[发明专利]一种基于MEMS气体检测和快速注水的锂电池防复燃装置

说明书

本发明公开一种基于MEMS气体检测和快速注水的锂电池防复燃装置，该装置包括电池管理系统、消防联动控制器、水泵、水箱、消防水管、锂电池蓄容池、MEMS气体传感单元，其中MEMS气体传感单元由网罩、电路主板、气体传感器芯片、封装外壳组成。本发明可实现对储能集装箱内锂离子电池二次热失控的火灾防治。与现有技术相比，本发明是高度灵敏的早期预警及成本低廉的高效灭火系统。

技术领域

本发明属于储能电池全过程安全技术领域，具体涉及一种基于MEMS气体检测和快速注水的锂电池防复燃装置。

背景技术

国家能源局公布的2021年全国电力工业统计数据显示，我国新能源技术发电占比已超46％，新能源在不远的未来必将成为我国电力供应的主体发电源。其中，风能和太阳能呈现快速增长的趋势，随着我国30 60双碳政策的引导，以新能源为主体的新型电力系统的发展将主要依赖于安全稳定的储能系统作为保障。目前，主流的储能系统包括锂电池储能、抽水蓄能以及显热储热。由于锂离子电池热失控的热化学机理中包含大量的产氧反应，例如SEI膜的分解、锂电正极材料的分解。产生的大量氧气一方面与有机电解液发生剧烈的反应，另一方面为后续热失控产生射流火焰提供内部氧化剂支持。因此，当电池第一次热失控产生的明火被扑灭后，由于电池外部包裹材料和储能集装箱内电池支架等的遮蔽，电池内部温度往往并未下降至安全区域，从而导致了电池的二次热失控火灾的爆发。综上，电池高效的防复燃技术是实现全过程安全的重要一环。

授权公告号为CN 209630480 U的专利公布了一种动力电池包防复燃自动灭火装置，其复燃预警方法为火焰传感器对火焰的识别。值得一提的是，锂电池热失控火灾一旦爆发，即明火一旦出现，灭火系统开始启动扑救火灾的黄金时刻即已错过，只有更早期的检测明火发生前的特征气体，比如H₂、HF等，才能实现高效的防复燃灭火效果。授权公告号为CN110624193 A的专利公布了一种基于物联网的防止复燃的消防控制方法，该方法同样没有明确早期预警的技术方法，在火场中物联网的控制方式是否稳定可靠也是值得商榷的问题。授权公告号为CN 215341334 U的专利公布了一种基于石墨烯MEMS气体传感器的锂电池热失控预警系统，该石墨烯MEMS气体传感器并未包含氢气传感器。已有相关研究表明，氢气是热失控发生过程较为早期的特征气体。

因此，如何更早期对锂电池热失控进行早期预警及防复燃灭火降温，是实现电池全过程安全技术急需解决的关键技术难点。

发明内容

鉴于此，本发明提出一种基于MEMS气体检测和快速注水的锂电池防复燃装置，可在完成电池热失控的早期预警以及高效灭火降温的同时，实现较低成本及能耗控制。

为了实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种基于MEMS气体检测和快速注水的锂电池防复燃装置，包括依次闭环连接的电池管理系统、消防联动控制器、水泵、水箱、消防水管和锂电池蓄容池，还包括一设置在所述锂电池蓄容池上的MEMS气体传感单元，所述电池管理系统同步检测电池运行过程电压、电流或阻抗基本特征参数的同时，对所述MEMS气体传感单元数据进行实时监控，并且将所述MEMS气体传感单元数据与所述消防联动控制器进行信号反馈。

进一步地，所述MEMS气体传感单元由网罩、电路主板、气体传感器芯片和封装外壳组成。

进一步地，所述电路主板将所述气体传感器芯片信号实时分发至所述电池管理系统。

进一步地，所述气体传感器芯片至少包括氢气传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氯化氢传感器、氟化氢传感器和二氧化硫传感器。

进一步地，所述消防联动控制器可对来自所述电池管理系统的信号进行识别，并可控制所述水泵的启停。

进一步地，所述水泵可至少提供0～0.5MPa区间内稳定水压的输出。

进一步地，所述水箱填装至少9立方米的工业去离子水。