮+二氧化碳+纳米多孔活性硅粉体；第二级为柜级冷却部件喷放，喷放第一灭火剂，第一灭火药剂为全氟己酮+覆膜空心玻璃微珠粉体+氮气；第三级为舱级冷却部件喷放，灭火药剂为全氟己酮、七氟丙烷或BTP的其中一种，第四级为电站系统冷却部件，为七氟丙烷、细水雾型水系灭火抑制剂联合喷放，通过多级分别用于应对不同的险情；本方案一种锂电池或储能电站热失效防控方法提供一种应对多种不同险情的防控方法，针对性强，效果好。
2.探测系统采用的方案为多传感器耦合探测，采用的传感器有温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器和VOC传感器；电池系统内置的电压传感器可以很好地监测电池的终端电压。一旦检测到异常信号，可以很快发出警报。电压监测的优势是能够定位模组内有故障的电池。压力传感器探测电池箱封装内部压力，当压力超过设定值或者压力波动大于一定差值时，控制系统发出报警信号。
3.锂离子电池的性质决定了任何一块设定的电芯（或电池组中的多块电芯）在受损后的反应存在着一定的随机性，无论是废气排放的性质或程度、温度升高、起火情况，或者从电池组中的一块电芯的故障情况传播至另一块电芯的过程。如果不对其加以有效控制，则很有可能会发生电池爆炸。如前所述，锂离子电池起火情况很有可能在看似已被扑灭的情况下，在经过数分钟、数小时甚至数天后又复燃。所以本方案采用多级冷却，第一级为液体冷却部件喷放，第二级为柜级冷却部件喷放，第三级为舱级冷却部件喷放，第四级为电站系统冷却部件。液体冷却部件冷却为液冷，电池箱内部底板设有液冷板，电池箱面板上设有液冷控制单元及液冷单元；柜级冷却部件为液冷+风冷，柜机控制器内有液冷控制单元和冷却液单元，柜体电池箱安装部位两侧面设有冷却通道，柜体后面设有冷却风扇，舱级冷却部件为风冷+细水雾冷却，电站系统冷却部件冷却为水喷雾，实施方式为着火储能舱及其周边临近储能舱启动水喷雾冷却。
4.灭火剂检测的方式有两个，其一由微控制器单元产生方波信号扫描浸入灭火剂原液液面的多个探针电极，并由控制系统接收探针电极反馈的波形信号，进行计算；服务器储存数据并通过比对当前与历史数据判断灭火剂原液当前是否失效。当灭火剂失效时，以上数据将产生明显的波动，据此可触发灭火剂失效警告，在纯钛棒表面复合改性石墨烯制成电极，并通过微控制器单元产生方形脉冲波对电极进行扫描，根据反馈得到的波形信号推算灭火剂原液当前的状态。该装置可捕捉到灭火剂原液由于失效而产生的短期性质变化，并提供失效警报信号。其二方法就是：安装一对超声波换能器，由微控制器单元控制超声波换能器发出超声波，根据超声波飞行时间差，来判断灭火剂原液是否失效或者被污染。采集超声波某一时间段内数次的飞行时间差，求得平均值，储存于服务器；间隔时间段内再采集数次数据作为对比，用数学分析方法对数据进行处理，当时间差超过某一设定值时，发出报警信号。
附图说明
图1为本发明一种锂电池或储能电站热失效防控方法的流程图；
图2为本发明图1中探测组件和控制系统分析控制部分的流程放大示意图；
图3为本发明图1中主动冷却部分的流程放大示意图；
图4为本发明图1中被动安全部分的流程放大示意图；
图5为本发明图1中灭火剂抑制部分的流程放大示意图；
图6为本发明中灭火剂检测组件的检测流程图。
具体实施方式
为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下面特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。
本实施例提供一种锂电池或储能电站热失效防控系统，包括探测组件、主动冷却组件、灭火剂检测组件、被动安全组件、消防安全组件和控制系统。
控制系统用于处理探测组件、主动冷却组件、灭火剂检测组件所发送的信号，控制系统用于控制主动冷却组件进行灭火降温。
其中，探测组件包括温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器、VOC传感器和电压传感器；温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器、VOC传感器和电压传感器安装在防控区域；探测组件和控制系统组成的分析控制区，用于检测和分析各区域的环境数值和各传感器数值变化，然后由控制系统进行控制。
主动冷却组件包括液体冷却部件、柜级冷却部件、舱级冷却部件和电站系统冷却部件，液体冷却部件位于电池箱内部的底板处，液体冷却部件包括液冷板，液冷板设置在电池箱底部，电池箱控制面板上具有液冷板控制单元。柜级冷却部件位于电池箱两侧和后方，柜机冷却部件包括冷却风扇，冷却风扇设置在电池箱安装柜的两侧和背面，柜机冷却部件运作时，液体冷却部件也一同进行运作。舱级冷却部件位于防控区域上方，舱级冷却部件包括细水雾喷头，当舱级冷却部件运作时，液体冷却部件和柜机冷却部件也一同进行运作。电站系统冷却部件位于防控区域上方，电站系统冷却部件包括水喷雾喷头。
被动安全组件由细水雾部件、位于电池箱底部的抑制剂和电源控制部件组件，细水雾部件用于喷射细水雾，位于电池箱底部的抑制剂用于抑制电池箱刚开始的热失控，电源控制部件组件用于断电。
消防安全组件包括第一灭火剂、第二灭火剂、第三灭火剂、第四灭火剂、声光报警器、风机部件和舰门开关部件。第一灭火剂、第二灭火剂、第三灭火剂和第四灭火剂用于降温灭火，声光报警器用于警示和提醒相应人员发生火情，风机部件用于排气，舰门开关部件用于控制舰门的开关。
灭火剂检测组件用于检测灭火剂原液是否失效，灭火剂检测组件包括多个探针和微控制器单元，探针的电极浸入灭火剂原液中，微控制器单元产生方波信号扫描探针的电极并接收探针的电极所反馈的波形信号且发送给控制系统。
另一个实施例中，灭火剂检测组件包括一对超声波换能器和微控制器单元，微控制器单元控制超声波换能器发出超声波测出超声波飞行时间差并发送给控制系统。
通过探测组件对电池箱及其环境进行监控，通过控制系统进行控制，当发生热失效时，主动冷却组件分多级喷放，第一级为液体冷却部件喷放，喷放抑制药剂，抑制药剂为全氟己酮+二氧化碳+纳米多孔活性硅粉体；第二级为柜级冷却部件喷放，喷放第一灭火剂，第一灭火药剂为全氟己酮+覆膜空心玻璃微珠粉体+氮气；第三级为舱级冷却部件喷放，灭火药剂为全氟己酮、七氟丙烷或BTP的其中一种，第四级为电站系统冷却部件，为七氟丙烷、细水雾型水系灭火抑制剂联合喷放，通过多级分别用于应对不同的险情；本方案一种锂电池或储能电站热失效防控方法提供一种应对多种不同险情的防控方法，针对性强，效果好。
本方案还提供一种锂电池或储能电站热失效防控方法，采用一种锂电池或储能电站热失效防控系统进行操作，包括如下步骤：
S1、获得锂电池或储能电站环境参数以及各传感器的电压、电流和电阻信息，通过多次不同时间的信息反馈获得不同时间的前后数据；步骤S1中的环境参数包括温度信息、气体成分信息和压力信息。
S2、根据状态信息和目标电池的历史状态信息,多参数耦合分析判断是否为热失控；
S3、当热失控发生时，启动主动冷却组件进行冷却灭火；
S31、当电池温度高于四十摄氏度时，启动液体冷却部件；液冷板开始进行运作，对电池箱底部进行液冷循环降温。步骤S31中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、40<温度<60、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为0、氢气浓度报警值为0、电压波动为±5%、电流波动为±5%、电阻波动为±5%、内部压力波动数值为0MPa、PM2.5浓度报警数值为0和挥发性有机物报警数值为0。
S32、即将发生热失控时，启动柜级冷却部件；具体地，液冷板和冷却风扇同步进行运作。步骤S32中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为0、氢气浓度报警值为0、电压波动为±10%、电流波动为±10%、电阻波动为±10%、内部压力波动数值为0MPa、PM2.5浓度报警数值为0和挥发性有机物报警数值为0。
S33、热失控早期，启动舱级冷却部件、进行断电且目标电池箱释放抑制剂；具体地，在液冷板和冷却风扇进行运作同时，开启细水雾喷射，步骤S33中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为一级警报、氢气浓度报警值为一级警报、电压波动为±30%、电流波动为±30%、电阻波动为±30%、内部压力波动数值为+0.2MPa、PM2.5浓度报警数值为一级警报和挥发性有机物报警数值为一级警报。
S34、热失控发生期，启动电站系统冷却部件；具体地，启动水雾喷射进行降温。步骤S34中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为一级警报、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为二级警报、氢气浓度报警值为二级警报、内部压力波动数值为+0.3MPa、PM2.5浓度报警数值为二级警报和挥发性有机物报警数值为二级警报。
S35、火灾初期，启动细水雾喷射，释放第一灭火剂进行冷却降温，发现无法抑制灭火，启动水雾进行冷却降温，并释放第二灭火剂，启动声光报警、风机控制和舰门控制；灭火成功后，又出现第二次热失控，进行断电和细水雾喷射，并且目的电池箱释放第四灭火剂、声光报警、风机控制和舰门控制。具体地，当释放细水雾进行降温的同时，释放目的电池箱的第一灭火剂，仍然无法抑制灭火的话，同时释放第二灭火剂、声光报警、风机控制和舰门控制；如抑制成功后，又出现第二次热失控，进行断电和细水雾喷射，与此同时，目的电池箱释放第四灭火剂、声光报警、风机控制和舰门控制。通过多级多次的防控系统，能够保证锂电池或者储能站的热失控能够完全被控制和消除人员安全隐患。步骤S35中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为二级警报、60<温度、烟雾报警数值为一级警报、甲烷浓度报警数值为二级警报、氢气浓度报警值为二级警报、内部压力波动数值为+0.5MPa、PM2.5浓度报警数值为二级警报和挥发性有机物报警数值为二级警报。
以上显示和描述了本发明创造的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明创造精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种锂电池或储能电站热失效防控系统，其特征在于：包括探测组件、主动冷却组件、灭火剂检测组件和控制系统，所述控制系统用于处理探测组件、主动冷却组件、灭火剂检测组件所发送的信号，所述控制系统用于控制主动冷却组件进行灭火降温；
所述探测组件包括温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器、VOC传感器和电压传感器；所述温度传感器、微型压力传感器、气体传感器、光电烟雾传感器、VOC传感器和电压传感器安装在防控区域；
所述主动冷却组件包括液体冷却部件、柜级冷却部件、舱级冷却部件和电站系统冷却部件，所述液体冷却部件位于电池箱内部的底板处，所述柜级冷却部件位于电池箱两侧和后方，所述舱级冷却部件位于防控区域上方，所述电站系统冷却部件位于防控区域上方；
所述灭火剂检测组件用于检测灭火剂原液是否失效。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池或储能电站热失效防控系统，其特征在于：所述灭火剂检测组件包括多个探针和微控制器单元，所述探针的电极浸入灭火剂原液中，所述微控制器单元产生方波信号扫描探针的电极并接收探针的电极所反馈的波形信号且发送给控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池或储能电站热失效防控系统，其特征在于：所述灭火剂检测组件包括一对超声波换能器和微控制器单元，所述微控制器单元控制超声波换能器发出超声波测出超声波飞行时间差并发送给控制系统。
4.一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种锂电池或储能电站热失效防控系统进行操作，包括如下步骤：
S1、获得锂电池或储能电站环境参数以及各传感器的电压、电流和电阻信息，通过多次不同时间的信息反馈获得不同时间的前后数据；
S2、根据状态信息和目标电池的历史状态信息,多参数耦合分析判断是否为热失控；
S3、当热失控发生时，启动主动冷却组件进行冷却灭火；
S31、当电池温度高于四十摄氏度时，启动液体冷却部件；
S32、即将发生热失控时，启动柜级冷却部件；
S33、热失控早期，启动舱级冷却部件、进行断电且目标电池箱释放抑制剂；
S34、热失控发生期，启动电站系统冷却部件；
S35、火灾初期，目的电池箱释放第一灭火剂且释放细水雾进行冷却降温，发现无法抑制灭火，启动水雾进行冷却降温，目的电池箱并释放第二灭火剂，启动声光报警、风机控制和舰门控制；灭火成功后，又出现第二次热失控，进行断电和细水雾喷射，并且目的电池箱释放第四灭火剂、声光报警、风机控制和舰门控制。
5.根据权利要求4所述的一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：所述步骤S1中的环境参数包括温度信息、气体成分信息和压力信息。
6.根据权利要求4所述的一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：所述步骤S31中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、40<温度<60、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为0、氢气浓度报警值为0、电压波动为±5%、电流波动为±5%、电阻波动为±5%、内部压力波动数值为0MPa、PM2.5浓度报警数值为0和挥发性有机物报警数值为0。
7.根据权利要求4所述的一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：所述步骤S32中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为0、氢气浓度报警值为0、电压波动为±10%、电流波动为±10%、电阻波动为±10%、内部压力波动数值为0MPa、PM2.5浓度报警数值为0和挥发性有机物报警数值为0。
8.根据权利要求4所述的一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：所述步骤S33中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为0、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为一级警报、氢气浓度报警值为一级警报、电压波动为±30%、电流波动为±30%、电阻波动为±30%、内部压力波动数值为+0.2MPa、PM2.5浓度报警数值为一级警报和挥发性有机物报警数值为一级警报。
9.根据权利要求4所述的一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：所述步骤S34中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为一级警报、60<温度、烟雾报警数值为0、甲烷浓度报警数值为二级警报、氢气浓度报警值为二级警报、内部压力波动数值为+0.3MPa、PM2.5浓度报警数值为二级警报和挥发性有机物报警数值为二级警报。
10.根据权利要求4所述的一种锂电池或储能电站热失效防控方法，其特征在于：所述步骤S35中探测组件的状态信息为一氧化碳浓度报警数值为二级警报、60<温度、烟雾报警数值为一级警报、甲烷浓度报警数值为二级警报、氢气浓度报警值为二级警报、内部压力波动数值为+0.5MPa、PM2.5浓度报警数值为二级警报和挥发性有机物报警数值为二级警报。
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| CN118178927A (zh) * | 2024-05-14 | 2024-06-14 | 百安消防科技有限公司 | 新能源车或船电池热失控过程管理四级防控系统及方法 |
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