基于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)

基于鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防設(shè)計(jì)1、儲(chǔ)能系統(tǒng)消防設(shè)計(jì)原則1、消防設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹預(yù)防為主，防消結(jié)合的方針、防治和減少火災(zāi)危害，保障人身和財(cái)產(chǎn)安全2、消防設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)電站的不同規(guī)模，各類電池不同特性采取相應(yīng)的消防措施，從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，做到安全適用，技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。3、電站內(nèi)設(shè)備應(yīng)滿足耐火等級(jí)不低于二級(jí)，體積不超過(guò)3000立方米，且火災(zāi)危險(xiǎn)性為戊類時(shí)，可不設(shè)消防給水。（鋰電池為戊類火災(zāi)危險(xiǎn)性）

2、鋰離子電池?zé)崾Э靥卣骺扇細(xì)怏w的泄漏以及化學(xué)反應(yīng)一直伴隨著電池?zé)崾Э氐恼麄€(gè)過(guò)程。儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池所處的環(huán)境，在正常情況下都相對(duì)穩(wěn)定，但是一旦電池產(chǎn)生熱失控，儲(chǔ)能系統(tǒng)中溫度、氣體、光強(qiáng)等參數(shù)一定會(huì)產(chǎn)生異常。電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的背景如下圖所示：

圖1電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的背景電池?zé)崾Э卦缙谟行У念A(yù)警手段是對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)控，準(zhǔn)確地提取出熱失控早期的氣體數(shù)值，氣體探測(cè)器的選擇是研究的重點(diǎn)。氣體火災(zāi)探測(cè)器選擇下圖所示：

圖2電池火災(zāi)探測(cè)過(guò)程3、消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案為了能夠在單個(gè)電池出現(xiàn)熱失控時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)警，在該消防安全系統(tǒng)中采用多級(jí)防護(hù)機(jī)制設(shè)計(jì)，即在電池內(nèi)部、電池艙以及封閉式電池簇等各個(gè)部分進(jìn)行分區(qū)探測(cè)防護(hù)。鋰離子電池在發(fā)生熱失控時(shí)，電解液的泄露可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生間接電擊以及起火等危險(xiǎn)事故。通過(guò)單體電池內(nèi)的監(jiān)測(cè)裝置可以在電解液發(fā)生泄露早期實(shí)現(xiàn)對(duì)熱失控的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警，有效提升系統(tǒng)的預(yù)警功能。同時(shí)在單體電池發(fā)生熱失控時(shí)可以通過(guò)電池包內(nèi)的探測(cè)器有效聯(lián)動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)處理。對(duì)于磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)，早期的單體火災(zāi)很容易被撲滅。消防安全系統(tǒng)采用分級(jí)預(yù)警機(jī)制和多級(jí)安全防護(hù)機(jī)制，可以有效控制大范圍的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全。3.1消防安全系統(tǒng)主要組成部件大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)電池艙配置消防預(yù)警及滅火系統(tǒng)，每個(gè)電池艙配置可燃?xì)怏w探測(cè)器及消防預(yù)警主機(jī)，提供消防預(yù)警功能；同時(shí)每個(gè)電池艙配置煙感、溫感探測(cè)器、七氟丙烷滅火系統(tǒng)一套，提供消防滅火功能。1、控制主機(jī)?？刂浦鳈C(jī)是消防安全系統(tǒng)的核心組件之一，負(fù)責(zé)消防安全系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)分析處理采集到的數(shù)據(jù)提供以太網(wǎng)、CAN、RS485通信網(wǎng)絡(luò)、干接點(diǎn)等通信接口。2、傳感器。傳感器負(fù)責(zé)收集電池溫度、一氧化碳?xì)怏w濃度、煙霧濃度等參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，對(duì)鋰電池?zé)崾Э丶盎馂?zāi)狀況做出綜合判斷。3、報(bào)警設(shè)施。當(dāng)出現(xiàn)電池?zé)崾Э厣踔粱馂?zāi)險(xiǎn)情時(shí)，主機(jī)能夠通過(guò)部署在站內(nèi)和站外的聲光報(bào)警器與氣體噴灑指示燈，及時(shí)警示工作人員。4、用戶操作開關(guān)。用戶操作開關(guān)包括了緊急啟動(dòng)/停止、自動(dòng)手動(dòng)狀態(tài)切換開關(guān)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的消防安全系統(tǒng)框架如下圖所示：3.2消防預(yù)警、報(bào)警及滅火控制策略由于電池預(yù)制艙屬于帶電設(shè)備，火災(zāi)發(fā)生后儲(chǔ)能電池在艙內(nèi)燃燒，現(xiàn)階段消防救援采取的策略為“先斷電，后滅火”，因此電池預(yù)制艙在成組布置時(shí)，不僅要考慮最大限度避免預(yù)制艙之間的火災(zāi)蔓延，還要保留足夠的消防空間。滅火系統(tǒng)控制組件在接收到預(yù)警信號(hào)或火災(zāi)信號(hào)后，根據(jù)既定滅火策略，自動(dòng)啟動(dòng)滅火系統(tǒng)，同時(shí)關(guān)閉運(yùn)行中的電氣設(shè)備。當(dāng)參內(nèi)巡視人員發(fā)現(xiàn)火情但滅火系統(tǒng)未自動(dòng)啟動(dòng)，人員應(yīng)手動(dòng)啟動(dòng)滅火設(shè)備。當(dāng)艙內(nèi)斷路器拒跳時(shí)，經(jīng)維護(hù)人員人工監(jiān)視視頻判斷火災(zāi)，通過(guò)BMS系統(tǒng)給控制主機(jī)發(fā)生斷路器以跳開的信號(hào)，控制主機(jī)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)瓶組容器閥及選擇閥，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程啟動(dòng)滅火。消防系統(tǒng)滅火策略入下圖所示：

消防系統(tǒng)滅火策略3.3儲(chǔ)能艙消防系統(tǒng)具體措施1、對(duì)電池系統(tǒng)、PCS系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)的運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)溫度嚴(yán)重異常，將提示報(bào)警甚至停止運(yùn)行；2、設(shè)備和電池艙體、柜體及線纜等設(shè)備的材質(zhì)選用阻燃材料；3、儲(chǔ)能艙內(nèi)壁選用阻燃金屬巖棉夾芯板，厚度：50mm，耐火極限不小于1h；4、儲(chǔ)能艙內(nèi)設(shè)置手動(dòng)\自動(dòng)一體化滅火系統(tǒng)，滅火介質(zhì)采用七氟丙烷。5、整個(gè)系統(tǒng)采取消防聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，當(dāng)消防控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)時(shí)，PCS、電池、溫控等系統(tǒng)都會(huì)停止運(yùn)行，配合隔離措施降低風(fēng)險(xiǎn)以確保消防滅