CN107670204A - 一种储能系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能系统及其控制方法。本发明的储能系统采用独立机柜组合而成，当其中一个机柜发生火灾时，不会蔓延至其余的机柜，提高储能系统的安全性；另外，通过设置第一消防系统和/或第二消防系统，对储能系统的储能柜进行多级消防防护，有效降低了储能柜的起火风险，减少了对储能电池造成的经济损失，提高了储能系统的可靠性。另外，一种应用于所述储能系统的控制方法，采用多级温度消防处理控制，降低储能柜的起火风险，可有效保障储能系统的安全。

Description

一种储能系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及储能系统领域，尤其是一种储能系统及其控制方法。

背景技术

储能双向变流器(PCS：Power conversion system)：与储能电池组配套，连接于电池组与电网之间，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的系统，主要由变流器及其控制系统构成。

电池管理系统(BMS：Battery management system)：为电池提供管理及通信接口的系统。

火灾的发展变化一般分为五个阶段，分别是初起、发展、猛烈、下降和熄灭。一般地，电化学储能系统由储能电池、电池管理系统(BMS)、储能双向变流器(PCS)、监控系统、消防系统、温控系统、照明系统等部分构成。现有大型电化学储能系统的集成方式，一般采用集装箱式或站房式。对于储能系统来说，由于其能量密度高，结构紧凑，一旦起火，即使是在火灾初起阶段，想通过消防系统将火势控制也是非常困难的，即使能够及时灭火，造成的经济损失也是巨大的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种储能系统及其控制方法，用于提高储能系统的防火能力，降低储能系统的安全风险。

本发明所采用的技术方案是：一种储能系统，所述储能系统为多个功能机柜组合而成，所述储能系统包括储能柜，所述储能柜包括储能柜本体、处理器和设置于储能柜本体内的电池盒，所述电池盒与处理器连接，所述电池盒用于向外部设备供电；所述储能柜还包括第一消防系统和/或第二消防系统；

所述第一消防系统包括温度传感装置、第一灭火剂存储装置、第一控制开关、第二控制开关、灭火剂输运管道和喷头；所述温度传感装置用于检测所述储能柜本体内部的环境温度；所述第一灭火剂存储装置依次通过第一控制开关、灭火剂输运管道与喷头连接，所述喷头设置在储能柜本体内；所述第二控制开关用于控制电池盒与外部设备之间的通断，所述温度传感装置的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端分别与第一控制开关的输入端、第二控制开关的输入端连接；

所述第二消防系统包括自动探火灭火装置，所述自动探火灭火装置与储能柜本体连通。

进一步地，所述自动探火灭火装置包括火探管和第二灭火剂存储装置，所述火探管设置在储能柜本体内部，所述第二灭火剂存储装置与火探管的一端连通，所述火探管另一端密闭。

进一步地，两个所述储能柜共用一个第一灭火剂存储装置和/或第二灭火剂存储装置。

进一步地，所述储能柜还包括设置于储能柜本体内的风扇盒，所述风扇盒包括离心风扇和设置于离心风扇的进风口处的脱氧剂。

进一步地，所述储能柜还包括设置于储能柜本体内的空调，所述空调的出风口与风扇盒连通。

进一步地，所述空调的集水盘通过管道与外部连通，所述管道为U型水封结构。

进一步地，所述第一灭火剂存储装置为二氧化碳存储装置。

进一步地，所述第二灭火剂存储装置为七氟丙烷存储装置。

本发明所采用的另一技术方案是：一种应用于所述的储能系统的控制方法，包括以下步骤：

获取储能柜内部的环境温度；

判断所述环境温度是否大于第一预设温度，若判断结果为是，则降低电池盒的充电功率；

判断所述环境温度是否大于第二预设温度，若判断结果为是，则控制第二控制开关断开，储能柜停止向外部设备供电；

判断所述环境温度是否大于第三预设温度，若判断结果为是，则控制第一控制开关导通，利用第一灭火剂存储装置实现消防处理；

当所述环境温度大于第四预设温度时，第二消防系统启动工作；

所述第一预设温度小于第二预设温度，所述第二预设温度小于第三预设温度，所述第三预设温度小于第四预设温度。

进一步地，所述第一预设温度为40-45℃。

本发明的有益效果是：

本发明的储能系统采用独立机柜组合而成，当其中一个机柜发生火灾时，不会蔓延至其余的机柜，提高储能系统的安全性；另外，通过设置第一消防系统和/或第二消防系统，对储能系统的储能柜进行多级消防防护，有效降低了储能柜的起火风险，减少了对储能电池造成的经济损失，提高了储能系统的可靠性。另外，一种应用于所述储能系统的控制方法，采用多级温度消防处理控制，降低储能柜的起火风险，可有效保障储能系统的安全。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明中一种储能系统的一具体实施例结构示意图；

图2是本发明中一种储能系统的另一具体实施例结构示意图；

图3是本发明中一种储能系统的储能柜的一具体实施例部分结构示意图；

图4是本发明中一种储能系统的储能柜的控制盒的一具体实施例结构示意图；

图5是本发明中一种储能系统的储能柜的电池盒的一具体实施例结构示意图；

图6是本发明中一种储能系统的储能柜的风扇盒的一具体实施例结构示意图；

图7是本发明中一种储能系统的储能柜的一具体实施例结构示意图；

图8是本发明中一种储能系统的储能柜的第一消防系统和第二消防系统的一具体实施例示意图；

图9是本发明中一种储能系统的储能柜的第一消防系统和第二消防系统的一具体实施例示意图；

其中，1-电池架；2-PCS；3-集水盘；4-U型水封管道；5-空调进风口；6-空调出风口；7-CJ密封胶条；8-第一通孔；9-第二通孔；10-柜体；11-控制盒；12-电池盒；13-离心风扇；14-风扇盒；15-脱氧剂；16-空调；17-七氟丙烷存储装置；18-柜门；19-二氧化碳存储装置；20-火探管；21-三通；22-软管；23-喷头；24-电磁阀；25-压力表；26-堵头；27-压力开关；A-第一储能柜；B-第二储能柜；C-第一储能柜的火探管的一点；D-第二储能柜的火探管的一点。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种储能系统，储能系统为多个功能机柜组合而成，储能系统以储能柜是否自带PCS分为两种，参考图1，图1是本发明中一种储能系统的一具体实施例结构示意图，第一种，储能柜自带PCS，储能系统包括多个储能柜、控制柜和AC汇流柜，储能柜的主要功能是装载电池及提供电池运行所需要的环境，控制柜的主要功能是负责储能系统的管理控制及通信，AC汇流柜主要负责AC配电、汇流等。本实施例中，包括6个储能柜，所有的储能柜接入控制柜实现通信连接；所有储能柜与AC汇流柜连接实现AC汇流后，通过AC汇流柜接入电网。第二种，参考图2，图2是本发明中一种储能系统的另一具体实施例结构示意图；当储能柜未自带PCS时，储能系统包括多个储能柜、控制柜和PCS柜，储能柜、PCS柜与控制柜通信连接；本实施例中包括六个储能柜，所有储能柜的DC电缆接入PCS柜进行变流后，通过PCS柜的三相AC接口和电网连接；PCS柜包括多个PCS，PCS柜的主要功能是负责每个储能柜的AC/DC双向变流，本实施例中，PCS柜中设置有6个PCS。储能柜、AC汇流柜、控制柜、PCS柜之间相互独立，不同于集装箱式储能系统，本发明的储能系统采用机柜组合式设计，不仅生产方便，而且可分开运输(分成多个机柜运输)，不会超过运输限重，方便快捷；储能系统可以根据场地的大小灵活部署和安装机柜，不受安装场地大小的限制，可扩展性强。发生异常状况(工作异常或者发生火灾)时，可以只将有问题的储能柜停止运行，储能系统的其他部分可以照常运行，不仅可维护性好，而且发生火灾时，不会蔓延到其余机柜，储能系统的安全性好。

进一步地，参考图3、图4、图5、图6和图7，图3是本发明中一种储能系统的储能柜的一具体实施例部分结构示意图；图4是本发明中一种储能系统的储能柜的控制盒的一具体实施例结构示意图；图5是本发明中一种储能系统的储能柜的电池盒的一具体实施例结构示意图；图6是本发明中一种储能系统的储能柜的风扇盒的一具体实施例结构示意图；图7是本发明中一种储能系统的储能柜的一具体实施例结构示意图；储能柜包括储能柜本体，储能柜本体包括柜体10和柜门18，本实施例中，储能柜包括设置于储能柜本体内的电池盒12、风扇盒14和控制盒11，控制盒11包括处理器，本发明中，处理器为BMS(未示出)，风扇盒14、电池盒12与BMS连接，电池盒12包括储能电池，用于存储电能并向外部设备供电；储能柜还包括设置在柜体10内部的电池架1，用于摆放风扇盒14、电池盒12和控制盒11，本实施例中，包括19个电池盒12、1个控制盒11和1和风扇盒14；储能柜还包括第一消防系统和/或第二消防系统；本实施例中，储能柜包括第一消防系统和第二消防系统两个消防系统；

具体地，第一消防系统包括温度传感装置、第一灭火剂存储装置、第一控制开关、第二控制开关、灭火剂输运管道和喷头；温度传感装置用于检测储能柜本体内部的环境温度；第一灭火剂存储装置依次通过第一控制开关、灭火剂输运管道与喷头连接，喷头设置在储能柜本体内；第二控制开关用于控制电池盒与外部设备之间的通断，温度传感装置的输出端与BMS的输入端连接，BMS的输出端分别与第一控制开关的输入端、第二控制开关的输入端连接；

第二消防系统为自动探火灭火装置，自动探火灭火装置与储能柜本体连通；自动探火灭火装置可以检测周围环境的温度，当温度到达某一数值时，可以进行自动灭火。本发明中，自动探火灭火装置包括火探管和第二灭火剂存储装置，火探管设置在储能柜本体内部，第二灭火剂存储装置与火探管的一端连通，火探管另一端密闭。

本发明通过设置第一消防系统和/或第二消防系统，对储能系统的储能柜进行多级消防防护，有效降低了储能柜的起火风险，减少了对储能电池造成的经济损失，提高了储能系统的可靠性。具体地，实际使用时，BMS接收温度传感装置检测的储能柜内部的环境温度数据，并根据温度数据控制第一控制开关和/或第二控制开关的通断，进而可以控制电池盒是否向外供电或者第一灭火剂存储装置是否进行灭火动作。当温度大于第一预设温度T1时，BMS减小电池盒的充电功率以降低储能柜内的温度，第一预设温度T1的范围一般为40-45℃。当温度数据大于第二预设温度T2时，BMS控制第二控制开关断开，电池盒停止向外供电，不使电池盒在高温环境下工作，以保证电池盒的安全，第二预设温度的范围为60-65℃；当温度数据大于第三预设温度T3时，BMS控制第一控制开关接通，第一灭火剂存储装置中存储的灭火剂通过喷头喷出，对储能柜进行灭火处理；第三预设温度的范围为80-85℃。而当温度大于第四预设温度T4，即火探管的爆破温度时，第二灭火剂存储装置中存储的灭火剂通过爆破的火探管喷出，对储能柜进行灭火处理，实现多级消防处理；火探管的爆破温度的范围为160±5℃。

作为技术方案的进一步改进，参考图3、图6和图7，柜门18的周围设置有CJ密封胶条7，使得柜门18关闭时，柜门18与柜体10之间形成一个密闭的腔体；储能柜还包括设置于储能柜本体内的空调16，本实施例中，空调16设置在柜门18上，柜门18关闭时，空调出风口6与风扇盒14正对且连通。空调16可以通过空调进风口5吸收储能柜中产生的热量并转换成冷气从空调出风口6输出，风扇盒14用于实现储能柜的内循环，风扇盒14包括离心风扇13可以将空调16输出的冷气抽入风扇盒14内，离心风扇13与风道(未示出)连通，风道与控制盒11和电池盒12连通，通过风道将冷气送入控制盒11和电池盒12，实现控制盒11和电池盒12的降温，本发明中以空调为温度调节装置，可制冷或加热，再利用离心风扇和风道实现储能柜的内循环，可以维持储能柜内部的温度在一个合适的范围，使得储能柜对环境适应能力更强。风扇盒14内还设置有脱氧剂15，用于降低储能柜内的氧气浓度；脱氧剂15设置在离心风扇13的进风口的位置上，脱氧剂15用于吸收储能柜内密闭有限空间内的氧气，利用储能柜的内循环，既能提高脱氧剂的氧气吸收效率，又能降低储能柜内的氧气浓度，使储能电池所处的柜内的环境氧气浓度低于电芯起火所必须具备的氧气浓度，使其不具备燃烧起火条件；相比于常规消防系统，本发明属于一种主动式消防预防措施；通过降低柜内的氧气浓度，遏制电池起火诱因，进一步降低电池起火燃烧的风险。

作为技术方案的进一步改进，参考图3和图7，空调16的集水盘3通过U型水封管道4与外部连通。正常情况下，空调16的蒸发器向外排冷凝水的位置是通过软管与外界相通的，为了使储能柜内能做到严格的空气隔绝，管道采用U型水封结构，保证储能柜的绝对密封。

作为技术方案的进一步改进，参考图3和图7，当储能柜包括PCS2时，电池盒12的输出端与PCS2的输入端连接，PCS2的输出端与BMS的输入端连接。PCS主要负责将电池盒的直流电进行逆变处理。

作为技术方案的进一步改进，参考图3、图7、图8和图9，图8是本发明中一种储能系统的储能柜的第一消防系统和第二消防系统的一具体实施例示意图；图9是本发明中一种储能系统的储能柜的第一消防系统和第二消防系统的一具体实施例示意图；本实施例中，采用两个储能柜共用一个第一灭火剂存储装置和/或第二灭火剂存储装置，可以节省储能柜的成本。本实施例中，以第一储能柜A和第二储能柜B为例，它们同时设置了第一消防系统和第二消防系统，共用一个第一灭火剂存储装置和第二灭火剂存储装置。第一灭火剂存储装置选用二氧化碳存储装置19，以二氧化碳作为灭火剂，由于二氧化碳存储装置19的体积较大，因此，二氧化碳存储装置19设置在储能柜本体外部；第二灭火剂存储装置为七氟丙烷存储装置17，以七氟丙烷作为灭火工质；由于七氟丙烷存储装置17的体积较小，因此，七氟丙烷存储装置17设置在储能柜本体内。本实施例中，二氧化碳存储装置19设置在第一储能柜A的柜体10外，分别在第一储能柜A和第二储能柜B的上部设置一个喷头23，两个喷头23通过软管22(即灭火剂输运管道)与一个三通21连通，三通21通过软管22与二氧化碳存储装置17连接；其中，与喷头连接的软管22穿过第一通孔8并用防水接线端子(未示出)锁紧以保证储能柜的密封；七氟丙烷存储装置17设置在第一储能柜A的柜体内，从七氟丙烷存储装置17引出一路火探管20贯穿第一储能柜A的电池架1的每个格子，如图8和图9所示，火探管从贯穿一个格子后继续贯穿下一个格子，一层格子贯穿后引入下一层格子(以顶层格子为例，参考图9，第一储能柜A中，从第一储能柜的火探管的一点C引入下一层，第二储能柜B的顶层则从第二储能柜的火探管的一点D引入下一层)，直到遍布所有的格子，则火探管20可以检测储能柜中每个位置的温度变化。上述这一路火探管20贯穿完第一储能柜A之后，通过另一个三通21引出第二路火探管20，这一个三通21可以设置在第一储能柜A之中，也可以设置在第二储能柜B之中，还可以设置在两个储能柜的外部。第二路火探管20的分布方式与第一储能柜A中的火探管20的分布方式相同；火探管20穿过第一储能柜A的第二通孔9以进入第二储能柜B，同样，火探管20穿过第二通孔9之后，设置防水接线端子(未示出)以保证第一储能柜A的密封。火探管20的末端设置有堵头26，火探管20经过充压处理；相应地，火探管20上设置有压力表25用于检测火探管20内部的压力，本实施例中，压力表25设置在第一储能柜A之中。另外，二氧化碳存储装置19和七氟丙烷存储装置17的输出端处设置有压力开关27用于控制二氧化碳存储装置19和七氟丙烷存储装置17的打开与否，当软管22和火探管20设置好之后，可以打开压力开关27，使存储在里面的灭火工质可进入软管22和火探管20之中；事实上，还设置有第一控制开关用来控制二氧化碳灭火工质是否可进入软管22，本实施例中，第一控制开关采用电磁阀24来实现，第二控制开关采用断路器(未示出)来实现，断路器可采用人工断路器或者自动断路器来实现，自动断路器和电磁阀均与BMS连接，BMS控制自动断路器和电磁阀的通断，可以同时设置人工断路器和自动断路器实现人工控制和自动控制。事实上，在七氟丙烷存储装置17的出口处设置有电磁阀24用来控制七氟丙烷灭火剂是否可以进入火探管20中。

本发明中，选用温度传感器作为温度传感装置，在每个电池盒中设置4个温度检测点以检测电池盒的温度变化，温度传感器的数据传输至BMS中进行处理，本实施例中，选用二氧化碳作为灭火工质，在储能柜的内部分布火探管以进行温度探测，BMS中通过设定不同阶段的温度阈值，逐级提高消防警戒级别和处理方案。当检测温度超过第一预设温度T1(40-45℃)时，BMS降低电池盒的充电功率以降低储能柜内因充电产生的热量；当检测温度超过第二预设温度T2(60-65℃)时，BMS通过控制自动断路器切断储能柜对外充放电，保证电池盒的安全；当检测温度超过第三预设温度T3(80-85℃)时，BMS触发二氧化碳存储装置首先实现为储能柜降温的目的；当检测温度继续升高，超过第四预设温度T4，即火探管的爆破温度(160℃±5℃)后，触发第二消防系统，七氟丙烷从火探管爆破出喷出实现自动灭火。

本发明利用吸氧剂吸收储能柜中的氧气，降低氧气含量，遏制起火诱因；并提供四级消防预防措施，其中，第火探管喷出的二氧化碳工质温度在-10℃以下，能够迅速为电芯降温，使其温度无法达到燃点，进而阻断了电芯燃烧起火必须具备的另一个条件，将电芯起火风险控制在初起萌芽阶段，进一步降低储能柜的安全风险；设置多级消防预防措施，能将消防系统的触发时间明显提前，将起火遏制在热失控阶段，保障储能柜的安全，进一步地提高储能系统的安全性。

最后，本发明中，控制柜、AC汇流柜或PCS柜的柜体设计与储能柜本体的设计相同，储能柜本体(即柜体和柜门)采用隔热柜体的设计，柜体和柜门为中空的结构，中空的内部填充有隔热材料，例如隔热棉，实现隔热，避免由于一个机柜出现火灾而蔓延到其他的储能柜，可防止发生热失控意外，保障储能系统的安全。另外，储能系统的功能机柜的防护等级为IP65。

本发明还提供一种应用于上述的储能系统的控制方法，包括以下步骤：

利用温度传感装置获取储能柜内部的环境温度；

处理器(本发明中采用BMS)判断环境温度是否大于第一预设温度T1，若判断结果为是，则降低储能柜的电池盒的充电功率，减少储能柜中因电池盒充放电而产生的热量，降低储能柜内部的环境温度；

处理器判断环境温度是否大于第二预设温度T2，若判断结果为是，则控制第二控制开关断开，储能柜停止向外部设备供电，避免储能柜因温度升高产生不稳定的信号而影响外部设备的正常工作；

处理器判断环境温度是否大于第三预设温度T3，若判断结果为是，则控制第一控制开关导通，利用第一灭火剂存储装置实现消防处理，第一灭火剂存储装置中存储的灭火剂通过灭火剂输运管道从喷头喷出；

当环境温度大于第四预设温度T4时，第二消防系统启动工作进行自动消防处理；第二消防系统为自动探火灭火装置，自动探火灭火装置可以检测周围环境的温度，当温度到达某一数值时，可以进行自动灭火。；

第一预设温度T1小于第二预设温度T2，第二预设温度T2小于第三预设温度T3，第三预设温度T3小于第四预设温度T4。

一种应用于所述储能系统的控制方法，采用多级温度消防处理控制，降低了储能柜的起火风险，可有效保障储能系统的安全。

进一步地，第一预设温度为40-45℃；第二预设温度为60-65℃；第三预设温度为80-85℃；第四预设温度为160±5℃。本发明中，自动探火灭火装置包括火探管和第二灭火剂存储装置，火探管设置在储能柜本体内部，第二灭火剂存储装置与火探管的一端连通，火探管另一端密闭。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种储能系统，其特征在于，所述储能系统为多个功能机柜组合而成，所述储能系统包括储能柜，所述储能柜包括储能柜本体、处理器和设置于储能柜本体内的电池盒，所述电池盒与处理器连接，所述电池盒用于向外部设备供电；所述储能柜还包括第一消防系统和/或第二消防系统；

所述第一消防系统包括温度传感装置、第一灭火剂存储装置、第一控制开关、第二控制开关、灭火剂输运管道和喷头；所述温度传感装置用于检测所述储能柜本体内部的环境温度；所述第一灭火剂存储装置依次通过第一控制开关、灭火剂输运管道与喷头连接，所述喷头设置在储能柜本体内；所述第二控制开关用于控制电池盒与外部设备之间的通断，所述温度传感装置的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端分别与第一控制开关的输入端、第二控制开关的输入端连接；

所述第二消防系统包括自动探火灭火装置，所述自动探火灭火装置与储能柜本体连通。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述自动探火灭火装置包括火探管和第二灭火剂存储装置，所述火探管设置在储能柜本体内部，所述第二灭火剂存储装置与火探管的一端连通，所述火探管另一端密闭。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，两个所述储能柜共用一个第一灭火剂存储装置和/或第二灭火剂存储装置。

4.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述储能柜还包括设置于储能柜本体内的风扇盒，所述风扇盒包括离心风扇和设置于离心风扇的进风口处的脱氧剂。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述储能柜还包括设置于储能柜本体内的空调，所述空调的出风口与风扇盒连通。

6.根据权利要求5所述的储能系统，其特征在于，所述空调的集水盘通过管道与外部连通，所述管道为U型水封结构。

7.根据权利要求1至6任一项所述的储能系统，其特征在于，所述第一灭火剂存储装置为二氧化碳存储装置。

8.根据权利要求1至6任一项所述的储能系统，其特征在于，所述第二灭火剂存储装置为七氟丙烷存储装置。

9.一种应用于权利要求1至8任一项所述的储能系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取储能柜内部的环境温度；

判断所述环境温度是否大于第一预设温度，若判断结果为是，则降低电池盒的充电功率；

判断所述环境温度是否大于第二预设温度，若判断结果为是，则控制第二控制开关断开，储能柜停止向外部设备供电；

判断所述环境温度是否大于第三预设温度，若判断结果为是，则控制第一控制开关导通，利用第一灭火剂存储装置实现消防处理；

当所述环境温度大于第四预设温度时，第二消防系统启动工作；

所述第一预设温度小于第二预设温度，所述第二预设温度小于第三预设温度，所述第三预设温度小于第四预设温度。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第一预设温度为40-45℃。