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CN115411436A - 一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统 - Google Patents

一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统 Download PDF

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CN115411436A CN202211014342.XA CN202211014342A CN115411436A CN 115411436 A CN115411436 A CN 115411436A CN 202211014342 A CN202211014342 A CN 202211014342A CN 115411436 A CN115411436 A CN 115411436A
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Abstract

本发明涉及锂电池设备安全技术领域一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，包括电池舱以及成排分布的电池柜，每排电池柜还包括气体灭火系统、风冷系统以及检测装置，本发明充分发挥各系统之间的联动优势，实现锂电池柜事故的早期判别和精确消防的功能。

Description

一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统
技术领域
本发明涉及一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，属于锂电池设备安全技术领域。
背景技术
目前储能电站主要分为两种，一种是站房式一种是预制舱式，无论哪一种，其电池均采用组柜的方式安装。储能电池由一个个电芯组成电池箱、再进一步组成电池柜，一个个电池柜相邻布置成一排电池柜，一排排电池柜错开布置于预制舱或者电池室内组成电池系统。
电池运行中会发热，正常情况下需要配置冷却系统，而当热失控的情况下又需要配置消防系统用于消除火灾。
电池的冷却系统主要分为水冷和风冷两种，水冷系统一般将热交换介质缠绕在电池组上进行热直接交换；风冷系统则通过空气作为介质进行冷热交换。风冷系统包括冷风精确制导和环境降温两种，其中冷风精确制导是将冷却风直接送入电池柜内的方案。水冷系统造价高、后期维护价格也较高，但是冷却效能高；风冷系统造价低后期维护价格低，但是效能较低。两种系统目前均有应用。
电池的消防系统目前主流的为气体灭火和水介质灭火两种，气体包括七氟丙烷、全氟己酮等，水灭火包括细水雾和浸没式等。其中气体灭火一般在电池室或者预制舱的角落布置，当探测到火灾时释放，将整个空间全部覆盖灭火气体已切断氧气接触阻断火势。水介质灭火较为传统，且在阻止电池复燃上更具优势，但是若发生勿喷、漏水等事故则会可能导致电池短路甚至引发火灾，且水消防系统设计复杂，因此目前投运的储能站仍以气体消防为主。
目前的电池风冷系统和气体消防系统基本采用独立设计方式，且未充分结合电池柜特性优化设计，存在如下问题：
1电池柜一般只会单个柜子起火，对于整个电池舱空间进行气体消防，不仅气体用量较大，且对于局部消防效果也较差。
2火灾报警设备一般布置于电池室或者预制舱空间上方，未针对电池柜局部监测，而不同于其它设备场所，每个电池柜均为易燃物，不针对电池柜进行局部探测难以在事故早期消除隐患。
3事故初期释放的可燃气体较少，独立的风冷系统会影响可燃气体探测的监测精度，影响事故早期问题的判断。
4独立的风冷、气体灭火和火灾探测系统因为其各自独立，为确保气体能相互流通需要将电池柜设计成通风模式，冷却效率、火灾探测精度、气体灭火覆盖度等均较低。
因此本专利提出一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，充分发挥各系统之间的联动优势，实现锂电池柜事故的早期判别和精确消防的功能。
发明内容
为了解决现有技术所存在的上述问题，本发明提供了一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，将风冷、气体消防、火灾检测与锂电池柜组合设计方案。
本发明的技术方案如下：
一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，包括电池舱以及设置于所述电池舱内的电池柜，所述电池柜在电池舱内成排设置且每排之间留置间隙；
每排所述电池柜还包括：
气体灭火系统，所述气体灭火系统的输出端通过气体灭火管路连通至各个电池柜，所述气体灭火系统的输出管路上设置有灭火气体进气阀；
风冷系统，所述风冷系统的输出端通过进风管路与每个所述电池柜的顶部连通，所述风冷系统的输入端通过回风管路与每个所述电池柜的底部连通，所述进风管路上设置有风冷进气阀，所述回风管路上设置有风冷出气阀；
所述进风管路通过连接上排气管路连接至所述电池舱外部，所述回风管路通过连接下排气管路连接至所述电池舱外部，所述上排气管路外端安装有排气风机，所述上排气管路和下排气管路上均分别设置有排气阀；
检测装置，所述检测装置设置于各个所述电池柜以及风冷系统的回风管路上，所述检测装置与监控后台系统电连接。
其中，所述电池柜为密闭空间。
其中，所述气体灭火管路为分流式管路，所述灭火气体进气阀设置于气体灭火管路主路上。
其中，所述进风管路为分流式管路，所述风冷进气阀设置于进风管路主路上，所述上排气管路连接于进风管路主路上。
其中，所述回风管路为汇流式管路，所述风冷出气阀设置于回风管路的主路上，所述下排气管路连接于回风管路的主路上。
其中，所述检测装置包括感烟探测器、感温探测器、CO气体探测器以及H2气体探测器。
其中，所述排气风机配备有驱动控制器，所述驱动控制器能够控制所述排气风机正反转以实现气流换向排送。
一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统的工作方法，具体的：
1)常态模式下，风冷系统运行初期风冷进气阀和风冷出气阀均开启，风冷系统向各个电池柜送冷风；
2)当一排电池柜中任意一个电池柜或者是回风管路中的检测装置探测到可燃气体报警时，启动排气模式：
向监控后台系统发送暂停这一排电池柜的控制命令；
关闭风冷进气阀和风冷出气阀；
关闭风冷系统；
关闭灭火气体进气阀；
打开上下两个排气阀；
打开排气风机排送可燃气体；
排气后手动关闭排气风机和上下两个排气阀；
重新开启风冷进气阀、风冷出气阀和关闭风冷系统，恢复常态模式；
3)当一排电池柜中任意一个电池柜或者是回风管路中的检测装置探测到火灾报警时，启动灭火模式：
向监控后台系统发送暂停这一排电池柜的控制命令；
关闭风冷进气阀和风冷出气阀；
关闭风冷系统；
关闭上下两个排气阀、排气风机；
打开灭火气体进气阀；
打开气体灭火系统向电池柜内排送灭火气体；
灭火后，关闭气体灭火系统和灭火气体进气阀；
手动打开上下两个排气阀、再打开排气风机排送残余灭火气体；
重新开启风冷进气阀、风冷出气阀和关闭风冷系统，恢复常态模式。
其中，排气模式时，排气风机排送可燃气体的排送方向为下排气管路进、上排气管路出。
其中，灭火模式时，排气风机排送可燃气体的排送方向为上排气管路进、下排气管路出。
本发明具有如下有益效果：
1)电池柜以数个为一排成排设置，每排电池柜设置独立的冷却、消防以及检测装置，当其中某个电池柜出现险情时，仅该电池所在一排启动安全措施，并且电池柜设计为密闭结构，消防灭火气体仅作用于电池柜内，能够更加有效抑制险情的同时，节省消防物料耗费。
2)火灾和可燃气体检测装置设置在各个电池柜内和回风管道中，整个系统处于密闭状态，设备工作期间，不管哪个电池柜内一旦出现险情，由于内部可蔓延扩展空间缩小，即使较少量危险气体或轻微险情，都能够第一时间触发检测装置，探测效果更加及时准确。
3)风冷系统设置了进风管路和回风管路，并通过进风管路和回风管路与各个电池柜形成循环流动冷却系统，冷气仅作用于电池柜内部，相较于传统冷气作用在整个电池舱外部空间，冷却效果更加显著，设备运行也更加节能。
4)设备系统中还设置有排气装置，通过排气风机驱动可以更有效的排出可燃气体，避免气体堆积，同时能够排除灭火后残余在管路以及电池柜内的灭火气体，避免气体毒害人体同时减少环境污染；进一步的针对可燃气体和灭火气体，根据气体的密度不同分别控制以不同方向外排，确保排送高效并彻底。
附图说明
图1为本发明一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-电池舱、2-电池柜、3-气体灭火系统、4-气体灭火管路、5-灭火气体进气阀、6-风冷系统、7-进风管路、8-回风管路、9-上排气管路、10-下排气管路、11-排气风机、12-检测装置、13-风冷进气阀，14-风冷出气阀，15-排气阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
参见图1，一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，包括电池舱1以及设置于电池舱1内的电池柜2，电池柜2为密闭空间，电池柜2在电池舱1内成排设置且每排之间留置间隙；
每排电池柜2还包括：
气体灭火系统3，气体灭火系统3的输出端通过气体灭火管路4连通至各个电池柜2，气体灭火系统3的输出管路上设置有灭火气体进气阀5，气体灭火管路4为分流式管路，灭火气体进气阀5设置于气体灭火管路4主路上，气体灭火系统3启动工作时，灭火气体进气阀5开启，灭火气体通过气体灭火管路4的主管路进入各个支管路，再从各个支管路进入各个电池柜2顶部，由于灭火气体密度大于空气密度，因此将气体灭火管路4设置于电池柜2顶部，有利于灭火气体向下沉降扩散，进而更有效覆盖起火区域；
风冷系统6，风冷系统6的输出端通过进风管路7与每个电池柜2的顶部连通，风冷系统6的输入端通过回风管路8与每个电池柜2的底部连通，由于冷风相对于热风较重，同样将进风管路7设置于电池柜2上方，将回风管路8设置于电池柜2下方，有利于冷却气体在电池柜2内自上而下沉降蔓延覆盖；
进风管路7上设置有风冷进气阀13，进风管路7为分流式管路，风冷进气阀13设置于进风管路7主路上，上排气管路9连接于进风管路7主路上，风冷系统6启动工作时，风冷进气阀13开启，冷气流通过进风管路7的主管路进入各个支管路，再从各个支管路进入各个电池柜2顶部，与电池柜2内的设备进行热交换，带走设备运行产生热量；
回风管路8上设置有风冷出气阀14，回风管路8为汇流式管路，风冷出气阀14设置于回风管路8的主路上，下排气管路10连接于回风管路8的主路上，风冷系统6启动工作时，风冷出气阀14开启，各个电池柜2内完成热交换的气流从电池柜2底部进入各个支管路，再从各个支管路汇流至主管路，进而回流至风冷系统6内，形成冷却循环；
进风管路7通过连接上排气管路9连接至电池舱1外部，回风管路8通过连接下排气管路10连接至电池舱1外部，上排气管路9外端安装有排气风机11，上排气管路9和下排气管路10上均分别设置有排气阀15；
排气风机11配备有驱动控制器，驱动控制器能够控制排气风机11正反转以实现气流换向排送，通过排气风机驱动可以更有效的排出可燃气体，避免气体堆积，同时能够排除灭火后残余在管路以及电池柜内的灭火气体，避免气体毒害人体同时减少环境污染；进一步的针对可燃气体和灭火气体，根据气体的密度不同分别控制以不同方向外排，确保排送高效并彻底；
检测装置12，检测装置12设置于各个电池柜2以及风冷系统6的回风管路8上，检测装置12包括感烟探测器、感温探测器、CO气体探测器以及H2气体探测器，分别用于检测燃烟、温度、CO气体以及H2气体，检测装置12与监控后台系统电连接，当感应到设备管路内或者电池柜2内出现燃烟以及高温时，认定为出现险情，切换并启动灭火程序，当感应到设备管路内或者电池柜2内出现CO气体或H2气体时，认定为存在险情隐患，切换并启动排气程序。
实施例二
基于上述集成冷却、消防一体的锂电池柜安全系统，本发明的工作方法：
1)常态模式下，风冷系统6运行初期风冷进气阀13和风冷出气阀14均开启，风冷系统6向各个电池柜2送冷风；
2)当一排电池柜2中任意一个电池柜2或者是回风管路8中的检测装置12探测到可燃气体报警时，启动排气模式：
向监控后台系统发送暂停这一排电池柜2的控制命令；
关闭风冷进气阀13和风冷出气阀14；
关闭风冷系统6；
关闭灭火气体进气阀5；
打开上下两个排气阀15；
打开排气风机11排送可燃气体；排气模式时，排气风机11排送可燃气体的排送方向为下排气管路10进、上排气管路9出；
排气后手动关闭排气风机11和上下两个排气阀15；
重新开启风冷进气阀13、风冷出气阀14和关闭风冷系统6，恢复常态模式；
3)当一排电池柜2中任意一个电池柜2或者是回风管路8中的检测装置12探测到火灾报警时，启动灭火模式：
向监控后台系统发送暂停这一排电池柜2的控制命令；
关闭风冷进气阀13和风冷出气阀14；
关闭风冷系统6；
关闭上下两个排气阀15、排气风机11；
打开灭火气体进气阀5；
打开气体灭火系统3向电池柜2内排送灭火气体；
灭火后，关闭气体灭火系统3和灭火气体进气阀5；
手动打开上下两个排气阀15、再打开排气风机11排送残余灭火气体；灭火模式时，排气风机11排送可燃气体的排送方向为上排气管路9进、下排气管路10出；
重新开启风冷进气阀13、风冷出气阀14和关闭风冷系统6，恢复常态模式。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：包括电池舱(1)以及设置于所述电池舱(1)内的电池柜(2)，所述电池柜(2)在电池舱(1)内成排设置且每排之间留置间隙；
每排所述电池柜(2)还包括：
气体灭火系统(3)，所述气体灭火系统(3)的输出端通过气体灭火管路(4)连通至各个电池柜(2)，所述气体灭火系统(3)的输出管路上设置有灭火气体进气阀(5)；
风冷系统(6)，所述风冷系统(6)的输出端通过进风管路(7)与每个所述电池柜(2)的顶部连通，所述风冷系统(6)的输入端通过回风管路(8)与每个所述电池柜(2)的底部连通，所述进风管路(7)上设置有风冷进气阀(13)，所述回风管路(8)上设置有风冷出气阀(14)；
所述进风管路(7)通过连接上排气管路(9)连接至所述电池舱(1)外部，所述回风管路(8)通过连接下排气管路(10)连接至所述电池舱(1)外部，所述上排气管路(9)外端安装有排气风机(11)，所述上排气管路(9)和下排气管路(10)上均分别设置有排气阀(15)；
检测装置(12)，所述检测装置(12)设置于各个所述电池柜(2)以及风冷系统(6)的回风管路(8)上，所述检测装置(12)与监控后台系统电连接。
2.如权利要求1所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：所述电池柜(2)为密闭空间。
3.如权利要求1所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：所述气体灭火管路(4)为分流式管路，所述灭火气体进气阀(5)设置于气体灭火管路(4)主路上。
4.如权利要求1所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：所述进风管路(7)为分流式管路，所述风冷进气阀(13)设置于进风管路(7)主路上，所述上排气管路(9)连接于进风管路(7)主路上。
5.如权利要求1所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：所述回风管路(8)为汇流式管路，所述风冷出气阀(14)设置于回风管路(8)的主路上，所述下排气管路(10)连接于回风管路(8)的主路上。
6.如权利要求1所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：所述检测装置(12)包括感烟探测器、感温探测器、CO气体探测器以及H2气体探测器。
7.如权利要求1所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统，其特征在于：所述排气风机(11)配备有驱动控制器，所述驱动控制器能够控制所述排气风机(11)正反转以实现气流换向排送。
8.一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统的工作方法，其特征在于：
1)常态模式下，风冷系统(6)运行初期风冷进气阀(13)和风冷出气阀(14)均开启，风冷系统(6)向各个电池柜(2)送冷风；
2)当一排电池柜(2)中任意一个电池柜(2)或者是回风管路(8)中的检测装置(12)探测到可燃气体报警时，启动排气模式：
向监控后台系统发送暂停这一排电池柜(2)的控制命令；
关闭风冷进气阀(13)和风冷出气阀(14)；
关闭风冷系统(6)；
关闭灭火气体进气阀(5)；
打开上下两个排气阀(15)；
打开排气风机(11)排送可燃气体；
排气后手动关闭排气风机(11)和上下两个排气阀(15)；
重新开启风冷进气阀(13)、风冷出气阀(14)和关闭风冷系统(6)，恢复常态模式；
3)当一排电池柜(2)中任意一个电池柜(2)或者是回风管路(8)中的检测装置(12)探测到火灾报警时，启动灭火模式：
向监控后台系统发送暂停这一排电池柜(2)的控制命令；
关闭风冷进气阀(13)和风冷出气阀(14)；
关闭风冷系统(6)；
关闭上下两个排气阀(15)、排气风机(11)；
打开灭火气体进气阀(5)；
打开气体灭火系统(3)向电池柜(2)内排送灭火气体；
灭火后，关闭气体灭火系统(3)和灭火气体进气阀(5)；
手动打开上下两个排气阀(15)、再打开排气风机(11)排送残余灭火气体；
重新开启风冷进气阀(13)、风冷出气阀(14)和关闭风冷系统(6)，恢复常态模式。
9.如权利要求8所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统的工作方法，其特征在于：排气模式时，排气风机(11)排送可燃气体的排送方向为下排气管路(10)进、上排气管路(9)出。
10.如权利要求8所述的一种应用于锂电池柜的冷却消防一体系统的工作方法，其特征在于：灭火模式时，排气风机(11)排送可燃气体的排送方向为上排气管路(9)进、下排气管路(10)出。
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