一种具有三重消防功能的船舶集装箱电池组用消防装置及其控制方法与流程

：本发明属于消防安全，具体涉及一种具有三重消防功能的船舶集装箱电池组用消防装置及其控制方法。

背景技术

0、背景技术：

1、船舶全电推进技术的发展已进入快车道。目前，随着世界范围内新能源船舶的不断大力推广，以及全电池动力系统规模和要求的不断提高，集装箱换电式的电池动力系统被提上日程。为了满足海运船舶的航行里程需求，集装箱电池组中集中安放了大量的锂电池组，这给航行安全带来了安全隐患。

2、电池动力船舶根据其自身安全性特点需要考虑的问题包括锂电池自身安全性、锂电池温升监测与控制、锂电池热失控预防和监控等。在船舶航行中，若某个锂电池组一旦发生热失控会迅速起火并蔓延至整个集装箱电池组，造成严重的火灾，不仅影响船舶的正常运行，而且造成严重的人员伤亡和巨大经济损失，因此集装箱电池组的消防安全保障至关重要。

3、发明申请cn202111172815.4设计了一种边缘侧主动消防监测装置及系统，通过在火灾发生时引爆消防灭火剂的方式进行灭火，该方案只是一次性的灭火方法，若火灾没能被灭火剂扑灭则无法进行二次灭火，仍然存在着较大安全隐患。

4、发明申请cn202110800348.9提出了一种储能集装箱电池热管理及消防系统，能够有效应对集装箱电池系统的热失控现象，但是对于集装箱电池的消防仅提及了采用七氟丙烷和水，未给出具体的技术实施方案。

5、发明申请cn202111293229.5设计了一种集装箱储能系统的消防装置及其消防方法，其采用了消防灭火气体和消防水结合的方法，并详细设置了不同锂电池参数下的消防措施，但是水消防方案采用将集装箱内完全注水的方法较为极端，不利于集装箱电池系统中未发生故障锂电池组的保存，一旦锂电池组热失控，该方案会使得整个集装箱电池系统报废，合理性不够、经济性不足。

6、本发明针对锂电池组在集装箱内的布置、锂电池安全防控、锂电池组与船舶管理系统的协调等因素，开发一种具有三重消防功能的船舶集装箱电池组用消防装置，以保障船用集装箱电池组的使用安全。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有三重消防功能的船舶集装箱电池组用消防装置及其控制方法。

2、本发明采用以下技术方案：

3、(一)本发明提供一种具有三重消防功能的船舶集装箱电池组用消防装置，包括设置于集装箱电池组内部的消防系统和防火门；消防系统包括传感系统、控制系统、执行系统、报警系统和消防柜，控制系统和报警系统均安装于消防柜上，消防柜设置于集装箱电池组内部的电池系统一侧；电池系统的外围以及其内部的每个片区之间均通过设置防火门形成相互隔离，传感系统在电池系统的每个片区内均有设置，具有三重消防功能的执行系统布置于电池系统内部空间的四周及上下侧，消防柜以及设置在集装箱电池组外部的外部水源分别与执行系统连接，传感系统、执行系统和报警系统分别与控制系统信号连接。

4、进一步的，所述执行系统包括排风系统、七氟丙烷系统和水消防系统，排风系统和七氟丙烷系统布置于电池系统内部空间的顶部；所述七氟丙烷系统内设置有七氟丙烷灭火剂，七氟丙烷灭火剂在集装箱电池组中的设置量，可确保七氟丙烷在本系统中喷射时的压力与浓度能够满足集装箱锂电池组灭火的需求；所述水消防系统布置于电池系统内部空间的周向且其内部每个片区的每层电池架上均有布置。

5、进一步的，所述排风系统还布置于消防柜处，排风系统包括多个排风扇，每道防火门的顶部以及消防柜所在空间的底部均安装有至少一个排风扇，其中，安装于消防柜处的排风扇与集装箱电池组的外界连通。

6、进一步的，所述七氟丙烷系统包括七氟丙烷存储罐、消防管和喷嘴；七氟丙烷存储罐安装于消防柜内，消防管与七氟丙烷存储罐连接并从消防柜中伸出，消防管穿过消防柜与电池系统之间的防火门并在电池系统内部空间的顶部排布，消防管在电池系统内部空间的顶部至少衍生出两根间隔排列的分支管一，且每根分支管一上至少间隔安装有两个朝向电池系统的喷嘴。

7、进一步的，所述水消防系统包括水管、水喷头和排水口，水管连通外部水源并延伸至电池系统内部，水管在电池系统内部空间衍生出多根分支管二，使每个片区的每层电池架上部分别设有一根分支管二，且每根分支管二上至少间隔安装有两个朝向电池架的水喷头，电池系统底部设有与外界连通的排水口。

8、进一步的，所述传感系统包括可燃气体探测器、烟雾探测器、温度探测器以及视频监测系统，分别与控制系统信号连接。

9、进一步的，所述控制系统包括控制中心以及分别与其信号连接的手动/自动切换模块、存储模块和报警模块，手动/自动切换模块与执行系统信号连接，报警模块与报警系统信号连接。

10、进一步的，所述报警系统为本地报警系统，通过控制系统与远程报警系统的报警主机信号连接，报警系统包括声光报警器和喷洒警示器，安装于消防柜箱体的外侧面上。

11、进一步的，本装置还包括手动按钮，手动按钮与水消防系统信号连接。

12、(二)本发明还提供了以上所述的船舶集装箱电池组用消防装置的作业控制方法，包括以下步骤：

13、步骤1：参数监测；当集装箱电池组在正常运转作业时，消防系统的传感系统负责实时监测所有消防参数，包括可燃气体浓度x、锂电池组温度t和感烟探测器信号s，同时将电池系统中各个片区内的视频传输至的控制系统和/或上位机的显示屏上；

14、步骤2：火警判断；控制系统在对步骤1中获得的相关参数进行处理后，若此时电池系统中某个片区内的任何一种可燃气体浓度xi大于该气体的标准爆炸下限浓度xi，则转至步骤3，其中i表示各种类型的可燃气体或可燃液体蒸汽或可燃粉尘；若电池系统中某个独立区域内的任意锂电池组的温度t大于锂电池组热失控温度t，同时传感系统检测到电池系统区域内有烟雾向控制系统发送烟雾报警信号s，则转至步骤4；

15、步骤3：排风系统作业；控制系统接收到来自步骤2发送的可燃气体浓度xi超过爆炸下限浓度xi的报警信息后，直接向排风系统发出指令驱使其作业，使得可燃气体排出集装箱，排风作业直至电池系统区域内的可燃气体浓度xi低于该气体的爆炸极限xi后再持续作业1分钟以上；与此同时，控制系统将报警信息反馈至报警系统；

16、步骤4：七氟丙烷系统作业；控制系统接收到来自步骤2发送的温度报警与感烟报警后，控制系统将消防作业信息发送给七氟丙烷系统和报警系统，报警系统提醒工作人员警备；消防系统首先将电池系统中温度与感烟异常区域内的排风系统关闭，然后启动消防柜中的气控阀，经过20～40s的延时后，开启七氟丙烷系统，七氟丙烷系统在电池系统中异常区域内释放七氟丙烷药剂进行灭火作业；

17、步骤5：水消防系统作业；当电池系统经过步骤4的七氟丙烷消防系统喷放七氟丙烷结束后，等待灭火剂惰化后，若控制系统仍然检测到电池系统中的温度异常以及感烟异常，报警系统仍然在发出警报，工作人员首先通过控制系统或上位机的显示屏观察电池系统异常区域内的情况，若仍然可见明火或火灾复燃，工作人员手动操作，启动水消防系统，进行喷水灭火作业。

18、进一步的，所述步骤4中，七氟丙烷系统的七氟丙烷灭火剂量w大于七氟丙烷药剂设计总量wz，wz＝w1+w2+w3，其中w1为七氟丙烷消防系统灭火剂存储量，w1＝k*v*c/p*(100-c)；w2为消防管道内七氟丙烷剩余量，w2＝πdw2*l/4p；w3为七氟丙烷钢瓶内的灭火剂剩余量，w3的质量按七氟丙烷钢瓶内引升管管口以下容积量换算；其中，k为高于海平面修正系数，取k＝1；v为当前电池系统独立区域的总设计容积；c为七氟丙烷设计灭火浓度；p为七氟丙烷过热蒸汽在101kpa大气压和最低环境温度下的比容，p＝0.1269+0.000513*tq，tq为电池系统内最低环境温度，取tq＝20℃；dw为七氟丙烷消防系统的消防管直径，dw＝k*qw1/2，k为设计系数，k取8～16；qw为消防管平均设计流量，qw＝w1/t，t为七氟丙烷设计喷放时间，取t＝8～10s；l为七氟丙烷消防系统中消防管网设计长度。

19、本发明的有益效果：

20、1、本发明研发了具有三重消防功能的船用集装箱电池组用消防装置，针对集装箱电池组发生火灾的不同诱因和不同灭火方法所产生的不同效果，在集装箱电池组内部设置了三重消防系统，包括排风系统、七氟丙烷系统和水消防系统，分别应对可燃气体浓度超标、电池热失控起火以及气体灭火剂作业效果不理想三种锂电池组安全故障情况，最大程度的保证了锂电池组在集装箱电池系统中的安全性。

21、2、本发明采用防火门将集装箱电池系统内部分隔成多个独立区域，每个区域内都单独设置有电池架和锂电池组，并且七氟丙烷消防系统以及排风系统都设置延伸至每一个独立区域内，水消防系统单独延伸设置在电池架上每一层锂电池组的上方，确保了当某个或某些锂电池组因热失控起火时，消防系统作业最多只会影响某一单独区域内的锂电池组，减少锂电池组因热失控造成的经济损失。

22、3、本发明定量设置了七氟丙烷灭火剂在集装箱电池组中的用量，确保了七氟丙烷在本系统中喷射时的压力与浓度能够满足集装箱锂电池组灭火的需求。同时严格设置了水消防系统的使用条件，必须在七氟丙烷灭火气体作用无效后才可使用，并且水消防系统必须为工作人员手动控制，作为集装箱电池组消防管理的最终保险方案，不可以轻易使用防止导致锂电池组的报废，同时水消防系统可以完全脱离控制系统手动进行强制灭火作业，防止了因系统故障导致的火灾蔓延情况。