阅读说明：本技术 一种磷酸铁锂储能电站火灾模型及火灾模拟方法 (Fire model and fire simulation method for lithium iron phosphate energy storage power station ) 是由 马青山 郭鹏宇 陈刚 王铭民 姚效刚 吴静云 钱磊 侍成 王庭华 郑金平 王智睿 于 2019-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于新能源磷酸铁锂储能电站消防领域,具体涉及一种磷酸铁锂储能电站火灾模型及火灾模拟方法,包括电池模组预制舱；电池模组框架,内置于电池模组预制舱中；电池模组,内置于电池模组框架中；过充设备,位于电池模组预制舱外,连接于电池模组；短路设备,位于电池模组预制舱外,连接于电池模组；其中,电池模组有1个或5个及5个以上,并且所有电池模组均为充满电状态；定义1个电池模组为模组级电池模组；定义5个及5个以上的电池模组为簇级电池模组；其中,模组级电池模组直接置于电池模组框架中；簇级电池模组中5个电池模组呈十字型布设,其余电池模组任意布设。本申请的火灾模型及火灾模拟方法均能真实有效模拟储能电站发生火灾时的真实工况。(The invention belongs to the field of fire protection of new energy lithium iron phosphate energy storage power stations, and particularly relates to a fire model and a fire simulation method of a lithium iron phosphate energy storage power station, which comprise a battery module prefabricated cabin; the battery module frame is arranged in the battery module prefabricated cabin; the battery module is arranged in the battery module frame; the overcharging equipment is positioned outside the prefabricated cabin of the battery module and is connected with the battery module; the short-circuit equipment is positioned outside the prefabricated cabin of the battery module and is connected with the battery module; wherein, the number of the battery modules is 1 or 5 or more than 5, and all the battery modules are in a full charge state; defining 1 battery module as a module-level battery module; defining 5 and more than 5 battery modules as cluster-level battery modules; wherein, the module level battery module is directly arranged in the battery module frame; 5 battery modules in the cluster-level battery modules are arranged in a cross shape, and the rest battery modules are randomly arranged. The fire model and the fire simulation method can truly and effectively simulate the real working condition of the energy storage power station when a fire disaster occurs.)

一种磷酸铁锂储能电站火灾模型及火灾模拟方法

技术领域

本发明属于新能源磷酸铁锂储能电站消防领域，具体涉及一种磷酸铁锂储能电站火灾模型及火灾模拟方法。

背景技术

磷酸铁锂电池具有能量密度大、输出电压高、循环寿命长，环境污染小等优点，已在各种电子设备、电动汽车和电化学储能中广泛使用。其中磷酸铁锂储能电站累计装机量正稳步上升，到2020年装机量将超过2000MW，年增长率接近70％，一旦发生火灾，严重危害供电可靠性和安全性，社会影响和危害极大。而目前在世界范围内，还没有一种能够有效扑灭磷酸铁锂储能电站电池预制舱火灾的灭火方法，国内、外大量储能电站电池预制舱火灾实例就是很好的证明。

目前国内、外研究实验机构还没有能够体现磷酸铁锂储能电站实体火灾的火灾模型。只是用单体电池火灾作为火灾模型来验证灭火系统的有效性，这是不合理且存在很大隐患，主要问题如下：

1)不能反映真实的火灾规模。因为储能电站小则由几个电池预制舱组成，大则由几十个电池预制舱组成，而每个电池预制舱内安装有几百个电池模组，每个电池模组含有几十个单体电池，根据电池预制舱的电池管理系统(BMS)控制原理，几十个电池模组形成一个簇。一旦发生火灾，会产生电池模组级火灾，甚至产生簇级火灾或整个电池预制舱火灾。火灾规模比单体电池大得多。因此单体电池火灾模型不能验证灭火系统灭火性能。

2)不能反映真实的锂电池热失控的传播过程。如果只有一个单体电池，则不存在热失控的传播问题；而实际中是由几十个单体电池放置在一起组成一个电池模组，而几十个电池模组组成一个簇。如果一个单体电池发生热失控，会传播到整个电池模组热失控，继而热失控在电池模组间传播，造成一个簇的热失控，最终整个预制舱的热失控。因此单体电池火灾模型不能验证灭火系统冷却降温抑制热失控性能。

发明内容

本发明提供一种磷酸铁锂储能电站火灾模型及火灾模拟方法，其能真实有效模拟储能电站发生火灾时的真实工况。

为实现上述技术目的，本申请采取的技术方案为，一种磷酸铁锂储能电站火灾模型，包括

电池模组预制舱，用于进行火灾模拟实验；

电池模组框架，内置于电池模组预制舱中；

电池模组，内置于电池模组框架中；

过充设备，位于电池模组预制舱外，连接于电池模组，以通过过充的方式促使磷酸铁锂储能电站发生火灾；

短路设备，位于电池模组预制舱外，连接于电池模组，以通过短路的方式促使磷酸铁锂储能电站发生火灾；

其中，电池模组有1个或5个及5个以上，并且所有电池模组均为充满电状态；定义1个电池模组为模组级电池模组；定义5个及5个以上的电池模组为簇级电池模组；

用于模组级电池模组的火灾模型时，模组级电池模组直接置于电池模组框架中，过充设备或短路设备直接连接于电池模组；

用于簇级电池模组的火灾模型时，簇级电池模组中5个电池模组呈十字型布设，其余电池模组任意布设；过充设备或短路设备直接连接于呈十字型布设的簇级电池模组中心位置处的电池模组。

作为本申请改进的技术方案，电池模组预制舱在与电池模组框架相对一面的上部设有泄压口。

作为本申请改进的技术方案，电池模组预制舱在与电池模组框架相对的一面上设有观察窗，观察窗的位置对应于电池模组框架中的电池模组。

作为本申请改进的技术方案，电池模组预制舱在放置电池模组框架的一面设有多个气体探测器。

作为本申请改进的技术方案，电池模组预制舱的顶部均匀布设有多个防爆灯。

作为本申请改进的技术方案，电池模组预制舱在与电池模组框架相对一面的上方设有多个普通摄像头，多个普通摄像头均匀布设，并且位于中间段的普通摄像头的直线拍摄范围对应于电池模组；电池模组预制舱在与电池模组框架相对一面的上方还设有一高清摄像头与一红外摄像头，一高清摄像头与一红外摄像头的直线拍摄范围均对应于电池模组。

作为本申请改进的技术方案，所述电池模组框架在电池模组预制舱的水平方向仅能放置一电池模组，在高度方向能放置多个电池模组；即在用于模组级电池模组时，采用一个电池模组框架；在用于簇级电池模组时，至少采用三个电池模组框架，并且至少三个电池模组框架并列设置。

本申请的另一目的在于提供一种磷酸铁锂储能电站火灾模型的火灾模拟方法，包括如下步骤：

设置外部电源，电源采用过充设备向电池模组继续充电直至电池模组发生热失控、直至起火燃烧；或者电源采用短路设备使电池模组发生热失控、直至起火燃烧；

设置温度、气体监测系统，连接热电偶、气体探测器，用于监测和采集温度数据和气体浓度数据，以及温度和气体的变化规律；

设置监测区，监测区用于获取普通摄像头、高清摄像头与红外摄像头监测的图像信息，获取温度、气体监测系统处理的数据信息，并显示相关信息。

有益效果

本发明创造的火灾模型能够充分体现磷酸铁锂储能电站电池预制舱火灾的真实工况，为验证各类灭火系统扑灭磷酸铁站电池预制舱火灾的有效性提供了有力保证。解决了现有技术中磷酸铁锂储能电站火灾模型不能充分体现磷酸铁锂储能电站发生火灾时的真实工况，从而不能有效验证灭火系统对磷酸铁锂储能电站火灾是否有效的严重问题。

综上，本申请的火灾模型对研究磷酸铁锂储能电站火灾消防产品和标准规范提供了技术支撑，也为我国的电力行业的消防安全提供了技术保障。

附图说明

图1绘示单个电池模组下的磷酸铁锂储能电站火灾模型；

图2绘示5个电池模组下的磷酸铁锂储能电站火灾模型；

图3绘示本申请火灾模型的试验方法用系统示意图图。

图中：1、电池模组预制舱；2、预制舱舱门；3、电池模组；4、电池模组框架；5、气体探测器；6、防爆灯；7、观察窗；8、泄压口；9、普通摄像头；10、红外摄像头；11、高清摄像头；12、短路设备；13、过充设备；14、电源；15、监测区；16、温度、气体监测系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1-2所示，一种磷酸铁锂储能电站火灾模型，包括

电池模组预制舱1，在长度方向的两端对称设有预制舱舱门2，用于进行火灾模拟实验。定义：电池模组预制舱1安装于地面的面为水平面，平行于水平面的方向为水平方向，垂直于水平方向的为高度方向。

电池模组框架4，内置于电池模组预制舱1中；为了节省空间，本申请的电池模组框架4贴近电池模组预制舱1的一侧壁安装，为了模拟实验的准确性，电池模组框架4位于电池模组预制舱1的中间段。

电池模组3，内置于电池模组框架4中，电池模组有1个或5个及5个以上，并且所有电池模组均为充满电状态；定义1个电池模组为模组级电池模组；定义5个及5个以上的电池模组为簇级电池模组。模组级电池模组直接置于电池模组框架中；用于模组级电池模组的火灾模型时，模组级电池模组直接置于电池模组框架中，过充设备或短路设备直接连接于电池模组。簇级电池模组中5个电池模组呈十字型布设，其余电池模组任意布设。用于簇级电池模组的火灾模型时，簇级电池模组中5个电池模组呈十字型布设，其余电池模组任意布设；过充设备或短路设备直接连接于呈十字型布设的簇级电池模组中心位置处的电池模组。为了便于监测燃烧情况，连接于过充设备或者短路设备的电池膜组3上设有热电偶。

所述电池模组框架在电池模组预制舱的水平方向仅能放置一电池模组，在高度方向能放置多个电池模组；即在用于模组级电池模组时，采用一个电池模组框架；在用于簇级电池模组时，至少采用三个电池模组框架，并且至少三个电池模组框架并列设置。

电池模组预制舱1在与电池模组框架4相对的一面上设有泄压口8，以实现安全防控。

电池模组预制舱1在与电池模组框架4(本文中选择锂电池模组作为电池模组，当然也可以选择其他型号的电池作为电池模组)相对的一面上对应于锂电池模组处设有观察窗7。

电池模组预制舱1在放置电池模组框架的一面设有多个气体探测器5，多个气体探测器5均匀布设于电池模组框架的两侧以及对面，本实施例中选用3个气体探测器，其中两个气体探测器分设于电池模组框架的两侧，另一个对应于其中任一气体探测器设置于电池模组框架的另一面。

电池模组预制舱1的顶面设有多个防爆灯6；本实施例中选用3个防爆灯，2个防爆灯等间距设于电池模组预制舱1的顶部。

电池模组预制舱1在与电池模组框架相对一面的上方设有从一端向另一端均匀布设有多个普通摄像头9，在中间位置设有一高清摄像头11与一红外摄像头10；在本实施例中选用3个普通摄像头9，3个普通摄像头分设于电池模组框架的正对面，以及两侧；3个普通摄像头布置保证对电池模组的动态变化进行全面无死角的观察；其中高清摄像头11与红外摄像头10位于电池模组框架的正对面，用于观察电池模组的红外变化。

为了保证模拟的真实性，电池模组预制舱1、电池模组框架4和电池模组3与实际工程采用的相同。

还包括过充设备13或短路设备12，位于电池模组预制舱外，连接于电池模组；外部的电源14采用过充设备或短路设备，使放置于电池模组框架中的电池模组发生热失控、剧烈热失控直至起火燃烧，预燃时间为灭火系统响应时间。

用于模组级电池火灾模型的火灾模拟方法，包括如下步骤：设置外部电源，电源采用过充设备向单个电池模组继续充电直至电池模组发生热失控、直至起火燃烧；或者电源采用短路设备使电池模组发生热失控、直至起火燃烧；

设置温度、气体监测系统，用于获取气体探测器的监测的数据信息；

设置监测区15，监测区用于获取普通摄像头、高清摄像头与红外摄像头监测的图像信息，获取温度、气体监测系统处理的数据信息，并反馈于温度、气体监测系统16；其中温度、气体监测系统为现有技术任何能实现监测目的的系统，为现有技术，本申请不做详述。

用于簇级电池火灾模型的火灾模拟方法，包括如下步骤：设置外部电源，电源采用过充设备向多个电池模组继续充电直至电池模组发生热失控、直至起火燃烧；或者电源采用短路设备使多个电池模组中十字形结构的中间一个电池模组发生热失控、直至起火燃烧；

设置温度、气体监测系统，连接热电偶、气体探测器，用于监测和采集温度数据和气体浓度数据，以及温度和气体的变化规律；

设置监测区15，监测区用于获取普通摄像头、高清摄像头与红外摄像头监测的图像信息，获取温度、气体监测系统处理的数据信息，并显示相关信息；其中温度、气体监测系统为现有技术任何能实现监测目的的系统，为现有技术，本申请不做详述；监测区为现有技术中任何能实现监测观察的显示器或带显示屏的处理器均可，此不为本申请的创新点，故不做详细说明。

在验证灭火系统对磷酸铁锂储能电站火灾是否有效的灭火试验时，需要能够体现磷酸铁锂储能电站实体火灾的火灾模型。通过研究和大量的试验，确定了能够体现磷酸铁锂储能电站实体火灾的火灾模型。

大量实例的其中一组，采用0.5C(172A)的恒定电流进行过充，过充16min，单体电池上的安全阀陆续打开，有电解液、各种可燃气体和固体颗粒喷出，其中H2含量可探测到，22min后出现浓烟，27min后开始出现明火，剧烈燃烧，燃烧时间持续1h。

综上，解决了目前的磷酸铁锂储能电站火灾模型不能充分体现磷酸铁锂储能电站发生火灾时的真实工况，从而不能有效验证灭火系统对磷酸铁锂储能电站火灾是否有效的严重问题。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。