一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控方法及系統與流程
2023-10-21 04:36:54 2
1.本發明涉及儲能櫃火災預警技術領域，特別涉及一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控方法及系統。
背景技術：
2.現有儲能櫃火災預警僅採用煙霧或溫度傳感器探測，電池櫃內部電池在充電和放電過程產生大量的熱量、可燃氣體和氧氣，在早期熱失控和高低壓線路老化過程中會產生煙霧，單一靠煙霧濃度傳感器或溫度傳感器，無法及時探測和發現早期火災隱患，等探測到煙霧和溫度異常時再做幹預，此時的火災已不可逆，會造成較大經濟損失。在傳感器探測到火情後，啟動滅火裝置噴滅火介質，目前主流滅火介質採用乾粉滅火劑或者消防水實現被動滅火，乾粉滅火劑或者消防水滅火為全淹沒式滅火，不能定點噴射定點滅火，且滅火劑對電池箱損害大，且不可逆。電池櫃在充放電過程中產生的大量熱量、可燃氣體和氧氣會大量聚集在電池櫃內部無法及時排出，在電池櫃內部出現高溫、高低壓線路老化或者電池箱發生早期熱失控時，高溫、可燃氣體和氧氣會加劇熱失控發生甚至爆炸。電池櫃內部電池箱體採用自然冷卻方式實現電池箱降溫，冷卻效果差；
3.目前行業內主要採用煙霧或溫度探測，熱失控時採用乾粉滅火劑或消防水被動滅火，採用自然冷卻方式對電池箱體降溫，暫無對儲能電池櫃採用氮氣惰化，低溫氣體冷卻，強制散熱和強制排風產品，暫無採用氫濃度傳感器、煙霧濃度傳感器、voc傳感器、co傳感器、溫度傳感器、氧氣濃度傳感器和壓力傳感器綜合探測，實現早發現、早預警、早幹預的滅火方案。
技術實現要素：
4.(一)要解決的技術問題
5.本發明的目的是提供一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控方法及系統，用以解決現有的儲能櫃火災預警暫無對儲能電池櫃採用氮氣惰化，低溫氣體冷卻，強制散熱和強制排風產品，暫無採用氫濃度傳感器、煙霧濃度傳感器、voc傳感器、co傳感器、溫度傳感器、氧氣濃度傳感器和壓力傳感器綜合探測的缺陷。
6.(二)發明內容
7.為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控系統，包括電池櫃和主控制器，所述主控制器上連接線路，通過線路和所述電池柜上各元器件建立連接；
8.所述電池櫃包括設備室和電池室，由所述電池櫃內置的隔熱阻燃材料分隔，所述電池室內置電池簇，所述電池簇內設有電池箱，所述電池室右側置入排風扇，所述電池室頂部還安裝探測模塊，所述探測模塊包括氫氣濃度傳感器、氧氣濃度傳感器、co傳感器、voc傳感器、煙霧濃度傳感器、溫度傳感器以及壓力傳感器；
9.所述設備室內置滅火裝置，所述滅火裝置一側為熱管理系統，所述熱管理系統一
側為減壓裝置，所述減壓裝置、熱管理系統和滅火裝置上皆連通有管路；
10.所述電池櫃外部還設備用儲氮瓶，所述備用儲氮瓶氣路連接減壓裝置。
11.優選的，所述備用儲氮瓶和所述減壓裝置之間通過連接氮氣路電磁閥控制。
12.優選的，所述熱管理系統上方管路上連通電磁閥一。
13.優選的，所述滅火裝置上方管路上連通電磁閥二。
14.優選的，所述電池櫃左側連接消防外接口和消防內接口，所述管路左端通過消防內外接口延伸出電池櫃外部，所述電池櫃外部設蓄水池，所述管路左端連接水濾延伸到蓄水池內，靠近所述蓄水池的管路上還連通抽水泵。
15.優選的，所述電池簇內部頂端安裝霧化噴頭，所述管路右端支管和電池簇內霧化噴頭相連通，所述管路和霧化噴頭之間安裝電磁閥三控制。
16.優選的，所述管路左端延伸到設備室的位置處連接水路電磁閥。
17.優選的，所述排風扇設置有若干個，其中一個或幾個安裝至所述電池櫃頂部最高處。
18.一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控方法，其特徵在於，包括如下步驟，
19.步驟一，電池室頂部安裝的探測模塊實時監測電池室內的各種參數指標；
20.步驟二，主控制器根據探測模塊測量數據和設定邏輯中的參數對比，綜合判定連接不同電池簇的電磁閥三是否開啟，將備用儲氮罐中的氮氣充入對應的電池簇中；
21.步驟三，在電磁閥向主控制器請求開啟時，主控制器給氮氣路電磁閥傳遞開啟信號，備用儲氮瓶內部氮氣經過氮氣減壓裝置，將高壓氮氣降壓至低壓狀態，低壓氮氣經過熱管理系統將進入電池室內的氮氣降溫至低溫氮氣；
22.步驟四，同步打開排風扇強制對流排風，將電池室內部的電池箱在充放電過程中產生的熱量、可燃氣體和氧氣排出電池室，低溫氮氣經電磁閥一，電磁閥三和霧化噴頭噴到電池簇內部；
23.步驟五，主控制器根據探測模塊探測到的數據判定，電池室內部的溫度、可燃氣體和氧氣濃度低於設定閾值時，關閉排風扇；
24.步驟六，備用儲氮瓶內氮氣繼續通過管路、電磁閥一和電磁閥三向電池簇和電池室內部充高純度氮氣；
25.步驟七，電池室頂部安裝壓力傳感器達到設定閾值後，主控制器通過線路關閉電磁閥一和電磁閥三，讓電池室一直處於微正壓狀態，保證電池室內氮氣濃度和壓力，及時將可燃氣體和氧氣置換至電池室外部；
26.步驟八，電池簇內部電池箱發生熱失控，主控制器通過線路打開氮氣路電磁閥、電磁閥一、電磁閥三將備用儲氮瓶中高壓氮氣和滅火裝置中滅火劑，通過管路和霧化噴頭定點噴射到電池簇內部；
27.步驟九，備用儲氮瓶中高壓氮氣和滅火裝置中滅火劑，經霧化噴頭被霧化成細水霧，高壓氮氣和細水霧滅火劑形成氣液兩相混合物，將電池簇內的電池箱完全淹沒隔絕氧氣滅火；
28.步驟十，若火情沒有控制住或防止復燃，主控制器根據電池櫃內部的探測器監測數據，打開水路電磁閥，通過抽水泵和水濾，將蓄水池內部消防水，通過管路、電磁閥三和霧
化噴頭噴射到電池簇內部，持續對電池室、電池簇和電池箱降溫抑制火災。
29.(三)有益效果
30.本發明提供的一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控方法及系統，其優點在於：
31.1、傳感器集成技術，實現電池櫃內探測模塊集成化：氫濃度傳感器、煙霧濃度傳感器、voc傳感器、co傳感器、溫度傳感器、氧氣濃度傳感器和壓力傳感器集成，實現探測裝置和系統的集成化、輕量化、微型化和經濟性。
32.2、電池室惰化技術，將高濃度氮氣填充在電池室內部，將電池箱在充放電過程中產生的可燃氣體和氧氣置換到電池室外部，在電池室內部形成惰化低氧甚至絕氧環境，防止火災發生。
33.3、氮氣冷卻+強排技術，在氮氣充進電池室內部時，開啟風扇強排，強制性將電池箱在充放電過程中產生的熱量、可燃氣體和氧氣對流到電池室外部，同時實現低溫氮氣對電池室內部電箱降溫作用。
34.4、利用分布在電池櫃內部的探測模塊，及時探測電池櫃內部的溫度、壓力、可燃氣體濃度、煙霧和氧濃度，通過傳感器探測數據與主控制器設定的閾值比對判定，採用低溫氮氣填充和排風扇強制置換的方式，及時快速將電池櫃內部的熱量、可燃氣體和氧氣排出，讓電池櫃內部處於低溫和低氧甚至絕氧的氮氣環境中，實現電池櫃的主動安全。
附圖說明
35.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，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
36.圖1為本發明的系統結構示意圖。
37.圖中的附圖標記說明：1、水濾；2、蓄水池；3、抽水泵；4、消防外接口；5、消防內接口；6、水路電磁閥；7、氮氣路電磁閥；8、備用儲氮瓶；9、電池櫃；10、減壓裝置；11、熱管理系統；12、電磁閥一；13、滅火裝置；14、電磁閥二；15、隔熱阻燃材料；16、電池箱；17、電池簇；18、霧化噴頭；19、電磁閥三；20、管路；21、氫氣濃度傳感器；22、氧氣濃度傳感器；23、co傳感器；24、voc傳感器；25、煙霧濃度傳感器；26、溫度傳感器；27、壓力傳感器；28、排風扇；29、線路；30、主控制器。
具體實施方式
38.為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，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，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
39.在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是
兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
40.具體實施例一
41.請參閱圖1，本發明提供的一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控系統，包括電池櫃9和主控制器30，主控制器30上連接線路29，通過線路29和電池櫃9上各元器件建立連接；
42.電池櫃9包括設備室和電池室，由電池櫃9內置的隔熱阻燃材料15分隔，電池室內置電池簇17，電池簇17內設有電池箱16，電池室右側置入排風扇28，電池室頂部還安裝探測模塊，探測模塊包括氫氣濃度傳感器21、氧氣濃度傳感器22、co傳感器23、voc傳感器24、煙霧濃度傳感器25、溫度傳感器26以及壓力傳感器27；
43.設備室內置滅火裝置13，滅火裝置13一側為熱管理系統11，熱管理系統11一側為減壓裝置10，減壓裝置10、熱管理系統11和滅火裝置13上皆連通有管路20；
44.電池櫃9外部還設備用儲氮瓶8，備用儲氮瓶8氣路連接減壓裝置10；
45.熱管理系統11上方管路20上連通電磁閥一12；
46.滅火裝置13上方管路上連通電磁閥二14；
47.電池櫃9左側連接消防外接口4和消防內接口5，管路20左端通過消防內外接口延伸出電池櫃9外部，電池櫃9外部設蓄水池2，管路20左端連接水濾1延伸到蓄水池2內，靠近蓄水池2的管路20上還連通抽水泵3；
48.電池簇17內部頂端安裝霧化噴頭18，管路20右端支管和電池簇17內霧化噴頭18相連通，管路20和霧化噴頭18之間安裝電磁閥三19控制；
49.管路20左端延伸到設備室的位置處連接水路電磁閥6；
50.排風扇28設置有若干個，其中一個或幾個安裝至電池櫃9頂部最高處
51.具體實施例二
52.一種儲能電站氮氣抑制和高壓霧化滅火劑的防控方法，包括如下步驟；
53.步驟一，電池室頂部安裝的探測模塊實時監測電池室內的各種參數指標；
54.步驟二，主控制器30根據探測模塊測量數據和設定邏輯中的參數對比，綜合判定連接不同電池簇17的電磁閥三19是否開啟，將備用儲氮罐8中的氮氣充入對應的電池簇17中；
55.步驟三，在電磁閥19向主控制器30請求開啟時，主控制器30給氮氣路電磁閥7傳遞開啟信號，備用儲氮瓶8內部氮氣經過氮氣減壓裝置10，將高壓氮氣降壓至低壓狀態，低壓氮氣經過熱管理系統11將進入電池室內的氮氣降溫至低溫氮氣；
56.步驟四，同步打開排風扇28強制對流排風，將電池室內部的電池箱16在充放電過程中產生的熱量、可燃氣體和氧氣排出電池室，低溫氮氣經電磁閥一12，電磁閥三19和霧化噴頭18噴到電池簇17內部；
57.步驟五，主控制器30根據探測模塊探測到的數據判定，電池室內部的溫度、可燃氣體和氧氣濃度低於設定閾值時，關閉排風扇28；
58.步驟六，備用儲氮瓶8內氮氣繼續通過管路20、電磁閥一12和電磁閥三19向電池簇17和電池室內部充高純度氮氣；
59.步驟七，電池室頂部安裝壓力傳感器27達到設定閾值後，主控制器30通過線路29
關閉電磁閥一12和電磁閥三19，讓電池室一直處於微正壓狀態，保證電池室內氮氣濃度和壓力，及時將可燃氣體和氧氣置換至電池室外部；
60.步驟八，電池簇17內部電池箱16發生熱失控，主控制器30通過線路29打開氮氣路電磁閥7、電磁閥一12、電磁閥三19將備用儲氮瓶8中高壓氮氣和滅火裝置11中滅火劑，通過管路20和霧化噴頭18定點噴射到電池簇17內部；
61.步驟九，備用儲氮瓶8中高壓氮氣和滅火裝置13中滅火劑，經霧化噴頭18被霧化成細水霧，高壓氮氣和細水霧滅火劑形成氣液兩相混合物，將電池簇17內的電池箱16完全淹沒隔絕氧氣滅火；
62.步驟十，若火情沒有控制住或防止復燃，主控制器30根據電池櫃9內部的探測器監測數據，打開水路電磁閥6，通過抽水泵3和水濾1，將蓄水池2內部消防水，通過管路20、電磁閥三19和霧化噴頭18噴射到電池簇17內部，持續對電池室、電池簇17和電池箱16降溫抑制火災。
63.具體實施例三
64.利用探測模塊的氫濃度傳感器21、煙霧濃度傳感器25、voc傳感器24、co傳感器23、溫度傳感器26、氧氣濃度傳感器22和壓力傳感器27組合使用的方式，綜合探測儲能電池櫃9內的環境狀態，通過氧氣濃度傳感器22和壓力傳感器27檢測電池箱16內氧氣濃度含量和氮氣壓力，通過電控、閥體和管路，將備用氮氣瓶8中儲存的氮氣，經過熱管理系統11冷卻後及時補充到儲能電池櫃9內部，將電池櫃9內部的可燃氣體和氧氣及時置換到櫃體外部，同時降低電池櫃9內部溫度。讓電池櫃9內部電池處於一個低溫環境，提升電池箱16工作效率同時降低電池櫃9發生熱失控風險。保證電池箱16內部為高純度氮氣(氮氣含量大於98％)環境(既惰性氣體環境)，抑制火災出現，對電池室內部電池箱16全生命周期防護。通過氫氣濃度傳感器21、煙霧濃度傳感器25、voc傳感器24、co傳感器23、溫度傳感器26檢測電池櫃9內可燃氣體濃度和環境溫度變化，及時開啟排風扇28實現強制對流排氣，將電池櫃9內部可燃氣體及時排出，同時通過對流降低櫃體內部溫度。傳感器在發現電池櫃9內早期火情後，通過外部預警，提醒場站人員或管理人員早幹預，緊急情況自動或手動啟動滅火裝置13，將滅火劑噴射到電池櫃9和電池簇17內部，實現緊急情況下快速滅火。在備用儲氮瓶8和滅火裝置13內部的滅火劑噴射完畢後，火情沒有得到抑制，反而在進一步擴大或者電池箱16內部溫度持續過高，可將電池櫃9外部的消防水通過抽水泵3和消防管道，源源不斷的噴射在電池櫃9內部的電池簇17和電池箱16上，實現持續的降溫抑制火情，防止熱擴散和熱蔓延；
65.具體實施例四
66.採用多方位耦合傳感器探測技術，探測電池櫃9和電池箱16內部可能誘發熱失控因素和早期熱失控階段表徵，探測模塊將探測信息傳遞給主控制器30，主控制器30根據設定好的程序和閾值，將信號回饋給執行機構，執行機構做出對應動作。執行機構包含，在向電池櫃9內部充氮氣時，將熱管理系統11打開，根據判定條件對充到電池櫃9內部的氮氣進行降溫，低溫氮氣進入電池櫃9，同時打開排風扇28進行強制對流和排氣，將電池櫃9內部的熱量、可燃氣體和氧氣帶走，電池櫃9內部的氫氣濃度傳感器21、煙霧濃度傳感器25、voc傳感器24、co傳感器23、溫度傳感器26、氧氣濃度傳感器22根據探測到的數據主控制器30會及時調整排風扇28功率和排風量，在溫度和濃度低於閾值後，就會自動關閉排風扇28，高純度的氮氣會充滿整個電池櫃9，電池櫃9內部形成惰性環境，防止火災發生。電池櫃9上安裝的
排風扇28，其中一個或幾個需要安裝在電池櫃9的最高位置，防止電池櫃9內部可燃氣體因密度低於空氣密度，導致可燃氣體聚集在電池櫃9頂部無法排出。一但電池櫃9內部發生熱失控時，布置在電池室的滅火裝置13將滅火劑定點噴射到對應熱失控的電池簇17內部，實現快速滅火。在發生熱失控時，備用儲氮瓶8內的氮氣會和滅火裝置13滅火劑同時噴向對應熱失控電池簇17內部，高壓氮氣在快速惰化電池簇17同時霧化滅火劑，將滅火劑霧化成細水霧，填充到整個電池簇17內部，霧化成細水霧的滅火劑和氮氣混合，全方位無死角淹沒著火點和高溫區域，降溫、隔氧滅火效果更好。本專利將電池櫃9分為設備室和電池室，設備室布置電器設備、氮氣減壓裝置10、熱管理系統11、輸送管線路。電池室布置多個電池簇17、排風扇28、管路20、通訊線路和霧化噴頭18。設備室和電池室之間採用耐高溫、隔熱阻燃材料15隔離開，各自形成獨立空間，防止電池室發生火災時，蔓延至設備室造成設備損壞，降低火災引起的財產損失。
67.在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
68.以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性的勞動的情況下，即可以理解並實施。
69.最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘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徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並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範圍。