CN113571785A - 一种集中式储能设备安全处理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种集中式储能设备安全处理系统，包括储能单元，所述储能单元包括多个电池组；气体收集单元，所述气体收集单元通过支路管道将多个所述电池组热失控时产生的气体收集并经过汇流管统一传输至气体处理单元进行处理；气体处理单元，所述气体收集单元用于将所述气体收集单元收集的气体进行处理；探测单元；以及控制单元。本申请将电池模组发生热失控的危险提前探测预警，并将热失控后从电池组或者电池箱泄压口释放的高温危险物质有序收集、有序引导至远离没有发生危险的电池组的区域，进行有序处理、有序排放从而避免了储能设备一处发生危险而导致整个储能系统损毁的情况。
Description
技术领域
本申请属于锂电池技术领域，具体涉及储能锂电池组热失控后气体的安全处理。
背景技术
当前全球正面临着能源日益枯竭、环境问题不断恶化，而能源需求却持续增长的困境，因此以电力能源为核心，以新能源大规模开发利用为特征的新一轮能源变革正在发生。储能锂电池正是这一形势下的产物，当人们享受着这一新型能源带来便利的同时，也承受着这种能源带来的各种困扰。
由于储能锂电池一般采用三元锂电池或者磷酸铁锂电池，这些电池在工作过程中会产生大量的热量，而锂电池材料的导热性能差，所以此种结构的锂电池内部的热量会不断累积，使得锂电池温度过高，进一步可能造成锂电池性能下降或者热失控，严重的会引起燃烧或爆炸等危险后果，而储能领域需要大量的这种锂电池或者电池组合，其一旦发生热失控后往往会造成严重的经济损失以及环境污染。
目前，储能领域使用的锂电池模组均是采用模组式的防护模式。针对锂电池组工作时的散热防护大都采用一套锂电池模组设置一套散热防护单元，而针对锂电池模组热失控后的防护同样采用模组式的防护模式，因此每个锂电池模组均需采用一套完整的气体处理单元或消防系统来应对此锂电池模组热失控后的气体处理问题。
目前的处理方式不能兼顾其周边的锂电池模组，这样很有可能导致一套电池模组热失控后防护气体处理单元一旦不能及时处理解决问题，会导致其相邻的电池模组也会发生燃烧、爆炸等事故，从而殃及整个储能系统；另一方面，对所有的电池模组均设置热失控后的防护气体处理单元，其经济上也会承担较高的费用。
中国专利CN109671993A公开了一种储能电池系统，当检测装置检测到某储能电池发生故障、特别是温度急剧升高时，安全保护系统向该储能电池的壳体内注入阻燃气体和/或阻燃液体，阻止该电池进一步发生反应，从而防止电池发生燃烧爆炸。另外，可通过维护再生系统对单个或全部储能电池进行补液、换液、排气等操作，从而提高电池的使用性能、延长电池寿命，实现储能电池的维护以及再生。但该专利是属于传统的灭火思路，当发生热失控后对电池组热失控部位释放灭火物质，其灭火地点或者说电池热失控的气体处理地点仍然在发生热失控的电池组所在之地，其对附近电池组仍然有引燃的潜在危险。
中国专利CN107534114B公开了一种具有热失控及排气管理系统的电池组模块，公开了与多个电池组的泄压口连接的主支路管道路，电池组热失控时产生时气体经过支路管道路和汇流管路排出，但该专利应用于单体电池模组，并没有对产生的有害气体进行冷却、惰化、吸附处理的过程，排出的有害气体会对环境造成危害。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提出了一种集中式储能设备安全气体处理系统，本系统将电池模组发生热失控的危险提前探测预警，并将热失控后从电池或者电池箱泄压口释放的高温危险物质有序收集、有序引导至远离没有发生危险的电池模组的区域，进行有序处理、有序排放从而避免了一处发生危险而导致整个储能系统损毁的情况。
本申请的技术方案为：
一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，包括：储能单元，所述储能单元为至少一个的电池模组或储能集装箱；气体处理单元，用于对所述储能单元发生热失控时产生的气体进行处理；气体收集单元，包括与所述储能单元连接的支路管道，和，与多个所述支路管道连通的汇流管，所述气体收集单元通过支路管道对所述储能单元热失控时产生的气体进行收集，并经汇流管统一传输至所述气体处理单元进行处理。
进一步地，在本申请提供的实施例中，系统还包括:探测单元，所述探测单元用于探测所述储能单元、气体收集单元和气体处理单元的工作状态；以及控制单元,用于控制所述储能单元、气体收集单元和气体处理单元。
在本申请提供的实施例中，所述支路管道的一端与所述储能单元的泄压口连通，另一端通过汇流管与气体处理单元连通。
在本申请提供的实施例中，包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述汇流管和气体处理单元之间。
进一步地，还包括单向阀，所述单向阀设置在所述支路管道上。所述单向阀为单向液体阀和/或单向气体阀，只允许液体或者气体沿储能单元向气体处理单元的方向流动。
在本申请提供的实施例中，所述探测单元包括探测管理系统和多个传感器，所述传感器分别设置在储能单元、气体收集单元、气体处理单元中的需要探测工作状态的部件上。所述传感器包括温度传感器、压力传感器、红外传感器、视频传感器。
在本申请提供的实施例中，所述控制单元包括控制管理系统，和，与所述控制管理系统连接的控制设备；所述控制设备还与所述气体收集单元、气体处理单元连接；所述控制管理系统还与所述探测管理系统连接。进一步地，包括报警设备，所述报警设备与所述控制管理模块连接。
在本申请提供的实施例中，所述气体处理单元包括处理装置；所述处理装置与所述缓冲罐连接。所述处理装置内部按气流方向依次设有冷却层、缓冲隔离层、气体处理层。所述气体处理层为惰化材料层，或，吸附材料层。所述处理装置上方还设有排放口。
本申请的技术方案有如下的有益效果：
本申请的涉及的安全气体处理单元可以将多个不同区域、不同规格的大容量锂电池组或者锂电池模组热失控后喷放的高温危险物质进行有序收集、有序引导至远离未发生热失控的电池组的安全区域。并在安全区域设置了一套气体处理单元来对收集而来的各种高温危险物质进行冷却、惰化、排放，达到锂储能站锂电池热失控后喷放物质的有序化收集，有序化处理，避免了储能站因某个电池组出现危险而发生热失控时，影响到紧邻的其他电池组。
本申请涉及的安全集中式气体处理单元，省去了给每个大容量电池组或者锂电池模组单独配备一套气体处理单元，而是对整个储能站系统只配备一套集中式气体处理单元，可以大大节约储能站的成本。
本申请的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本申请的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
在本申请实施例的描述中，凡是涉及位置关系的名词仅是以本申请实施例的附图进行说明的，并不是对结构位置关系的限定。
本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系。
下面结合附图对本申请的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本申请实施例提供一种集中式储能设备安全处理系统，包括储能单元1，用于收集所述储能单元1热失控后气体的气体收集单元7，用于将所述气体收集单元7收集的气体进行处理的气体处理单元13，用于记录所述储能单元1、气体收集单元7和气体处理单元13参数的探测单元，以及控制所述储能单元1、气体收集单元7和气体处理单元13的控制单元。
在本申请提供的实施例中，所述储能单元1为至少一个的电池模组或储能集装箱，所述气体收集单元7包括与所述储能单元1连接的支路管道5，和，与多个所述支路管道5连通的汇流管8，所述气体收集单元7通过支路管道5对所述储能单元热失控时产生的气体进行收集，并经汇流管8统一传输至所述气体处理单元13进行处理。
在本申请提供的实施例中，气体收集单元7是储能单元1中的某个大电池模组或储能集装箱在热失控后对热失控物质进行收集的管路以及相关附件；气体收集单元7可以将多个不同区域、不同规格的电池模组或储能集装箱热失控后喷放的高温危险物质进行有序收集、有序引导至远离未发生热失控的电池组区域的一个气体处理单元。
进一步地，所述支路管道5的一端与所述储能单元的泄压口3连通，另一端通过汇流管8与气体处理单元13连通。
具体的，所述缓冲罐15的容量根据所连接的电池单元中电池模组或储能集装箱的数量、类型、容量调整。
进一步地，还包括单向阀6，所述单向阀6设置在所述支路管道上。
进一步地，所述单向阀6为单向液体阀和/或单向气体阀，只允许液体或者气体沿储能单元向气体处理单元的方向流动。
在本申请提供的实施例中，气体处理单元13是对气体收集单元收集而来的各种高温危险物质进行冷却、惰化、排放，从而达到了储能单元热失控后喷放物质的有序化收集，有序化处理，避免了储能站因单个电池模组或储能集装箱出现危险而发生热失控时，影响到紧邻的其他电池模组或储能集装箱，这种集中处理的方式省去了给每个电池模组或储能集装箱单独配备一套气体处理单元，节约了成本,且处理效率更高。
进一步地，所述气体处理单元13包括处理装置14；所述处理装置14与所述缓冲罐15连接；所述处理装置14具有冷却、惰化锂电池热失控后喷出的各种物质的功能，所述处理装置内部按气流方向依次设有冷却层、缓冲隔离层、气体处理层。
所述缓冲隔离层可以为隔离空腔，进一步地，在本实施例中，所述隔离空腔内设置有间隔10cm左右的两个多孔隔板，且在两个隔板中间填充多孔蜂窝陶瓷。
进一步地，所述气体处理层为惰化材料层，或，吸附材料层，所述惰化是指将前述物质中的可燃物质、有毒物质通过吸收、吸附、分解、转化等手段或处理或使其滞留在处理装置之中。
所述吸附层可以设置成多层活性炭层。进一步地，在本实施例中，在所述活性炭层之间设置有间隔10cm左右的两个多孔隔板，多孔隔板之间的空间形成缓冲空腔。
所述冷却材料层中的材料为：碳酸盐化合物、低层设置陶瓷球、碳酸氢盐化合物、结晶水化合物中的一种或者多种；
所述惰化材料层中的材料为气体灭火剂：七氟丙烷、二氧化碳；或液体灭火剂：全氟庚烷、全氟己酮中的一种或者多种。所述处理装置可以同时满足储能单元中一组大容量锂电池组或锂电池模组热失控后喷出的燃烧物质的处理净化要求。
进一步地，所述处理装置14上方还设有排放口12。
在本申请提供的实施例中，探测单元用于探测储能电池单元、气体收集单元、气体处理单元在使用时或者热失控后的部件的工作状态、参数及指标。
在本申请提供的实施例中，所述探测单元包括探测管理系统9和多个传感器4，所述传感器4分别设置在储能单元1、气体收集单元7、气体处理单元13中的需要探测工作状态的部件上。
所述传感器4包括温度传感器、压力传感器、红外传感器、视频传感器。
在本申请提供的实施例中，控制单元用于当储能电池单元及气体收集单元的运行参数在正常设置值之外时对气体处理单元或者相关人员及其他系统进行提示、报警或者控制。
在本申请提供的实施例中，所述控制单元包括控制管理系统10，和，与所述控制管理系统连接的控制设备；所述控制设备还与所述气体收集单元、气体处理单元连接；所述控制管理系统还与所述探测管理系统连接。
进一步地，包括报警设备11，所述报警设备11与所述控制管理模块10连接。
实施例1
如图1所示，本申请的实施例1提供了一种集中式储能设备安全处理系统，此系统包括储能单元1、气体收集单元7、气体处理单元13。
其中储能单元1由20个单体容量为300KWh的大容量电池组2组成，每个大容量电池组分散装配于各自的箱体之中，20个电池组的箱体在其上部均设置泄压口3。泄压口上直接设置管道与气体收集单元7的支路管道5连接，支路管道上设置温度传感器和压力传感器4，并且设置了单向阀门6，此系统的20个大容量电池组由支路管道汇总到汇流管8，并由汇流管连通处理装置。
气体依次经过填充在处理装置底部的冷却材料层进行冷却、隔离空腔、惰化材料层进行惰化，最后通过排放口安全排放。
实施例2
在实施例1的基础上，在汇流管与气体处理单元之间设置一个缓冲罐15。
若未设置该缓冲罐，当储能单元发生热失控后，大量的高温物质通过管路直接冲向气体处理单元，容易导致气体处理单元的瞬间负荷过大，且压力不均匀，进而导致从排放口排放的气体温度较高，且喷出的混合气体由于处理不完全而具有可燃性。
在汇流管与气体处理单元之间设置缓冲罐，由于缓冲罐在平时保持负压真空状态，则当储能单元热失控时，喷向气体处理单元的高温物质的瞬时负荷峰值大大降低，经过处理装置处理后排向环境中的气体流速均匀，温度较低，完全不燃。
实施例3
在本申请的实施例2的基础上，处理装置的隔离腔中设置有两层多孔隔板，该两层多孔隔板之间留有10cm左右的缓冲空腔，在该缓冲空腔中填充多孔蜂窝陶瓷；在多孔蜂窝陶瓷上设置三层活性炭层，单层活性炭层厚度为30cm。
实施例4
在本申请的实施例3的基础上，在多层活性炭层之间设置10cm的缓冲空腔，缓冲空间与活性炭之间通过多孔隔板和多孔棉支撑。
这样，对大容量电池组热失控后的高温物质通过缓冲罐、以及上述处理系统后排向环境中的气体流速均匀，气体量较少，且无色无味，温度较低，完全不燃。
实施例5
在前述实施例的基础上，本系统中还可增设探测单元和控制单元。探测单元用于探测储能电池单元、气体收集单元、气体处理单元在使用时或者热失控后的部件的工作状态、参数及指标；控制单元用于当储能电池单元及气体收集单元的运行参数在正常设置值之外时对气体处理单元或者相关人员及其他系统进行提示、报警或者控制。
具体地，所述探测单元包括探测管理系统9和多个传感器4，所述传感器4分别设置在储能单元1、气体收集单元7、气体处理单元13中的需要探测工作状态的部件上。所述传感器4包括温度传感器、压力传感器、红外传感器、视频传感器。
所述控制单元包括控制管理系统10，和，与所述控制管理系统连接的控制设备；所述控制设备还与所述气体收集单元、气体处理单元连接；所述控制管理系统还与所述探测管理系统连接。
进一步地，还包括报警设备11，所述报警设备11与所述控制管理模块10连接。
尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本申请的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (13)
1.一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，包括：
储能单元，所述储能单元为至少一个的电池模组或储能集装箱；
气体收集单元，包括与所述储能单元连接的支路管道，和，与多个所述支路管道连通的汇流管，所述气体收集单元通过支路管道对所述储能单元热失控时产生的气体进行收集，并经汇流管统一传输至所述气体处理单元进行处理。
气体处理单元，用于对所述储能单元发生热失控时产生的气体进行处理。
2.如权利要求1所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述支路管道的一端与所述储能单元的泄压口连通，另一端通过汇流管与气体处理单元连通。
3.如权利要求2所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，包括单向阀，所述单向阀设置在每个所述支路管道上。
4.如权利要求3所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述单向阀为单向液体阀和/或单向气体阀，只允许液体或者气体沿储能单元向气体处理单元的方向流动。
5.如权利要求1所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述汇流管和气体处理单元之间。
6.如权利要求5所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述气体处理单元包括处理装置；
所述处理装置与所述缓冲罐连接。
7.如权利要求6所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述处理装置内部按气流方向依次设有冷却层、缓冲隔离层、气体处理层。
8.如权利要求7所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述气体处理层为惰化材料层，或，吸附材料层。
9.如权利要求5所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述处理装置顶部设有排放口。
10.如权利要求1所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，还设有探测单元，所述探测单元包括探测管理系统和多个传感器，所述传感器分别设置在储能单元、气体收集单元、气体处理单元中的需要探测工作状态的部件上。
11.如权利要求10所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、压力传感器、红外传感器、视频传感器。
12.如权利要求11所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，还设有控制单元，所述控制单元包括控制管理系统，和，与所述控制管理系统连接的控制设备；
所述控制设备与所述气体收集单元、气体处理单元连接；
所述控制管理系统与所述探测管理系统连接。
13.如权利要求12所述的一种集中式储能设备安全处理系统，其特征在于，包括报警设备，所述报警设备与所述控制管理模块连接。
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