本发明属于储能技术领域，具体涉及一种磷酸铁锂储能电池模组的灭火装置和方法。
背景技术：
近年来，可再生能源的开发与应用日益广泛，大规模储能技术随之得到大力发展。磷酸铁锂电池依靠其在能量密度、循环性能及应用成本等方面的优势，受到越来越多的关注。
锂离子电池由于其本征的发热特性，在过充等滥用条件下容易发生热失控，甚至起火爆炸。目前关于锂离子电池安全性的研究，主要集中在电动汽车领域及单体电池水平。电化学储能电站中，电池数量庞大，一旦发生热失控，将引起连锁反应，热失控致火会导致更为严重的灾难。
关于锂离子电池灭火的研究层出不穷，而选择有效的灭火剂和灭火方法一直是遏止火灾事故的关键点。常用灭火剂主要分为固体、液体、气体三种，目前研究人员主要研究了包括干粉、水、七氟丙烷、二氧化碳、全氟己酮等灭火剂对于扑灭锂离子电池火灾的效果，结果表明在灭火和降温方面，细水雾性能较为优异。
现有关于细水雾扑灭锂离子电池火灾的研究，往往仅采用加热至电池热失控的试验方法；针对真实储能舱环境下，锂离子电池模组火灾的预警和扑灭尚未形成有效的方案；锂离子电池火灾扑灭后可能存在复燃情况，气体灭火剂在抑制电池复燃方面效果不佳。
技术实现要素：
发明目的：本发明提供一种针对磷酸铁锂储能电池的细水雾灭火装置和方法，可对储能舱式布置的磷酸铁锂电池模组火灾进行精准扑灭，并防止电池复燃。
技术方案：根据本发明的第一方面，提供一种细水雾灭火装置，包括热失控在线监测部、控制部、细水雾发生部，其中热失控在线监测部实时监测电池模组的温度状态和储能舱内气体信息，并将监测信息发送至控制部；控制部根据监测信息进行分析和判断，当符合预设的条件时，发出控制指令，指示细水雾发生部进行喷射；细水雾发生部根据控制指令采用高压细水雾喷头对电池模组进行持续喷射。
进一步地，所述热失控在线监测部包括红外探头、气体探头及电气与网络通路，红外探头采集舱内电池模组表面温度信号，所述气体探头采集电池热失控特征气体浓度信号，经由电气与网络通路传送至控制部；所述控制部包括温度阈值判断模块、气体阈值判断模块、控制阀门，所述温度阈值判断模块对红外探头采集的温度信号与预设温度阈值进行比较，所述气体阈值判断模块对气体探头采集的气体浓度与预设气体浓度阈值进行比较，并根据温度阈值判断模块的判断结果下发控制指令至细水雾装置；所述细水雾装置包括储水罐、高压泵、供水管道、细水雾喷头，所述储水罐通过管道与高压泵连接，再通过架设的供水管道和位于电池模组顶盖下方的细水雾喷头连接；控制阀门安装在连接高压泵与细水雾喷头的管道上，根据控制部下发的指令实现打开或闭合。
根据本发明的第二方面，提供一种利用上述细水雾灭火装置快速扑灭火灾并防止复燃的方法，包括如下步骤：
获取电池模组的温度状态和储能舱内气体信息；
分析所述温度状态和储能舱内气体信息，当符合预设的条件时，发出控制指令，所述控制指令用于对电池模组进行持续喷射。
进一步地，所述电池模组的温度状态利用红外探头获取，所述储能舱内气体信息利用气体探头获取，所述分析所述温度状态和储能舱内气体信息，当符合预设的条件时，发出控制指令包括以下步骤：
(1)由气体探头实时监测储能舱内的电池热失控特征气体含量，将热失控特征气体浓度信号传回控制部，控制部将气体浓度与预设的相应气体浓度阈值作比对，若未超出气体浓度阈值则继续监测，如果有大于相应阈值的，则发出报警信号；
(2)发出气体阈值越限的报警信号时，启动红外探头持续监测模组表面红外热点温度，将红外探头反馈的温度信号传回控制部，若未超出预设温度阈值则程序进入新一轮循环，若超出温度阈值则启动控制阀门，所述细水雾发生装置开始工作，采用10mpa高压细水雾持续喷射10分钟后关闭控制阀门；
(3)继续监测模组表面红外热点温度，直至温度降低至安全阈值以下，命令程序进入新一轮循环。
有益效果：
1、针对锂离子电池热失控预警，首次提出将气体在线监测和红外在线监测相结合的方法，根据实际的电池热失控特性，对磷酸铁锂电池模组热失控分阶段进行监测报警，各报警阈值均通过真实储能舱中的磷酸铁锂电池模组过充实验总结得到，并在真实储能舱中进行了实验验证。
2、提出一套高压细水雾灭火装置，并与上述热失控预警方法相结合，细水雾压强和喷淋时间设置通过多次实验总结得到，所设计方案能够实现磷酸铁锂电池热失控早期预警、灭火及防复燃功能。
附图说明
图1为一种应用于磷酸铁锂储能电池的细水雾灭火装置结构示意图；
图2为一种应用于磷酸铁锂储能电池的细水雾灭火方法工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做出进一步的说明。
实施例1：
本实施例提供一种应用于磷酸铁锂储能电池的细水雾灭火装置，如图1所示，该灭火装置由热失控在线监测部、控制部、细水雾发生部组成，其中热失控在线监测部包括红外探头5、气体探头1及必要的电气与网络通路2，此处必要指的是普通的信号传输所需的信号通路，用以各装置的线路连接；控制部由温度阈值判断模块6、气体阈值判断模块3、报警信号灯4、控制阀门7组成；细水雾发生部由储水罐8、高压泵9、供水管道10、细水雾喷头11等组成；其中红外探头5、气体探头1分别采集电池模组表面温度信号和舱内电池热失控特征气体浓度信号，经线路分别与温度阈值判断模块6和气体浓度阈值判断模块3交互；报警信号灯4连接气体浓度阈值判断模块，当气体浓度超过阈值时报警信号灯亮；储水罐8通过管道与高压泵9连接，依托架设的供水管道与位于模组顶盖下方3cm处的细水雾喷头11连接；红外探头5分别安装在电池模组正面3cm和侧面3cm处；控制阀门7安装在连接高压泵9与细水雾喷头11的供水管道上。
具体地，红外探头选用线测温热像仪，试验中，为研究电池模组表面温度分布，红外探头设置了两个，分别在正面和侧面，采用双红外探头从不同视角进行在线监测；气体探头一般设置1个，气体探头选用复合型探测器，可探测包括氢气、一氧化碳等热失控特征气体。温度阈值判断模块6、气体阈值判断模块3对的探测到的温度和气体浓度进行判断，当超过设定的阈值时，控制细水雾发生部进行喷射；其中温度阈值、气体浓度阈值均通过真型储能电池舱(长12m、宽2.4m、高2.6m)中的磷酸铁锂电池模组热失控及燃烧特性试验标定得到，本发明中经过多次试验得到的温度阈值是60℃，气体浓度阈值是50ppm。细水雾装置可产生高压细水雾(10mpa)，采用可调式喷头，用以调节细水雾喷射覆盖面积，实现对电池火灾的精准、快速扑灭。
实施例2：
本实施例提供一种利用上述磷酸铁锂储能电池的细水雾灭火装置快速扑灭火灾并防止复燃的方法，包括如下步骤：
在线监测部对磷酸铁锂电池模组进行实时监测，由气体探头1实时监测储能舱内的电池热失控特征气体含量，由红外探头5监测电池模组表面温度。首先将热失控特征气体浓度信号传回控制部，气体阈值判断模块3将气体浓度与预设的相应阈值作比对，若未超出阈值则继续监测，如果有探头的监测值大于相应阈值，则发出报警信号，同时启动红外探5头持续监测模组表面红外热点温度，将红外探头5反馈的温度信号传回温度阈值判断模块6与预设的温度阈值进行比对，若未超出阈值则程序进入新一轮循环，若超出阈值则启动控制阀门7，细水雾发生部开始工作，采用高压细水雾(10mpa)持续喷射10分钟后关闭控制阀门7；随后继续监测模组表面红外热点温度，直至温度降低至安全阈值以下，命令程序进入新一轮循环。
作为优选的方案，当气体探头1反馈的特征气体浓度大于50ppm时，发出报警；当红外热点温度超出60℃时，启动高压细水雾喷淋，根据红外探头5反馈的模组表面红外热点温度分布来调节细水雾喷射覆盖面，对模组喷淋10min后停止；随后继续监测模组表面红外热点温度，命令程序进入新一轮循环，直至热点温度降低至安全阈值50℃以下。
本发明结合现有研究的不足之处及真实储能电站运行工况，并通过在真实储能舱中进行的磷酸铁锂电池模组过充、燃烧、灭火试验，提出了一种能够有效扑灭磷酸铁锂电池模组火灾的细水雾灭火装置及灭火方法，能够在3分钟内迅速有效扑灭锂离子电池火灾，高压细水雾(10mpa)连续喷淋10分钟后，能够有效遏止锂离子电池模组复燃。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
1.一种细水雾灭火装置，其特征在于，包括热失控在线监测部、控制部、细水雾发生部，其中热失控在线监测部实时监测电池模组的温度状态和储能舱内气体信息，并将所述温度状态和储能舱内气体信息发送至控制部；控制部根据所述温度状态和储能舱内气体信息进行分析和判断，当符合预设的条件时，发出控制指令，指示细水雾发生部进行喷射；细水雾发生部根据控制指令采用高压细水雾喷头对电池模组进行持续喷射。
2.根据权利要求1所述的细水雾灭火装置，其特征在于，所述热失控在线监测部包括红外探头、气体探头及电气与网络通路，红外探头采集舱内电池模组表面温度信号，所述气体探头采集电池热失控特征气体浓度信号，经由电气与网络通路传送至控制部。
3.根据权利要求2所述的细水雾灭火装置，其特征在于，所述控制部包括温度阈值判断模块、气体阈值判断模块、控制阀门，所述温度阈值判断模块对红外探头采集的温度信号与预设温度阈值进行比较，所述气体阈值判断模块对气体探头采集的气体浓度与预设气体浓度阈值进行比较，并根据温度阈值判断模块的判断结果下发控制指令至细水雾装置。
4.根据权利要求3所述的细水雾灭火装置，其特征在于，所述细水雾装置包括储水罐、高压泵、供水管道、细水雾喷头，所述储水罐通过管道与高压泵连接，再通过架设的供水管道和位于电池模组顶盖下方的细水雾喷头连接；控制阀门安装在连接高压泵与细水雾喷头的管道上，根据控制部下发的指令实现打开或闭合。
5.根据根据权利要求3所述的细水雾灭火装置，其特征在于，所述控制部还包括报警信号灯，用于当温度阈值判断模块和/或气体阈值判断模块判断结果为超出响应阈值时，进行亮灯报警。
6.一种灭火方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电池模组的温度状态和储能舱内气体信息；
分析所述温度状态和储能舱内气体信息，当符合预设的条件时，发出控制指令，所述控制指令用于对所述电池模组进行持续喷射。
7.根据权利要求6所述的灭火方法，其特征在于，所述电池模组的温度状态利用红外探头获取，所述储能舱内气体信息利用气体探头获取，所述分析所述温度状态和储能舱内气体信息，当符合预设的条件时，发出控制指令包括以下步骤：
(1)由气体探头实时监测储能舱内的电池热失控特征气体含量，将热失控特征气体浓度信号传回控制部，控制部将气体浓度与预设的相应气体浓度阈值作比对，若未超出气体浓度阈值则继续监测，如果有大于相应阈值的，则发出报警信号；
(2)发出气体阈值越限的报警信号时，启动红外探头持续监测模组表面红外热点温度，将红外探头反馈的温度信号传回控制部，若未超出预设温度阈值则程序进入新一轮循环，若超出温度阈值则启动控制阀门，所述细水雾发生装置开始工作，采用10mpa高压细水雾持续喷射10分钟后关闭控制阀门；
(3)继续监测模组表面红外热点温度，直至温度降低至安全阈值以下，命令程序进入新一轮循环。
8.根据权利要求7所述的灭火方法，其特征在于，所述气体浓度阈值为50ppm，所述预设温度阈值为60℃，所述安全阈值为50℃。
技术总结