CN110542860A - 集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，属于集装箱式锂离子电池储能系统技术领域。本发明的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置包括：箱体，箱体包括电池舱室，电池舱室内设有电池架，电池架用于放置电池模块；电池管理系统，电池管理系统包括采集单元和控制单元，采集单元设置在电池模块上，采集单元包括电池电压采集模块和电池温度采集模块，采集单元与控制单元通讯连接；烟气分析仪，热电偶，玻璃观察窗，高速摄影仪，充放电测试仪。该装置可将电池模块根据需要进行串并联，形成待测试的集装箱式锂离子电池储能系统，进而研究待测试的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性。

Description

集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置
技术领域
本发明涉及一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，属于集装箱式锂离子电池储能系统技术领域。
背景技术
集装箱式锂离子电池储能系统的工作环境相对密闭，散热条件有限，锂离子电池在充放电过程容易造成热量的积聚，特别是在极端工况条件下(如过充、短路、过温等)，热量的积累易导致电池温度的急剧升高并发生热失控，从而引发锂离子电池起火事故。近年来，国内外锂离子电池储能电站火灾事件时有发生。
目前，锂离子电池火灾特性及消防灭火介质研究方面，仅针对单个电池或电池模块进行试验研究。但集装箱式锂离子电池储能系统通常由大量电池模块串并联而成，集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况及火灾燃烧规律更为复杂，不同于单个电池或电池模块。针对单个电池或电池模块的起火分析结果并不完全适用于集装箱式锂离子电池储能系统。为了提高集装箱式锂离子电池储能系统的整体安全性，避免储能电站火灾连锁事故的发生，有必要开展集装箱式锂离子电池储能系统火灾特性试验研究，弄清集装箱式锂离子电池储能系统的火灾特性，同时，为了开发适用于集装箱式锂离子电池储能系统火灾的灭火介质，有必要开发一种试验装置，以便于研究一种灭火介质或多种灭火介质耦合的灭火效果。但针对整个储能系统的试验研究成本极高，因此，需要提供的是一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，利用该试验装置能够检测箱体式锂离子电池储能系统火灾特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，该装置可用于研究待测试的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况。
本发明的技术方案如下：
一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，包括：箱体，所述箱体包括电池舱室，所述电池舱室内设有电池架，所述电池架用于放置电池模块；电池管理系统，所述电池管理系统包括采集单元和控制单元，所述采集单元设置在所述电池模块上，所述采集单元包括电池电压采集模块和电池温度采集模块，所述采集单元与所述控制单元通讯连接；烟气分析仪，所述烟气分析仪用于测量烟气成分及含量；热电偶，所述热电偶设置在电池架上，对应于用于要放置的电池模块周围，用于采集电池模块周围的温度；观察窗，所述观察窗设置在电池舱室正对所述电池架的一侧；高速摄影仪，所述高速摄影仪设在所述箱体外部，对准所述观察窗用于对电池架进行拍摄；充放电测试仪，所述充放电测试仪用于对电池模块内放置的电池进行充电。
可以理解的是，所述箱体的底部和顶部对角处分别开设进风口和出风口，所述进风口和出风口的开口面积能够调节。关闭进风口和出风口，可提供密闭环境，打开风口和出风口，可用于换气，用于排出起火后的烟气。
充放电测试仪可对某一个电池模块内放置的电池进行过充电，也可以对多个电池模块内放置的电池进行过充电。
将待测试电池模块上设置采集单元，利用电池电压采集模块和电池温度采集模块采集电池模块起火前的电压和温度信息，得到电池模块起火前的电压和温度的变化情况，并将采集到的电压和温度信息上传到控制单元，进而用于分析电池模块起火前的电压和温度值的变化情况。
电池管理系统可以是三级架构，采集单元为从控单元，控制单元为主控单元和总控单元，即由从控单元、主控单元和总控单元组成的三级架构，此时，从控单元用于采集电池模块起火前的电压和温度信息，主控单元用于接收所有从控单元信息，并将信息上传至总控单元，总控单元可以实现对电池模块的全面管理，并实现对外信息交互；也可以是两级架构，采集单元为从控单元，控制单元为主控单元，即由从控单元和主控单元组成的两级架构，此时，从控单元用于采集电池模块起火前的电压和温度信息，主控单元用于接收所有从控单元信息，同时对电池模块的全面管理，并实现对外信息交互。
本发明的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置的箱体内设有电池架，电池架可放置电池模块，若将放置的电池模块根据需要进行串并联，形成待测试的集装箱式锂离子电池储能系统，利用充放电测试仪对某一个电池模块或多个电池模块进行过充电，触发电池起火，用于研究过充的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况及火灾燃烧规律；也可以将放置的电池模块根据需要进行短路连接，触发电池起火，用于研究短路的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况及火灾燃烧规律；也可以将电池模块的环境温度提高，如利用电热板加热，触发电池起火，用于研究高温的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况及火灾燃烧规律。
本发明的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置中的采集单元可采集电池模块起火前的电压和温度的变化情况，烟气分析仪可采集电池模块起火后的烟气成分及含量信息，热电偶可采集电池模块起火前后电池模块周围温度变化信息，高速摄影仪可用于观察和记录电池起火蔓延过程，进而用于分析待测试的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾蔓延发展情况，也可进一步对电池起火蔓延过程进行分析，得到待测试的集装箱式锂离子电池储能系统的火焰高度等火灾燃烧特性信息。
烟气分析仪可以放置在箱体外，此时，可将烟气分析仪的采样器伸入箱体内，测量烟气成分及含量。烟气分析仪的数量可根据需要设置一个或两个以上。增加烟气分析仪的数量，检测箱体内多个位置的烟气成分及含量，有利于得到更全面的信息，但不会使得成本降低。
优选地，所述箱体还包括电气舱室，所述充放电测试仪和控制单元设在电气舱室内。
为了进一步提高采集信息的全面性，得到电池起火前后电池模块周围温度变化信息，优选地，所述热电偶的数量为8个以上，用于对应在电池模块表面的不同位置。
热电偶的数量可根据需要进行调整，可根据需要将热电偶设置在电池模块表面，如在电池模块的上下表面各对称设置四个热电偶。
为了进一步提高起火前后电池模块周围温度的精确度，得到更全面的信息，优选地，所述热电偶对应于要放置电池模块的上下表面对称均匀分布。
为了能够适应各种集装箱式锂离子电池储能系统，为种排列方式的集装箱式锂离子电池储能系统提供试验装置，优选地，所述电池架为3排以上，每排电池架为3层以上。
优选地，所述电池架为3排，每排电池架为3～7层。
为了灭火和检测灭火介质的灭火效果，优选地，所述集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置还包括消防灭火装置，所述消防灭火装置包括用于存放灭火介质的储罐和用于传送灭火材料的延伸管，所述储罐设在电池舱室外，通过延伸管接入电池舱室内。
优选地，所述消防灭火装置为用于存放一种灭火介质的一套装置或用于存放两种以上不同灭火介质的两套以上装置。
当灭火介质为单一灭火介质时，消防灭火装置可以是一套，当灭火介质时两种或两种以上的耦合灭火介质时，消防灭火装置可以是对应的两套或两套以上，每套灭火装置内存放一种灭火介质，用于检测消防单一灭火介质或两种以上灭火介质耦合的灭火效果。
附图说明
图1为集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置图；
图2为电池架中电池模块内电池的放置方式图；
图3为铠装热电偶布置图；
图中，1-箱体，2-电池舱室门，3-灭火装置，4-进风口，5-高速摄影仪，6-玻璃观察窗，7-充放电测试仪，8-电气舱室门，9-高压盒，10-控制柜，11-出风口，12-电池架，13-电池模块，14-从控单元，15-铠装热电偶。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1-图3，一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，包括箱体1，箱体1内设有电池架12，电池架12用于放置电池模块13；电池管理系统，电池管理系统包括从控单元14、主控单元和总控单元，从控单元14设置在电池模块13的前板上，从控单元包括电池电压采集模块和电池温度采集模块，用于采集电池模块内放置的电池的电压和温度，主控单元安装在控制柜10的高压盒9内，用于接收所有从控单元信息，并将信息上传至总控单元，总控单元可以实现对电池模块13的全面管理，并实现对外信息交互。充放电测试仪7，充放电测试仪用于对电池模块13内放置的电池进行过充电，进而触发电池起火。
集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置还包括烟气分析仪，烟气分析仪的采样器伸入箱体内，可测量O2、CO、CO2或HF等电池燃烧特征气体中的一种或几种，测量烟气成分及含量。
参见图3，电池模块13周围设有热电偶15，热电偶15设置在待过充电电池的电池模块13周围，采集电池起火前后电池模块周围温度变化信息，热电偶15的类型为铠装热电偶15，热电偶15的数量为8个以上，可在电池模块上下表面对称布置。
参见图1，箱体正对所述电池架12的一侧设有玻璃观察窗6，高速摄影仪7设在箱体1外部，对准所述玻璃观察窗6对电池架12进行拍摄，可透过箱体1上的玻璃观察窗6拍摄和记录电池起火蔓延过程。
参见图1，箱体1的底部和顶部对角处分别开设进风口4和出风口11，所述进风口4和出风口11的开口面积能够调节。
参见图1，集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置还包括消防灭火装置3，消防灭火装置3通过排放管路接入箱体1内，触发电池起火后可根据需求开启消防灭火装置3，消防灭火装置为一套或两套以上。
参见图1，箱体1分割为电池舱室和电气舱室，电池舱室和电气舱室分别设有门2和门8，电池舱室的顶部设有照明用防爆灯，可以将控制柜10、高压盒9和充放电测试仪7放置在电气舱室内，将电池架12放置在电池舱室内，将烟气分析仪的采样器伸入电池舱室内，进风口4和出风口11设在电池舱室的底部和顶部对角处，将灭火装置通过排放管路接入电池舱室内。
参见图1和图2，电池架12设置的电池模块13的排和列和数目可以根据需要进行设定，如可以是3列7排，电池架12由3列，每列7层，电池模块13放置于电池架12上，电池模块内可放置电池，电池的放置数量和放置位置可根据需求设定，电池架中电池模块内电池的放置方式可以如图2所示，第2组电池架第4层位置的电池模块及其上下左右4个位置的电池模块内放置电池，其余位置的电池模块不放置电池，所用电池可为磷酸铁锂电池，也可为三元电池。
控制柜10内含高压盒9及电池管理系统的总控单元，高压盒9内含电池管理系统的主控单元及开关元件、预充电阻等。
其中，电池模块13与高压盒9之间通过直流电缆连接，高压盒9与充放电测试仪7之间通过直流电缆连接，充放电测试仪7与外部电源之间通过交流电缆连接。电池管理系统从控单元14与主控单元之间通过通讯连接线连接，主控单元与总控单元之间通过通讯连接线连接，总控单元与充放电测试仪7之间通过通讯连接线连接。
集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置可用于检测火灾特性，试验方法为：测试前将电池模块13安装在设计位置，接通电气连接线及通讯连接线，进风口4和出风口11的面积调至最小；固定好热电偶15、烟气分析仪采样器和高速摄影仪5，并确保数据采集正常后，将电池舱室门2关闭。
具体包括以下步骤：启动充放电测试仪7后，将电气舱室门8关闭。检测到电池过充起火后电池管理系统断开与电池之间的电气连接，且充放电测试仪7停止充电。电池管理系统采集电池模块13起火前电池电压变化和温度变化，热电偶15采集电池模块13周围温度变化，高速摄影仪5拍摄电池模块13起火蔓延过程，烟气分析仪检测火灾过程中烟气成分及含量。集装箱式锂离子电池储能系统火灾特性测试结束后，利用消防灭火装置3灭火。
也可以将放置的电池模块根据需要进行短路连接，触发电池起火，用于研究短路的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况及火灾燃烧规律；也可以将电池模块的环境温度提高，如利用电热板加热，触发电池起火，用于研究高温的集装箱式锂离子电池储能系统的火灾燃烧特性、火灾蔓延发展情况及火灾燃烧规律。
集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置还可用于检测灭火介质的灭火效果，试验方法为：测试前将电池模块13安装在设计位置，接通电气连接线及通讯连接线，进风口4和出风口11的面积调至最小；固定好热电偶15、烟气分析仪采样器和高速摄影仪5，并确保数据采集正常后，将电池舱室门2关闭。
具体包括以下步骤：启动充放电测试仪7后，将电气舱室门8关闭。触发电池起火后，可根据需要在火灾蔓延的不同阶段开启消防灭火装置3，将一种灭火介质或两种及以上耦合的灭火介质送入集装箱电池舱室内热电偶15采集电池模块13周围温度变化，高速摄影仪5拍摄电池模块13火焰熄灭过程，烟气分析仪检测火灾过程中烟气成分及含量。待电池火焰完全熄灭后关闭灭火装置3，调节进风口4和出风口11面积，排除烟气。

Claims (8)

1.一种集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体包括电池舱室，所述电池舱室内设有电池架，所述电池架用于放置电池模块；
电池管理系统，所述电池管理系统包括采集单元和控制单元，所述采集单元设置在所述电池模块上，所述采集单元包括电池电压采集模块和电池温度采集模块，所述采集单元与所述控制单元通讯连接；
烟气分析仪，所述烟气分析仪用于测量烟气成分及含量；
热电偶，所述热电偶设置在电池架上，对应于用于要放置的电池模块周围，用于采集电池模块周围的温度；
观察窗，所述观察窗设置在电池舱室正对所述电池架的一侧；
高速摄影仪，所述高速摄影仪设在所述箱体外部，对准所述观察窗用于对电池架进行拍摄；
充放电测试仪，所述充放电测试仪用于对电池模块内放置的电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述箱体还包括电气舱室，所述充放电测试仪和控制单元设在电气舱室内。
3.根据权利要求1所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述热电偶的数量为8个以上，用于对应在电池模块表面的不同位置。
4.根据权利要求3所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述热电偶对应于要放置电池模块的上下表面对称均匀分布。
5.根据权利要求1所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述电池架为3排以上，每排电池架为3层以上。
6.根据权利要求5所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述电池架为3排，每排电池架为3～7层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置还包括消防灭火装置，所述消防灭火装置包括用于存放灭火介质的储罐和用于传送灭火材料的延伸管，所述储罐设在电池舱室外，通过延伸管接入电池舱室内。
8.根据权利要求7所述的集装箱式锂离子电池储能系统的试验装置，其特征在于，所述消防灭火装置为用于存放一种灭火介质的一套装置或用于存放两种以上不同灭火介质的两套以上装置。
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