储能电站火灾预防方法

摘要

本发明公开的储能电站火灾预防方法，包括以下步骤：通过塞贝克半导体模块监测电池组确认热失控；热失控确认后采用液氮冷却热失控电池组及其相邻电池组并置换所在储能单元空气；向储能单元中送入氮气和雾状全氟己酮，拆除热失控电池组与储能单元的所有机械连接和电气控制线路；再次采用液氮冷冻并取出热失控电池组。本发明的储能电站火灾预防方法，采用塞贝克半导体模块监视电池组热失控，在火灾产生前及时发现隐患，通过注入液氮急速冷却从而对火灾产生的根源进行抑制，再通过注入氮气和全氟己酮预防偶发火星引起火灾，最后再次注入液氮对热失控电池组进行冷冻，保证取出安全，从而能够及时探测电池组的热失控并进行灭火处理。

权利要求

1.储能电站火灾预防方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过塞贝克半导体模块监测电池组确认热失控，塞贝克半导体模块包括与每个电池组连接的温差发电片，温差发电片上连接有报警器；确认热失控的具体方式为：电池组异常升温使温差发电片产生发电电压，温差发电片传递电信号给报警器，报警器第一次报警后强制复位，报警器再次报警后储能单元获取相邻电池组的温差发电片发电电压，如异常则确认热失控并联动储能单元断电；

步骤2、热失控确认后采用液氮冷却热失控电池组及其相邻电池组并置换所在储能单元空气；

步骤3、向储能单元中送入氮气和雾状全氟己酮，之后保持储能单元对环境正压，拆除热失控电池组与储能单元的所有机械连接和电气控制线路；

步骤4、再次采用液氮冷冻并取出热失控电池组，之后送至空旷环境，通过可控燃烧进行处理。

说明书

储能电站火灾预防方法

技术领域

[0001] 本发明属于储能电站技术领域，具体涉及一种储能电站火灾预防方法。

背景技术

[0002] 储能电站火灾事故多数发生在充电中或充电后休止中，此时电池电压较高，电池活性较大，并联电池簇间形成环流，导致电芯处于过充状态，电压升高形成内短路，易造成火灾事故；储能电站起火后，采用七氟丙烷等气体灭火装置，是通过隔绝氧气来实现灭火，但无法使电池降温，一旦有外部氧气进入，就易引起电池复燃，且电池燃烧过程中会产生一氧化碳、甲烷等易燃易爆气体，电池复燃后甚至可能引发气体爆炸。

[0003] 现有探测技术不足：

[0004] (1)温度变化是热失控最直接的标志。然而，以温度作为预警参数的方法存在一个较大的缺陷，即热电偶或者其他温度传感器在测量温度时会存在一定的延迟和误差，有可能导致预警系统检测的温度还未达到温度警戒线时就已经发生电池热失控现象。针对这一问题，有效的解决办法是采用响应时间更快、效率更高的红外成像技术对电池组进行热失控监测。但是热成像需要与被测物具有一段距离，同时热成像也容易受到阳光、反光的影响。

[0005] (2)内阻

[0006] 锂电池的内阻会随着电池的充放电状态(SOC)、工作环境温度、自身老化程度等变化而变化。当电池处于正常工作范围内时，电池的内阻随着温度的升高而降低，当电池脱离正常工作范围并开始出现热失控时，电池的内阻会出现明显的升高。电池内阻容易受到外部环境扰动的干扰，单一的电池内阻不适合作为判断热失控的依据，需要与其他参数共同分析判断是否出现热失控。

[0007] (3)电压

[0008] 锂电池发生热失控时，其电压会发生异常的变化，最终电压降为0V。电压的变化规律取决于触发热失控的方式，当电池由于针刺等机械滥用导致热失控时，电压一般会骤降至0V；对于电池滥用如过充引起的热失控，电压会持续增长，然后达到峰值后降为0V。然而，电压的变化规律极其复杂，不适合将电压作为检测热失控的唯一参数。

[0009] (4)特征气体

[0010] 热失控触发过程中，锂电池内部的正极、负极和电解液会发生一系列的副反应，并生成有CO2、CO、H2、烯烃和含氟烃类等多种气体。相比电压和温度信号，气体信号更适合作为电池热失控的检测参数。有研究根据锂电池发生副反应的各阶段反应现象与气体的质量浓度变化存在相互联系，提出采用H2、CO和CO2作为一级预警，HCl和HF作为二级预警的思路。然而，目前这些可燃气体探测器的灵敏度有限，为了提高预警成功率，一般考虑采用针对多种参数进行监测，如充放电电压、电流、电池温度及电池包内的燃气烟雾等多个信号进行监控，共同判断热失控的出现。

[0011] 现有灭火技术不足：

[0012] 热失控发展到不可控制阶段，如燃烧爆炸时，就要使用高效的灭火剂对电池进行灭火处理。然而，锂电池是一种含能物质，其火灾与普通火灾相比具有较大差异。其火灾具有燃烧剧烈、蔓延快速、毒性强、容易复燃等特点。

[0013] 气体灭火剂如卤代烷1301、CO2、七氟丙烷，虽然具有无颗粒物、无腐蚀、无残留的优点，但只能扑灭锂电池火灾的明火，其降温效果差，不能抑制火灾的复燃；液体水基灭火剂能瞬间蒸发火场大量的热能，降温效果明显，环境友好且成本低廉，但容易导致储能电站内的电池短路损坏。总而言之，对于锂电池火灾，固体灭火剂几乎没有灭火效果；气体灭火剂灭火效果较差；液体灭火剂灭火效果明显。

[0014] 储能电站中，一般采用集装箱式锂电池储能系统，该系统是由若干锂电池簇和电气设备组成并放置于密闭空间的单元集合。国内外在集装箱式锂电池储能系统消防装置的研究方面尚处于起步阶段，主要沿用传统的电气灭火装置，即采用气体灭火剂如七氟丙烷灭火装置，虽然对扑灭电池明火具有较好效果，但对抑制电池火灾复燃方面具有明显的短板。

发明内容

[0015] 本发明的目的在于提供一种储能电站火灾预防方法，能够及时探测电池组的热失控并进行灭火处理。

[0016] 本发明所采用的技术方案是：储能电站火灾预防方法，包括以下步骤：

[0017] 步骤1、通过塞贝克半导体模块监测电池组确认热失控；

[0018] 步骤2、热失控确认后采用液氮冷却热失控电池组及其相邻电池组并置换所在储能单元空气；

[0019] 步骤3、向储能单元中送入氮气和雾状全氟己酮，拆除热失控电池组与储能单元的所有机械连接和电气控制线路；

[0020] 步骤4、再次采用液氮冷冻并取出热失控电池组，将热失控电池组移至空旷环境并处理。

[0021] 本发明的特点还在于，

[0022] 步骤1中的塞贝克半导体模块包括与每个电池组连接的温差发电片，温差发电片上连接有报警器。

[0023] 步骤1中确认热失控的具体方式为：电池组异常升温使温差发电片产生发电电压，温差发电片传递电信号给报警器，报警器第一次报警后强制复位，报警器再次报警后储能单元获取相邻电池组的温差发电片发电电压，如异常则确认热失控并联动储能单元断电。

[0024] 步骤3中向储能单元中送入氮气和雾状全氟己酮后保持储能单元对环境正压。

[0025] 步骤4中拆除热失控电池组后送至空旷环境，通过可控燃烧进行处理。

[0026] 本发明的有益效果是：本发明的储能电站火灾预防方法，采用塞贝克半导体模块监视电池组热失控，在火灾产生前及时发现隐患，通过注入液氮急速冷却从而对火灾产生的根源进行抑制，再通过注入氮气和全氟己酮预防偶发火星引起火灾，最后再次注入液氮对热失控电池组进行冷冻，保证取出安全，从而能够及时探测电池组的热失控并进行灭火处理。

具体实施方式

[0027] 下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0028] 本发明提供了一种储能电站火灾预防方法，包括以下步骤：

[0029] 步骤1、通过塞贝克半导体模块监测电池组确认热失控；其中，塞贝克半导体模块包括与每个电池组连接的温差发电片(型号TEG1‑12708)和与温差发电片上连接的报警器，塞贝克半导体模块无需另外供电。

[0030] 确认热失控的具体方式为：电池组异常升温使温差发电片产生发电电压，温差发电片传递电信号给报警器，报警器第一次报警后强制复位，报警器再次报警后储能单元获取相邻电池组的温差发电片发电电压，如异常则确认热失控并联动储能单元断电。通过报警—复位—报警—确认相邻电池组热失控—联动停电的方式，缩短了热失控探测、报警周期，同时提高可靠程度，避免了误报。

[0031] 步骤2、热失控确认后采用液氮冷却热失控电池组及其相邻电池组并置换所在储能单元空气；操作时，通过布置的管道将液氮持续注入该电池组周边，通过大量液氮控制电池组热失控，终止其热失控持续反应；大量液氮气化吸收热量的同时置换储能单元的空气，大量的气化氮气带走储能单元内的可燃气体和助燃氧气，从而控制可燃物的反应、切断助燃环境。

[0032] 步骤3、控制电池组热失控后关键是迅速把热失控的故障电池组从储能单元取出来，如果持续注入液氮会造成低温冻结周边电池组，同时持续低温造成管道以及螺栓冻结、电池组与支架冻结而无法拆除。为了防止故障电池组冻结、进一步观察冷却效果，防止故障电池组内部释放可燃气体与助燃气体发生明火，向储能单元中送入氮气和雾状全氟己酮，保持储能单元对环境正压，直至故障电池组温度5分钟内无明显增长趋势；操作时，可通过打开管网中其他灭火管道阀门送入氮气+全氟己酮雾气(全氟己酮体积占比15％)，氮气持续置换避免出现助燃剂，并且保持储能单元对环境是正压，防止空气进入储能单元；而混入全氟己酮可防止电池组材料中受热产生零星明火，由于全氟己酮灭火速率快且低碳环保，可及时抑制火灾链式反应。确认故障电池组温度平稳后，拆除其与储能单元的所有机械连接和电气控制线路，并准备妥取出措施。

[0033] 步骤4、再次采用液氮冷却热失控电池组，即针对故障电池组二次冷冻，从而防止取出、运输过程中电池组相对位移可能导致的故障电池组再次热失控。采用机器人或者穿戴专用含氧气呼吸器人员进入故障电池组附近，取出热失控电池组，并将故障电池组送至空旷环境，通过可控燃烧进行处理。

[0034] 通过上述方式，本发明的储能电站火灾预防方法，采用塞贝克半导体模块监视电池组热失控，在火灾产生前及时发现隐患，通过注入液氮急速冷却从而对火灾产生的根源进行抑制，再通过注入氮气和全氟己酮预防偶发火星引起火灾，最后再次注入液氮对热失控电池组进行冷冻，保证取出安全，从而能够及时探测电池组的热失控并进行灭火处理。