CN107359373A - 一种自带预警及消防系统的储能电站 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自带预警及消防系统的储能电站，电站按列排布，每列均设有：多个电池柜、电气柜及空调系统，列与列相对设置，相对设置的两列之间设有蓄水池；电池柜为分列、分层结构，隔开为多个独立空间，每个独立空间为一个最小防护单元，最小防护单元为柜式单元，每个最小防护单元内均设有一个封闭式电池箱；最小防护单元中还设有自动弹出机构，发生火情时，将封闭式电池箱弹出至蓄水池中；多个电池柜中的最小防护单元通过总线电连接至电气柜，电气柜中设有电气设备。由此，本发明的自动弹出设计和蓄水池设计可有效抑制电池热失控蔓延，防止电池复燃，保障其它未发生故障的电池不受损害，在保证人身和财产安全的同时将损失降到最低。

Description

一种自带预警及消防系统的储能电站
技术领域
本发明涉及储能电站技术领域，尤其涉及一种自带预警及消防系统的储能电站。
背景技术
锂离子电池作为新能源电池不仅更加环保而且性能更加优越，其广泛应用于储能电站。但是锂离子电池在储存过程中可能会因为自身化学反应放热积聚或外界热源影响发生热失控，严重影响储能电站的安全性能。
另外，新能源汽车的动力电池性能会随着使用次数的增加而衰减，当性能下降到初始性能80％时，将意味着在新能源汽车上的使用寿命终止。随着中国新能源汽车数量的增加，不能达到新能源汽车使用标准的动力电池组将会大量淘汰下来。国家在《节能与新能源汽车产业发展规划(2011—2020)》就明确提出了要制定动力电池回收利用管理办法，建立动力电池梯级利用和回收管理体系。由于储能系统对电池的性能要求较电动汽车低，电动汽车报废的电池具备在储能系统继续使用的条件。然而，回收的动力电池一致性较差，电芯的性能参数差异较大，此时对电池的实时监控、预警和消防显得尤为重要。
目前的储能电站主要通过以下方式实现预警及消防功能：在储能电站箱体的顶部设置多个不同类型的火灾探测器(感温、感烟或烟温一体型)来监控储能电站的运行情况，并安装气体灭火装置及灭火剂输送管道，当发生火情时，利用惰性气体灭火。
在现有技术中，对储能柜的整体进行监控，准确度不够高，当单体电池发生热失控时可能检测不到，当检测到火情时，在整个储能站空间内喷射灭火剂，不能针对发生火灾的电池柜进行灭火，对电池的消防灭火效果不太明显，不能快速、有效、安全地灭绝火源。由于电池热失控是连锁反应，惰性气体灭火装置容量有限，只能短时抑制火灾，一旦电池复燃，会造成巨大危险和财产损失。且灭火剂储存时间长易失效，需定期更换。对于较大型储能站来讲，通常设有多个电池柜，每个电池柜又分隔成多个空间，每个最小空间内放置电池组(敞开式电池组结构或封闭式电池包结构)。电池组由多个单体电池串并联而成，较大的电池组造价高达数万元，电池的热失控一般是发自某个电池组内部，并逐渐向外蔓延，时间久了会危及整个电池柜，甚至危及整个储能站，因此对单个电池组的处置并与柜体隔离是消灭后患、尽最大限度减少损失的一个途径。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种自带预警及消防系统的储能电站，需要解决的技术问题有如下两点：
1、对储能站中的电池组分别监控，提高监控准确性，发生火情时只对发生热失控的电池组进行灭火，保障其他电池不受损失，降低财产损失；
2、电池起火易复燃，传统灭火手段由于灭火剂剂量有限，只能暂时抑制电池热失控蔓延，寻求一种方案彻底抑制电池热失控蔓延。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自带预警及消防系统的储能电站，所述储能电站按列排布，每列均设有：多个电池柜、电气柜以及空调系统，列与列相对设置，相对设置的两列之间设有蓄水池，其中，所述电池柜为分列、分层结构，隔开为多个独立空间，每个独立空间为一个最小防护单元，所述最小防护单元为柜式单元，每个最小防护单元内均设有一个封闭式电池箱；所述最小防护单元中还设有自动弹出机构，发生火情时，将所述封闭式电池箱弹出至所述蓄水池中；多个电池柜中的最小防护单元通过总线电连接至所述电气柜，所述电气柜中设有电气设备。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步地，所述自动弹出机构包括：自动脱落机械臂、自动脱落航空插座、导轨、柜门、小型电机、自动脱落航空端子以及滑轮，其中，所述自动脱落机械臂和自动脱落航空插座均安装于所述最小防护单元的背板上，所述导轨安装于所述最小防护单元的底面上；所述柜门为所述最小防护单元的门，其为可弹开式结构；所述小型电机电连接至所述自动脱落机械臂并为其提供动力；所述自动脱落航空端子安装于所述封闭式电池箱的后侧板上，与所述最小防护单元背板上的所述自动脱落航空插座相适配，所述自动脱落航空端子还与所述封闭式电池箱中的电池组的电源通信端子电连接；所述滑轮安装于所述封闭式电池箱的底板上，嵌设于所述最小防护单元底面上的所述导轨中；所述封闭式电池箱中还设有相互连接的探测控制器和灭火装置，所述小型电机亦连接至所述探测控制器；
进一步地，所述电气柜中所设的电气设备包括：数据集中器、报警显示器、手动启动开关以及BMS(Battery Management System，电池管理系统)主机，其中，多个电池柜的探测控制器通过总线连接至所述电气柜内的所述数据集中器；所述报警显示器连接至所述数据集中器，所述手动启动开关连接至所述报警显示器，所述BMS主机与所述数据集中器相连接；
优选地，所述电气柜中还设有蓄水池驱动电机，所述蓄水池驱动电机连接至所述数据集中器；所述蓄水池设有上盖，所述上盖与所述蓄水池驱动电机相连接，所述蓄水池驱动电机可控制所述上盖的开闭；
优选地，所述手动启动开关内置应急启动按钮，供工作人员应急手动开启使用；当数据集中器判断到应急启动按钮被按下后，强制启动灭火装置，并控制蓄水池驱动电机和自动脱落机械臂动作；
优选地，所述电气柜置于每列的端部，所述空调系统置于每列的中部，多个电池柜置于所述空调系统的两侧；
优选地，所述柜门上部安装有结合于最小防护单元柜体的卡扣，底部安装有与最小防护单元的底面相连的合页，柜门两侧设有伸缩拉杆，以使柜门弹开后形成向下倾斜的滑板；
优选地，所述探测控制器和灭火装置均安装于所述封闭式电池箱的上盖内侧；
优选地，所述总线为CAN总线；
优选地，所述灭火装置为洁净气体灭火器。
与现有技术相比，本发明可产生如下技术效果：
1、对每个防护单元进行分别监控，提高监控准确度，及早灭火；
2、每个最小防护单元的自动弹出设计和蓄水池设计可有效抑制电池热失控蔓延，防止电池复燃，保障其它未发生故障的电池组不受损害，在保证人身和财产安全的同时将损失降到最低；
3、相对于惰性气体灭火剂，水成本低，不受剂量影响，且不存在不易储存及时间久失效等隐患。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图；
图2为本发明的最小防护单元结构示意图；
图3为本发明的封闭式电池箱结构示意图；
图4为本发明的电气连接图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：
100 电池柜
101 自动脱落机械臂
102 自动脱落航空插座
103 导轨
104 柜门
105 卡扣
106 伸缩拉杆
107 小型电机
108 探测控制器
109 灭火装置
110 自动脱落航空端子
111 滑轮
200 电气柜
201 数据集中器
202 报警显示器
203 手动启动开关
204 BMS主机
205 蓄水池驱动电机
300 空调系统
400 蓄水池
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请先参照图1所示，图1为本发明的俯视结构示意图，所述储能电站按列排布，每列均设有：多个电池柜100、电气柜200以及空调系统300，其中，列与列相对设置，相对设置的两列之间设有蓄水池400；为方便运行管理，一般将所述电气柜200置于每列的端部，将所述空调系统300置于每列的中部，而多个电池柜100则置于所述空调系统300的两侧，然而并不以此设置为限。
在本发明的自带预警及消防系统的储能电站中，所述电池柜100为分列、分层结构，隔开为多个独立空间，每个独立空间为一个最小防护单元，所述最小防护单元为柜式单元，每个最小防护单元内均设有一个封闭式电池箱；请参照图2所示，其为本发明的最小防护单元结构示意图；在最小防护单元中，于背板上安装有自动脱落机械臂101和自动脱落航空插座102，底面上安装有导轨103，柜门104为可弹开式结构，柜门上部安装有卡扣105，底部有合页与最小防护单元的底面相连，柜门两侧设有伸缩拉杆106，伸缩拉杆的长度根据防护单元高度来设计，以使柜门弹开后作为向下倾斜的板、使电池箱沿其落入所述蓄水池400中。每个最小防护单元内部还设有小型电机107，所述电机电连接至所述自动脱落机械臂并为其提供动力。
接下来，请再参照图3所示，其为本发明的封闭式电池箱结构示意图；封闭式电池箱满足防水性能要求。电池箱上盖内侧安装有探测控制器108和灭火装置109，后侧板上安装有自动脱落航空端子110，底板外的两侧均安装有滑轮111；电池箱内部设有电池组(图未示)，其电源通信端子与电池箱后侧板上的自动脱落航空端子电连接；其中，
所述探测控制器108具备火灾全周期监测功能，实时采集环境数据(烟雾、气体等)和温度数据变化数据，可以早期发现火灾隐患并发出预警信号。探测控制器还具备控制功能，当探测到火灾发生时发送报警信号，及时启动灭火装置，控制小型电机使自动脱落机械臂弹开；
所述灭火装置109优先采用洁净气体灭火器，其灭火性能显著，灭火剂喷射时间长，能将小面积电池火灾消灭，并且将大面积电池火灾抑制在10分钟内。
在本发明的自带预警及消防系统的储能电站中，所述电气柜200内安装有数据集中器201、报警显示器202、手动启动开关203、BMS主机204以及蓄水池驱动电机205等电气设备，请参照图4所示，其为本发明的电气连接图；在所述电池柜中，所述小型电机107、所述灭火装置109分别连接至所述探测控制器108，多个电池柜的探测控制器则通过CAN总线连接至所述电气柜内的所述数据集中器201；在所述电气柜中，所述报警显示器202连接至所述数据集中器201，所述手动启动开关203连接至所述报警显示器202，所述BMS主机204与所述数据集中器201相连接，所述蓄水池驱动电机205亦连接至所述数据集中器201；其中，
所述数据集中器具备采集功能，可采集热失控探测控制器数据；所述数据集中器采用通用设计，预留开放式接口，可实现互联网+、物联网、大数据传输等各种升级，数据集中器还可联动控制蓄水池驱动电机工作，打开蓄水池上盖。
所述报警显示器可显示当前整个柜体内的电池状态，如正常、报警、灭火以及灭火器已使用等状态；所述手动启动开关内置应急启动按钮，当数据集中器判断到应急启动按钮被按下后，强制启动灭火装置，并执行驱动电机、控制自动脱落机械臂工作等联动动作。
所述BMS主机与所述数据集中器相连接并进行数据传输，由此，将测量信息、预警状态以及火灾信息等现场数据报文发送上级网络设备。
在本发明的自带预警及消防系统的储能电站中，所述空调系统300用于调节储能电站内温度；所述蓄水池400位于电池柜之间的过道下方，并设有上盖；储能电站正常运行时蓄水池为封闭状态，当发生火情时数据集中器控制蓄水池驱动电机工作，打开蓄水池上盖。
由此，在本发明中，探测控制器对每个最小防护单元中的电池组进行实时监控，当探测控制器检测到火情时，进行以下工作：
1)控制灭火装置启动，暂时抑制火情；
2)通过CAN总线发送预警信号，数据集中器收到信号后可通过报警显示器提醒工作人员发生火情，设定延时，确保储能电站内的人员疏散完毕，并控制蓄水池驱动电机工作，打开蓄水池上盖；
蓄水池打开后，探测控制器输出信号启动小型电机，使自动脱落机械臂弹开，从而使自动脱落航空端子和插座分离，断开电池组电气连接。封闭式电池箱沿导轨滑出，弹开柜门。此时柜门可作为倾斜板，电池箱沿倾斜板滑落入蓄水池，彻底抑制电池热失控蔓延。
本发明的自带预警及消防系统的储能电站在每个最小防护空间中分别安装探测控制器和灭火装置，实现对锂电池的实时分别监控，及时发现火情并启动灭火装置，有利于早期抑制火情。在每个防护空间中设置封闭式电池箱，其自动脱落设计及蓄水池设计可使电池组发生火情时自动断开电气连接并落入蓄水池，彻底抑制电池热失控蔓延。相对于传统的惰性气体灭火手段，可有效防止电池复燃，且能进行有针对性灭火，保障其他未发生故障的电池组不受损害，将损失降到最低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述储能电站按列排布，每列均设有：多个电池柜、电气柜以及空调系统，列与列相对设置，相对设置的两列之间设有蓄水池，其中，
所述电池柜为分列、分层结构，隔开为多个独立空间，每个独立空间为一个最小防护单元，所述最小防护单元为柜式单元，每个最小防护单元内均设有一个封闭式电池箱；
所述最小防护单元中还设有自动弹出机构，发生火情时，将所述封闭式电池箱弹出至所述蓄水池中；
多个电池柜中的最小防护单元通过总线电连接至所述电气柜，所述电气柜中设有电气设备。
2.根据权利要求1所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述自动弹出机构包括：自动脱落机械臂、自动脱落航空插座、导轨、柜门、小型电机、自动脱落航空端子以及滑轮，其中，
所述自动脱落机械臂和自动脱落航空插座均安装于所述最小防护单元的背板上，所述导轨安装于所述最小防护单元的底面上；所述柜门为所述最小防护单元的门，其为可弹开式结构；所述小型电机电连接至所述自动脱落机械臂并为其提供动力；
所述自动脱落航空端子安装于所述封闭式电池箱的后侧板上，与所述最小防护单元背板上的所述自动脱落航空插座相适配，所述自动脱落航空端子还与所述封闭式电池箱中的电池组的电源通信端子电连接；所述滑轮安装于所述封闭式电池箱的底板上，嵌设于所述最小防护单元底面上的所述导轨中；
所述封闭式电池箱中还设有相互连接的探测控制器和灭火装置，所述小型电机亦连接至所述探测控制器。
3.根据权利要求2所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述电气柜中所设的电气设备包括：数据集中器、报警显示器、手动启动开关以及BMS主机，其中，多个电池柜的探测控制器通过总线连接至所述电气柜内的所述数据集中器；所述报警显示器连接至所述数据集中器，所述手动启动开关连接至所述报警显示器，所述BMS主机与所述数据集中器相连接。
4.根据权利要求3所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述电气柜中还设有蓄水池驱动电机，所述蓄水池驱动电机连接至所述数据集中器；所述蓄水池设有上盖，所述上盖与所述蓄水池驱动电机相连接，所述蓄水池驱动电机可控制所述上盖的开闭。
5.根据权利要求4所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述手动启动开关内置应急启动按钮，供工作人员应急手动开启使用；当数据集中器判断到应急启动按钮被按下后，强制启动灭火装置，并控制蓄水池驱动电机和自动脱落机械臂动作。
6.根据权利要求1～5任一项所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述电气柜置于每列的端部，所述空调系统置于每列的中部，多个电池柜置于所述空调系统的两侧。
7.根据权利要求2所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述柜门上部安装有结合于最小防护单元柜体的卡扣，底部安装有与最小防护单元的底面相连的合页，柜门两侧设有伸缩拉杆，以使柜门弹开后形成向下倾斜的滑板。
8.根据权利要求2所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述探测控制器和灭火装置均安装于所述封闭式电池箱的上盖内侧。
9.根据权利要求1或3所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述总线为CAN总线。
10.根据权利要求2所述的自带预警及消防系统的储能电站，其特征在于，所述灭火装置为洁净气体灭火器。
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