本發明涉及儲能單元的消防系統，具體涉及一種可對鋰離子電池儲能單元火災及熱失控實現自動滅火撲救并兼具移動智能化管理功能的鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統。

背景技術：

鋰離子電池具有能量密度大、輸出功率高、充放電壽命長、無污染、工作溫度范圍寬、自放電小等諸多優點，因此其在電動汽車、電網儲能系統等領域有著廣泛的應用。鋰電池儲能系統主要由電池儲能單元、能量轉換系統、電池管理系統等關鍵設備組成，用于實現配電網側的削峰填谷、調頻、調壓等功能。其中，鋰電池儲能單元是一種由電路相聯的若干鋰電池組（模塊）和電路設備組成并放置于密封空間的單元集合，其為儲能系統能量承載的核心設備。由于鋰電池在充放電過程會產生大量的熱量，特別是在濫用的條件，熱量的積累易導致電池（模塊）溫度的急劇升高并發生熱失控，從而引發鋰電池火災爆炸事故的發生。如防控不當或消防撲救不及時，極有可能造成火災向周邊儲能單元蔓延擴大，從而引起大規模火災爆炸事故的發生。因此，配置先進高效的消防滅火系統對于儲能系統的安全運營具有重要意義。

目前，針對鋰離子電池儲能單元火災的消防撲救研究還存在著明顯不足，相關消防系統更是嚴重缺乏。現有的消防系統主要參考電氣類火災進行設計，多采用固定式氣體滅火系統。發生火災后，安裝在防護區域的感溫、感煙探測器發出火災報警，并啟動氣體滅火系統向著火區域噴灑滅火劑，通過全淹沒方式對整個區域進行滅火保護。傳統滅火系統對于撲滅鋰電池儲能單元火災存在諸多缺陷：（1）其滅火對象通常為火勢較大的設備火災，而無法對密閉空間內的火源進行點對點式撲救；（2）該滅火系統的動作時間慢，需等到火災發展到較大規模，探測器接收到高溫或煙氣等火災信號后才能動作，喪失最佳滅火時機；（3）滅火劑用量大，需要滅火劑淹沒到整個防護區域內才能實施有效滅火，且由于滅火劑不能快速滲透到密閉設備內部，滅火效果差；此外滅火劑多為二氧化碳、惰性混合氣等氣體，降溫效果差，滅火效率低下；（4）該滅火系統結構復雜，對安裝環境要求高，投資成本高，且不具備遠程移動控制的功能。

顯然傳統滅火系統無法適用于鋰電池早期火災的預防和早期撲救，因此針對鋰離子電池儲能單元亟需設計出新型智能化的消防撲救系統。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統，在鋰離子電池儲能單元發生熱失控導致溫度異常升高或在火災初期，針對著火區域或溫度異常位置及時噴放滅火劑進行滅火、降溫處置；同時每個儲能單元的滅火裝置相對獨立，可通過消防系統管理主機、移動客戶端進行智能監控管理。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統，主要包括：滅火系統、消防通訊系統、消防管理系統。

進一步的，滅火系統包括滅火劑儲球、釋放閥、火探管、控制閥、滅火劑輸運管道和噴頭，其中：滅火劑儲球主要用于儲存滅火劑，可為一半圓球狀結構，滅火劑儲球的外壁上設計有掛鉤結構，實現將滅火劑儲球懸掛于鋰離子電池儲能單元頂部；同時在滅火劑儲球上設有第一釋放口和第二釋放口，第一釋放口處安裝釋放閥，主要用于控制滅火劑的噴放，釋放閥還進一步連接火探管，火探管按一定順序沿著儲能電池（模塊）的表面進行布置；第二釋放口處安裝控制閥，控制閥的后部連接滅火劑輸運管道，用于輸運滅火劑。滅火劑輸運管道的尾端安裝噴頭，用于噴灑滅火劑到防護區內。

進一步的，消防通訊系統包括壓力信號發生器、無線信號發生器、無線信號接收器、滅火控制器和消防系統控制器，壓力信號發生器、無線信號發生器和無線信號接收器組成消防管理系統模塊。火探管尾部安裝壓力信號發生器，實現實時監測火探管內部壓力變化的功能。無線信號發生器用于接收壓力信號發生器產生的電信號，并將相應電信號轉化為無線信號發出。控制閥可接收滅火控制器發來的指令信號。無線信號接收器可將遠程無線信號轉化成電信號輸入給滅火控制器。消防系統控制器可接收來自無線信號發生器產生的無線信號，實現對從儲能單元傳輸來的火災信號進行識別、判斷的功能，并可發送無線信號至無線信號接收器，進而傳輸到滅火控制器。

消防管理系統由消防系統管理主機和消防系統移動終端組成。消防系統管理主機與消防系統控制器連接，實現對儲能系統各個儲能單元滅火系統進行實時監控管理的功能。消防系統管理主機與互聯網連接，并實時將消防系統相關數據傳輸到互聯網實現遠程共享。消防系統移動終端可實時接收來自消防系統管理主機提供的數據，實現遠程監控、管理儲能站內消防系統的功能。

進一步的，消防系統的滅火裝置有兩種啟動方式，分別為自動啟動和手動啟動。自動啟動主要由火探管受熱破裂自動釋放滅火劑到著火區域或發生熱失控電池（模塊）位置處實施滅火或降溫。當人員發現儲能單元內發生火情后，也可通過手動方式打開消防系統控制器或消防系統管理主機或消防系統移動終端上的“緊急啟動”按鈕或按鍵，從而快速開啟電磁閥，通過噴頭向著火區域噴放滅火劑實施滅火。

進一步的，消防系統的滅火介質選用七氟丙烷、Novec1230等高效氣體滅火劑。滅火劑充裝于滅火劑儲球內，且滅火劑的儲存量滿足全淹沒滅火方式所需的最小滅火劑用量。滅火劑用量應根據儲能單元封閉空間的體積，以及滅火設計濃度進行計算。

進一步的，火探管破裂溫度的設定應根據所使用鋰離子電池類型以及熱失控溫度進行確定。火探管根據電池（模塊）在儲能單元內的安放方式依次固定于電池表面，在單塊電池表面呈U型或其他方式布置，增大火探管探測區域面積。

進一步的，整套消防系統具備無線、遠程監控管理功能，火探管尾端安裝的壓力信號發生器可通過無線信號發射器將火探管內的壓力變化以無線信號形式傳輸到消防系統控制器；消防系統控制器可以發出無線信號傳輸至滅火控制器，啟動電池閥通過噴頭噴放滅火劑進行滅火。消防系統控制器接收、產生的信號指令可通過消防系統管理主機、消防系統移動控制單元進行監控、管理。

本發明的優點在于：

1、本消防系統具備自動和手動兩種滅火啟動方式，當儲能電池發生火災或熱失控致使電池溫度異常升高，火探管熔化破裂自動噴放滅火劑實施滅火。當人工發現火情或火探管滅火系統失效的情況下，可手動開啟滅火劑儲球通過噴頭向防護區內噴灑滅火劑進行滅火撲救。

2、相對于傳統滅火系統，本消防系統不需要安裝感溫、感煙等火災探測裝置，火災發生初期，貼附在電池表面的火探管即可熔化破裂噴放滅火劑進行點對點式滅火保護，響應時間快，可將火災撲滅在萌芽狀態，滅火劑用量少，且對相鄰電池儲能單元無影響。

3、本消防系統中火探管采用U型方式布置在電池表面，增大探測區域面積，便于精準定位儲能單元火災或熱失控位置，從而實現快速有效的滅火。

4、本消防系統中滅火劑儲球懸掛于儲能單元柜的頂部，不需專門存放空間，且儲球安裝簡單，滅火劑更換方便。

5、本消防系統中滅火裝置與消防系統控制器通過無線信號通信，避免復雜的電路連接。

6、本消防系統的配備有智能化的消防系統管理主機以及消防系統移動終端，可實現對儲能系統（站）各儲能單元的消防系統進行實時、遠程的監控管理的功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為鋰離子電池儲能單元內的火探管布置圖；

圖2為鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統中的滅火系統的組成示意圖；

圖3為鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統中的消防管理系統示意圖；

圖4鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統的工作流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1至圖4，本實施例中的鋰離子電池儲能單元智能消防撲救系統包括：滅火系統、消防通訊系統、消防管理系統。

滅火系統安裝在鋰電子電池儲能單元中并位于鋰電子電池儲能單元的頂部，包括：滅火劑儲球7、釋放閥8、火探管5、控制閥9、滅火劑輸運管道13和噴頭10，其中：

滅火劑儲球7用于充裝、儲存滅火劑，其大小根據滅火劑種類和用量確定。本發明中滅火劑應選用高效氣體滅火劑，如七氟丙烷、Novec1230等。滅火劑儲球7中滅火劑的充裝量應滿足全淹沒滅火方式所需的最小滅火劑用量。滅火劑用量的計算應綜合考慮防護區域的體積以及滅火設計濃度。根據國家標準規范以及研究結果，采用七氟丙烷作為滅火劑時，滅火設計濃度宜采用8%-10%；Novec1230作為滅火劑時，滅火設計濃度宜采用4%-6%。

如圖2所示，滅火劑儲球7可為半圓球狀結構，為方便安裝以及節省空間，滅火劑儲球7的外壁上可有掛鉤結構，通過該掛鉤結構實現將滅火劑儲球7懸掛于電池儲能單元的頂部；

滅火劑儲球7上兩個泄放口，兩個泄放口可位于半球結構的直徑的兩個端點上，將泄放口定義為第一釋放口和第二釋放口，分別作為自動和手動滅火兩種情況下的滅火劑釋放口。在滅火劑儲球7的第一釋放口位置處連接釋放閥8的一端，釋放閥8的另一端連接火探管5，通過釋放閥8用于打開滅火劑儲球7，通過火探管5釋放出滅火劑。

由于鋰電子電池儲能單元包括電池柜1、位于電池柜1內的若干個儲能電池4，儲能電池4放置在電池架3上并用隔板2隔開。火探管5按一定順序依次固定在儲能電池的上表面；為增大火探管5的探測面積，火探管5在單個儲能電池上呈U型或其他方式布置。火探管5熔化破裂溫度應根據鋰離子電池類型以及熱失控溫度進行確定，研究表明鋰離子電池的熱失控溫度在65～130℃之間，該溫度區間可作為設置火探管5熔化溫度的參考值。

滅火劑儲球7的第二釋放口通過滅火劑輸運管道13連接安裝控制閥9，用于手動滅火情況下打開滅火劑儲球7；控制閥9后連接滅火劑輸運管道13和噴頭10；滅火劑通過控制閥9后經由滅火劑輸運管道13傳輸，并由噴頭10噴灑到防護區內。噴頭10的規格需根據鋰離子電池儲能單元的體積等參數來確定。

消防通訊系統包括：消防管理系統模塊11、滅火控制器6、消防系統控制器14，整個消防通訊系統用于實現實時雙向傳遞滅火系統啟動信號、指令。消防管理系統模塊11集成了壓力信號發生器、無線信號發生器、無線信號接收器等，其中，壓力信號發生器安裝在火探管5的尾部，用于監測火探管5內部壓力變化；無線信號發生器通過電路與壓力信號發生器連接，接收壓力信號發生器產生的電信號，并將相應電信號轉化為無線信號發出，無線信號可被安裝在監控室內的消防系統控制器14接收、識別和判斷，進而得到滅火系統的工作狀態。消防系統控制器14也可以發出啟動滅火系統的指令信號，發出的指令信號以無線信號形式傳送到消防管理系統模塊11中的無線信號接收器，無線信號接收器將無線信號轉化成電信號傳輸給滅火控制器6。無線信號接收器和滅火控制器之間通過導線12連接。控制閥9由導線12與滅火控制器6連接，并接收其發來的指令信號。消防通訊系統內各部件由交流220V電源供電，在斷電時可由蓄電池供電。

消防管理系統由消防系統管理主機15和消防移動終端組成，實現對鋰電子電池儲能單元中的滅火系統工作狀態進行實時監控管理的功能。消防系統管理主機安裝在監控室內，通過電路與消防系統控制器14連接，用于儲存、管理各儲能單元滅火系統工作數據。工作人員可通過消防管理主機15對滅火控制器6發送指令，用于開啟滅火系統。同時消防系統管理主機15與互聯網連接，并實時將消防系統工作數據傳輸到互聯網實現遠程共享。消防移動終端，如手機上安裝相應的管理模塊（APP），可實時接收消防系統管理主機15在互聯網上共享的數據，同時消防移動終端與消防管理主機15數據實時同步，進而實現遠程移動監控、管理儲能站內消防系統的功能。

本發明中滅火系統的啟動包括兩種模式，分別為火探管5熔化破裂自動滅火方式和手動操作啟動滅火方式。具體實現方式為：

（1）火探管5熔化破裂自動滅火方式。當鋰離子電池儲能單元中的儲能電池4出現熱失控或發生火災時，電池表面溫度快速升高，當儲能電池4表面溫度高于火探管5破裂設計溫度時，貼附在儲能電池4表面的火探管5發生熔化破裂，導致火探管5內壓力快速下降，由于火探管5與滅火劑儲球7內存在壓力差從而打開釋放閥8，此時滅火劑儲球7內滅火劑通過第一釋放口快速噴出，并由火探管5破裂口處釋放到儲能電池著火區域或發生熱失控電池位置處，快速撲滅火災或者對電池熱失控導致的溫度異常升高進行降溫處理。與此同時，安裝在火探管5尾端的壓力信號發生器監測到管內壓力的下降，輸出一電信號到無線信號發生器，無線信號發生器將此電信號轉化為無線信號發送至消防系統控制器14。消防系統控制器14通過對接收到信號進行識別、判斷，發出火災報警信息，并將火警信息、滅火系統已啟動等信號上傳至消防系統管理主機15以及消防系統移動終端，消防系統管理主機15操作人員以及手持移動客戶端的人員均可獲知火警信息，如火災發生位置等。

（2）手動操作啟動滅火方式。當工作人員發現某個儲能電池單元4發生火災或熱失控，而此時火探管5滅火裝置未及時啟動的情況下，可通過消防系統控制器14、消防系統管理主機15以及消防系統移動終端任一裝置上的“緊急啟動”按鈕/按鍵發出滅火系統啟動信號，發出的滅火系統啟動信號通過消防系統控制器14轉化為無線信號，并被相對應的無線信號接收器接收，無線信號接收器將此無線信號轉為電信號傳輸到滅火控制器6，此時滅火控制器6開啟控制閥9，進而打開滅火劑儲球7，滅火劑通過控制閥9、輸運管道13后，由噴頭10向著火區域或熱失控區域噴放滅火劑實施滅火或降溫處理。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。