一种电化学储能电站的冰粒灭火降温系统

本发明涉及电化学储能电站的消防，特别涉及一种电化学储能电站的冰粒灭火降温系统。

背景技术：

1、锂离子电池具有工作电压高、使用寿命长及能量密度大等优点，现已广泛应用于电动汽车、可再生能源储能以及各种便携电子设备的移动电源。但是锂离子电池在出现机械滥用、热滥用、电滥用等诱因时可能会出现热失控，进而引发火灾或爆炸事故。即使目前采用了风冷、液冷、相变材料等热管理方法以及优化电池材料的本质安全设计来提高电池的安全性，但锂离子电池火灾仍然频繁发生，对产业发展和人身安全都造成了严重的威胁。

2、常规的灭火技术对锂离子电池火灾的抑制效果有限，容易发生复燃，且存在一定的环境污染问题。因此需要一种具有高效降温效果并且清洁的灭火技术。

3、现有的具有较强冷却效果且清洁的灭火介质主要有液氮和细水雾，而这两种灭火介质也存在缺陷，液氮在相对开放空间下极易消散，并且由于莱顿福斯特效应，液氮直接作用于高温电池表面时的冷却功率并不高；而细水雾穿透力较差，在电池发生剧烈喷射火时难以实现快速灭火并穿透火焰作用于电池表面，并且细水雾的粘附性较差，难以在电池表面发挥长效的冷却作用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术所存在的问题，本发明提出一种用于电化学储能电站的冰粒灭火降温系统，该系统利用冰粒喷射灭火装置将液氮的冷能存储在冰粒中，减少了因莱顿福斯特效应而耗散的冷却功率，并且极大增强了灭火介质的穿透力，发挥更有效地压制喷射火作用，实现快速灭火，并且冰粒具有更强的粘附性，能发挥更长时间的冷却作用，有效避免复燃。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电化学储能电站的冰粒灭火降温系统，包括：供氮装置、高压供水装置、换热装置、冰粒喷射灭火装置、电池监测控制装置、电化学储能舱；

3、所述供氮装置包括低温液氮泵、液氮罐、低温电磁阀、液氮管路、液氮支路、低温氮气管路以及低温氮气支路；所述液氮管路与换热装置连通，液氮经过换热装置后形成低温氮气，进入低温氮气管路，低温氮气管路与增压泵连通；

4、所述高压供水装置包括高压水泵、水罐、电磁阀、高压水管路、过冷水管路以及过冷水支路；所述高压水管路与换热装置连通，在液氮作用下形成过冷水，进入过冷水管路；

5、所述冰粒喷射灭火装置包括连接部分、冰粒生成部分以及冰粒旋流喷射部分，所述连接部分包括液氮接口、过冷水接口、低温氮气接口以及电池包接口；所述冰粒生成部分包括液氮通道、过冷水通道、高压细水雾喷嘴、环形液氮喷嘴以及冰粒生成腔室；所述过冷水通道与过冷水支路通过过冷水接口连接，末端连接高压细水雾喷嘴；所述液氮通道与液氮支路通过液氮接口连接，末端连接环形液氮喷嘴；所述冰粒旋流喷射部分包括低温氮气通道以及低温氮气旋流喷嘴，所述低温氮气通道与低温氮气支路通过低温氮气接口连接，末端连接低温氮气旋流喷嘴；在冰粒生成腔室内过冷水通过高压细水雾喷嘴形成过冷水雾射流，在液氮作用下形成冰粒射流；在冰粒旋流部分，冰粒射流在低温氮气旋流喷嘴的扰动作用下形成更大角度的冰粒射流。

6、进一步地，所述电化学储能舱包括电池柜，所述电池柜可容纳多层电池包，所述电池包内盛放电池组。

7、进一步地，所述的冰粒喷射灭火装置的数量根据电池包的尺寸和布置进行调整，且所述的冰粒喷射灭火装置通过电池包接口与电池包连接，并与所述电池组保持预定距离。

8、进一步地，所述的换热装置包括片状水通路与冷却腔室；所述片状水通路与高压水管路连通；所述冷却腔室与液氮管路连通。

9、进一步地，所述的液氮罐与液氮管路连通，所述液氮管路包括液氮总路和液氮支路，液氮总路连接液氮罐，各液氮支路与液氮总路并联连通，其中一条液氮支路与换热装置连通，其余液氮支路连接在各电池包上安装的冰粒喷射灭火装置上，与所述冰粒喷射灭火装置中的液氮通道连通；

10、进一步地，所述的水罐与高压水管路连通，所述高压水管路与换热装置连通，高压水经由换热装置后形成过冷水，进入过冷水管路，所述过冷水管路包括过冷水总路和过冷水支路，各过冷水支路与过冷水总路并联连通，与各冰粒喷射灭火装置的过冷水通道连通；

11、进一步地，所述的低温氮气管路与换热装置连通，所述的低温氮气管路包括低温氮气总路和低温氮气支路，低温氮气总路设置有增压泵，各低温氮气支路与各冰粒喷射灭火装置的低温氮气通道连通。

12、进一步地，所述的冰粒喷射灭火装置的液氮接口、过冷水接口以及低温氮气接口可为外螺纹端接式、卡套式、自固式等接口类型。

13、进一步地，所述的电池监测控制装置包括但不限于电压、温度、声波、振动等监测模块，可实时监测电池的电压、温度以及环境的声波、振动数据，并根据获得的数据分析电池状态，以判断电池是否出现热失控迹象或已经发生热失控，并由此控制液氮总路的低温电磁阀以及高压供水管路中的电磁阀开闭，并可根据实际热失控电池所在位置控制各液氮支路、过冷水支路以及低温氮气支路上的电磁阀的开闭。

14、根据上述技术方案，所述的电池监测控制装置可以控制各液氮支路、过冷水支路以及低温氮气支路上的电磁阀的开闭，根据不同的电池状态选择不同的灭火降温方案。

15、在一些实施例中，当电池监测控制装置的监测模块发现电池出现异常高温但并没有达到热失控控制临界温度时，电池监测控制装置控制液氮总路的低温电磁阀和高压水管路的电磁阀开启，并控制出现异常温度的电池所在电池包的低温氮气支路的电磁阀开启；液氮经过换热装置后汽化变成低温氮气，进入低温氮气管路，水经换热装置后排出电化学储能舱外，低温氮气直接作用于电池表面对电池进行降温；

16、在一些实施例中，当电池监测控制装置的监测模块发现电池达到热失控控制临界温度但并没有发生热失控时，电池监测控制装置控制液氮总路的低温电池阀以及异常电池所在电池包的液氮支路电磁阀开启，液氮直接作用于电池，实施快速降温；

17、在一些实施例中，当电池监测控制装置的监测模块发现电池发生热失控时，电池监测模块控制各总路和支路的电磁阀开启，液氮、过冷水以及低温氮气在冰粒喷射灭火装置的作用下快速形成冰粒射流，作用于电池火焰，实现快速灭火和长效降温；当电池包内电池组的温度降至热失控临界控制温度以下时，高压水管路电磁阀关闭，液氮持续施加，以减少水对电化学储能电站的二次危害，并实现更长效的降温。

18、有益效果：

19、1、本发明创造性地利用液氮和细水雾的结合将冰粒引入到电化学储能电站的灭火降温问题中，通过合理巧妙的设计将液氮灭火装置和细水雾灭火装置耦合到电化学储能电站冰粒灭火降温系统中，该系统具有灭火迅速、长效降温、成本低廉、绿色环保、对储能电池无二次危害以及抗复燃和针对性强等优点；

20、2、本发明区别于现有的直接利用液氮或细水雾进行电化学储能电站的灭火降温，直接利用液氮灭火降温，受莱顿福斯特效应的影响，液氮的冷却功率会受到明显的削减，而直接利用细水雾灭火，需消耗大量水，对电化学储能电站存在较严重的二次危害；

21、3、本发明公开的冰粒喷射灭火装置不仅创造性地利用冰粒进行快速灭火，还可以灵活控制不同灭火介质的施加顺序，在具备可靠灭火功能的同时，发挥日常的电池温度管理功能。