一种火灾扑灭系统与自动判定方法与流程

本发明涉及锂电池监测，尤其涉及一种火灾扑灭系统与自动判定方法。

背景技术：

1、目前，经研究发现涉及锂电池的火灾主要是电解液分解、燃烧的结果，是一种碳氢化合物气体燃烧火灾。锂电池的火灾危险主要来自其构造，与电池的物质组成直接相关，在滥用情况下，比如电池过热、过度充放电、电池设计缺陷及原材料瑕疵造成的短路等导致内部的电池材料之间发生化学反应，电解液分解产生大量的热和气体，引起电池的热失控。研究认为快速释放能量的热失控是引起电解液燃烧的主要原因，一旦发生热失控，电池温度迅速升高，其结果直接导致电池材料燃烧。

2、当锂电池电解液分解、燃烧产生的可燃性气体浓度达到一定程度后，遇明火会发生爆炸。在大型锂电池储能系统中，电池组具有高密度、集中式分布的特点，锂电池模块通过串联形成单个电池组，多个电池组通过并联形成一个大容量储能单元。这样不仅增加了锂电池出现故障的概率，而且一旦发生火灾，也会因为电池之间无法切断电路，而增加火灾蔓延渠道。

3、通常情况下，锂电池燃烧时会产生大量气体，主要有氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、苯和甲苯等有机气体以及氯化氢、氟化氢等有毒气体。锂电池储能系统一般安装在电厂主要设备附近，其一旦发生火灾，集装箱内部的锂电池在高温情况下释放的氢气、一氧化碳等可燃气体，得不到有效控制极易造成火势迅速蔓延甚至发生爆炸，危及空冷平台或者主电设备，进而造成巨大财产损失。

4、一般情况下，锂电池储能系统的火灾发生过程可分为初起阶段、发展阶段、猛烈燃烧阶段、熄灭阶段。前两个阶段的时间相对较长，火情还没有蔓延扩散，火灾自动报警系统在此刻及时探测到火情，实现早期报警，可对火灾进行防控。

5、根据《气体灭火系统设计规范》(gb50370—2005)，自动灭火系统要求采用无导电性的七氟丙烷为灭火剂，并依据惰化设计浓度来设置七氟丙烷灭火剂配备量，同时利用电厂的氮气生产系统布置一套氮气灭火系统。自动灭火系统应具备自动运行、自动监测、自动灭火功能。七氟丙烷灭火剂喷洒持续时间为10s，喷洒完毕后使电池集装箱保持10min密封状态，使灭火剂充分扩散和灭火。当锂电池集装箱内气体灭火装置无法扑灭箱内火灾时，大量、持续喷水是针对锂电池火灾最有效的扑灭方法。

6、可现有技术中的系统主要存在两类：

7、第一类是使用can总线通讯，一台主机模块通过1条can总线，搭载最多不超过110个探测器，当一个储能柜中存在超过110个电池包的情况，此种方法就需要再部署新的主机模块来满足实际需求，存在扩容困难，扩展复杂，系统维护困难问题。

8、第二类是使用二总线(直流载波)来搭载若干个探测器，这种方式可以解决探测器数量限制的问题，但是二总线是半双工总线，每次通讯都需要轮询，存在实时性差，二总线供电功率不够，故障率高的问题。

9、鉴于此，我们提出一种火灾扑灭系统与自动判定方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种火灾扑灭系统与自动判定方法，以解决当前火灾灭火系统存在扩容困难，扩展复杂，系统维护困难、实时性差，供电功率不足，故障率高的技术问题。

2、为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：设计一种火灾扑灭系统，包括安装于带有多个电池包的储能柜内的主机模块以及安装于储能柜内用于进行人员感应的人体感应传感器；

3、所述主机模块内搭载有用于对储能柜内多个电池包进行分区探测的区域管理子系统，所述区域管理子系统包括多个探测分区，多个所述探测分区内均搭载有若干个分别安装于多个电池包内的探测器；

4、所述探测器包括用于对电池包内温度变化情况进行监控的两个温度传感器以及用于对电池包内气体及电解液气体释放情况进行监控的气体传感器以及适配连接于主机模块用于执行灭火功能的灭火执行模块。

5、优选地，所述灭火执行模块包括气体灭火子模块与水灭火子模块，所述气体灭火子模块采用二氧化碳、氮气、全氟己酮、七氟丙烷中的任意一种为灭火介质。

6、优选地，两个所述温度传感器分别为采集红外辐射温度与环境温度值的红外温度传感器以及实时计算环境温度的常规环境温度传感器。

7、优选地，所述探测分区共设置有八个，且每个探测分区内均设置有63～100个探测器。

8、一种火灾自动判定方法，其用于上述的火灾扑灭系统，包括下列步骤：

9、s1、启动程序

10、系统上电就进入系统自检程序，系统自检运行期间，探测器每秒通过can区域网络发送报文至主机模块，探测器未检测到火警状态时将保持系统自检程序，当探测器检测到火警状态时，将检测数据传递至主机模块，主机模块将通过火警状态分析程序对火情进行分析，当火情为0级时，维持系统自检状态，当火情为1，2级时，可以通过手动启动按钮或者主控发指令的方式，进入灭火任务流程进行处理，而当火情为3，4级时，进入自动灭火流程，主机模块将通过can区域网络向探测器发送启动灭火交互报文，若探测器未回复，将按照每三秒重复发送一次，持续10分钟的方式，向探测器发送启动灭火交互报文，待探测器收到启动灭火交互报文并应答后，再进入灭火流程对火情进行控制；

11、s2、火警状态分析程序

12、通过多个气体传感器分别对多个电池包内的气体及电解液气体的释放情况进行气体值检测，判断气体值与气体常数值是否接近，若气体值与气体常数值接近将向主机模块发送0级警报，0级警报灭火流程；

13、反之，气体值与气体常数值差异较大时则向主机模块发送1级警报，进入1级警报灭火流程；

14、当检测得来的气体值超过气体阈值时，所发送的警报为2级，同时报送气体异常，再通过红外温度传感器采集红外辐射温度与环境温度，判断红外辐射返回值是否超过火灾警戒阈值，如红外辐射返回值超过火灾警戒阈值，将通过常规环境温度传感器计算环境温度是否存在越升问题，若环境温度值正常，将保持2级警报，进入2级警报灭火流程；

15、若红外辐射返回值超过火灾警戒阈值，且环境温度值异常，则向主机模块发送3级警报，进入3级警报灭火流程；

16、3级警报灭火过程中，红外温度传感器、常规环境温度传感器与多个气体传感器保持对于多个电池包的红外辐射温度、环境温度、气体值的监控，若3级警报灭火流程状态下灭火任务流程未缓解火灾各项数值，则升入4级警报，进入4级警报灭火流程；

17、s3、0级警报灭火流程

18、当处于0级警报时，无声光警报，系统处于正常工作状态，主机模块通过can或者以太网接口发送数据至中央机房，防止此状态下人工启动灭火功能；

19、s4、1级警报灭火流程

20、当处于1级警报时，发出声光警报，主机模块通过can或者以太网接口发送数据，将警报及定位等信息发送到中央机房，允许人工启动灭火功能；

21、s5、2级警报灭火流程

22、当处于2级警报时，发出声光警报，主机模块通过can或者以太网接口发送数据，将警报及定位等信息发送到中央机房，并警示环境温度，再通过人体感应传感器检测储能柜内是否有人员滞留；允许人工启动灭火功能；

23、s6、3级警报灭火流程

24、当处于3级警报时，发出声光警报，主机模块通过can或者以太网接口发送数据，将警报及定位等信息发送到中央机房，同时自动启动气体灭火子模块，并通过人体感应传感器检测储能柜内是否有人员滞留，若无人存在，则关闭排风系统，反之则保持排放系统运行，并持续监控，以便于人员疏散后，及时关闭排放系统，同时通过主机模块向探测器发出指令报文打开子阀，并检测是否收到探测器的回复，若未回复将按照每三秒钟重复一次，持续十分钟的方式等待，当子阀打开后，探测器通过can区域网络回复子阀开启指令，并发送备份数据至数据备份交互程序，当主机模块收到探测器的回复后，通过can或者以太网接口向中央机房发送灭火状态报文，使子阀延时120～180s关闭，并打开总阀，通过can或者以太网向中央机房发送灭火状态报文，再通过can区域网络发送总阀启动报文，开始通过气体灭火方式对火情进行控制；

25、s7、4级警报灭火流程

26、当气体灭火方式持续对火情进行控制，若气体灭火子模块喷射完毕未能扑灭火灾，火情未有缓解的状态下，进入4级警报，将启动水灭火子模块，使用水进行灭火。

27、优选地，所述系统自检程序包括下列步骤：

28、s101、通过can区域网络发送启动灭火交互报文至灭火执行模块，按照每三秒重复发送一次，等待十分钟的方式进行；

29、s102、再启动灭火交互报文的发送过程中，探测器需要通过can区域网络在10分钟内完成应答，回复后结束自检，若未回复或超时均进入故障侦测程序。

30、优选地，所述故障侦测程序包括下列步骤：

31、s10201、通过探测器向灭火执行模块总阀发送启动命令，若十分钟内未启动，则通过can区域网络发送数据至探测器；

32、s10202、通过探测器接收监控灭火状态帧，并通过can区域网络向主机模块发送探测器十分钟未启动，完成故障侦测。

33、优选地，所述数据备份交互程序包括下列步骤：

34、s601、灭火主机收到探测器的数据备份报文，将同时准备应答数据，通过can区域网络回复探测器的备份数据报文；

35、s602、灭火主机回复探测器的备份数据报文，发送至数据备份交互流程，从而结束数据的备份。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

37、1.针对系统实时性，系统扩容困难，系统扩展复杂的情况，本发明在主机模块上建立了一个区域管理子系统，支持8个分区，每个分区可以搭载63-100个探测器子机，可以在一个储能柜中部署500-800个探测器，方便的增减探测器，完全可以满足储能系统的探测需要，并且能够更快更有效的判定储能电池包起火，可实时侦测所有探测器的通讯情况，及时发现丢失主机模块，并定位到电池包，避免轮询实时性差、二总线供电功率不够、故障率高的问题

38、2.本发明本方法使用一台主机模块就可以满足一个储能柜的需要，使用一个主机模块驱动灭火器子系统比使用多个主机模块驱动更简单，没有复杂的接线逻辑，进而减轻了维护与部署难度，还存在故障侦测功能，使用本方法建立的系统维护方便快捷。