1.本发明涉及集装箱储能系统的消防技术领域，尤其涉及一种集装箱储能系统的消防装置及其消防方法。
背景技术：
2.随着电力系统的完善和经济发展的需要，锂电池化学体系的大型集装箱储能系统产业发展迅速。由于锂电池储存的能量大，一旦失效，容易引发不可控的火灾。由于现有的消防灭火是在探测到集装箱预警信号后启动的，若误报警，则会导致消防灭火被误触发。具体地，现有的消防灭火包括气体消防和水细雾灭火，若是消防灭火被误触发，水细雾会对集装箱储能系统的电池系统产生损坏，增加维护成本，严重的误触发还可能引发电气火灾。另外，目前行业对于集装箱储能系统在发生火灾前期、中期、后期所应对的消防方法均相同，根据目前已发生的集装箱储能系统的火灾案例来看，大多数小剂量、短时间的气体消防和水细雾灭火无法控制中后期的火灾。
技术实现要素：
3.基于以上所述，本发明的目的在于提供一种集装箱储能系统的消防装置及其消防方法，能够根据发生火灾的等级进行动作，降低了误报警导致电池系统损坏的可能性。
4.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种集装箱储能系统的消防装置，包括：检测组件，设置在集装箱内且用于检测电池包的电芯的温度、所述电芯的电压、所述集装箱内烟雾的浓度及所述电池包内氢气的浓度；提示组件，能够在所述集装箱储能系统发生单一火警和复合火警时发出报警信号；气罐，设置在所述集装箱内且用于盛放消防气体，所述气罐能够在所述集装箱储能系统发生所述复合火警时向所述电池包内喷射消防气体；排风件，设置在所述集装箱上且能够将所述集装箱内的气体向外排出；消防水组件，设置在所述集装箱上且能够在所述气罐内的消防气体全部喷完时与水源连通，以向所述集装箱内注入水。
6.作为一种集装箱储能系统的消防装置的优选方案，所述检测组件包括温度传感器、电压传感器、气体传感器及烟雾感应器，所述温度传感器和所述电压传感器均设置在所述电池包内以分别检测所述电芯的温度和电压，所述气体传感器设置在所述电池包内以检测所述电池包内氢气的浓度，所述烟雾感应器设置在所述电池包外且位于所述集装箱内以检测所述集装箱内烟雾的浓度。
7.作为一种集装箱储能系统的消防装置的优选方案，所述消防水组件包括消防水管和设置在所述消防水管上的消防水阀，所述消防水管的一端伸入所述集装箱的顶部，另一端能够与水源连通。
8.作为一种集装箱储能系统的消防装置的优选方案，所述集装箱储能系统的消防装置还包括多个控制阀，每个所述控制阀分别对应一个所述电池包以控制每个所述电池包与所述气罐的通断。
9.一种适用于以上任一方案所述的集装箱储能系统的消防装置的消防方法，包括：
10.s1、当所述检测组件多次检测的电压均低于截止电压且多次检测的温度均低于截止温度，则判定所述集装箱储能系统能够正常运行；否则，判定所述集装箱储能系统出现异常并执行s2或者s3；
11.s2、若集装箱储能系统发生所述单一火警，则所述提示组件发出报警信号且所述电池包被配置为停止充电和放电；
12.s3、若集装箱储能系统发生所述复合火警，则所述提示组件发出报警信号且所述电池包被配置为停止充电和放电，且所述气罐向所述电池包喷射消防气体、所述排风件向外吹风。
13.作为一种集装箱储能系统的消防装置的消防方法的优选方案，在s1中，当所述集装箱储能系统出现异常时，还可以执行s4，s4包括：当所述电池包内氢气的浓度高于第一预设浓度，或者所述气罐内的消防气体全部喷完且所述集装箱内烟雾的浓度逐渐增加时，所述消防水组件与水源连通以向所述集装箱内注入水，直至所述集装箱内灌满水。
14.作为一种集装箱储能系统的消防装置的消防方法的优选方案，所述检测组件包括温度传感器和电压传感器，当所述集装箱储能系统的消防装置发生数据采集异常时，所述温度传感器和所述电压传感器能够分别多次检测所述电芯的温度和电压，若多次检测的电压均低于截止电压且多次检测的温度均低于截止温度，则判定所述集装箱储能系统能够正常运行；否则，判定所述集装箱储能系统出现异常。
15.作为一种集装箱储能系统的消防装置的消防方法的优选方案，所述截止温度为所述电池包正常充放电时的最高温度，所述截止电压为所述电池包正常充放电时的最高电压。
16.作为一种集装箱储能系统的消防装置的消防方法的优选方案，若出现下述情况中的一种，则判定集装箱储能系统发生所述单一火警，具体包括：所述电芯的电压位于第一预设电压和第二预设电压之间；所述电芯的温度位于第一预设温度和第二预设温度之间；所述电池包内氢气的浓度位于第二预设浓度至所述第一预设浓度之间。
17.作为一种集装箱储能系统的消防装置的消防方法的优选方案，所述第一预设电压与所述截止电压的比值为1.3，所述第二预设电压与所述截止电压的比值为1.5，所述第一预设温度为55℃，所述第二预设温度为90℃，所述第二预设浓度为4％，所述第一预设浓度为15％。
18.作为一种集装箱储能系统的消防装置的消防方法的优选方案，若出现下述情况中的至少两种，则判定集装箱储能系统发生所述复合火警，具体包括：
19.所述电芯的电压位于所述第一预设电压和所述第二预设电压之间；
20.所述电芯的温度位于所述第一预设温度和所述第二预设温度之间；
21.所述电池包内氢气的浓度位于第二预设浓度至第一预设浓度之间。
22.本发明的有益效果为：本发明公开的集装箱储能系统的消防装置，能够根据发生火灾的等级进行动作，当集装箱储能系统发生单一火警时，此时有可能发生热失控，提示组件发出报警信号，以提醒工作人员及时检查集装箱储能系统并对其进行维修；当集装箱储能系统发生复合火警时，提示组件同样发出报警信号，气罐向电池包内喷射消防气体，排风件将集装箱内的气体向外排出，从而对电池包进行初步灭火，此时即使存在误报警，也不会
损坏电池系统；只有当气罐内的消防气体全部喷完时，才会通过消防水组件向集装箱内注入水，达到完全灭火的目的，从而断绝引发更大的火势。
23.本发明公开的集装箱储能系统的消防装置的消防方法，能够根据发生火灾的等级进行动作，降低了误报警损坏电池系统的可能性，能够对发生热失控的电池包进行彻底灭火，保证了集装箱储能系统的安全性。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明具体实施例提供的集装箱储能系统的消防装置的示意图。
26.图中：
27.11、气罐；12、控制阀；
28.2、排风件；
29.31、气体传感器；32、烟雾感应器；
30.41、烟雾探测控制器；42、气体消防控制器；
31.51、消防水管；511、内管；512、外管；52、消防水阀；53、消防水接头；100、集装箱；200、电池包；300、消防栓。
具体实施方式
32.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.本实施例提供一种集装箱储能系统的消防装置，适用于电池包200的壳体为金属壳且其防护等级满足ip67的集装箱储能系统，防护等级满足ip67的电池包200解决了ip54防护等级以下的电池包200的热失控蔓延迅速的问题。ip54电池包200如果发生热失控，由
于它的壳体不是密封的，一旦生热失控，热辐射将立即影响到周围的电池包200从而引起更大的火情，最后导致失控。而ip67的电池包200除了壳体上的防爆阀具备很少的透气量，其他区域均是密闭状态，所以当一个电池包200中的某个电芯或某几个电芯发生热失控时，可以在一定时间内将火情控制在单个电池包200内，并且壳体为金属壳，火焰不易烧穿，从而可以有效地防止因热辐射影响其他的电池包200。该集装箱储能系统的消防装置还适用于其他防护等级的集装箱储能系统，具体根据用户的实际需求进行应用。
36.如图1所示，该集装箱储能系统的消防装置包括检测组件、提示组件、气罐11、排风件2及消防水组件，检测组件设置在集装箱100内且用于检测电池包200的电芯的温度、电芯的电压、集装箱100内烟雾的浓度及电池包200内氢气的浓度，提示组件能够在集装箱储能系统发生单一火警和复合火警时发出报警信号，气罐11设置在集装箱100内且用于盛放消防气体，气罐11能够在集装箱储能系统发生复合火警时向电池包200内喷射消防气体，排风件2设置在集装箱100上且能够将集装箱100内的气体向外排出，本实施例的排风件2为排风机、排气扇或者抽风机等，消防水组件设置在集装箱100上且能够在气罐11内的消防气体全部喷完时与水源连通，以向集装箱100内注入水。
37.本实施例的提示组件为声光报警器，声光报警器能够发出声光报警信号，以达到提醒提醒工作人员的目的。在其他实施例中，提示组件还可以为声音报警器或者其他报警器，具体根据实际运行场景选定。
38.需要说明的是，本实施例的电池包200为磷酸铁锂类型电池包，这种电池包200在发生热失控的初期表现为防爆阀泄压，此时电池包200产生的气体中含有体积占比约45％的氢气和体积占比约11％的一氧化碳，一旦气体中氢气的体积占比超过4％，该气体遇火易发生爆炸，因此检测组件需要随时检测氢气的体积占比，从而判断电池包200是否发生了热失控。
39.本实施例提供的集装箱储能系统的消防装置，能够根据发生火灾的等级进行动作，当集装箱储能系统发生单一火警时，此时有可能发生热失控，提示组件发出报警信号，以提醒工作人员及时检查集装箱储能系统并对其进行维修；当集装箱储能系统发生复合火警时，提示组件同样发出报警信号，气罐11向电池包200内喷射消防气体，排风件2将集装箱100内的气体向外排出，从而对电池包200进行初步灭火，此时即使存在误报警，也不会损坏电池系统；只有当气罐11内的消防气体全部喷完时，才会通过消防水组件向集装箱100内注入水，达到完全灭火的目的，从而断绝引发更大的火势。
40.具体地，如图1所示，检测组件包括温度传感器(图中未示出)、电压传感器(图中未示出)、气体传感器31及烟雾感应器32，温度传感器和电压传感器均设置在电池包200内以分别检测电芯的温度和电压，气体传感器31设置在电池包200内以检测电池包200内氢气的浓度，烟雾感应器32设置在电池包200外且位于集装箱100内以检测集装箱100内烟雾的浓度。本实施例的气体传感器31还能够检测一氧化碳的浓度。
41.进一步地，如图1所示，本实施例的电池包200的个数为十二个，十二个电池包200呈三列四行排布，气体传感器31的个数为十二个，每个电池包200内均设有一个气体传感器31，从而实时检测各个电池包200内的氢气的浓度，烟雾传感器的个数为三个，每列电池包200对应一个烟雾传感器，烟雾传感器根据检测的集装箱100内的烟雾的浓度判断电池包200是否发生了热失控，一旦检测到集装箱100内的烟雾浓度逐渐增加，表明有至少一个电
池包200发生热失控产生的烟雾散至及集装箱100内，此时需要采取相应的措施进行灭火。在其他实施例中，气体传感器31的个数并不限于本实施例的十二个，具体根据电池包200的个数进行确定，烟雾传感器的个数也并不限于本实施例的三个，还可以为一个、两个或者多于三个，具体根据实际需要设置。
42.当集装箱储能系统的消防装置发生数据采集异常时，温度传感器和电压传感器能够分别多次检测电芯的温度和电压，若多次检测的电压均低于截止电压且多次检测的温度均低于截止温度，则判定集装箱储能系统能够正常运行；否则，判定集装箱储能系统出现异常，即至少一个电池包200运行异常。其中，截止温度为电池包200正常充放电时的最高温度，截止电压为电池包200正常充放电时的最高电压。
43.具体地，数据采集异常为温度传感器检测的电芯的温度异常、电压传感器检测的电芯的电压异常、气体传感器31检测的氢气的浓度异常、气体传感器31检测的一氧化碳的浓度异常及烟雾传感器检测的集装箱100内的烟雾的浓度异常中的至少一个发生，此时温度传感器多次检测电芯的温度、电压传感器多次检测电芯的电压，并分别与截止温度和截止电压进行对比，若是多次检测的温度均低于相应的截止温度，或者多次检测的电压均低于截止电压，则表明电池包200运行正常；若是多次检测的温度均高于相应的截止温度，或者多次检测的电压均高于截止电压，则表明电池包200运行异常，避免了温度传感器和电压传感器由于某一次检测异常而判定该集装箱储能系统异常运行的现象的发生，降低了误报警的可能性。需要说明的是，为了保证检测组件检测数据的准确性，将温度传感器检测的电芯的温度与截止温度相比较以及将电压传感器检测的电芯的电压与截止电压相比较时，对比的次数可以为十次、二十次甚至更多次数，具体根据实际需要设定。
44.进一步地，若出现下述情况中的一种，则判定集装箱储能系统发生单一火警，提示组件发出报警信号且电池包200被配置为停止充电和放电，具体包括：电芯的电压位于第一预设电压和第二预设电压之间；电芯的温度位于第一预设温度和第二预设温度之间；电池包200内氢气的浓度位于第二预设浓度至第一预设浓度之间。其中，第一预设电压与截止电压的比值为1.3，第二预设电压与截止电压的比值为1.5，第一预设温度为55℃，第二预设温度为90℃，第二预设浓度为4％，第一预设浓度为15％。需要说明的是，在其他实施例中，第一预设电压、第二预设电压、第一预设温度、第二预设温度、第二预设浓度及第一预设浓度并不限于本实施例的这种限定，还可以为其他数值，本领域技术人员可以根据电池包200的类型和实际应用场景进行设定。
45.若出现下述情况中的至少两种，则判定集装箱储能系统发生复合火警，此时提示组件发出报警信号、电池包200停止充电和放电，且气罐11向电池包200喷射消防气体、排风件2向外吹风，具体包括：电芯的电压位于第一预设电压和第二预设电压之间；电芯的温度位于第一预设温度和第二预设温度之间；电池包200内氢气的浓度位于第二预设浓度至第一预设浓度之间。发生复合火警时，排风件2向外吹风使得集装箱100内的气体向外强制排出，降低了气体中因氢气的体积占比较大而发生爆炸的可能性。
46.当电池包200内氢气的浓度高于第一预设浓度时，消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，直至集装箱100内灌满水；当气罐11内的消防气体全部喷完时，若烟雾感应器32检测的集装箱100内烟雾的浓度逐渐增加，则消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，直至集装箱100内灌满水。也就是说，一旦气体传感器31检测的氢气的浓度高于
15％，或者气罐11内的消防气体全部喷完且电池包200的热失控仍未得到控制时，此时消防水组件直接与水源连通以向集装箱100内灌水，从而达到灭火的目的。
47.需要说明的是，集装箱100内还设有火焰探测器(图中未示出)，当火焰探测器检测到集装箱100内有明火时，电池包200停止充电和放电，消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，达到浇灭火焰的目的。也就是说，一旦火焰探测器检测到集装箱100内有明火，不管集装箱储能系统是否发生了单一火警或者复合火警，此时电池包200停止充电和放电，消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，保证了该集装箱储能系统的安全性。
48.具体地，该集装箱储能系统的消防装置的控制策略如下：
49.当集装箱储能系统的消防装置发生数据采集异常时，集装箱储能系统的消防装置首先通过温度传感器多次检测电芯的温度、电压传感器多次检测电芯的电压，进行电压和温度的自检，若是多次检测的电芯的实际电压均高于截止电压或者多次检测的电芯的实际温度均高于截止温度，此时认为集装箱储能系统出现异常；否则，判定该集装箱储能系统正常运行，检测组件正常工作；
50.接着，判断该集装箱储能系统是否发生了单一火警、复合火警或者电池包200内氢气的浓度高于第一预设浓度；
51.若是判断发生了单一火警，提示组件发出报警信号且电池包200被配置为停止充电和放电，工作人员对其进行维修；若是判断发生了复合火警，此时提示组件发出报警信号、电池包200停止充电和放电，且气罐11向电池包200喷射消防气体、排风件2向外吹风，当消防气体喷射完毕后电池包200的热失控仍未得到控制，此时消防水组件直接与水源连通以向集装箱100内灌水，从而达到灭火的目的；若是电池包200内氢气的浓度高于第一预设浓度，此时消防水组件直接与水源连通以向集装箱100内灌水，从而达到灭火的目的。
52.如图1所示，本实施例的消防水组件包括消防水管51和设置在消防水管51上的消防水阀52，消防水管51的一端伸入集装箱100的顶部，另一端能够与水源连通。具体地，如图1所示，消防水管51包括内管511和外管512，集装箱100上设有消防水接头53，内管511位于集装箱100的顶部且与消防水接头53的一端连通，外管512位于集装箱100的外部且与消防水接头53的另一端连通，外管512还与能够提供水源的消防栓300连通，消防水阀52设置在外管512上。
53.本实施例的集装箱储能系统的消防装置还包括十二个控制阀12，每个控制阀12分别对应一个电池包200以控制每个电池包200与气罐11的通断。也就是说，每个控制阀12均能够控制与其对应的电池包200与气罐11的通断，当与该电池包200对应的控制阀12开启时，气罐11内的消防气体喷入电池包200，从而对该电池包200的热失控进行控制，使得电池包200进行气体消防。需要说明的是，本实施例的消防气体为七氟丙烷气体、惰性气体或者其他气体，消防气体属于现有技术，具体可通过外购获得，此处不再赘述。在其他实施例中，控制阀12的个数并不限于本实施例的这种限定，还可以为其他个数，每个电池包200均与一个控制阀12对应，以保证气罐11能够与每个电池包200连通。
54.优选地，本实施例的集装箱储能系统的消防装置还包括控制模块，该控制模块分别与检测组件、提示组件、控制阀12及排风件2电连接，该控制模块可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制模块可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，单片机中可以运行控制程序，进而控制检测组件、提示组件、控制阀12及排风件2实现其功能。
55.具体地，该控制模块包括依次电连接的数据采集系统、控制监测系统及执行系统，其中，数据采集系统用于采集检测组件检测的电芯的电压、电芯的温度、电池包200内氢气的浓度、电池包200内一氧化碳的浓度及集装箱100内烟雾的浓度，进而数据采集系统将相关数据传输给控制监测系统，控制监测系统能够将收到的数据进行对比，进而判断该集装箱储能系统是否异常，若是异常，则继续判断该集装箱储能系统是否发生了单一火警、复合火警或者电池包200内氢气的浓度高于第一预设浓度的情况，进而通过执行系统控制相应的部件进行动作。进一步地，如图1所示，该数据采集系统包括烟雾探测控制器41，烟雾探测控制器41与烟雾传感器电连接以收集烟雾传感器检测的集装箱100内的烟雾的浓度，进而将烟雾的浓度数据传输给控制检测系统。如图1所示，执行系统包括气体消防控制器42，气体消防控制器42用于控制每个控制阀12的开启和闭合。
56.本实施例的还提供一种适用于以上方案所述的集装箱储能系统的消防装置的消防方法，包括：
57.s1、当集装箱储能系统的消防装置发生数据采集异常时，检测组件能够分别检测多次电芯的电压和温度，若多次检测的电压均低于截止电压且多次检测的温度均低于截止温度，则判定集装箱储能系统能够正常运行；否则，判定集装箱储能系统出现异常并执行s2、s3或者s4；
58.s2、若电芯的电压位于第一预设电压和第二预设电压之间、电芯的温度位于第一预设温度和第二预设温度之间及电池包200内氢气的浓度位于第二预设浓度至第一预设浓度之间中的一个发生时，则判定集装箱储能系统发生单一火警，提示组件发出报警信号且电池包200被配置为停止充电和放电；
59.s3、若电芯的电压位于第一预设电压和第二预设电压之间、电芯的温度位于第一预设温度和第二预设温度之间及电池包200内氢气的浓度位于第二预设浓度至第一预设浓度之间中的至少两个发生时，则判定集装箱储能系统发生复合火警，提示组件发出报警信号且电池包200被配置为停止充电和放电，且气罐11向电池包200喷射消防气体、排风件2向外吹风；
60.s4、当电池包200内氢气的浓度高于第一预设浓度时，消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，直至集装箱100内灌满水；当气罐11内的消防气体全部喷完时，若烟雾感应器32检测的集装箱100内烟雾的浓度逐渐增加，则消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，直至集装箱100内灌满水。
61.具体地，s1中的截止温度为电池包200正常充放电时的最高温度，截止电压为电池包200正常充放电时的最高电压。s2和s3中的第一预设电压、第二预设电压、第一预设温度及第二预设温度均与集装箱储能系统的消防装置中的参数相同。
62.需要说明的是，当判定该集装箱储能系统发生了复合火警时，提示组件发出报警信号且电池包200被配置为停止充电和放电，且气罐11向电池包200喷射消防气体、排风件2向外吹风，以进行初步的消防，当气罐11内的消防气体全部喷完时，若是烟雾感应器32检测的集装箱100内烟雾的浓度仍逐渐增加，则消防水组件与水源连通以向集装箱100内注入水，直至集装箱100内灌满水。
63.本实施例提供的集装箱储能系统的消防装置的消防方法，能够根据发生火灾的等级进行动作，降低了误报警损坏电池系统的可能性，能够对发生热失控的电池包200进行彻
底灭火，保证了集装箱储能系统的安全性。
64.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。