CN105449307A - 一种电池储能系统紧急制冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池储能系统安全领域，尤其涉及动力电池安全领域。一种电池储能系统紧急制冷装置，使用液氮相变制冷，包含制氮器、液氮罐、供冷管、供冷阀门、制冷通道和泄压阀。制氮器在电池充电时制氮储冷。供冷阀门由可充电的微型电池供电，控制器有独立的信号采集和逻辑处理机制，不依赖于BMS；控制器包含震动传感器，能感应碰撞和爆炸等事故。封闭式制冷通道一般安装在电池的散热模块上，通过散热模块给电池散热。开放式制冷通道安装在电池上，管道靠近电池的部分有多个小孔，用于将液氮均匀的喷洒在电池上。本发明的有益效果是，使用液氮紧急制冷，能达到快速降温的效果，防止电池组的热失控和最大程度避免热失控连锁反应。

Description

一种电池储能系统紧急制冷装置
技术领域
本发明涉及电池储能系统安全领域，尤其涉及动力电池安全领域。
背景技术
在全球新能源革命快速发展的趋势下，世界各国都在竞相发展光伏、风电、电动汽车等产业，其核心技术之一是储能系统，尤其是电池储能系统。但是在现有的电池技术条件下，电池在充电和放电的工作过程中会产生大量热量，在过充、过热以及短路等情况下还可能燃烧和爆炸。作为储能系统的电池组，电池密集在一起，使用过程中热量容易累积，发生电池燃烧爆炸时容易引起连锁反应。电池储能系统是能量密集的物体，发生燃烧和爆炸时释放的能量巨大，危害性也极大。安全是新能源发展的必要基础条件，电池储能系统的安全管理是目前新能源革命中的一项核心技术。
要解决目前电池储能系统的安全问题，主要是要解决电池组的热失控问题，包括电池密集在一起的热量累积引起的热失控，和电池组局部燃烧爆炸时引起的热失控连锁反应。
要解决电池组的热失控问题，必须能够快速降温。散热的三个要素是散热面积、散热流速和散热温差，在电池组有限的散热面积和紧凑的空间内，很难快速提高散热面积和散热流速，只有快速提高散热温差是可行的办法，因此使用低温液态气体紧急制冷是一种解决电池组的热失控问题的有效方法。在众多种低温液态气体中，综合考虑获取成本、安全性能和制冷效果等要素，比较可取的是液氮。
发明内容
为解决目前电池储能系统的安全问题，本发明提出一种电池储能系统紧急制冷装置，防止电池组的热失控和阻止热失控连锁反应。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电池储能系统紧急制冷装置，使用液氮相变制冷，包含制氮器、液氮罐、供冷管、供冷阀门、制冷通道和泄压阀。
制氮器与液氮罐相连接，在电池充电时制氮，储存冷量。液氮罐与供冷管相连接，供冷管为杜瓦管，即真空绝热夹层管，液氮罐上的压力控制装置将液氮罐和供冷管内的液氮控制在合理的压力范围内。
供冷管上安装有供冷阀门，供冷阀门包含控制器、微型电池和最少一个电子膨胀阀，控制器包含逻辑处理器、记忆体、通讯端口、温度传感器、压力传感器和震动传感器。控制器通过通讯端口与BMS（电池管理系统）通讯，根据传感器和通讯端口反馈的信息，判断是否发生了热失控、短路、碰撞和爆炸等事故，根据预设的方案调节电子膨胀阀的流量，并将信息写入记忆体。电子膨胀阀和控制器由微型电池供电，微型电池由电池储能系统充电。
电子膨胀阀与制冷通道相连接，制冷通道包括封闭式制冷通道和开放式制冷通道。封闭式制冷通道由两端分别连接到电子膨胀阀和泄压阀的封闭管道组成，管道内部有沟槽或者烧结等毛细结构。封闭式制冷通道一般安装在电池的散热模块上，通过散热模块给电池散热；散热模块可以是风冷、液冷和热管等结构。在液氮储量充足的情况下，还可以作为电池的常规散热方式使用。封闭式制冷通道还可以安装在电池上，直接给电池散热。开放式制冷通道由一端连接到电子膨胀阀另一端安装在电池上的半开放管道，密封的电池箱体，以及安装在电池箱体上的泄压阀组成，半开放管道的末端封闭，靠近电池的部分有多个小孔，用于将液氮均匀的喷洒在电池上。
控制器的传感器安装在制冷通道所经过的散热模块、电池、泄压阀和电池箱体等处。
制冷通道内的液氮吸热气化后通过泄压阀排出。
本发明的有益效果是，该技术方案使用液氮紧急制冷，能给电池温度控制提供快速降温机制和足够的冷量，防止电池组的热失控和最大程度避免热失控连锁反应。具体而言，使用制氮器在电池充电时制氮，能解决液氮补给不方便的问题，也方便低压储存液氮，从而提高了系统可靠性和安全性；供冷阀门的电子膨胀阀和控制器由可充电的微型电池供电，控制器有独立的信号采集和逻辑处理机制，因此可以不依赖于BMS，发生事故时还能继续工作；控制器包含震动传感器，能判断是否发生了碰撞和爆炸等事故，因此能更好的识别各种紧急情况；控制器包含通信端口，能作为子系统与BMS连接，接收BMS的更全面的电池状态信息，传输传感器和控制信息，使BMS能将信息集中整理和展示给用户；控制器包含记忆体，能记录最近一段时间内的传感器和控制信息，方便事后调查分析；安装在电池散热模块上的封闭式制冷通道，通过散热模块给电池散热，能避免液氮过低的温度给电池带来的损害，适用于热失控的初级阶段和电池常规散热；安装在电池上的封闭式制冷通道，能直接给电池散热，适用于热失控的中级阶段；开放式制冷通道，能使液氮直接与电池接触降温，适用于电池发生燃烧爆炸事故等严重情况；封闭式制冷通道的管道内部有沟槽或者烧结等毛细结构，有利于液氮在制冷通道内的扩散，能够提高散热速度；制冷通道内的液氮吸热气化后通过泄压阀排出，能够避免液氮直接排出，造成冷量浪费和出口结冰堵塞等情况，同时能够避免空气进入，进而造成制冷通道内结冰堵塞的情况。
附图说明
图1是根据本发明的一种电池储能系统紧急制冷装置的结构示意图。
图中，1.制氮器，2.液氮罐，3.供冷管，4.供冷阀门，5.制冷通道，6.泄压阀，7.电池，8.电池箱体，2-1.压力控制装置，4-1.控制器，4-2.电子膨胀阀，4-3.微型电池，4-1-1.逻辑处理器，4-1-2.记忆体，4-1-3.通讯端口，4-1-4.温度传感器，4-1-5.压力传感器，4-1-6.震动传感器，5-1.封闭式制冷通道，5-2.开放式制冷通道，5-1-1.封闭管道，5-2-1.半开放管道，5-2-2.小孔，7-1.散热模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示：一种电池储能系统紧急制冷装置，使用液氮相变制冷，包含制氮器1、液氮罐2、供冷管3、供冷阀门4、制冷通道5和泄压阀6。
制氮器1与液氮罐2相连接，在电池充电时制氮，储存冷量。液氮罐2与供冷管3相连接，供冷管3为杜瓦管，即真空绝热夹层管，液氮罐2上的压力控制装置2-1将液氮控制在合理的压力范围内。供冷管3上安装有供冷阀门4，供冷阀门4包含控制器4-1、多个电子膨胀阀4-2和微型电池4-3，控制器4-1包含逻辑处理器4-1-1、记忆体4-1-2、通讯端口4-1-3、温度传感器4-1-4、压力传感器4-1-5和震动传感器4-1-6。控制器4-1通过通讯端口4-1-3与BMS通讯，根据传感器和通讯端口4-1-3反馈的信息，判断是否发生了热失控、短路、碰撞和爆炸等事故，根据预设的方案调节电子膨胀阀4-2的流量，并将信息写入记忆体4-1-2。电子膨胀阀4-2和控制器4-1由微型电池4-3供电，微型电池4-3由电池储能系统充电。电子膨胀阀4-2与制冷通道5相连接，制冷通道5包括封闭式制冷通道5-1和开放式制冷通道5-2。封闭式制冷通道5-1由两端分别连接到电子膨胀阀4-2和泄压阀6的封闭管道5-1-1组成，封闭管道5-1-1内部有沟槽或者烧结等毛细结构。一组封闭式制冷通道5-1安装在电池7的散热模块7-1上，通过散热模块7-1给电池7散热。另一组封闭式制冷通道5-1安装在电池7上，直接给电池7散热。开放式制冷通道5-2由一端连接到电子膨胀阀4-2另一端安装在电池7上的半开放管道5-2-1，密封的电池箱体8，以及安装在电池箱体8上的泄压阀6组成，半开放管道5-2-1的末端封闭，靠近电池7的部分有多个小孔5-2-2，用于将液氮均匀的喷洒在电池7上。控制器4-1的传感器安装在制冷通道5所经过的散热模块7-1、电池7、泄压阀6和电池箱体8等处。制冷通道5内的液氮吸热气化后通过泄压阀6排出。

Claims (10)

1.一种电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：包含制氮器、液氮罐、供冷管、供冷阀门、制冷通道和泄压阀；所述制氮器与所述液氮罐相连接，所述液氮罐与所述供冷管相连接，所述供冷管上安装有所述供冷阀门；所述供冷阀门包含控制器、微型电池和最少一个电子膨胀阀；所述电子膨胀阀与所述制冷通道相连接，所述制冷通道包括封闭式制冷通道和开放式制冷通道；所述制冷通道内的液氮吸热气化后通过所述泄压阀排出。
2.根据权利要求1所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述控制器包含逻辑处理器、记忆体、通讯端口、温度传感器、压力传感器和震动传感器；所述控制器根据所述传感器与通讯端口反馈的信息和预设的方案调节所述电子膨胀阀的流量。
3.根据权利要求2所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述控制器能将传感信息和控制信息写入所述记忆体，并能通过所述通讯端口传输和接收数据。
4.根据权利要求1所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述电子膨胀阀和控制器由所述微型电池供电，所述微型电池由电池储能系统充电。
5.根据权利要求1所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述供冷管为真空绝热夹层管；所述液氮罐上的压力控制装置将所述液氮罐和供冷管内的液氮控制在合理的压力范围内。
6.根据权利要求1所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述封闭式制冷通道由两端分别连接到所述电子膨胀阀和所述泄压阀的管道组成。
7.根据权利要求6所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述封闭式制冷通道安装在电池的散热模块上，通过散热模块给电池散热。
8.根据权利要求6所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述封闭式制冷通道安装在电池上，直接给电池散热。
9.根据权利要求6所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述封闭式制冷通道的管道内部有毛细结构。
10.根据权利要求1所述的电池储能系统紧急制冷装置，其特征是：所述开放式制冷通道由一端连接到所述电子膨胀阀另一端安装在电池上的半开放管道，密封的电池箱体，以及安装在电池箱体上的所述泄压阀组成；所述半开放管道的末端封闭，所述半开放管道靠近电池的部分有多个小孔。
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