CN111370785A - 具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，包括：盒体，盒体具有独立的用于存放灭火介质的灭火系统区和用于存放电池包的电池放置区；灭火系统区通过第一管道与电池放置区相连通，并且，第一管道内设置有第一封堵结构，第一封堵结构能够在电池包燃烧后融化。本发明中，当电池包起火时，电池放置区的温度将持续升高，当温度达到第一封堵结构的熔点时，第一封堵结构融化，灭火系统区与电池放置区贯相连通，灭火系统区内的灭火介质通过第一管道进入电池放置区，并将电池放置区全部淹没，从而对电池包进行灭火，进而在模块内部完成消防控制，提高了模块的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块。
背景技术
目前，变电站直流电源系统主要采用铅酸电池，其寿命短、可靠性差、笨重，运行维护主要依赖人工操作，工作量大、成本高，性能和智能化程度均不能满足广泛在电力物联网的应用要求。磷酸铁锂电池具有寿命长、温度特性好、可靠性高的优点，被视为铅酸电池的理想替代，已经在一些试点工程得到应用。然而，锂离子电池由于存在本征安全性问题，在一些滥用情况下可能会发生热失控以及连锁现象，进而引起整个直流屏柜甚至变电站发生火灾事故，此类事故无法通过测试进行评估，也不能通过质量管理来完全消除。
锂离子电池发生燃烧后，烟气中含有石墨等导电性电极材料颗粒，而变电站总体布置结构紧凑，进而会引起二次电气火灾事故。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，旨在解决锂离子电池易引发火灾事故的问题。
本发明提出了一种具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，包括：盒体，盒体具有独立的用于存放灭火介质的灭火系统区和用于存放电池包的电池放置区；灭火系统区通过第一管道与电池放置区相连通，并且，第一管道内设置有第一封堵结构，第一封堵结构能够在电池包燃烧后融化。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，第一封堵结构为合金或合成材料；第一封堵结构的耐受压力大于2.0MPa，和/或熔化温度为100℃～300℃。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，灭火系统区内设置有用于存放灭火介质的储罐，储罐的出口与第一管道相连通；储罐的出口设置有第二封堵结构，第二封堵结构能够在电池包燃烧后融化。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，第二封堵结构为合金或合成材料；第二封堵结构的耐受压力大于2.0MPa，和/或熔化温度为100℃～300℃。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，灭火介质为冷却类灭火剂、化学抑制类灭火剂或复合灭火剂。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，还包括：罩体，罩体罩设于电池放置区，并通过榫卯结构与电池放置区进行封装。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，罩体为耐火极限大于1.0h的阻燃材料；和/或榫卯结构为多孔且具有吸附功能的材料。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，盒体还具有独立的电气开关区，电气开关区、电池放置区与灭火系统区并列设置，并且，电池放置区位于电气开关区和灭火系统区之间；电气开关区内设置有监控警报系统，监控警报系统与电池包相连接，并在监控到电池包失电时发出警报。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，监控警报系统包括：电池管理系统，电池管理系统通过监控采集线与电池包相连接，以监控电池包是否失电，并在监控到电池包失电时发送驱动信号；通讯板卡，通讯板卡与电池管理系统相连接，以接收驱动信号并发出警报。
进一步地，上述具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块中，监控采集线外套设有第二管道，第二管道的内部通过耐高温阻燃电气绝缘胶进行封装。
本发明中，盒体内具有灭火系统区和电池放置区，两个区域通过第一管道相连通，同时第一管道内设置有第一封堵结构，第一封堵结构能够在一定温度下融化，当电池包正常时，即电池包未起火时，第一封堵结构将灭火系统区和电池放置区隔断，当电池包失控时，即电池包起火时，电池放置区的温度将持续升高，当温度达到第一封堵结构的熔点时，第一封堵结构融化，从而使灭火系统区与电池放置区贯相连通，灭火系统区内的灭火介质通过第一管道进入电池放置区，并将电池放置区全部淹没，从而对电池包进行灭火，进而在模块内部完成消防控制，提高了模块的安全性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块的内部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块的外部结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，图1示出了本实施例提供的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块的外部结构示意图。如图1所示，该模块包括盒体10，盒体10为方形的且具有底面和侧壁的结构，形状类似于抽屉。盒体10内部具有灭火系统区20和电池放置区30，这两个区域之间采用第一隔板40隔开，以相互独立。灭火系统区20内存放有灭火介质，灭火介质优选冷却类灭火剂、化学抑制类灭火剂或复合灭火剂，可以在短时间内形成全淹没灭火氛围,通过降低温度、阻断化学反应链的方式在短时间内破坏燃烧反应，有效控制电池火灾。第一隔板40上开设有第一穿设孔(图中未标示)，第一通道(图中未示出)穿设于第一穿设孔，以使灭火系统区20通过第一管道与电池放置区30相连通，同时第一管道内设置有第一封堵结构(图中未示出)。电池放置区30内存放有电池包31，电池包31燃烧后，热失控反应链中伴随着大量气体产生，且温度逐渐升高，火焰及烟气通过顶棚射流的形式在电池放置区30内蔓延，而后形成贴壁火焰，并使电池放置区30内部的压力升高，第一封堵结构可在一定温度下融化，优选地，第一封堵结构为易熔合金或合成材料，耐受压力大于2.0MPa，熔化温度为100℃～300℃，灭火系统区20内的灭火介质封装压力低于第一封堵结构的耐受压力，但大于1.5MPa，这样做一是可以有效防止电池包31燃烧所产生的气体倒灌入灭火系统区20内而使灭火剂流量减少，无法形成全淹没抑制氛围的情况，二是第一封堵结构与电池包31燃烧所产生的气体的温度相适配，既可减少第一封堵结构误动作(误融化)的情况，又可保证第一封堵结构及时动作(及时融化)的灵敏度。
本实施例中，盒体10内具有灭火系统区20和电池放置区30，两个区域通过第一管道相连通，同时第一管道内设置有第一封堵结构，第一封堵结构能够在一定温度下融化，当电池包31正常时，即电池包31未起火时，第一封堵结构将灭火系统区20和电池放置区30隔断，当电池包31失控时，即电池包31起火时，电池放置区30的温度将持续升高，当温度达到第一封堵结构的熔点时，第一封堵结构融化，从而使灭火系统区20与电池放置区30贯相连通，灭火系统区20内的灭火介质通过第一管道进入电池放置区30，并将电池放置区30全部淹没，从而对电池包31进行灭火，进而在模块内部完成消防控制，提高了模块的安全性。
灭火系统区20内设置有储罐21，储罐21内存放有灭火介质，储罐21的出口与第一管道法兰连接，同时，储罐21的出口设置有第二封堵结构(图中未示出)，第一封堵结构融化后，第二封堵结构能够在高温下融化，优选地，第二封堵结构为易熔合金或合成材料，耐受压力大于2.0MPa，熔化温度为100℃～300℃。
参见图1和图2，电池放置区30的上方罩设有罩体50，从而使电池放置区30形成一个封闭的空间。罩体50通过榫卯结构与电池放置区30进行封装，罩体50与榫卯结构选用耐火极限大于1.0h的阻燃材料，板面60选用多孔且具有吸附功能的材料，例如玻璃纤维或泡沫金属，具体实施时，榫卯结构优选抱肩榫，采用抱肩榫一是可以减少螺套与胶水的使用，防止电池包31燃烧后罩体50热形变造成盒体10的侧壁出现局部孔洞，进而导致烟气未经过滤吸附就从孔缝直接排出易形成二次电气火灾的问题，二是通过抱肩榫可将烟气对罩体50形成的升力的一部分转化为水平张力，从而保护罩体50的结构完整性，三是通过抱肩榫，电池放置区30内电池包31燃烧产生的烟气仅能定向从板面60逸散出模块，由于板面60为多孔且具有吸附功能的材料，所以板面60可对烟气中的导电性电极材料进行过滤吸附，从而有效防止二次电气火灾事故发生。
继续参见图1和图2，盒体10内还具有独立的电气开关区70，电气开关区70、电池放置区30和灭火系统区20并列设置，并且，电池放置区30位于电气开关区70和灭火系统区20之间。电气开关区70内设置有监控警报系统，监控警报系统与电池包31相连接，当电池包31失控起火时，电池包31失电，监控警报系统监测到电池包31失电时会发出警报。具体实施时，监控警报系统包括：电池管理系统71和通讯板卡72，电气开关区70通过第二隔板80与电池放置区30分隔开，第二隔板80上开设有第二穿设孔(图中未示出)，第二通道(图中未示出)穿设于第二穿设孔，电池包31的正负极连接线与监控采集线相连接，正负极连接线和监控采集线穿过第二管道并与电池管理系统71相连接，从而使电池管理系统71监控电池包31是否失电，如果监控到电池包31失电则发送驱动信号，具体实施时，采用耐高温阻燃电气绝缘胶将正负极连接线和监控采集线封装在第二通道内部，耐高温阻燃电气绝缘胶可阻断高温和可燃气体，防止正负极连接线和监控采集线着火失效；通讯板卡72与电池管理系统71相连接，可接收驱动信号并发出警报，从提示操作人员及时采取应急措施，减少损失。
综上，本实施例中，盒体10内具有灭火系统区20、电池放置区30和电气开关区70，两个区域通过第一管道相连通，同时第一管道内设置有第一封堵结构，当电池包31失控时，即电池包31起火时，电池放置区30的温度将持续升高，当温度达到第一封堵结构的熔点时，第一封堵结构融化，从而使灭火系统区20与电池放置区30贯相连通，灭火系统区20内的灭火介质通过第一管道进入电池放置区30，并将电池放置区30全部淹没，从而对电池包31进行灭火，进而在模块内部完成消防控制，提高了模块的安全性。电池放置区70产生烟气通过榫卯结构定向经过60肩榫，烟气中的导电性电极材料通过净化后泄放压力，有效防止二次电气火灾事故发生；电池包31失火后，电池包31失电，电池管理系统71将报警信号通过通讯板卡72发出警报，提示操作人员，及时采取应急措施，减少损失。整个模块制备工艺简单，便于安装操作，实用性强，生产成本低。对模块内部结构进行了设计，减少了传感器元件的使用，提高了由多个本实施例提供的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块组成的电池型直流电源系统屏柜的可靠性；且将电池包31与灭火系统区20和电池放置区70进行隔离，提高了灭火效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，包括：
盒体，所述盒体具有独立的用于存放灭火介质的灭火系统区和用于存放电池包的电池放置区；
所述灭火系统区通过第一管道与所述电池放置区相连通，并且，所述第一管道内设置有第一封堵结构，所述第一封堵结构能够在所述电池包燃烧后融化。
2.根据权利要求1所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述第一封堵结构为合金或合成材料；
所述第一封堵结构的耐受压力大于2.0MPa，和/或熔化温度为100℃～300℃。
3.根据权利要求1所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述灭火系统区内设置有用于存放所述灭火介质的储罐，所述储罐的出口与所述第一管道相连通；
所述储罐的出口设置有第二封堵结构，所述第二封堵结构能够在所述电池包燃烧后融化。
4.根据权利要求3所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述第二封堵结构为合金或合成材料；
所述第二封堵结构的耐受压力大于2.0MPa，和/或熔化温度为100℃～300℃。
5.根据权利要求1所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述灭火介质为冷却类灭火剂、化学抑制类灭火剂或复合灭火剂。
6.根据权利要求1所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，还包括：
罩体，所述罩体罩设于所述电池放置区，并通过榫卯结构与所述电池放置区进行封装。
7.根据权利要求6所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述罩体为耐火极限大于1.0h的阻燃材料；和/或
所述榫卯结构为多孔且具有吸附功能的材料。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述盒体还具有独立的电气开关区，所述电气开关区、所述电池放置区与所述灭火系统区并列设置，并且，所述电池放置区位于所述电气开关区和所述灭火系统区之间；
所述电气开关区内设置有监控警报系统，所述监控警报系统与所述电池包相连接，并在监控到所述电池包失电时发出警报。
9.根据权利要求8所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，所述监控警报系统包括：
电池管理系统，所述电池管理系统通过监控采集线与所述电池包相连接，以监控所述电池包是否失电，并在监控到所述电池包失电时发送驱动信号；
通讯板卡，所述通讯板卡与所述电池管理系统相连接，以接收所述驱动信号并发出警报。
10.根据权利要求9所述的具备消防功能的磷酸铁锂电池直流电源抽屉式模块，其特征在于，
所述监控采集线外套设有第二管道，所述第二管道的内部通过耐高温阻燃电气绝缘胶进行封装。
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