锂离子电池储能系统排烟灭火装置与方法

本发明提供一种锂离子电池储能系统排烟灭火装置与方法，属于锂电池。

背景技术：

1、随着锂离子电池在储能领域的广泛应用，其安全问题正面临着日益突出的挑战。锂离子电池在长时间使用过程中，由于过放、过充、外短路、挤压、跌落等滥用情况，不可避免地发生一定程度的老化和衰减。这种老化现象导致电池内部反应，可能产生有毒、易燃的烟气，而当烟气浓度升高时遇到高温，可能引发严重的安全事故。为了应对锂离子电池的失效反应可能导致的安全问题，电池设计中通常配备有安全阀。其在电池内部压力过大时开启，通过排气减压的方式防止电池爆炸。然而，即便安全阀发挥作用，电池内部泄露的化学物质在高温条件下仍有可能与空气中的氧气发生危险的化学反应，进而导致起火风险。在储能系统中，必须充分认识到锂离子电池在异常情况下可能带来的安全隐患，以及安全阀开启后可能引发的次生灾害。因此，储能电池系统需要综合考虑防范措施，如烟气探测、排烟装置、火灾抑制系统等，以有效应对电池安全问题，降低火灾风险，保障储能系统的稳定运行。

2、专利申请号：202220131563.4提供一种基于通用基站储能系统锂电池柜消防排烟装置，包括电池箱、锂电池，电池系统电源、散热单元、以及消防排烟系统。该基于通用基站储能系统锂电池柜消防排烟装置通过智能化的中央处理器、多重检测手段和集成控制系统，实现了对锂电池储能系统的安全性的提升。自动调节散热功能有效降低了火灾风险，多层次的检测手段提高了系统对潜在危险的感知和响应速度。然而，该装置从所述分析，仅仅适用于通用基站的储能系统且控制方式复杂，对其它储能系统如电动汽车的储能电池、电池运输储能系统并不适用；相比该消防排烟装置，本发明所设计的排烟灭火系统具备更强的实用性。经过简易的适配改造，该系统能够与各类储能设备完美集成。此外，本发明的内置算法设计简洁，使得系统调整和优化变得更为便捷。对于电池包等储能单元，本发明通过一系列传感器排布，实现了对电池异常状态的精准捕捉，有效解决了控制精度的问题。此外，本发明注重提升系统的排烟效率，特别考虑了储能箱体单元的散热特性，以确保更快速、更有效地排除潜在的危险。

3、专利申请号：201911091025.6提供一种储能舱及其控制系统，储能舱包括若干个电池架和控制系统，该储能舱及其控制系统通过多层次的火情判断系统，包括消防主机和电池系统管理单元的协同作用，实现了火情判断的准确性提升。系统能够集中控制和协调处理各电池箱内部的火情信息，通过综合考虑内外部信息，提高了判断的全面性和系统的安全性。然而，该系统仍需明确火情信息传感器和控制指令的具体细节，未从电池箱体级别考虑电池热失控烟气的排放，在灾情处置时及时性不够。而与之相比，本发明的排烟灭火装置及方法能够与这类控制系统相结合，弥补了现有储能装置消防系统可能存在的及时性较差、安全隐患大的问题

4、综上，传统储能排烟灭火系统主要在储能仓舱体级别对电池火灾进行防控，较少深入到储能箱体单元对电池热失控烟气进行处置。针对这些不足之处，本发明从储能箱体单元入手，开发了一种结构简单、易于兼容，可与储能仓消防系统形成联动效应的高效锂离子电池储能系统排烟灭火装置与方法，可有效提升现有储能系统对锂离子电池热灾害的防控能力。

技术实现思路

1、针对现有存在的技术，本发明提供了一种锂离子电池储能系统排烟灭火装置与方法。在电池模组箱体顶部的传感器放置在感温区域和感烟区域，可监测电池热失控期间电池温度与烟气的变化。当电池内部压力达到一定程度时，电池内部的各种特征烟气以及高温气化电解液从电池安全阀喷出，电池模组箱体顶部温度升高。在电池模组箱体顶部的传感器依靠感温区域与感气区域，可监测电池喷发后的各种特征烟气以及高温喷发产物所造成的温度突变。

2、具体的技术方案为：

3、锂离子电池储能系统排烟灭火装置，包括储能箱，储能箱上设有总控制终端，储能箱的两端分别安装具有文丘里效应的吹风通道；储能电池箱上设有顶部感温区域和顶部感气区域，顶部感温区域和顶部感气区域均设有相应的传感器，上盖板顶部设有控制终端以及电信号连接口；储能箱的还设有带有烟气过滤网的排烟风机，还设有进入口，作为通风口或者灭火剂进口；储能箱内含有电池。

4、所述的储能电池箱，上盖板上的传感器，与电池接触，各个传感器的引脚电线在对应的电信号连接口汇合，与控制终端连接，传输检测数据；所述的总控制终端含有四个模块：记录模块、运算模块、排烟灭火模块、显示模块；总控制终端分析控制终端传输的数据，经过数据分析后，决定是否开启吹风通道、排烟风机或者进入口。

5、所述记录模块包括实时数据采集子模块，数据传输子模块；

6、所述运算模块包括数据分析子模块、模式识别子模块、排烟灭火决策支持子模块；

7、所述排烟灭火模块包括控制排烟灭火装置子模块，紧急报警子模块，集成排烟灭火子模块。

8、所述记录模块基于感温感烟传感器数据，使用数据采集子模块采集数据进行存储，使用数据传输子模块将数据传于运算模块与显示模块；

9、所述运算模块基于记录模块实时数据，运用数据分析子模块中的阈值法分析数据与危害关联程度，模式识别子模块基于危害关联程度，生成排烟灭火决策，排烟灭火决策支持子模块基于排烟灭火决策，将决策数据传回排烟灭火模块；

10、所述排烟灭火模块基于运算模块的排烟灭火决策，决定是否启动排烟灭火装置子模块，决定是否启动紧急报警子模块，决定是否启动集成排烟灭火子模块；

11、所述显示模块基于记录模块数据传输子模块数据，运算模块排烟灭火决策支持子模块以及排烟灭火模块紧急报警子模块数据进行数据显示。

12、所述排烟风机设置于所述储能电池箱的前端。

13、所述顶部感温区域和顶部感气区域及传感器均设在储能电池箱的上盖板面向电池的一面上。

14、所述吹风通道为文丘里管道。通过改变管道截面积或形状，可以实现气体的加速和抽入，从而实现通风、混合、喷射等功能，该管道中的输送气体在排烟风附近会产生低压，从而产生文丘里效应，使气体更快的排出。。

15、本发明提供的锂离子电池储能箱排烟灭火方法，包括以下步骤：

16、系统启动初期，所有传感器和总控制终端、控制终端进入初始化状态，确保正常运作；接下来，记录模块即时监控电池包内部环境数据，包括温度和烟气浓度，并传递至运算模块进行深入分析；运算模块基于设定的阈值进行判断，一旦发现异常情况，即触发排烟灭火措施；排烟灭火模块接收到信号后，迅速打开吹风通道、排烟风机或者进入口，执行相应的排烟灭火策略，确保电池的整体安全；系统详细记录执行数据，同时通过显示模块实时呈现系统状态和数据，使操作人员能够迅速了解当前状况；为确保系统长期稳定运行，定期检测和维护是系统的常规操作，以提升系统的可靠性；

17、在异常情况下，排烟灭火模块向显示模块发送紧急报警信号，提示操作人员及时采取应对措施；

18、最终，系统关闭时，排烟灭火模块负责关闭吹风通道、排烟风机以及进入口，将系统还原至初始状态；

19、当单独排烟装置难以完全处理排烟时，总控制终端灵活启动储能装置排烟模块，确保排烟效果达到最佳；系统在实际运行中持续动态调整策略，以保障电池的长期安全运行；

20、紧急情况下，系统随时切换至紧急模式，同时启动电池包和储能装置的排烟模块，全方位处理有毒气体泄漏，切实维护安全。

21、具体的操作过程为：

22、步骤1.初始化：各传感器和控制模块初始化，确保正常工作状态，排烟灭火模块处于关闭状态，排气阀关闭。

23、步骤2.实时监测：记录模块实时监测电池包内部环境数据，如温度传感器记录温度数据以及烟气传感器记录烟气浓度数据。数据记录完成后，传输至运算模块。

24、步骤3.数据分析：运算模块接收记录模块传来的数据，对温度和烟气浓度数据进行分析，判断是否存在异常情况；制定阈值，当温度或烟气浓度超过设定值时，触发排烟灭火措施。

25、步骤4.决策逻辑：运算模块根据分析结果做出决策。如果数据正常，系统继续监测。如果存在异常情况，进入排烟灭火模块。

26、步骤5.排烟灭火控制：排烟灭火模块接收运算模块的信号。打开排气阀，实施排烟灭火措施。

27、步骤6.排烟灭火执行：排烟灭火模块根据具体情况，调整排烟灭火策略。持续监测排气情况，确保环境安全。

28、步骤7.记录与显示：记录模块记录排烟灭火模块执行的数据，包括排气阀状态等。显示模块更新实时数据和系统状态，提供给操作人员参考。

29、步骤8.定期检测与维护：定期对系统进行检测和维护，确保各传感器和控制模块的正常运行。根据记录模块的数据，进行历史数据分析，提升系统的预测性能。

30、步骤9.异常处理：如果系统出现故障或异常，排烟灭火模块向显示模块报警。显示模块提示操作人员进行处理。

31、步骤10.系统关闭：在需要关闭排烟灭火系统时，排烟灭火模块关闭排气阀，系统回到初始状态。

32、步骤11.若单独储能电池包的装置不能彻底排烟灭火，控制终端向总的控制终端发送信号启动储能装置集成排烟装置：储能装置中集成文丘里效应的排烟通风装置。该装置通过文丘里效应将产生的有毒气体迅速排出储能箱。

33、步骤12.协同作业：排烟灭火模块监测到排烟效果不佳时，向储能装置发送信号启动排烟模块。储能装置排烟模块与电池包排烟模块协同作业，共同确保排烟效果。

34、步骤13.联动控制策略：运算模块协调电池包和储能装置的排烟装置工作，制定联动控制策略。根据环境数据和排烟效果，动态调整排烟灭火策略，以最大程度确保环境安全。

35、步骤14.文丘里效应排烟：储能装置的文丘里效应排烟装置通过流体动力学效应，实现快速排除烟气。采用空气流动原理，排除有毒气体，减少对环境的影响。

36、步骤15.排烟效果监测：运算模块监测排烟效果，定期进行排烟效果评估。如果发现排烟效果不佳，系统自动调整排烟策略或报警，通知维护人员检修。

37、步骤16.紧急模式切换：在极端情况下，系统可切换至紧急模式，同时启动电池包和储能装置的排烟模块，全面应对有毒气体泄漏。

38、本发明具有的技术效果：

39、1.本发明能在锂离子电池内部发生失控反应导致安全阀爆开后有效检测并降低烟气的浓度和降低电池温度，降低电池发生自燃与爆炸的危险。

40、2.本发明装置经过轻量化设计后结构简单，能经过轻松改装后搭载在各类储能系统中。

41、3.本发明提供了一种锂离子电池储能系统排烟灭火装置与方法。该装置包括电池包、锂离子电池、排烟系统、通风气阀，而排烟灭火系统则包括记录模块、运算模块、排烟灭火模块、显示模块。系统通过智能控制这些模块，实现了对电池包内部温度和烟气情况的实时监测。在检测到异常情况时，系统能够迅速响应，通过排烟灭火系统方法调节散热风扇速度、关闭通风气阀等措施，有效防范潜在的火灾风险。这一排烟灭火装置及其系统方法为锂离子电池储能提供了更安全可靠的解决方案，该装置及其系统方法的便捷性、轻松操作、经济型设计，为锂离子电池储能系统提供了更为安全、高效的排烟灭火解决方案。