锂电储能集装箱系统热失控多层安全预警及消防灭火方案

储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、 需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵 活性、经济性和安全性的重要手段。

加快储能技术与产业发展，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义，同时还利于实现我国“力争2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和”的战略目标。 

以锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其循环性能好、无记忆效应、比能量高等优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。但目前储能电池包括锂离子电池、铅酸电池等仍未达到本质安全，一旦电池处于短路、过热、挤压等滥用条件下，电池可能产生大量的热，从而引发内部电解液和电极材料的链式反应，进而发生热失控，并可能发展为大规模的爆炸、火灾事故。

电化学储能系统是以电池为基础的，具有发生火灾或爆炸的危险本质，特别是在密闭空间， 一旦某一储能单元发生火灾，将会引起相邻多台储能单元的连锁火灾反应甚至箱体爆炸，火灾荷载大、危险性高且难于扑救。 

锂离子电池储能系统典型消防系统

当前电化学储能系统的消防设计中的消防系统建设标准是基于固定建筑消防火灾，通过实施全淹没灭火方式进行灭火。采用的灭火剂主要是以七氟丙烷为代表的卤代烷烃灭火剂，常温下为气态，其灭火机理主要是切断燃烧链，适用于扑灭表面火灾，可用于电气火灾。

然而锂离子电池火灾是由内至外发热类型的深位火灾，采用七氟丙烷灭火剂往往扑灭明火后会复燃。同时，火灾预警系统采用的是烟感探测器和温感探测器。基于烟感和温感探测器的误报率非常高，火灾控制系统工作原理是只有当火灾预警系统同时接收到烟感报警信号和温感报警信号时，才能发出启动灭火系统的控制信号。锂离子电池着火部位基本在Pack(电池模组)内，当火灾预警系统探测到火灾信号时，锂离子电池火灾已经发展到一定规模了。

在灭火装置方面，针对电化学储能系统火灾应用的灭火装置主要包括：悬挂式灭火装置、柜式灭火装置、探火管灭火装置。

预制舱式电化学储能系统防控系统示意图

因此针对电化学储能系统，结合储能系统结构特点需要一种高效率且结构和布局设计合理的锂电池安全预警消防灭火装置。基于锂离子电池储能系统预制舱结构特点，构建多层协同预警技术，实现对电气火灾、电池火灾的精准火灾预警。

参考现有消防建设标准的基础上，在现有七氟丙烷灭火系统基础上增加锂离子电池火灾抑制系统，实现对热失控电池的精准防控，防止电池火灾蔓延。灭火系统和抑制系统协同作战，发挥各自优势，全面保障电化学储能系统安全运行。

锂电池储能集装箱消防预警方案

铁算算盘4905基于电化学储能舱火灾抑制方案=舱级、簇级、pack级消防探测报警系统（锂电池热失控气体探测）+电化学储能集装箱灭火系统（定点多次喷射全氟己酮以防止复燃和灭火，后期喷射细水雾，舱体降温和防止火灾蔓延）。方案以“早发现，早预警，早处理”为原则，对储能舱内锂电池热失控初级阶段进行超前探测预警 （极早期探测）并精准多次点喷抑制处理舱内火灾，将火灾扑灭在萌芽阶段。

方案组成

在火灾探测方面以探测报警系统为主：采用锂电池专用复合型探测器，在每个电池簇内部布置多个复合型探测器，同时检测电池箱的温度、一氧化碳(CO)、氢气(H2)、电解液泄漏气体(VOC)、烟雾等参数，并且通过综合算法进行判断，将信号传至主机，再传至各个平台。该探测报警系统能够极早期的超前探测到单个电池模块在初期火灾时，释放的信号，这样可以节约更多的时间处理信息以及将火灾抑制在较早时期。

在火灾抑制（灭火）方面以电化学储能集装箱灭火系统为主：采用全氟己酮（多种灭火方式可选）前期无损精准定点多次喷射灭火，后期采用细水雾在电池舱内持续降温的方案。电化学储能舱灭火系统可以多次点喷全氟己酮从而抑制锂电池热失控和复燃，而喷射细水雾灭火可以对电池舱进行持续降温，避免火灾进 一步传播至相邻电池簇或相邻储能舱。

该方案是由探测报警系统和电化学储能舱灭火系统组成：探测报警系统主要由锂离子电池箱复合型火灾预警装置、储能设备安全监测探测器、气体报警控制器、线缆等组成；电化学储能舱灭火系统由电化学储能舱火灾抑制装置（内含细水雾和全氟己酮）、喷头、电磁阀、管网等组成。