CN116139431A - 一种储能电站水消防灭火系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种储能电站水消防灭火系统及其运行方法，属于储能电池消防相关技术领域。该系统用于实现储能电站在发生电池热失控后的PACK级水消防，包括：消防控制主机、数据中继模块、用于对每一个电池箱热失控特征量单独进行监测的PACK级可燃气体监测模块以及水消防灭火子系统，水消防灭火子系统包括有用于储水或者水基型灭火剂的储水罐，储水罐设置于储能电站内部、用于实现对电池箱的全淹没式水覆盖以实现快速灭火。本发明采用水作为灭火抑制剂直接喷放到发生热失控的电池箱内部，直接作用于热失控电池，实现了全淹没式的PACK级水消防和快速灭火，彻底解决了降温冷却和二次复燃问题。

Description

一种储能电站水消防灭火系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及储能电池消防相关技术领域，更具体地说，特别涉及一种储能电站水消防灭火系统以及一种储能电站水消防灭火系统运行方法。

背景技术

现阶段，发展绿色动力、绿色电力、绿色能源、绿色经济，实现绿色发展，已成为实现可持续发展的重要战略举措。锂电池已成为替代化石能源。据预测，至2025年，储能锂电池出货量将达到58GWh，市场规模超过550亿元。其中，作为主要应用领域的电力储能锂电池，累计出货量将超过60GWh。然而，在储能电池快速发展以及广泛应用的同时，随之而来的还有频频发生的储能电站起火爆炸事故。

新(改扩)建中大型锂离子电池储能电站电池设备间内应设置固定自动灭火系统，灭火系统应满足扑灭模块级电池明火且24h不复燃的要求。

请参考图1，图1为现有技术中储能电站广泛采用的火灾防控系统控制拓扑图。

目前，储能电站消防按抑制剂分类主要有全氟己酮装置、七氟丙烷装置、气溶胶装置、细水雾装置以及干粉装置等，国内锂电消防厂家主推的消防解决方案以七氟丙烷装置或全氟己酮装置为主，广泛采用独立于站控系统的火灾防控系统，在消防设计和架构上一般包括可燃气体监测模块、数据中继模块、消防控制主机、消防显示模块、消防管路组件、消防泵组、灭火抑制剂、声光报警器、防爆排烟风机以及电动百叶窗等，其控制拓扑图如图1所示。

储能电站广泛采用的火灾防控系统通常采用分布式三级消防控制器架构，三级即可燃气体监测模块、数据中继模块和消防控制主机，三者之间通过CAN总线进行通信链接和交互。

可燃气体监测模块位于控制域最底层，用来实时监测锂电池因内部短路、过充过放、外部短路而引起的温度和烟雾变化、特征气体、电解液泄漏等热失控早期特征，并将监测到的特征数据通过CAN总线实时上传至数据中继模块。按照防护设计等级要求，可燃气体监测模块可放置于电池箱(PACK级水消防)，也可放置于电池柜(簇级消防)，还可放置于电池舱(空间级消防)。

数据中继模块位于控制域中间层，用来收集可燃气体监测模块上传的数据信息，并打包发送给消防控制主机。数据中继模块一般放置于电池簇上，管理该簇内所有可燃气体监测模块，同时兼具控制电磁阀开闭的功能，可以输出消防联动信号。

消防控制主机位于控制域最上层，属于决策执行机构，通过汇总下级数据中继模块上报的数据信息，结合启停开关信号、手动报警信号等，控制电磁阀开关和消防泵组，启闭防爆排烟风机，判断是否输出消防预警信号或是否执行消防喷淋动作。

另外，火灾防控系统还包括消防显示模块、消防管路组件以及声光报警器等辅助设备结构。其中，消防显示模块用来显示各种消防数据信息和状态量，包括可燃气体含量及浓度、烟温感信息、开关球阀状态、消防预警及喷淋信息等，并可设置各种消防阈值和控制量。消防管路组件是灭火抑制剂流经的通道，包含主干管路和分支管路及各种开关阀门；消防泵组是灭火抑制剂流动和喷射的动力源，一般由单相或三相交流市电供电，供电功率取决于灭火抑制剂的设计流量和最大扬程；防爆排烟风机和电动百叶窗配合用于抽出电池舱内的可燃气体，稀释可燃气体浓度，防止电池舱内发生气体燃爆。声光报警器受消防控制主机联动控制，一般放置于舱外，一旦发生火情，声光报警器就会被自动开启，并且会发出强烈的声光报警信号，实现提醒现场人员注意火灾，迅速逃离的目的。

对现有技术中典型火灾防控系统的结构分析可知，储能电站火灾防控系统主要以七氟丙烷或全氟己酮为灭火抑制剂，这样存在如下两方面的弊端：

其一，基于锂电池热失控电化学机理，七氟丙烷或全氟己酮虽然能扑灭明火，但却很难做到长时间的持续降温和化学抑制，由于电池内部电化学反应仍在继续，如不能持续冷却，不能阻隔热失控扩散，电池温度会重新上升并二次复燃。另外，七氟丙烷和全氟己酮在高于550℃的温度下开始分解，并产生腐蚀性毒性分解产物，对于一些可燃物产生较高温度的场合就不能使用，不但没有灭火效果，产生的毒性产物还会对环境和人身产生明显的伤害作用。同时，七氟丙烷和全氟己酮药剂价格昂贵，一旦系统发生喷放，二次充装的费用较大。

其二，储能电站消防设施的建设主要是参照传统消防设施来确定的，传统消防一直是作为独立的系统在运行，没有与电池管理系统(BMS)的运行参数形成有效联动，从而导致火灾防控系统在消防预警和喷淋动作时不能及时联动断开电池簇及电池舱内的高压电气开关，极有可能引发次生电气火灾，危害性极大。另外，可燃气体监测模块在热失控判定依据中的一个重要特征参量“温度”的获取是来自于模块内部的感温探测器，而非真实的电池温度，如果电池远离感温探测器的部位首先起火，感温探测器是无法及时探测到温度变化，这样会引起温度感测的延迟响应，不利于识别萌芽状态的初期火灾。

综上所述，如何设计并提供一种适用于储能电站的水消防灭火系统，以实现全淹没式的PACK级水消防和快速灭火，并彻底解决电池的二次复燃问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供了一种储能电站水消防灭火系统，用于实现储能电站在发生电池热失控后的PACK级水消防。

在本发明中，该储能电站水消防灭火系统包括：

消防控制主机；

与所述消防控制主机通信链接的数据中继模块；

用于对每一个电池箱热失控特征量单独进行监测的PACK级可燃气体监测模块，所述PACK级可燃气体监测模块与所述数据中继模块通信链接，用于向所述数据中继模块发送本电池箱的热失控监测参数；

水消防灭火子系统，所述水消防灭火子系统包括有用于储水或者水基型灭火剂的储水罐以及与所述储水罐连接并对应于每一个电池箱而单独设置的消防管路组件，所述消防管路组件与所述消防控制主机控制连接，所述储水罐设置于储能电站内部、用于实现对电池箱的全淹没式水覆盖以实现快速灭火。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，所述储能电站包括有电池管理系统以及消防控制系统，所述电池管理系统包括有总控制器、主控制器以及从控制器，所述消防控制系统包括有所述消防控制主机、所述数据中继模块以及所述PACK级可燃气体监测模块；所述从控制器设置于每一个电池箱内，所述从控制器与所述主控制器通信链接、所述主控制器与所述总控制器通信链接、并形成第一垂直通信连接关系；所述消防控制主机与所述数据中继模块通信链接、所述数据中继模块与所述PACK级可燃气体监测模块通信链接、并形成第二垂直通信连接关系；所述消防控制主机与所述总控制器通信链接形成堆级管理横向通信连接关系，所述数据中继模块与所述主控制器通信链接形成簇级管理横向通信连接关系，所述PACK级可燃气体监测模块与所述从控制器通信链接形成PACK级管理横向通信连接关系。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，于每一个所述电池箱内均设置有用于实现本电池箱电路通断控制的高压继电器，所述高压继电器为第一高压继电器；所述主控制器与所述第一高压继电器控制连接、并可与所述消防控制主机联动向所述第一高压继电器发出断开控制信号。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，所述电池箱设置有多个，多个所述电池箱级联形成有电池簇；于所述电池箱的上层设置有用于实现本电池簇电路通断控制的高压继电器，所述高压继电器为第二高压继电器；所述总控制器与所述第二高压继电器控制连接、并可与所述消防控制主机联动向所述第二高压继电器发出断开控制信号。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，所述储能电站设置有通风窗口，于所述通风窗口上设置有可控百叶窗，于所述通风窗口上还设置有防爆排烟风机；所述可控百叶窗以及所述防爆排烟风机与所述消防控制主机控制连接。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，还包括有用于显示当前储能电站消防信息的消防显示模块；所述消防显示模块与所述消防控制主机控制连接。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，还包括有用于进行消防报警的声光报警器；所述声光报警器与所述消防控制主机控制连接。

优选地，在本发明提供的储能电站水消防灭火系统中，所述水消防灭火子系统包括有与所述储水罐连接的消防水泵以及所述消防管路组件，所述储水罐设置于所述储能电站内部，所述消防管路组件与所述储水罐之间通过送水分支管路连接，于所述送水分支管路上设置有消防电磁阀；所述消防水泵以及所述消防电磁阀与所述消防控制主机控制连接。

本发明还提供了一种储能电站水消防灭火系统运行方法，该储能电站水消防灭火系统运行方法包括：

步骤一、通过PACK级可燃气体监测模块对每一个电池箱进行热失控监测；

步骤二、由消防控制主机对热失控监测参数进行数据处理；

步骤三、根据数据处理结果对储能电站进行排烟通风控制以及喷水灭火控制。

优选地，在本发明所提供的储能电站水消防灭火系统运行方法中，在所述步骤一中，由电池箱内设置的从控制器获取本电池箱内电池当前电压、温度以及运行参数并上传至主控制器；在所述步骤二中，由所述主控制器进行数据交互，所述热失控监测参数由数据中继模块进行数据交互；在所述步骤三中，在触发消防报警初期，首先进行排烟通风，如果热失控监测参数、电池当前电压、温度以及运行参数恢复正常，则停止排烟通风，如果热失控监测参数、电池当前电压、温度以及运行参数继续异常，则关闭排烟通风，并进行靶向的电池箱水灭火。

本发明的有益效果如下：

本发明提供了一种储能电站水消防灭火系统，用于实现储能电站在发生电池热失控后的PACK级水消防，在本发明中，该储能电站水消防灭火系统包括：消防控制主机；与消防控制主机通信链接的数据中继模块；用于对每一个电池箱的热失控特征量单独进行监测的PACK级可燃气体监测模块，PACK级可燃气体监测模块与数据中继模块通信链接，用于向数据中继模块发送本电池箱的热失控监测参数；以及，以市政自来水为消防水源的水消防灭火子系统，水消防灭火子系统包括有对应于每一个电池箱而单独设置的消防管路组件，消防管路组件与消防控制主机控制连接。此外，本发明还提供了一种储能电站水消防灭火系统运行方法，在该方法中：本发明由PACK级可燃气体监测模块实时探测电池包热失控所引发的温度、烟雾变化、特征气体、电解液泄漏等早期特征，并将监测到的特征数据上传至数据中继模块，同时，从控制器(BMU)实时采集电池包的电压、温度、运行参数等数据，并可将这些数据上传至主控制器(BCU)；PACK级可燃气体监测模块与从控制器交换数据，数据中继模块与主控制器交换数据，消防控制主机与总控制器交换数据，由消防控制主机汇总数据并对电池热失控进展进行综合评估；如果电池热失控特征参量以及烟温感变化触发消防预警阈值，消防控制主机启动防爆排烟风机，同时打开电动百叶窗，将电池舱内可燃气体迅速排出，以降低爆炸风险；如果电池热失控特征参量以及烟温感变化恢复正常，消防控制主机关闭防爆排烟风机，同时关闭电动百叶窗；如果电池热失控特征参量以及烟温感变化继续升高，并触发消防喷淋阈值时(阈值设置有两个阶段，一个阶段是触发消防预警，一个阶段是触发消防喷淋)，消防控制主机关闭防爆排烟风机以及电动百叶窗，联动主控制器断开各个电池箱内置的高压继电器(第一高压继电器)，联动总控制器断开电池簇上的高压继电器(第二高压继电器)，打开消防管路上的电磁阀开关，启动消防泵组，执行消防喷淋动作，将消防水注入到发生热失控的电池箱内，完成全浸没式水消防灭火，同时开启声光报警器发出消防警报。

通过上述结构设计，本发明针对目前储能电站广泛采用以七氟丙烷或全氟己酮为灭火抑制剂的火灾防控系统所存在的灭火后可能引发二次复燃，不能完全阻隔热失控扩散，以及无法与电池管理系统形成有效联动两大弊端，提出了一种用于储能电站的水消防灭火系统及方法，通过采用水作为灭火抑制剂直接喷放到发生热失控的电池箱内部，直接作用于热失控电池，实现了全淹没式的PACK级水消防和快速灭火，彻底解决了降温冷却和二次复燃问题。同时，将BMS纳入消防联动控制，火灾防控系统不作为独立的消防控制系统单独运行，将原本独立的三级消防控制器架构和原本独立的三级BMS架构按照储能电池系统的PACK级管理、簇级管理、堆级管理，相互之间依次建立垂直通信和横向通信链接关系，实时进行数据交互与控制，在电池热失控触发消防预警或消防喷淋动作时，联动控制BMS提前断开电池箱内高压继电器和高压箱内高压继电器，杜绝了在注入消防水时可能导致的次生电气火灾问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为现有技术中储能电站广泛采用的火灾防控系统控制拓扑图。

图2为本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统的控制拓扑图。

图3为本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统的通信链接拓扑图。

图4为本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统运行方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

请参考图2至图4，其中，图2为本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统的控制拓扑图；图3为本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统的通信链接拓扑图；图4为本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统运行方法的流程图。

在本发明中，通过采用市政自来水作为灭火抑制剂直接喷放到发生热失控的电池箱内部，直接作用于热失控电池，实现全淹没式的PACK级水消防和快速灭火，彻底解决降温冷却和二次复燃问题。但是，采用普通自来水作为灭火抑制剂却存在着一个技术难点：储能电池系统电压等级最高可达上千伏，而电池系统高压电气开关一般位于电池簇上的高压箱(PDU)内，通过BMS联动控制只能切断簇级的高压电气开关，而PACK级电池箱内并无高压电气开关，也就无法断开电池箱之间的高压电气连接，电池箱的电压等级仍然高达上千伏，如此高的电压等级在消防水注入到电池箱内后会产生高压电气短路和绝缘漏电，进而可能引发次生电气火灾，导致火灾爆发面进一步扩大和蔓延，必须引起高度重视。如何在水消防灭火方案中规避高压电气短路和绝缘漏电问题也是本发明要解决的另一个技术难点。

地方标准《DB11/T 1893-2021电力储能系统建设运行规范》第5.7.4.5节中明确提出：火灾危险性为甲、乙类的集装箱式储能系统，其电池布置区域应设置消防水泵接合器和浸没式水冷却装置，确保淹没储能单元或电池单元的时间不超过10min。单个额定能量不超过500kWh的分散式储能装置宜采用浸没式水冷却装置。另外，行业标准《CCCF/XFJJ-01电动客车锂离子动力电池箱火灾防控装置通用技术要求》第8.2节中明确规定：火灾防控装置应满足抑制介质开始喷放后90s内扑灭明火，明火扑灭后30min内不应出现复燃现象。

基于此，与现有技术相比，本发明提出了一种储能电站水消防灭火系统，该储能电站水消防灭火系统舍弃了以七氟丙烷或全氟己酮作为灭火抑制剂的方案，而采用取用方便，价格低廉的市政自来水作为灭火抑制剂直接喷放到发生热失控的电池箱内部，对电池箱进行全淹没式水覆盖，实现快速灭火，有效解决降温冷却和二次复燃问题。同时，采用普通自来水作为抑制介质的消防灭火方案也是符合相关消防法规的。

但是，本发明提出的水消防灭火方案又不同于地方标准《DB11/T 1893-2021电力储能系统建设运行规范》第5.7.4.5节提出的在集装箱外设置DN150/DN100/DN65消防栓接口和消防水泵接合器，用以连接救援消防车和室外消火栓，在该规范中，其设置目的是当火灾蔓延已经形成或可能存在继续扩大化的情况，为了有效防止事故的进一步扩大化，实施以大剂量漫灌式消防水注入集装箱内。而本发明提出的水消防灭火方案实施的是PACK级水消防，而不是空间级水消防。具体地，在本发明中，储水罐设置在储能电站内部，用于储存市政自来水或者水基型灭火剂，当某一个电池箱发生热失控时，可以及时将消防水喷放到发生热失控的电池箱内部，实现该电池箱的靶向灭火，防止热失控扩散到毗邻的其它电池箱上，PACK级水消防也是为了防止整舱电池因水全漫灌而报废，将损失降到最低。

本发明中灭火剂优选为水，例如市政自来水，也可以采用水基型灭火剂，水基型灭火剂是指水基型灭火器所使用的灭火药剂，其主要成分为表面活性剂以及水。当然，其他水基型的灭火物质(以水为溶液，溶解有其他化学成分的，具有灭火功能的溶液)也可应用于本发明中。

团体标准《T/CEC 373-2020预制舱式磷酸铁锂电池储能电站消防技术规范》第4.3.1节中明确规定：电池管理系统应符合GB/T 34131的规定，还应符合下列要求：a)具备电池过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、绝缘保护等电量保护功能，具备过温、可燃气体等非电量保护功能，发出分级告警信号或跳闸指令；b)具有与气体监测、火灾自动报警系统的联动接口，接收火灾预警及火灾探测信号，发出相关联动控制指令。

基于此，与现有技术相比，本发明提出的储能电站水消防灭火系统将BMS纳入消防联动控制，火灾防控系统不作为独立的消防控制系统单独运行，消防控制主机与电池管理系统建立通信链接和数据交互；电池热失控判定依据综合评估可燃气体特征参量的变化以及电池管理系统运行参数；电池热失控触发消防预警或消防喷淋动作时，BMS执行消防控制主机下发的联动控制高压电气开关、空调、风机、门禁系统等指令。

本发明提供了一种储能电站水消防灭火系统，用于实现储能电站在发生电池热失控后的PACK级水消防，在本发明中，该储能电站水消防灭火系统的基本组成结构如下，包括：消防控制主机(储能电站水消防灭火系统的控制中心)、数据中继模块(用于实现数据的中继传输以及数据共享)、PACK级可燃气体监测模块(设置在每一个单独电池箱内部的消防监控装置)以及水消防灭火子系统(采用储水罐储存市政自来水，可以对每一个单独的电池箱进行靶向喷水灭火的子系统)。

对于传统的储能电站而言，储能电站包括有总控制器(BAU)、主控制器(BCU)以及从控制器(BMU)，一个储能电站包括有多个电池簇，一个电池簇由多个电池箱组成，从控制器设置于每一个电池箱内(即每一个电池箱内都设置有一个从控制器，用于对电池箱的温度、电压以及运行状态进行监控)，从控制器与主控制器通信链接、主控制器与总控制器通信链接、并形成第一垂直通信连接关系。

对于本发明所提供的储能电站水消防灭火系统而言，该系统也具备其独立的控制子系统，控制子系统包括有消防控制主机、数据中继模块以及PACK级可燃气体监测模块，每一个电池箱都设置有一个对其进行单独监测的PACK级可燃气体监测模块，PACK级可燃气体监测模块与数据中继模块通信链接，用于向数据中继模块发送本电池箱的热失控监测参数。

具体地，热失控监测参数(也就是热失控特征量)包括电池包内周围环境的温度参数、电池包内周围环境中的烟雾浓度参数、电池包内周围环境中的烷烃类气体浓度参数以及电池包内周围环境中的一氧化碳浓度参数中的一种或任意几种的组合。在本发明中，本发明主要是以电池的温度参数(可以由从控制器获取)、电池包内周围环境中的烟雾浓度参数、电池包内周围环境中的烷烃类气体浓度参数以及电池包内周围环境中的一氧化碳浓度参数作为是否发生热失控(或者是发生起火)的判断依据，因此，PACK级可燃气体监测模块所设置的传感器就包括了烟雾传感器、VOC传感器以及CO传感器，获取温度的温度传感器可以采用现有电池箱内设置的温度传感器，该温度传感器由从控制器连接获取温度信号。当然，本发明也可以再根据电池箱的发热点进行重点布防，进行重点布防的温度传感器可以连接到从控制器上，也可以连接到可燃气体监测模块上。

水消防灭火子系统是一套以市政自来水为消防水源的消防用管路系统，水消防灭火子系统包括有对应于每一个电池箱而单独设置的消防管路组件(具体可以包括有连接用的管路以及设置在管路末端的喷头，设置有喷头的末端管路上，也就是送水分支管路上设置有电磁阀，电磁阀为常闭状态，当需要进行喷水消防时才受消防控制主机的控制打开进行靶向喷水灭火)，消防管路组件与消防控制主机控制连接。

喷头是管路末端用于喷水的结构，本发明对于喷头的结构不进行限定，任何通过改变喷头结构而改变喷水形式的喷头均可应用于本发明中，例如喷洒形式、喷射形式、细水雾形式、雾化形式等。

具体地，水消防灭火子系统包括有与储水罐连接的消防水泵、与消防水泵连接的消防管路组件，消防管路组件与储水罐之间通过送水分支管路连接，于送水分支管路上设置有消防电磁阀；消防水泵以及消防电磁阀与消防控制主机控制连接。消防管路组件的具体管路布设在此不进行限定，以不影响电池箱的布置并且可以对每一个电池箱都能够进行单独喷水灭火为设计标准。

具体地，消防控制主机与数据中继模块通信链接、数据中继模块与PACK级可燃气体监测模块通信链接、并形成第二垂直通信连接关系；消防控制主机与总控制器通信链接形成堆级管理横向通信连接关系，数据中继模块与主控制器通信链接形成簇级管理横向通信连接关系，PACK级可燃气体监测模块与从控制器通信链接形成PACK级管理横向通信连接关系。基于上述的通信拓扑结构，本发明具体通信方式如下：可以由PACK级可燃气体监测模块向数据中继模块发送数据、数据中继模块可以向消防控制主机发送数据、数据中继模块可以向主控制器分享数据、消防控制主机与总控制器可以实现数据交互并根据总的数据信息(包括由从控制器获取的电池箱的温度、电压以及运行状态信息，还包括由PACK级可燃气体监测模块获取的多个信息参数)综合评估电池热失控进展。

在上述内容中，本发明定义了堆级管理、簇级管理以及PACK级管理，其具体含义如下：在一个储能电站中，由若干个锂电池单体串并联组成一个电池箱，由若干个电池箱串联组成一个电池簇，由若干个电池簇并联组成一个电池堆，对电池箱的管理即PACK级管理，对电池簇的管理即簇级管理，对电池堆的管理即堆级管理。

进一步地，于每一个电池箱内均设置有用于实现本电池箱电路通断控制的高压继电器，高压继电器为第一高压继电器；主控制器与第一高压继电器控制连接、并可与消防控制主机联动向第一高压继电器发出断开控制指令。电池箱设置有多个，多个电池箱级联形成有电池簇；于电池箱的上层设置有用于实现本电池簇电路通断控制的高压继电器，高压继电器为第二高压继电器；总控制器与第二高压继电器控制连接、并可与消防控制主机联动向第二高压继电器发出断开控制指令。本发明在每一个电池箱上设置有一个高压继电器(第一高压继电器)同时针对每一个电池簇也设置有一个高压继电器(第二高压继电器)，可以在电池发生热失控时针对性地切断某一个电池簇以及某一个电池箱，其控制更加精准。

储能电站一般都会设置有一个电站外部结构，可以是一个大型的箱体，比如储能集装箱，也可以是一个建构筑物，无论采用哪种电站外部结构，储能电站都会设置有通风窗口，于通风窗口上设置有可控百叶窗(电动百叶窗)，于通风窗口上还设置有防爆排烟风机，可控百叶窗以及防爆排烟风机与消防控制主机控制连接，可控百叶窗以及防爆排烟风机受消防控制主机的控制。

进一步地，本发明还包括有用于显示当前储能电站消防信息的消防显示模块，消防显示模块与消防控制主机控制连接。

进一步地，本发明还包括有用于进行消防报警的声光报警器，声光报警器与消防控制主机控制连接。

基于上述的储能电站水消防灭火系统，本发明还提供了一种储能电站水消防灭火系统运行方法，该储能电站水消防灭火系统运行方法包括：步骤一、通过PACK级可燃气体监测模块对每一个电池箱进行热失控监测；步骤二、由消防控制主机对热失控监测参数进行数据处理；步骤三、根据数据处理结果对储能电站进行排烟通风控制以及喷水灭火控制。

具体地，在步骤一中，由电池箱内设置的从控制器获取本电池箱内电池当前电压、温度以及运行参数并上传至主控制器；在步骤二中，由主控制器进行数据交互，热失控监测参数由数据中继模块进行数据交互；在步骤三中，在触发消防报警初期，首先进行排烟通风，如果热失控监测参数、电池当前电压、温度以及运行参数恢复正常，则停止排烟通风，如果热失控监测参数、电池当前电压、温度以及运行参数继续异常，则关闭排烟通风，并进行靶向的电池箱水灭火。

本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统，其系统控制拓扑如图2所示。

将原本独立运行的三级消防控制器架构：可燃气体监测模块、数据中继模块、消防控制主机，与原本独立运行的三级BMS架构：BMU、BCU、BAU，按照储能电池系统的PACK级管理、簇级管理、堆级管理，相互之间依次建立垂直通信链接关系和横向通信链接关系，实时进行数据交互与控制。具体通信链接拓扑图如图3所示。

本发明提出的储能电站水消防灭火系统为了解决在注入消防水时导致高压电气短路和绝缘漏电的问题，在电池箱内增加了控制高压电气回路通断的高压继电器，当电池热失控触发消防喷淋动作时，数据中继模块联动BCU先断开电池箱内的高压继电器，消防控制主机联动BAU再断开电池簇上高压箱内的高压继电器，然后消防控制主机再执行消防喷淋动作。

本发明提出的一种储能电站水消防灭火系统可快速扑灭明火，能有效抑制电池热失控的持续发生，彻底杜绝电池复燃，从根本上解决储能电站的安全问题。

本发明所提供的储能电站水消防灭火系统，其对储能电站的控制方法和灭火工作过程如图4所示，可分为四大步，具体描述如下：

(1)PACK级可燃气体探测：可燃气体监测模块实时探测锂电池热失控引发的温度及烟雾变化、特征气体、电解液泄漏等早期特征，并将监测到的特征数据上传至数据中继模块；BMU实时采集电池电压温度等模拟量数据和运行参数，并将相关电池数据上传至BCU；

(2)信息交互及综合评估：可燃气体监测模块与BMU交换数据，数据中继模块与BCU交换数据，消防控制主机与BAU交换数据，消防控制主机对电池热失控进展进行综合评估；

(3)消防预警及联动控制：电池热失控特征参量及烟温感变化触发消防预警阈值时，消防控制主机启动防爆排烟风机，打开电动百叶窗，将电池舱内可燃气体迅速排出集装箱外，降低爆炸浓度；

(4)PACK级水消防喷淋及联动控制：如果电池热失控特征参量及烟温感变化恢复正常，消防控制主机关闭防爆排烟风机和电动百叶窗；如果电池热失控特征参量及烟温感变化继续升高，并触发消防喷淋阈值时，消防控制主机关闭防爆排烟风机和电动百叶窗，联动BCU断开各电池箱内高压继电器，联动BAU断开电池簇上高压箱内高压继电器，打开消防管路电磁阀开关，启动消防泵组，执行消防喷淋动作，将消防水注入到发生热失控的电池箱内，完成全浸没式水消防灭火，同时开启舱外声光报警器发出消防警报。

本发明的创新点在于：

1、本发明提出的储能电站水消防灭火系统是一套用于储能电站的水消防灭火系统，其采用市政自来水作为灭火抑制剂直接喷放到发生热失控的电池箱内部，直接作用于热失控电池，实现了全淹没式的PACK级水消防和快速灭火，彻底解决了降温冷却和二次复燃问题；

2、本发明提出的储能电站水消防灭火系统将BMS纳入消防联动控制，将原本独立运行的三级消防控制器架构与原本独立运行的三级BMS架构按照储能电池系统的PACK级管理、簇级管理、堆级管理，相互之间依次建立垂直通信和横向通信链接关系，实时进行数据交互与控制。同时在电池箱内增加了控制高压电气回路通断的高压继电器，当电池热失控触发消防预警或消防喷淋动作时，联动控制BMS提前断开电池箱内高压继电器和高压箱内高压继电器，杜绝了在注入消防水时可能导致的次生电气火灾问题。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电站水消防灭火系统，用于实现储能电站在发生电池热失控后的PACK级水消防，其特征在于，包括：

消防控制主机；

与所述消防控制主机通信链接的数据中继模块；

用于对每一个电池箱热失控特征量单独进行监测的PACK级可燃气体监测模块，所述PACK级可燃气体监测模块与所述数据中继模块通信链接，用于向所述数据中继模块发送本电池箱的热失控监测参数；

水消防灭火子系统，所述水消防灭火子系统包括有用于储水或者水基型灭火剂的储水罐以及与所述储水罐连接并对应于每一个电池箱而单独设置的消防管路组件，所述消防管路组件与所述消防控制主机控制连接，所述储水罐设置于储能电站内部、用于实现对电池箱的全淹没式水覆盖以实现快速灭火。

2.根据权利要求1所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

所述储能电站包括有电池管理系统以及消防控制系统，所述电池管理系统包括有总控制器、主控制器以及从控制器，所述消防控制系统包括有所述消防控制主机、所述数据中继模块以及所述PACK级可燃气体监测模块；

所述从控制器设置于每一个电池箱内，所述从控制器与所述主控制器通信链接、所述主控制器与所述总控制器通信链接、并形成第一垂直通信连接关系；

所述消防控制主机与所述数据中继模块通信链接、所述数据中继模块与所述PACK级可燃气体监测模块通信链接、并形成第二垂直通信连接关系；

所述消防控制主机与所述总控制器通信链接形成堆级管理横向通信连接关系，所述数据中继模块与所述主控制器通信链接形成簇级管理横向通信连接关系，所述PACK级可燃气体监测模块与所述从控制器通信链接形成PACK级管理横向通信连接关系。

3.根据权利要求2所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

于每一个所述电池箱内均设置有用于实现本电池箱电路通断控制的高压继电器，所述高压继电器为第一高压继电器；

所述主控制器与所述第一高压继电器控制连接、并可与所述消防控制主机联动向所述第一高压继电器发出断开控制信号。

4.根据权利要求3所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

所述电池箱设置有多个，多个所述电池箱级联形成有电池簇；

于所述电池箱的上层设置有用于实现本电池簇电路通断控制的高压继电器，所述高压继电器为第二高压继电器；

所述总控制器与所述第二高压继电器控制连接、并可与所述消防控制主机联动向所述第二高压继电器发出断开控制信号。

5.根据权利要求1所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

所述储能电站设置有通风窗口，于所述通风窗口上设置有可控百叶窗，于所述通风窗口上还设置有防爆排烟风机；

所述可控百叶窗以及所述防爆排烟风机与所述消防控制主机控制连接。

6.根据权利要求1所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

还包括有用于显示当前储能电站消防信息的消防显示模块；

所述消防显示模块与所述消防控制主机控制连接。

7.根据权利要求1所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

还包括有用于进行消防报警的声光报警器；

所述声光报警器与所述消防控制主机控制连接。

8.根据权利要求1所述的储能电站水消防灭火系统，其特征在于，

所述水消防灭火子系统包括有与所述储水罐连接的消防水泵以及所述消防管路组件，所述储水罐设置于所述储能电站内部，所述消防管路组件与所述储水罐之间通过送水分支管路连接，于所述送水分支管路上设置有消防电磁阀；

所述消防水泵以及所述消防电磁阀与所述消防控制主机控制连接。

9.一种储能电站水消防灭火系统运行方法，其特征在于，包括：

步骤一、通过PACK级可燃气体监测模块对每一个电池箱进行热失控监测；

步骤二、由消防控制主机对热失控监测参数进行数据处理；

步骤三、根据数据处理结果对储能电站进行排烟通风控制以及喷水灭火控制。

10.根据权利要求9所述的储能电站水消防灭火系统运行方法，其特征在于，

在所述步骤一中，由电池箱内设置的从控制器获取本电池箱内电池当前电压、温度以及运行参数并上传至主控制器；

在所述步骤二中，由所述主控制器进行数据交互，所述热失控监测参数由数据中继模块进行数据交互；

在所述步骤三中，在触发消防报警初期，首先进行排烟通风，如果热失控监测参数、电池当前电压、温度以及运行参数恢复正常，则停止排烟通风，如果热失控监测参数、电池当前电压、温度以及运行参数继续异常，则关闭排烟通风，并进行靶向的电池箱水灭火。

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