电池舱灭火装置及方法与流程

1.本发明涉及电池灭火技术领域，特别涉及一种电池舱灭火装置及方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，锂离子电池储能技术发展迅速，但是锂离子储能电池是巨大的能量载体，不仅包含存储的电能，锂离子储能电池内部易燃的电极、有机电解液在热失控时燃烧和分解也会产生巨大的能量，导致锂离子储能电池起火爆炸时的安全风险很大。近年来，锂离子储能电池火灾事故频发。
3.锂离子储能电池的安全性问题归根于锂离子储能电池的热失控。热失控是指电池内部由于连锁反应引起温升速率急剧变化的过热现象，是引发电池冒烟、起火燃烧以及爆炸的根本原因。目前锂离子储能电池灭火主要采用细水雾和七氟丙烷电池舱灭火装置。细水雾电池舱灭火装置采用水灭火，水导电，释放到电池和电气设备上将造成设备短路。七氟丙烷灭火剂无法降温，更无法抑制电池热失控，难以扑灭锂离子电池火灾，灭火速度极慢。因此亟需开发高效安全且低成本的锂电池储能系统灭火方法和系统。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种电池舱灭火装置及方法，旨在解决现有技术中电池舱灭火装置灭火速度慢的技术问题。
5.为实现上述目的，所述电池舱内容置有电池模组，本发明提出的所述电池舱灭火装置包括：火灾探测机构，安装于所述电池舱内并靠近所述电池模组设置；排风机构，安装于所述电池舱内并用于将所述电池舱中的气体排出；液冷抑火机构，包括液冷管道和安装于所述液冷管道上的抑火喷嘴，所述液冷管道紧贴于所述电池模组的外表面且所述液冷管道内容置有液冷抑火介质，所述抑火喷嘴用于供所述液冷抑火介质喷出；控制器，所述火灾探测机构、所述排风机构以及所述抑火喷嘴均与所述控制器电连接，所述火灾探测机构被配置为检测火灾发生信号，并将检测到的火灾发生信号发送至所述控制器，所述控制器被配置为根据火灾发生信号控制同步开启所述排风机构和所述抑火喷嘴。
6.可选的，所述电池舱灭火装置还包括：测温模块，所述测温模块用于获取所述电池舱内的温度，且所述测温模块与所述控制器电连接，所述控制器被配置为在所述电池舱内的温度低于明火温度时同步关闭所述排风机构和所述抑火喷嘴；气冷降温机构，包括气冷管道和安装于所述气冷管道上的降温喷嘴，所述降温喷嘴对应所述电池模组的位置设置，所述气冷管道用于供降温介质进入所述降温喷嘴，所述控制器被配置为在所述电池舱内的温度低于明火温度且高于热失控温度时打开所述气冷管道，并在所述电池舱内的温度低于热失控温度时关闭所述气冷管道。
7.可选的，所述气冷管道的数量为多个，所述降温喷嘴和所述气冷管道的数量一致且一一对应设置；所述气冷降温机构还包括：气冷存储器，用于存储所述降温介质，所述气冷存储器上设置有用于对所述降温介质持续降温的冷冻模块；开启阀，多个所述气冷管道
通过气冷主管与所述气冷存储器连接，所述开启阀安装于所述气冷主管，所述开启阀与所述控制器电连接且所述开启阀用于打开或关闭所述气冷主管。
8.可选的，所述液冷管道的数量为多个，所述抑火喷嘴和所述液冷管道的数量一致且一一对应设置；所述液冷抑火机构还包括：液冷存储器，用于存储所述液冷抑火介质；分流器，所述液冷管道的入口通过所述分流器与所述液冷存储器管道连接；集流器，所述液冷管道的出口通过所述集流器与所述液冷存储器管道连接。
9.可选的，所述液冷抑火机构还包括与所述控制器电连接的节流阀，所述节流阀设置于所述分流器和所述液冷存储器之间的管道上，所述控制器被配置为根据所述电池舱内的温度控制所述节流阀的开度。
10.可选的，所述降温介质为氮气、氩气、氦气、二氧化碳中的一种或多种的组合。
11.可选的，所述火灾探测机构包括感烟组件、感温组件、可燃气体探测组件、压力监测组件中的一种或多种的组合。
12.可选的，所述液冷抑火介质为全氟丁基甲醚、全氟丁基乙醚、全氟丁基丙醚、全氟丙基甲醚、全氟丙基乙醚、全氟乙基甲醚、全氟乙基丁醚、全氟甲基丁醚、全氟丙基丁醚、全氟甲基戊醚、全氟甲基乙醚、全氟甲基丙醚、全氟甲基溴甲基醚、1
‑1‑
二氟甲基溴甲基醚、全氟
‑2‑
甲基戊烷
‑3‑
甲氧基醚、全氟
‑2‑
甲基己烷
‑3‑
乙氧基醚、全氟c6环醚、全氟c7环醚、全氟c8环醚、五氟丁烯、六氟丁烯、四氟丁烯、2
‑
溴三氟丙烯、全氟三丙胺、全氟三丁胺、全氟三戊胺、全氟二甲基乙基胺、全氟二甲基乙烯基胺中的一种或多种的组合。
13.本发明还提出一种电池舱灭火方法，
14.所述电池舱灭火方法包括以下步骤：
15.控制器获取电池舱内是否存在火灾发生信号；
16.在所述电池舱内存在火灾发生信号的情况下，开启排风机构，以排出所述电池舱内的气体，同时开启抑火喷嘴，以使液冷介质对所述电池舱进行冷却；
17.获取所述电池舱内的温度；
18.在所述电池舱内的温度低于明火温度且高于热失控温度的情况下，关闭所述排风机构和所述抑火喷嘴，并控制气冷管道向电池模组喷出降温介质；
19.在所述电池舱内的温度低于所述热失控温度的情况下，关闭所述气冷管道。
20.可选的，所述降温介质的用量根据以下公式得到：
21.w＝k q/c
p
(t
‑
t)；
22.其中，w为降温介质用量；c
p
为降温介质的比热容；t2为热失控的温度； t1为降温介质的温度；k为降温介质的冷却效率；q1为电池模组单位时间内发生火灾产生的热量。
23.本发明的技术方案中，电池舱内的电池模组工作时，液冷管道内的液冷抑火介质为电池模组进行持续冷却降温，可保证电池模组始终处于明火温度以下，提高了电池舱的使用安全性，同时火灾探测机构实时检测电池舱内是否存在火灾发生信号，在火灾探测机构检测到火灾发生信号时，控制器控制排风机构开启，使排风机构能将电池舱内的可燃气体排出，控制器控制抑火喷嘴开启。液冷管道紧贴于述电池模组的外表面，液冷抑火介质能从抑火喷嘴快速喷至电池模组，在发生火灾后，可迅速防止明火的蔓延和扩散，将火灾控制在小规模范围内，同时结合可燃气体排出，能更快迅速地抑止火灾。本发明电池舱灭火装置通过液冷抑火机构对电池模组持续冷却降温的同时，结合排风机构和液冷抑火机构在检测
到火灾发生信号时，同步对电池舱内进行排气和液冷抑火介质降温，采用隔氧和冷却相结合的双重灭火方式，能快速抑制明火并将火灾扑灭，提高了灭火效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
25.图1为本发明一实施例电池舱灭火装置的装配示意图；
26.图2为本发明一实施例电池舱灭火方法的流程示意图。
27.附图标号说明：
28.标号名称标号名称100电池舱灭火装置38抑火选择阀1火灾探测机构39冷凝器2排风机构4控制器3液冷抑火机构5测温模块31液冷管道6气冷降温机构32抑火喷嘴61气冷管道33液冷存储器62降温喷嘴34分流器63气冷存储器35集流器64开启阀36节流阀65气冷主管37压缩机200电池舱
29.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
32.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.本发明提出一种电池舱灭火装置。
34.如图1所示，在本发明一实施例中，电池舱灭火装置100包括火灾探测机构1、排风机构2、液冷抑火机构3以及控制器4；火灾探测机构1安装于电池舱200内并靠近电池模组设置；排风机构2安装于电池舱200内并用于将电池舱200中的气体排出；液冷抑火机构3，包括液冷管道31和安装于液冷管道31上的抑火喷嘴32，液冷管道31紧贴于电池模组的外表面且液冷管道31内容置有液冷抑火介质，抑火喷嘴32用于供液冷抑火介质喷出；火灾探测机构1、排风机构2以及抑火喷嘴32均与控制器4电连接，火灾探测机构1被配置为检测火灾发生信号，并将检测到的火灾发生信号发送至控制器4，控制器4被配置为根据火灾发生信号控制同步开启排风机构2和抑火喷嘴32，本实施例中的排风机构2可采用排气风扇。
35.本实施例电池舱200内的电池模组工作时，液冷管道31内的液冷抑火介质为电池模组进行持续冷却降温，可保证电池模组始终处于明火温度以下，提高了电池舱200的使用安全性，同时火灾探测机构1实时检测电池舱200 内是否存在火灾发生信号，在火灾探测机构1检测到火灾发生信号时，控制器4控制排风机构2开启，使排风机构2能将电池舱200内的可燃气体排出，控制器4控制抑火喷嘴32开启。液冷管道31紧贴于述电池模组的外表面，液冷抑火介质能从抑火喷嘴32快速喷至电池模组，在发生火灾后，可迅速防止明火的蔓延和扩散，将火灾控制在小规模范围内，同时结合可燃气体排出，能更快迅速地抑止火灾。本实施例电池舱灭火装置100通过液冷抑火机构3 对电池模组持续冷却降温的同时，结合排风机构2和液冷抑火机构3在检测到火灾发生信号时，同步对电池舱200内进行排气和液冷抑火介质降温，采用隔氧和冷却相结合的双重灭火方式，能快速抑制明火并将火灾扑灭，提高了灭火效率。
36.在一实施例中，电池舱灭火装置100还包括测温模块5和气冷降温机构6；测温模块5用于获取电池舱200内的温度，且测温模块5与控制器4电连接，控制器4被配置为在电池舱200内的温度低于明火温度时同步关闭排风机构2 和抑火喷嘴32；气冷降温机构6包括气冷管道61和安装于气冷管道61上的降温喷嘴62，降温喷嘴62对应电池模组的位置设置，气冷管道61用于供降温介质进入降温喷嘴62，控制器4被配置为在电池舱200内的温度低于明火温度且高于热失控温度时打开气冷管道61，并在电池舱200内的温度低于热失控温度时关闭气冷管道61，本实施例中的降温介质为低温惰性气体，可稀释电池舱200中的可燃气体并起到抑爆的作用，同时清洁性较好，不污染环境。
37.在火灾探测机构1检测到电池舱200内存在火灾发生信号后，排风机构2 和液冷抑火机构3首先快速抑制火灾，防止火情扩散，同时测温模块5开始实时检测电池舱200内的温度，并在电池舱200内的温度低于明火温度时同步关闭排风机构2和抑火喷嘴32，在电池舱200内的温度低于明火温度且高于热失控温度时打开气冷管道61，利用降温介质对电池模组进行持续冷却，在电池舱200内的温度低于热失控温度时关闭气冷管道61，测温模块5持续实时检测电池舱200内的温度，并在电池舱200内的温度低于明火温度且高于热失控温度时打开气冷管道61，降温介质形成循环脉冲式持续释放，直至电池模组热失控产生的热量均被降温介质吸收殆尽，热失控反应终止。本实施例通过排风机构2、液冷抑火机构3以及气冷降温机构6三者之间的配合，能保证明火被扑灭后电池模组的热失控被抑制，可防止火灾复燃，提高了电池舱200灭火的安全性。
38.在另一实施例中，为进一步加快灭火速度，火灾探测机构1检测到电池舱200内存
在火灾发生信号后，控制器4同步开启排风机构2、抑火喷嘴32 以及气冷管道61，采用排气、液冷结合气冷的三重灭火方式进行快速灭火，并在电池舱200内的温度低于明火温度时关闭排风机构2和抑火喷嘴32，仅采用循环脉冲式持续释放的降温介质抑制热失控，直至电池模组热失控的热量被降温介质吸收殆尽。
39.本实施例中，气冷管道61的数量为多个，降温喷嘴62和气冷管道61的数量一致且一一对应设置；气冷降温机构6还包括：气冷存储器63，用于存储降温介质，气冷存储器63上设置有用于对降温介质持续降温的冷冻模块；开启阀64，多个气冷管道61通过气冷主管65与气冷存储器63连接，开启阀 64安装于气冷主管65，开启阀64与控制器4电连接且开启阀64用于打开或关闭气冷主管65。气冷存储器63对降温介质的储存温度为
‑
50℃至0℃，可对降温介质进行长期稳定保存，保证降温介质不变质。气冷存储器63通过气冷主管65对多个气冷管道61进行降温介质供应，使多个降温喷嘴62同时对电池模组进行热失控抑制，可加快电池模组的热失控终止，能进一步提高火灾扑灭速度。
40.本实施例电池舱灭火装置100中，液冷管道31的数量为多个，抑火喷嘴 32和液冷管道31的数量一致且一一对应设置；液冷抑火机构3还包括液冷存储器33、分流器34以及集流器35；液冷存储器33用于存储液冷抑火介质；液冷管道31的入口通过分流器34与液冷存储器33管道连接；液冷管道31 的出口通过集流器35与液冷存储器33管道连接。如图1所示，本实施例中的液冷抑火机构3还包括压缩机37和冷凝器39，压缩机37安装于集流器35 与液冷存储器33之间的管道上，冷凝器39安装于液冷存储器33和压缩机37 之间的管道上，200内的电池模组正常工作时，液冷管道31内的液冷抑火介质为电池模组进行持续冷却降温，此时的液冷抑火介质依次通过液冷存储器33、分流器34进入液冷管道31，并从液冷管道31依次通过集流器35、压缩机37以及冷凝器39回流至液冷存储器33，分流器34可保证各液冷管道31 内液冷抑火介质的均衡性，可避免局部不能灭火的情况，集流器35和压缩机 37可使液冷抑火介质快速回流，从而保证液冷抑火介质的循环降温效率。
41.如图1所示，液冷抑火机构3还包括与控制器4电连接的节流阀36，节流阀36设置于分流器34和液冷存储器33之间的管道上，控制器4被配置为根据电池舱200内的温度控制节流阀36的开度。在电池舱200内温度高于明火温度，且电池舱200内的温度较高水平时，控制器4加大节流阀36的开度，提高液冷抑火介质的喷发量，在电池舱200内温度高于明火温度，且电池舱 200内的温度处于较低水平时，控制器4减小节流阀36的开度，降低液冷抑火介质的喷发量，避免不必要的液冷抑火介质喷发。
42.在一实施例中，各液冷管道31上均安装有一个抑火选择阀38，也可通过手动关闭抑火选择阀38的方式对液冷抑火介质进行关停，以方便操作员对电池舱灭火装置100的操控。
43.本实施例中，降温介质为氮气、氩气、氦气、二氧化碳中的一种或多种的组合。采用以上气体作为降温介质，便于取材且惰性较强，且较现有技术中的七氟丙烷等气体灭火剂成本低，经济性好。火灾探测机构1包括感烟组件、感温组件、可燃气体探测组件、压力监测组件中的一种或多种的组合。可准确感知电池舱200的火灾发生信号，提高了电池舱灭火装置100的灭火精确性，且本实施例中的火灾探测机构1靠近电池模组设置，在电池舱200 内设置有多个电池模组时，火灾探测机构1、液冷抑火机构3以及气冷降温机构6的数量均与电池模组的数量一致且一一对应设置，在火灾探测机构1检测到与其对应的电池模组发生火
灾时，控制器4控制对应的液冷抑火机构3 气冷降温机构6进行相应的灭火操作。
44.本实施例中，液冷抑火介质为全氟丁基甲醚、全氟丁基乙醚、全氟丁基丙醚、全氟丙基甲醚、全氟丙基乙醚、全氟乙基甲醚、全氟乙基丁醚、全氟甲基丁醚、全氟丙基丁醚、全氟甲基戊醚、全氟甲基乙醚、全氟甲基丙醚、全氟甲基溴甲基醚、1
‑1‑
二氟甲基溴甲基醚、全氟
‑2‑
甲基戊烷
‑3‑
甲氧基醚、全氟
‑2‑
甲基己烷
‑3‑
乙氧基醚、全氟c6环醚、全氟c7环醚、全氟c8环醚、五氟丁烯、六氟丁烯、四氟丁烯、2
‑
溴三氟丙烯、全氟三丙胺、全氟三丁胺、全氟三戊胺、全氟二甲基乙基胺、全氟二甲基乙烯基胺中的一种或多种的组合。采用此种液冷抑火介质，可避免因液冷抑火介质导电而造成设备短路的情况，提高了电池舱灭火装置100的灭火安全性。
45.如图2所示，本发明还提出一种电池舱灭火方法，在本发明提供的电池舱灭火方法第一实施例中，电池舱灭火方法包括具体以下步骤：
46.步骤s10，控制器获取电池舱内是否存在火灾发生信号；
47.步骤s20，在所述电池舱内存在火灾发生信号的情况下，开启排风机构，以排出所述电池舱内的气体，同时开启抑火喷嘴，以使液冷介质对所述电池舱进行冷却；
48.步骤s30，获取所述电池舱内的温度；
49.步骤s40，在所述电池舱内的温度低于明火温度且高于热失控温度的情况下，关闭所述排风机构和所述抑火喷嘴，并控制气冷管道向电池模组喷出降温介质；
50.步骤s50，在所述电池舱内的温度低于所述热失控温度的情况下，关闭所述气冷管道。
51.本实施例中，在控制器实时获取到火灾发生信号的情况下，开启排风机构和抑火喷嘴，采用排气结合液冷的方式进行初期灭明火，避免火势扩散；同时控制器实时获取电池舱内的温度，在电池舱内的温度低于明火温度的情况下，关闭排风机构和抑火喷嘴，并打开气冷管道，在电池舱内的温度低于热失控温度的情况下，关闭气冷管道，采用降温介质对电池模组进行循环脉冲式降温，避免电池模组再次发生热失控而火灾复燃的情况。
52.另一实施例中，控制器获取到未存在火灾发生信号，控制液冷介质对电池模组进行循环冷却，从而保证电池模组的正常工作温度，避免电池模组热失控。
53.进一步地，根据本发明提供的电池舱灭火方法的第一实施例提出电池舱灭火方法的第二实施例，所述降温介质的用量根据以下公式得到：
54.w＝k q1/c
p t2‑
t1)；
55.其中，w为降温介质用量；c
p
为降温介质的比热容；t2为热失控的温度； t1为降温介质的温度；k为降温介质的冷却效率；q1为电池模组单位时间内发生火灾产生的热量。
56.在一实施例中，t2为100度，t1为
‑
15℃，冷却介质的冷却效率k为1.2， q1为电池模组单位时间内发生火灾产生的热量。经计算w＝1.2
×
1.1gj/ (0.840kj/(kg
·
℃)
×
(100+15))＝13665kg。通过以上公式，控制器能精确控制降温介质的排放量，避免降温不足或过度降温的情况，同时结合降温介质的比热容、降温介质的温度以及降温介质的冷却效率控制降温介质的用量，可实现不同降温介质不同喷发量的精确控制，能有效实现热失控的抑制。
57.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其
他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。