电池储能系统火灾荷载计算方法、系统、设备和介质技术方案

电池储能系统火灾荷载计算方法、系统、设备和介质，包括以下步骤：获取电池储能系统的锂离子电池类型、电池模组的电池数量、电线质量、控制系统质量以及散热系统质量；根据锂离子电池类型，将电池储能系统的电池模组的电池数量、电线质量、控制系统质量以及散热系统质量输入到锂离子电池类型所对应的电池储能系统火灾荷载计算模型中求解，获得电池储能系统火灾荷载；输出电池储能系统火灾荷载。本发明专利技术可根据系统总装机容量、单块电池容量、模块电池数量、电池种类精准计算储能系统的火灾荷载，计算过程简单，结果准确且代表性，并能够为储能电站热失控火灾的扑灭提供合理、可靠的消防措施。防措施。防措施。

【技术实现步骤摘要】
电池储能系统火灾荷载计算方法、系统、设备和介质


[0001]本专利技术属于储能系统火灾评估
，涉及一种电池储能系统火灾荷载计算方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国“碳中和”和“碳达峰”战略的不断进行，能源改型升级步伐不断加快，以储能技术与系统为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视。储能技术被大规模的应用于电力系统的发电、输电、配电、用电的各个环节，是实现智能电网不可或缺的关键核心技术，是推动我国能源革命的强劲力量。
[0003]电化学储能技术，尤其是锂离子电池储能，以其灵活、快速的优点，已成为电力储能领域装机容量增长最快的储能技术，据CNESA统计，截止2019年底锂离子电池储能保有量达到8454MW。并且，随着电动汽车渗透率的不断提升，锂离子电池规模效应逐步显现，并且随着锂电成本快速降低，其在可再生电能消纳和交通电气化产业链上的重要性日益凸显，电化学储能市场不断扩大，商业化发展前景广阔。
[0004]然而，随着锂离子电池储能技术的发展，锂离子电池安全性问题日益凸显。在过去一年内，全世界锂离子电池储能火灾安全事故量超过30起，造成严重的财产损失及人员伤亡。在锂离子电池大量商业化应用的同时，锂离子电池的消防安全问题成为制约锂离子电池电力储能大规模应用的瓶颈。
[0005]此外，锂离子电池储能系统中还存在大量电气设备，在储能电站的使用过程中，电器元件的损耗、电器电路过负荷运行、电气设备的短路等都会造成电气火灾的发生，以致诱发锂离子电池的热失控及热失控的蔓延，造成大规模火灾，将整个储能系统烧毁。
[0006]目前，对商场、居民区的火灾荷载的研究已经较为成熟，对建筑物内可燃物质量及热值进行统计分析，获得不同功能的住房及商铺的火灾荷载，并且根据统计分析手段，评估整个商场或居民区的火灾荷载。
[0007]商城和居民区的火灾荷载计算方法中需要对较多样本下的不同功能区的火灾荷载进行综合考量。但是，锂离子电池储能电站中，不同区域功能接近，物质单一，不同区域火灾荷载接近，因此并不需要大量的样本采集，也不存在商城中不同功能区火灾荷载的玻尔兹曼分布。
[0008]储能电站火灾过程中，不仅仅存在电站中可燃物质的燃烧放热，还包括锂离子电池热失控过程的电化学反应放热及电化学反应后生成物的燃烧放热，这样就导致储能电站的火灾荷载的分析更为复杂。不能只通过简单的统计分析。
[0009]目前，储能电站的灭火系统多为细水雾灭火系统，而在火灾发生时，利用细水雾进行火灾的灭火作业。但是，并没有规范的标准以对灭火剂用量进行标准化，以防止灭火剂用量过少导致水未扑灭，或者灭火剂用量过度造成整个储能系统的崩溃。
[0010]在储能电站设计过程中，尚未根据储能电站的储能荷载量，精准的设计储能系统消防灭火系统。这样导致锂离子电池储能电站热失控后不能提供与火灾荷载匹配的灭火措
施，导致灭火极为困难。因此，急需一种专门针对储能电站热失控火灾荷载的计算方法，对储能系统的火灾荷载进行计算评估，为储能电站热失控火灾的扑灭提供合理、可靠的消防措施。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供一种电池储能系统火灾荷载计算方法、系统、设备和介质，该方法能够对电池储能系统的火灾荷载进行计算，为储能电站热失控火灾的扑灭提供合理、可靠的消防措施。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0013]一种电池储能系统火灾荷载计算方法，包括以下步骤：
[0014]获取电池储能系统的锂离子电池类型、电池模组的电池数量、电线质量、控制系统质量以及散热系统质量；
[0015]根据锂离子电池类型，将电池储能系统的电池模组的电池数量、电线质量、控制系统质量以及散热系统质量输入到锂离子电池类型所对应的电池储能系统火灾荷载计算模型中求解，获得电池储能系统火灾荷载；
[0016]输出电池储能系统火灾荷载。
[0017]进一步的，电池储能系统火灾荷载计算模型包括电池模组火灾载荷计算模型、电线火灾荷载计算模型、散热系统火灾荷载计算模型以及控制系统火灾荷载计算模型。
[0018]进一步的，电池模组火灾载荷计算模型通过以下过程得到：
[0019]S1、对单块锂离子电池加热致使电池热失控，测得磷酸铁锂电池与三元电池热失控的释放热；所述锂离子电池为磷酸铁锂电池或三元电池；
[0020]S2、对若干块磷酸铁锂电池与三元电池形成的电池模组，重复步骤S1，获得不同电池数量形成的电池模组的释放热；
[0021]S3、根据储能模块的电池模组数量，获得由电池模组构成的储能模组在热失控燃烧时的释放热，进一步获得由储能模组构成的电池储能系统的电池热失控燃烧的释放热，根据储能模块的电池模组的电池数量与电池储能系统的电池热失控燃烧的释放热的关系，得到电池模组火灾载荷计算模型，所述电池模组火灾载荷计算模型为：
[0022]Q＝M*C
p
*(T
‑
T0)*C
[0023]其中，Q为电池储能系统的电池热失控燃烧的释放热；C
p
为电池比热容；T为电池热失控最高温度；T0为初始温度；C为电池储能系统储能容量；M为电池模组数量。
[0024]进一步的，对单块磷酸铁锂电池或三元电池加热致使电池热失控，测得磷酸铁锂电池与三元电池热失控的释放热的步骤中，释放热通过锥形量热仪测得。
[0025]进一步的，电线火灾荷载计算模型通过以下过程得到：
[0026]S11、采集不同容量锂离子电池储能系统的电线中可燃物质量；
[0027]S12、电线中可燃物质量乘以该可燃物的单位质量燃烧释放热，得到电线中可燃物的释放热；
[0028]根据电池储能系统储能容量与电线中可燃物的释放热之间的关系，得到电线火灾载荷计算模型；所述电线火灾载荷计算模型为：
[0029]Q
1,1
＝(1+2+3
…
+n)*25*1000
[0030]其中，Q
1,1
为电线中可燃物的释放热，C为电池储能系统储能容量，n为不超过C/1920的最大整数。
[0031]进一步的，散热系统火灾荷载计算模型通过以下过程得到：
[0032]S11、采集不同容量锂离子电池储能系统中散热系统中可燃物质量；
[0033]S12、散热系统中可燃物质量乘以该可燃物的单位质量燃烧释放热，得到散热系统中可燃物的释放热；
[0034]根据电池储能系统储能容量与电池储能系统中散热系统中可燃物的释放热之间的关系，得到散热系统火灾载荷计算模型；所述散热系统火灾载荷计算模型为：
[0035]Q
1,2
＝a*C/b*150*c
[0036]其中，Q
1,2
为电池储能系统中散热系统中可燃物的释放热；C为电池储能系统储能容量，a为单个模组的风机数量，b为模组的容量，c为风机叶片的燃烧热。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池储能系统火灾荷载计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取电池储能系统的锂离子电池类型、电池模组的电池数量、电线质量、控制系统质量以及散热系统质量；根据锂离子电池类型，将电池储能系统的电池模组的电池数量、电线质量、控制系统质量以及散热系统质量输入到锂离子电池类型所对应的电池储能系统火灾荷载计算模型中求解，获得电池储能系统火灾荷载；输出电池储能系统火灾荷载。2.根据权利要求1所述的一种电池储能系统火灾荷载计算方法，其特征在于，电池储能系统火灾荷载计算模型包括电池模组火灾载荷计算模型、电线火灾荷载计算模型、散热系统火灾荷载计算模型以及控制系统火灾荷载计算模型。3.根据权利要求2所述的一种电池储能系统火灾荷载计算方法，其特征在于，电池模组火灾载荷计算模型通过以下过程得到：S1、对单块锂离子电池加热致使电池热失控，测得磷酸铁锂电池与三元电池热失控的释放热；所述锂离子电池为磷酸铁锂电池或三元电池；S2、对若干块磷酸铁锂电池与三元电池形成的电池模组，重复步骤S1，获得不同电池数量形成的电池模组的释放热；S3、根据储能模块的电池模组数量，获得由电池模组构成的储能模组在热失控燃烧时的释放热，进一步获得由储能模组构成的电池储能系统的电池热失控燃烧的释放热，根据储能模块的电池模组数量与电池储能系统的电池热失控燃烧的释放热的关系，得到电池模组火灾载荷计算模型，所述电池模组火灾载荷计算模型为：Q＝M*C
p
*(T
‑
T0)*C其中，Q为电池储能系统的电池热失控燃烧的释放热；C
p
为电池比热容；T为电池热失控最高温度；T0为初始温度；C为电池储能系统储能容量；M为电池模组数量。4.根据权利要求3所述的一种电池储能系统火灾荷载计算方法，其特征在于，对单块磷酸铁锂电池或三元电池加热致使电池热失控，测得磷酸铁锂电池与三元电池热失控的释放热的步骤中，释放热通过锥形量热仪测得。5.根据权利要求2所述的一种电池储能系统火灾荷载计算方法，其特征在于，电线火灾荷载计算模型通过以下过程得到：S11、采集不同容量锂离子电池储能系统的电线中可燃物质量；S12、电线中可燃物质量乘以该可燃物的单位质量燃烧释放热，得到电线中可燃物的释放热；根据电池储能系统储能容量与电线中可燃物的释放热之间的关系，得到电线火灾载荷计算模型；所述电线火灾载荷计算模型为：Q
1,1
＝(1+2+3
···
+n)*25*1000其中，Q
1,1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，高飞，汪书苹，张明杰，刘皓，杨凯，范茂松，李昌豪，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：