一种混合储能灭火方法、混合储能单元及混合储能装置与流程

本技术涉及电池，具体涉及一种混合储能灭火方法、混合储能单元及混合储能装置。

背景技术：

1、目前，液流电池是一类新型电化学储能体系，其由电堆单元、电解液、电解液存储供给单元以及管理调控计算机等部分构成。在液流电池中由双极板与隔膜构成一个充放电单元，多个充放电单元集合组成用来反应的电堆，多个充放电单元产生的电流由极片汇集与外界电路连接。液流电池的电解液主要回路为正极电解液储罐通过正极电解液管路向电堆供给正极电解液，正极电解液在正极反应完成后通过另一条管路回流到正极电解液储罐，负极与正极类似，也是由负极电解液储罐通过负极电解液管路向电堆供给负极电解液，负极电解液在负极反应完成后通过另一条管路回流到负极电极液储罐。液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池，相比于其他储能技术,液流电池具有功率大、容量大、使用寿命长、安全性高等优点。

2、而锂电池储能电站储能固定电站由锂电池包及管理系统、变流系统、能量监控系统和包括温控、消防在内的辅助系统组成。锂电池包是储能电站的基础储能单元，其中包括电芯和冷却板，电芯是对储能单元中单个电池的称呼，冷却板起到调节电芯温度的以及固定电芯的作用。锂电池自放电小，充放电反应速度快，不需像传统的铅酸蓄电池或镍镉、镍氢电池那样要长期保持在浮充电状态下运行，是一种理想的大规模储能装置。但是由于锂电池具有易燃及火灾难以扑灭的特点，如果大批量采用锂电池蓄能，运行风险较大，同时一旦起火，很容易造成火灾成片的蔓延，造成极大的经济损失。

3、如果能将液流电池和锂电池结合形成混合储能电站，则兼具液流电池的大容量以及锂电池的快速充放电反应速度两种优势，但是现有的混合储能电站，仅仅是将液流电池和锂电池通过功率分配器分配充放电功率，两者是互相独立的电站组件，这就导致液流电池和锂电池仍然需要各自一整套辅助设备，其中尤为明显的是锂电池的安全设备，例如专利公开号为cn113241492a，名称为具有阻燃和灭火功能的集装箱式储能电池站的文献中，就提供了锂电池的复杂的防火墙、水管通路等结构，而液流电池本身也具有复杂的管路，两相结合下，就使得整个储能电站的占地面积相当大。而现有技术中，目前并没有提供如何将两者的功能部件进行组合集成的方法，而如何将液流电池、锂电池及两者的附属设备的进行功能整合，得到集成度更高，占地面积更小的混合储能电站，一直是本领域的研究目标。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本技术的目的在于提供一种混合储能灭火方法、混合储能单元及混合储能装置，利用液流电池的电解液灭火，将液流电池的管路作为锂电池包的安全设备，将两者功能进行整合，提高设备集成度。

2、为达到以上目的，一方面，采取的技术方案是：

3、本技术提供一种混合储能灭火方法，包括锂电池包和液流电池，包括如下步骤：

4、在探测到锂电池包起火后，将液流电池的正极电解液或者负极电解液喷淋于锂电池包直至淹没锂电池包。

5、通过上述技术方案，利用正极电解液或者负极电解液作为常规锂电池储能安全所需的灭火剂。一方面，正极电解液和负极电解液需要管路运输，而这这些管路本身可以作为灭火的安全设备，省去了锂电池包本身的灭火管路，节省了占地面积，同时由于锂电池包省去了灭火管路，留出了大量安装空间，可以通过设计液流电池的管路，使得液流电池的管路穿设于锂电池包的空隙之间，更进一步的提高了锂电池和液流电池的集成度。另一方面，锂电池起火后，其内部融化形成的液态金属锂密度较低，容易在水系灭火剂中浮起，与空气接触容易复燃，妨碍了灭火效果。而本技术中采用电解液灭火，无论是钒系、锌系、铁系还是未来其他形式的电解液，都可以很快的构成原电池反应，将金属锂快速反应形成易溶的离子形态，虽然会因为快速反应导致电环境温度升高，但是可以防止金属锂复燃出现二次明火，反而提高了救灾效果。

6、在一些更优的改进中，在将正极电解液喷淋于锂电池包时，所述正极电解液从液流电池中电堆的正极电解液入口处喷出；

7、在将负极电解液喷淋于锂电池包时，所述负极电解液从液流电池中电堆的负极电解液入口处喷出。

8、锂电池包起火时需要一定人员进行安全救灾活动，此时混合储能电站中液流电池的电堆通常处于工作状态，而停下液流电池的主要方法是停下电解液流通，也会使得电解液对起火锂电池的喷淋也停止。单独断开液流电池的外界电路时，液流电池的两极仍带有开路电压，进行救灾同样具有触电危险。而通过上述技术方案，可以直接从液流电池的电堆一极处放出电解液，电堆的放出电解液的一极因为失液迅速停止工作，另一极发生极化，整个电堆对外不放电，但是整个液流电池的电解液存储供给单元还是在运行，这样电解液还是在不停地往锂电池包内喷淋，即避免了液流电池放电的危险性，又使得喷淋灭火不停止。

9、在一些更优的改进中，在正极电解液扑灭明火后，将接触锂电池包的正极电解液接地；

10、或者，在负极电解液扑灭明火后，将接触锂电池包的负极电解液接地。

11、在利用正极电解液或者负极电解液将锂电池包浸没降温灭火后，内部尚存电量，仍然具有反应活性，很多锂电池灭火案例中将灭火剂撤离后，锂电池因为电池内放电发生复燃。通过上述技术方案，在电解液将锂电池包的明火扑灭后，电解液本身也构成一个导体，然后将电解液接地，可以将锂电池包内的电量快速放出，降低锂电池包中电芯的反应活性，防止在抽出灭火用的电解液后锂电池包复燃。

12、本技术还提供一种混合储能单元，包括液流电池和锂电池包，还包括：

13、隔仓，所述隔仓顶部开口，每个所述隔仓内安装有所述锂电池包；

14、喷淋装置，其安装于液流电池的正极电解液输液管或者负极电解液输液管，且所述喷淋装置的喷淋方向指向隔仓顶部的开口。

15、通过上述技术方案，将锂电池包安装在隔仓内部，使得在电解液可以快速地将锂电池浸没，隔绝空气，防止复燃，同时利用隔仓将不同的锂电池包隔离开，避免电解液飞溅到完好的锂电池包附近导致其他锂电池包短路。

16、一些更优的改进中，所述喷淋装置安装于电堆的正极电解液入口或者负极电解液入口。

17、常规液流电池中会通过一个正极储液罐和一个负极储液罐给多个电堆来供应正极电解液和负极电解液，如果喷淋装置安装位置处于正极储液罐到电堆的管路的上游，则一个喷淋装置的启动会影响多个电堆的工作，而离锂电池包最近需要关闭的电堆也无法得到有效的关闭。通过上述技术方案，将喷淋装置安装在电堆的正极电解液入口或者负极电解液入口，直接从此处抽取电解液对对应的锂电池包进行喷淋，能够有效的降低对其他电堆的影响，同时可以快速关闭离锂电池包最近的电堆，防止妨碍救援行动。

18、一些更优的改进中，所述喷淋装置包括：

19、缓冲罐，其两侧分别连通于正极电解液输液管和电堆的正极电解液入口之间，或者其两侧分别连通于负极电解液输液管和电堆的负极电解液入口之间；

20、喷淋头，其安装于缓冲罐底部。

21、由于液流电池流阻较大，电解液液流需要较大的压力泵入，如果直接在管道上设置一个喷淋装置，那么在整个喷淋过程中还会有部分液体继续泵入液流电池，同时还因为在电堆内部狭小管道内压力剧烈变化造成例如空化、水锤等危害。而通过采用上述技术方案，在正极电解液入口和正极电解液之间设置一个缓冲罐，在缓冲罐底部设置喷淋头，这样压力突变的位置就在缓冲罐内，对于电堆和输送电解液的管路影响降低，同时电堆的正极电解液入口或者负极电解液入口处的压力是随着缓冲罐内液体的放出是呈现逐步降低的情况，避免压力突变对电堆内部零部件的损害。而直到缓冲罐内液面低于对应的电解液入口时，就不会再有电解液进入电堆，方便电堆关闭。

22、一些更优的改进中，所述隔仓还包括导电构件和接地线，所述导电构件安装于隔仓内壁，所述接地线与导电构件电连接。

23、采用上述技术方案后，即使起火被电解液扑灭后，锂电池包内还尚存不少电量，这些电量会导致排出电解液后，锂电池复燃甚至爆炸，所以设置金导电构件以及接地线，通过电解液导电将锂电池内部电量尽可能地通过接地线放出，降低后续对锂电池处理地风险。导电构件的组成形式多种多样，例如在隔仓四角设置金属加强筋，在导电的同时起到加强隔仓的效果，或者嵌在隔仓内表面的金属板。

24、一些更优的改进中，所述液流电池的正极电解液输液管和负极电解液输液管均穿过锂电池包内或贴设于锂电池包表面。

25、采用上述技术方案后，在利用液流电池的电解液作为锂电池灭火的储备时，供应正极电解液的正极电解液输液管和供应负极电解液的负极电解液输液管需要相对靠近锂电池包，方便及时灭火。而在较为寒冷的天气中，液流电池需要一定时间加热启动才能有效供能，在较为炎热的天气中，锂电池也需要较强地降温。因此，在上述改进中，将正极电解液输液管和负极电解液输液管分别设置为穿过锂电池包内或者贴设于锂电池包外表面，这样可以在炎热天气下使得锂电池包可以借助液流电池的电解液降温，或者在寒冷天气下，液流电池借助锂电池包的发热来加热电解液，从而进一步地缩小锂电池包及其附属设备所占用的空间，使得整个结构更为紧凑。

26、本技术还提供一种混合储能装置，包括：

27、机柜；

28、混合储能单元，安装于机柜内，数量有一个或多个，当所述混合储能单元有多个时，相邻混合储能单元间隔第一预设距离；

29、正极储液罐，其和每个所述混合储能单元的电堆正极以及正极电解液输液管构成回路；

30、负极储液罐，其和每个混合储能单元的电堆负极以及负极电解液输液管构成回路；

31、调控计算机，其分别和混合储能单元、正极储液罐以及负极储液罐信号连接。

32、本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：

33、本技术的混合储能灭火方法、混合储能单元及混合储能装置，利用了液流电池的电解液作为锂电池起火时的灭火液，可以省去灭火需要的管路以及灭火用水的存储空间。同时降低了锂电池的占用空间，这就使得锂电池可以很方便的和液流电池的构件集成。并且液流电池的电解液为水基材料，几乎不可燃烧，同时电解液也可以帮助释放锂电池中的残余电量，降低锂电池爆炸风险。

34、同时在本技术提供的混合储能单元中，将锂电池设置于单个的隔仓中，一方面使得电解液可以很方便地浸没锂电池包，遏制锂电池的发热和燃烧，另一方面，也可以将不同的锂电池包隔绝，防止一个锂电池包的燃烧影响其他锂电池包。