CN110649194A - 一种储能电池集装箱、电池储能消防系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电池集装箱、电池储能消防系统及其应用方法，本发明的储能电池集装箱可支持对任意储能电池的物理隔离，包括集装箱及安装在集装箱内设有电池架，所述集装箱的外壁上为每一个电池安装位布置有一个通道分离闸门，所述电池架上设有电池箱安装位，电池安装位上设有用于将电池箱通过通道分离闸门从集装箱中退出的电池箱分离模块；本发明的电池储能消防系统及其应用方法可对储能电池箱运行电气状态与环境状态的实时监测实现对电池箱热失控的辨识，可控制热失控电池箱分离实现热失控电池箱与正常运行电池箱之间的物理隔离，还可进一步对隔离的热失控电池箱进行实时监控，并以灭火作为最后的消防安全防线。

Description

一种储能电池集装箱、电池储能消防系统及其应用方法

技术领域

本发明涉及电池储能电站的消防安全控制技术，具体涉及一种储能电池集装箱、电池储能消防系统及其应用方法。

背景技术

随着锂离子技术的不断发展与经济性的提高，电池储能电站逐渐成为电力领域一个新兴的应用热点。电池储能电站具有响应快、调节灵活的特点，可应用于电力系统调频、削峰填谷、平抑风电/光伏等新能源波动等场景，是实现电力系统朝着低碳、绿色发展的重要支撑技术。电池储能技术中电池的消防是保障储能电站安全稳定运行的重要防线，属于电池储能电站中具有挑战的核心技术之一。目前，国内主流的大容量电池储能电站皆采用气体消防的方案，即在检测到电池出现起火现象后，在电池存放的密闭小室内注入七氟丙烷气体，当该气体达到一定浓度后可抑制电池的热失控。这一消防方案中，一般将存储七氟丙烷气体的容器至于储能集装箱中间或两侧，当电池出线热失控现象时，气体释放至有效溶度需要一定的时间，这不利于快速防止电池热失控的扩散。此外，电池热失控情况下，出线复燃的概率较大，而目前七氟丙烷气体消防的方案无法有效应对这一挑战。

锂离子电池由于其特殊电化学特性，出现热失稳现象时，存储在其中的能量难以泄放，导致电池热稳定性较差。故在大容量储能电池的消防技术中，需着重预防电池进入热失控状态，在发生电池热失控事件时，消防系统需迅速响应，防止事件的进一步扩大。目前，国内已有公司研发新型的储能电池消防解决方案，储能电池消防解决方案针对电池储能电站的特点，给出了各类消防解决方案，不同方案各有优缺点。

如申请号为CN201410217016.8的中国专利文献一种锂系电池储能单元消防系统，该系统由火灾自动报警系统、气体灭火系统、消防联动控制装置、火灾应急广播及消防专用电话装置组成，该系统将电池分置于两个物理隔离的舱内，并在气体灭火系统中配置两套互为备用的独立气体灭火装置，可以使消防系统具有应对电池复燃的二次灭火功能。但多气体灭火装置的配置也增加了电池储能消防系统的成本。

申请号为CN201910222061.5的中国专利文献公开了一种具有消防结构的储能电池机柜，该储能电池机柜包括：机柜本体和电池箱。该专利在电池机柜上设有消防管路，并且将消防管路连接至电池箱的消防注液口。通过消防管路与消防注液口，可向特定的热失控电池箱注入灭火剂与复燃抑制剂，从而实现对电池箱热失控的快速、精准抑制。这一方法较传统的气体灭火方式有较大的提高，但需增加对应的管路，且对安装电池的箱体有特殊要求，在一定程度上会提高电池储能的建设成本。

申请号为CN201811493856.1的中国专利文献公开了一种储能集装箱消防系统及方法，该储能集装箱消防系统包括防火卷帘门、溶液雾化系统、多区域温度烟感监测系统及事故排风装置。该发明通过区域温度烟感监测系统定位热失控电池组所在区域，利用防火卷帘门对定位区域进行物理隔离，并通过溶液雾化系统对隔离区域喷射雾状溶液进行灭火降温，最后使用事故排风装置将隔离区域内生成的事故气体和吸热气化的气体排出储能集装箱。该方案将热失控电池箱所在的部分区域与其他区域物理隔离，可减小电池箱起火造成的扩散风险，但被隔离区域内的其他正常运行电池箱仍然可能被影响，造成不必要的损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种储能电池集装箱、电池储能消防系统及其应用方法，本发明的储能电池集装箱可支持对任意储能电池的物理隔离，本发明的电池储能消防系统及其应用方法可通过对储能电池箱运行电气状态与环境状态的实时监测，实现对电池箱热失控的辨识；利用智能消防主机控制热失控电池箱从安装支架上分离，实现热失控电池箱与正常运行电池箱之间的物理隔离；对隔离的热失控电池箱进行实时监控，并以液体灭火剂作为最后的消防安全防线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种储能电池集装箱，包括集装箱及安装在集装箱内设有电池架，所述集装箱的外壁上为每一个电池安装位布置有一个带有门控机构的通道分离闸门，所述电池架上设有电池箱安装位，且所述电池安装位上设有用于将电池箱通过通道分离闸门从集装箱中退出的电池箱分离模块。

可选地，所述电池箱分离模块包括设于电池安装位上的斜面，所述斜面和/或者电池箱的底部的滚轮，所述门控机构默认处于关闭状态，且所述电池安装位上安装的电池箱在门控机构打开状态下利用自重从电池安装位滑落并通过通道分离闸门从集装箱中退出。

本发明提供一种电池储能消防系统，包括：

前述的储能电池集装箱；

热失控检测传感器模块，用于检测储能电池集装箱中的电池箱监控信息；

控制模块，用于根据接收的电池箱监控信息并确定目标热失控电池箱，并利用电池箱分离模块将目标热失控电池箱通过通道分离闸门从集装箱中退出；

所述热失控检测传感器模块安装在储能电池集装箱中，且所述热失控检测传感器模块的输出端与控制模块相连。

可选地，所述储能电池集装箱的通道分离闸门外侧还设有用于对被分离的热失控电池箱进行灭火的消防灭火模块，所述消防灭火模块的控制端和控制模块相连。

可选地，所述储能电池集装箱的通道分离闸门外侧还设有用于对被分离的热失控电池箱进行监控的红外监控模块，所述红外监控模块的输出端和控制模块相连。

可选地，还包括人机交互模块，所述人机交互模块和控制模块相连。

可选地，所述控制模块具有用于和电池储能系统的电池管理系统相连的状态信息采集端口以及用于在检测到电池储能系统的状态信息发生异常时向电池储能系统的能量管理系统发出告警信号的告警信号输出端。

可选地，所述热失控检测传感器模块包括气体传感器、温度传感器中的至少一种。

本发明还提供一种应用前述电池储能消防系统的方法，实施步骤包括：

1）控制模块采集电池储能系统的状态信息以及热失控检测传感器模块输出的电池箱监控信息，根据状态信息、电池箱监控信息是否越限判断是否存在热失控电池箱，如果存在热失控电池箱则跳转执行步骤2）；否则，跳转执行步骤1）；

2）控制模块根据电池箱监控信息的空间分布关系确定目标热失控电池箱；

3）控制模块根据各个目标热失控电池箱的温度变化趋势判断电池的热失控状况在指定周期内是否得到缓解，如果得到缓解则判定该目标热失控电池箱不需要隔离处理；否则，判定该目标热失控电池箱需要隔离处理；

4）控制模块利用电池箱分离模块将需要隔离处理的目标热失控电池箱通过通道分离闸门从集装箱中退出使得热失控电池箱和正常电池箱保持物理隔离；当目标热失控电池箱通过通道分离闸门从集装箱中退出后，对应的通道分离闸门受重力作用将重新闭合且由门控机构重新锁定。

可选地，步骤4）之后还包括控制模块对被分离的热失控电池箱进行监控，如果监控到被分离的热失控电池箱发生燃烧现象，则对被分离的热失控电池箱进行灭火操作。

和现有技术相比，本发明的储能电池集装箱具有下述优点：本发明的储能电池集装箱包括集装箱及安装在集装箱内设有电池架，所述集装箱的外壁上为每一个电池安装位布置有一个通道分离闸门，所述电池架上设有电池箱安装位，且所述电池安装位上设有用于将电池箱通过通道分离闸门从集装箱中退出的电池箱分离模块，从而可支持对任意储能电池的物理隔离，尤其适用于针对热失控电池箱的物理隔离。

和现有技术相比，本发明的电池储能消防系统及其应用方法具有下述优点：

1、本发明的电池储能消防系统及其应用方法可通过对储能电池箱运行电气状态与环境状态的实时监测，电池箱分离模块在接到智能消防主机发出的命令后可使电池箱从电池架上分离，实现对电池箱热失控的辨识，进而实现热失控电池箱与其他正常运行电池箱的物理隔离，防止热失控事件造成更大的损失。

2、本发明还可以进一步根据需要选择对隔离的热失控电池箱进行实时监控，并以液体灭火剂作为最后的消防安全防线。

附图说明

图1为本发明实施例集装箱的结构示意图。

图2为本发明实施例电池架的结构示意图。

图3为本发明实施例电池储能消防系统的结构示意图。

图4为本发明实施例电池储能消防系统的应用方法的流程图。

图例说明：1、集装箱；11、电池架；12、通道分离闸门；13、门控机构；2、热失控检测传感器模块；3、控制模块；4、消防灭火模块；5、红外监控模块；6、人机交互模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

应当理解，以下实施例仅仅用于解释本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本实施例提供一种储能电池集装箱，包括集装箱1及安装在集装箱1内设有电池架11，集装箱1的外壁上为每一个电池安装位布置有一个带有门控机构13的通道分离闸门12，电池架11上设有电池箱安装位，且电池安装位上设有用于将电池箱通过通道分离闸门12从集装箱1中退出的电池箱分离模块，电池箱分离模块可在接到智能消防主机发出的命令后可使电池箱从电池架上分离，实现对电池箱热失控的辨识，进而实现热失控电池箱与其他正常运行电池箱的物理隔离，防止热失控事件造成更大的损失。

较传统集装箱不同，本实施例中集装箱1的侧边根据内部电池箱的安放位置，配套的安装了通道分离闸门12，其中通道分离闸门12的开合受到门控机构13的控制。该通道分离闸门12与门控机构13共同实现热失控电池箱分离。当智能消防主机检测到有热失控电池箱需从电池架分离时，通过向门控机构13的通信单元下发命令，由门控机构13的控制单元执行将通道分离闸门12打开，电池箱则可通过该通道分离闸门12移出集装箱1，实现热失控电池箱与其他正常运行电池箱的物理隔离。当电池箱从电池架分离后，对应通道分离闸门12受重力作用将重新闭合且由门控机构13重新锁定，以防止外部环境对集装箱1内其他电池箱的运行造成影响。

如图1和图2所示，电池箱分离模块包括设于电池安装位上的斜面，斜面和/或者电池箱的底部的滚轮，门控机构13默认处于关闭状态，且电池安装位上安装的电池箱在门控机构13打开状态下利用自重从电池安装位滑落并通过通道分离闸门12从集装箱1中退出，使得电池箱退出结构简单且能耗较低。此外，也可以采用其他机械驱动机构，例如电机、液压机构或者其他驱动部件来驱动电池箱在电池安装位上滑动，同样也可以额实现将热失控电池箱通过通道分离闸门12从集装箱1中退出。设于电池安装位上的斜面非水平布置，而是采用了一定了倾斜角设计。电池箱安装入电池架时，会由外向内呈现出高度逐渐降低的情况。本实施例中具体为电池箱安装通道的支撑台设计滚轮，减小电池箱滑动的摩擦力。

如图3所示，本实施例提供一种电池储能消防系统，包括：

前述的储能电池集装箱；

热失控检测传感器模块2，用于检测储能电池集装箱中的电池箱监控信息；

控制模块3，用于根据接收的电池箱监控信息并确定目标热失控电池箱，并利用电池箱分离模块将目标热失控电池箱通过通道分离闸门12从集装箱1中退出；

热失控检测传感器模块2安装在储能电池集装箱中，且热失控检测传感器模块2的输出端与控制模块3相连。

本实施例中，热失控检测传感器模块2用于实现电池箱热失控的状态信息探测，以便时发现电池热失控行为。

本实施例提供的用于电池储能电站的消防系统应能够及时感知电池热失控风险，快速响应并抑制电池热失控的发展，当事态发展超出可抑制范围时，应能做到降低热失控事件的扩散，最大化的减少储能电站的损失。

如图3所示，本实施例中控制模块3具体包括智能消防主机和热失控电池实时监测模块一共两个设备，毫无疑问，本领域技术人员也可以根据需要采用单一设备或者更多设备来实现。智能消防主机用于实现全面监控电池储能系统各电池箱运行状态，并根据预设定步骤与电池箱热失控情况作出相关动作，确保电池储能系统整体的安全运行；热失控电池箱实时监测模块主要用于实现对物理隔离后的热失控电池箱进行实时监测，当监测到电池箱产生燃烧现象则触发智能消防主机执行灭火程序。

本实施例中，控制模块3还具有用于在检测到电池储能系统的状态信息发生异常时向电池储能系统的能量管理系统（BMS）发出告警信号的告警信号输出端，用于输出报警信号；本实施例中具体是智能消防主机上具有用于在检测到电池储能系统的状态信息发生异常时向电池储能系统的能量管理系统发出告警信号的告警信号输出端。

如图3所示，储能电池集装箱的通道分离闸门12外侧还设有用于对被分离的热失控电池箱进行灭火的消防灭火模块4，消防灭火模块4的控制端和控制模块3相连，消防灭火模块4主要实现对电池箱的灭火，确保电池箱不产生燃烧现象。智能消防主机接收到热失控电池箱实时监测模块告警后，驱动消防灭火模块4对电池箱进行灭火操作。灭火方式可采用不同的灭火剂对电池箱进行定向喷淋，这一设计可防止电池发生反复复燃的情况。

为防止分离的电池箱产生明火燃烧，如图3所示，储能电池集装箱的通道分离闸门12外侧还设有用于对被分离的热失控电池箱进行监控的红外监控模块5，红外监控模块5的输出端和控制模块3相连。当实时监测模块监测到电池箱发生燃烧现象时，通过通信单元告知智能消防主机。

如图3所示，本实施例的控制模块3还连接有人机交互模块6，人机交互模块6和控制模块3相连。人机交互模块6用于实现储能消防系统与运维人员的信息交互，包括装置参数设置、装置运行状态、消防告警等信息交互，还可用于执行状态复位。

本实施例中，热失控检测传感器模块2包括气体传感器，此外还可以根据需要采用温度传感器来进行检测环境温度。本实施例中气体传感器用于探测其环境周围特定气体浓度（如传感器TGS203可用于探测CO气体浓度），当电池出线热失控现象时，电池会向外排出CO等气体，传感器则将检测的气体浓度信号输出至信号控制模块3，控制模块3集中处理分析得到整个电池安放室的气体分布及浓度信息。

本实施例中，热失控检测传感器模块2还具有独立的信号处理与通信单元，毫无疑问也可以采用直接与控制模块3相连的方式以输出监测信号。其中，信号处理与通信单元是气体探测模块与智能消防主机间的通信接口，正常运行时，该通信模块将气体传感器检测的气体信息上送至智能消防主机，当检测到发生电池热失控事件时，气体探测模块通过通信单元向智能消防主机上送告警信号及热失控电池所在空间位置信息。

参见图4，本实施例还提供一种应用前述电池储能消防系统的方法，实施步骤包括：

1）控制模块3采集电池储能系统的状态信息以及热失控检测传感器模块2输出的电池箱监控信息，根据状态信息、电池箱监控信息是否越限判断是否存在热失控电池箱，如果存在热失控电池箱则跳转执行步骤2）；否则，跳转执行步骤1）；

2）控制模块3根据电池箱监控信息的空间分布关系确定目标热失控电池箱；

3）控制模块3根据各个目标热失控电池箱的温度变化趋势判断电池的热失控状况在指定周期内是否得到缓解，如果得到缓解则判定该目标热失控电池箱不需要隔离处理；否则，判定该目标热失控电池箱需要隔离处理；

4）控制模块3利用电池箱分离模块将需要隔离处理的目标热失控电池箱通过通道分离闸门12从集装箱1中退出使得热失控电池箱和正常电池箱保持物理隔离；当目标热失控电池箱通过通道分离闸门12从集装箱1中退出后，对应的通道分离闸门12受重力作用将重新闭合且由门控机构13重新锁定。

本实施例中，步骤1）中控制模块3采集电池储能系统的状态信息包括电池电压、电流、内阻、温度，热失控检测传感器模块2输出的电池箱监控信息包括CO气体浓度。如果判断电池电压、电流、内阻、温度、CO气体浓度等是否在预设的合理范围之内，如果不在预设的合理范围内则判定存在热失控电池箱（有电池箱存在热失控风险）。

本实施例中，步骤2）根据电池箱监控信息的空间分布关系确定目标热失控电池箱时，可以根据电池电压、电流、内阻、温度信息确定目标热失控电池箱的编号，因为电池储能系统的状态信息中检测的电池电压、电流、内阻、温度信息均带有目标热失控电池箱编号。根据不同电池箱电量与非电量传感器获取的异常电量（电压、电流、内阻）与非电量信号（温度）定位该电池箱所在位置后，即可向电池储能系统的能量管理系统发出告警信号。

参见图4，本实施例步骤4）之后还包括控制模块3对被分离的热失控电池箱进行监控，如果监控到被分离的热失控电池箱发生燃烧现象，则对被分离的热失控电池箱进行灭火操作。本实施例中，当监测到电池箱发生明火燃烧时，触发智能消防主机启动消防灭火模块4，使用对应灭火剂对电池箱进行灭火操作；若在灭火时间触发后，若无人为动作对消防系统进行手动复归，则程序将持续监测被分离的电池箱是否燃烧，防止其二次复燃；当消防系统被手动复归后，程序恢复到监测所有运行电池箱电量与非电量的状态。

综上所述，本发明实施例公开了一种可物理隔离热失控电池箱的电池储能消防系统及其应用方法，针对大容量电池储能电站的热失控问题，提出利用物理隔离的方式将热失控电池箱与正常运行电池箱分离，防止电池热失控的扩散对整个储能单元的危害。该方法通过对储能电池箱运行电气状态与环境状态的实时监测，实现对电池箱热失控的辨识；利用智能消防主机控制热失控电池箱从安装支架上分离，实现热失控电池箱与正常运行电池箱之间的物理隔离；对隔离的热失控电池箱进行实时监控，并以液体灭火剂作为最后的消防安全防线。本发明能够实现对大容量电池储能单元热失控的有效预警、隔离及抑制，可有效提高电池储能系统的安全运行能力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能电池集装箱，其特征在于，包括集装箱（1）及安装在集装箱（1）内设有电池架（11），所述集装箱（1）的外壁上为每一个电池安装位布置有一个带有门控机构（13）的通道分离闸门（12），所述电池架（11）上设有电池箱安装位，且所述电池安装位上设有用于将电池箱通过通道分离闸门（12）从集装箱（1）中退出的电池箱分离模块。

2.根据权利要求1所述的储能电池集装箱，其特征在于，所述电池箱分离模块包括设于电池安装位上的斜面，所述斜面和/或者电池箱的底部的滚轮，所述门控机构（13）默认处于关闭状态，且所述电池安装位上安装的电池箱在门控机构（13）打开状态下利用自重从电池安装位滑落并通过通道分离闸门（12）从集装箱（1）中退出。

3.一种电池储能消防系统，其特征在于包括：

权利要求1或2所述的储能电池集装箱；

热失控检测传感器模块（2），用于检测储能电池集装箱中的电池箱监控信息；

控制模块（3），具有用于和电池储能系统的电池管理系统相连的状态信息采集端口，用于根据接收的电池管理系统相连的状态信息、电池箱监控信息并确定目标热失控电池箱，并利用电池箱分离模块将目标热失控电池箱通过通道分离闸门（12）从集装箱（1）中退出；

所述热失控检测传感器模块（2）安装在储能电池集装箱中，且所述热失控检测传感器模块（2）的输出端与控制模块（3）相连。

4.根据权利要求3所述的电池储能消防系统，其特征在于，所述储能电池集装箱的通道分离闸门（12）外侧还设有用于对被分离的热失控电池箱进行灭火的消防灭火模块（4），所述消防灭火模块（4）的控制端和控制模块（3）相连。

5.根据权利要求3所述的电池储能消防系统，其特征在于，所述储能电池集装箱的通道分离闸门（12）外侧还设有用于对被分离的热失控电池箱进行监控的红外监控模块（5），所述红外监控模块（5）的输出端和控制模块（3）相连。

6.根据权利要求3所述的电池储能消防系统，其特征在于，还包括人机交互模块（6），所述人机交互模块（6）和控制模块（3）相连。

7.根据权利要求3所述的电池储能消防系统，其特征在于，所述控制模块（3）具有用于在检测到电池储能系统的状态信息发生异常时向电池储能系统的能量管理系统发出告警信号的告警信号输出端。

8.根据权利要求3所述的电池储能消防系统，其特征在于，所述热失控检测传感器模块（2）包括气体传感器、温度传感器中的至少一种。

9.应用权利要求3～8中任意一项所述的电池储能消防系统的方法，其特征在于实施步骤包括：

1）控制模块（3）采集电池储能系统的状态信息以及热失控检测传感器模块（2）输出的电池箱监控信息，根据状态信息、电池箱监控信息是否越限判断是否存在热失控电池箱，如果存在热失控电池箱则跳转执行步骤2）；否则，跳转执行步骤1）；

2）控制模块（3）根据电池箱监控信息的空间分布关系确定目标热失控电池箱；

3）控制模块（3）根据各个目标热失控电池箱的温度变化趋势判断电池的热失控状况在指定周期内是否得到缓解，如果得到缓解则判定该目标热失控电池箱不需要隔离处理；否则，判定该目标热失控电池箱需要隔离处理；

4）控制模块（3）利用电池箱分离模块将需要隔离处理的目标热失控电池箱通过通道分离闸门（12）从集装箱（1）中退出使得热失控电池箱和正常电池箱保持物理隔离；当目标热失控电池箱通过通道分离闸门（12）从集装箱（1）中退出后，对应的通道分离闸门（12）受重力作用将重新闭合且由门控机构（13）重新锁定。

10.根据权利要求9所述的电池储能消防系统的应用方法，其特征在于，步骤4）之后还包括控制模块（3）对被分离的热失控电池箱进行监控，如果监控到被分离的热失控电池箱发生燃烧现象，则对被分离的热失控电池箱进行灭火操作。

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