CN113725474A - 一种用于大型储能系统的电池罐及泄爆方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于大型储能系统的电池罐及泄爆方法，包括壳体、隔板、底板、锂电池模组、电气腔和冷却消防腔。电气腔与冷却消防腔之间有隔板，锂电池依靠自身重力通过密封连接装置悬挂于隔板上。所述冷却消防腔中有冷却消防液，所述锂电池模组浸泡在冷却消防液中，所述锂电池模组包括上盖、外壳、电芯和下盖，所述电芯上设有第一泄爆单元，所述下盖中心位置有第二泄爆单元，所述底板与所述第二泄爆单元之间有泄爆通道，当所述锂电池模组内部发生热失控时所述第二泄爆单元会发生破裂，使冷却消防液依靠静压进入所述锂电池模组内，通过非能动的手段达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果。
Description
技术领域
本申请涉及电池领域，尤其涉及一种用于大型储能系统的电池罐及泄爆方法。
背景技术
近年来，锂电池技术得到快速发展，已用于越来越多的领域。但是由于锂电池的原理和构造特性，在反复使用过程中常因内阻发热产生较大热量，而且热量会逐渐增加。温度进一步升高，里面的电解液和溶剂就会分解、燃烧、爆炸。
传统的散热系统主要采用强制通风、水冷和自然对流散热三种，均存在一定应用缺陷：强制通风和水冷由于需要风机、泵、管线以及其它附件而使结构庞大复杂，此外，风冷会影响锂电池模块封装的密封性，水冷成本过高且水和水蒸气容易导致短路，需要对应绝缘密封处理。自然对流散热在空气对流状况不佳的情况散热效果非常有限。
CN112421159A中公开了一种高能量锂电池及包括该锂电池的大型储能系统，锂电池浸泡于导热液中，发生热失控时泄爆部件破裂，使电池内易燃物质迅速被引导至消防腔内。本申请的锂电池模组在泄爆部件破裂后，使冷却消防液在静压作用下进入锂电池模组内部，用非能动的方式终止热失控和热失控蔓延；此外，本申请利用锂电池模组的自身重力加强密封，并使用楔形密封连接件强化密封效果，可以有效防止水和水蒸气进入电气腔造成短路的风险。
CN207052730U、CN103985921A、CN106505277A、CN202550023U均利用水浴原理进行散热，但均为设置泄爆装置，也没有加强密封的技术。其中CN103985921A的技术方案中，电池发生热失稳时加压器对系统加压使冷却管破裂，冷却管中的冷却液喷溅到电池上，采用了能动方式阻止电池热失稳，而本申请采用的非能动方式与之相比，可以节约更多能量且结构更为简单；CN106505277A的技术方案中设置了密封胶和密封圈加强密封，而本申请利用了锂电池模组本身的重力达到密封的目的，并设置楔形密封连接件，密封结构更为优良，效果更好。
发明内容
本申请的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本申请提供一种用于大型储能系统的电池罐，包括壳体、隔板、底板、锂电池模组，通过隔板将电池罐分为冷却消防腔和电气腔，所述隔板上设置有多个孔，用于放置所述锂电池模组，所述锂电池模组的上盖横截面面积大于所述隔板上孔的横截面面积，使所述锂电池模组在自身重力作用下密封悬挂于所述隔板上。
进一步地，本申请中，所述底板设置在所述电池罐的下方，与所述锂电池模组对应位置设置有定位装置，防止锂电池模组晃动，便于安装和运输。
进一步地，本申请中，所述隔板与所述锂电池模组连接处有楔形密封连接件，防止冷却消防液进入电气腔，达到良好的密封效果。
进一步地，本申请中，所述楔形密封连接件为上半径大于下半径的圆环，断面为直角梯形。
进一步地，本申请中，所述孔为圆孔，所述锂电池模组为圆柱体电池模组。
进一步地，本申请中，所述孔为方孔，所述锂电池模组为方形电池模组。
进一步地，本申请中，所述锂电池模组的正负极由导线连入隔板上方的电气腔；
所述电气腔内设有控制单元，所述控制单元为：电池管理系统，汇流排，储能变流器中的一种或几种。
进一步地，，本申请中，所述电池罐罐体接地电连接。
进一步地，本申请中，所述锂电池模组包括外壳、上盖、下盖和至少一个电芯，每个所述电芯上设有第一泄爆单元。
进一步地，所述锂电池模组的上盖处还设有至少一个泄压孔
进一步地，本申请中，所述冷却消防腔中有冷却消防液，所述锂电池模组下盖位置有第二泄爆单元，所述底板与所述第二泄爆单元之间有泄爆通道，当所述锂电池模组内部发生热失控时所述第二泄爆单元会发生破裂，使冷却消防液依靠静压通过所述泄爆通道进入所述锂电池模组内，通过非能动的手段达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果。
进一步地，本申请中，所述锂电池模组的上盖、下盖和外壳为铝合金，或与铝合金强度及抗腐蚀能力相当的金属材质或非金属材质。
进一步地，本申请中，发生热失控时，所述第二泄爆单元破裂，所述冷却消防液吸收热量，或者与电解质发生反应。
进一步地，本申请中，所述冷却消防液为水。
进一步地，本申请中，所述冷却消防腔通过出水管和回水管与冷却消防液循环装置相连通。
进一步地，本申请中，所述冷却消防液循环装置为工业冷水机。
进一步地，本申请中，所述出水管上有净化过滤装置。
进一步地，本申请还提供了一种用于大型储能系统的电池罐的泄爆方法，所述锂电池模组内的每个电芯上均设有第一泄爆单元，所述锂电池模组下盖处的第二泄爆单元；当电芯发生热失控时，该电芯上的所述第一泄爆单元启动，热失控的产生的物质在所述锂电池模组内缓冲，当所述锂电池模组内的压力持续上升达到压力阈值时，所述锂电池模组下盖处的第二泄爆单元启动，打开泄爆通道，使冷却消防液依靠静压通过所述泄爆通道进入所述锂电池模组和发生热失控的电芯内。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
1、本申请提供的用于大型储能系统的电池罐，所述锂电池模组在自身重力作用下实现密封；所述隔板与所述锂电池模组连接处有楔形密封连接件，加强密封效果。
2、本申请提供的用于大型储能系统的电池罐，可将锂电池模组浸泡于冷却液中进行液冷散热，及时导出锂电池模组产生的热量。
3、本申请提供的用于大型储能系统的电池罐，所述底板与所述第二泄爆单元接触处有泄爆通道，该泄爆通道的横截面积较大，发生热失控时，可使泄爆气体顺畅排出的同时，消防液也可倒灌入锂电池模组内。
4、本申请提供的用于大型储能系统的电池罐，所述消防腔内有消防液，发生热失控时，泄爆部件会发生破裂，使消防液在通过泄爆通道进入所述锂电池模组内；在不配备循环系统的情况下，仍然可依靠水静压通过非能动的方式，使消防液在通过泄爆通道进入所述锂电池模组内，进而达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果，杜绝了锂电池模组的热失控风险。
5、本申请提供的用于大型储能系统的电池罐，所述锂电池模组内的每个电芯上均设有第一泄爆单元，所述锂电池模组下盖处的第二泄爆单元；当电芯发生热失控时，该电芯上的所述第一泄爆单元启动，热失控的产生的物质在所述锂电池模组内缓冲，有效防止压力对电池模组及电池罐的冲击；当锂电池模组内的压力持续上升达到压力阈值时，所述锂电池模组下盖处的第二泄爆单元启动，打开泄爆通道，使冷却消防液依靠静压通过所述泄爆通道进入所述锂电池模组和发生热失控的电芯内。上述二次泄爆的方式，可有效提升整体安全防护性能，可第一时间对热失控进行控制，避免热失控蔓延并对相邻电池模组或电池罐造成更大损伤。
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为本申请实施例提供的电池罐的结构示意图之一。
图2为本申请实施例提供的电池罐的结构示意图之二。
图3为本申请实施例提供的电池罐的结构示意图之三。
图4为本申请实施例提供的电池罐的密封处局部结构示意图之一。
图5为本申请实施例提供的电池罐的密封处局部结构示意图之二。
图6为本申请实施例提供的电池罐的泄爆处局部结构示意图。
图7为本申请实施例提供的电池罐的锂电池模组结构示意图。
附图标记说明：
1-壳体，2-底板，3-第二泄爆单元，4-锂电池模组，5-泄爆通道，6-冷却消防液，7-隔板，8-楔形密封连接件，9-电气腔，10-冷却消防腔，11-回水管，12-净化过滤装置，13-出水管，14-定位装置，15-冷却消防液循环装置，16-上盖，17-外壳，18-电芯，19-下盖。
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。
下面结合附图和具体的实施例对本申请的技术方案进行详细的说明。
本申请实施例提供的用于大型储能系统的电池罐，包括壳体、隔板、底板、锂电池模组，通过隔板将电池罐分为冷却消防腔和电气腔，所述隔板上设置有多个孔，用于放置所述锂电池模组，所述锂电池模组上盖的横截面面积大于所述孔的横截面面积，使所述锂电池模组在自身重力作用下密封悬挂于所述隔板上。
可选的，本申请实施例中，如图1、图2所示，通过隔板7将电池罐分为冷却消防腔10和电气腔9，所述隔板7上设置有多个孔，用于放置所述锂电池模组4，所述锂电池模组上盖16的横截面面积大于所述孔的横截面面积，使所述锂电池模组4在自身重力作用下密封悬挂于所述隔板上。
可选的，本申请实施例中，所述隔板7与所述锂电池模组4连接处有楔形密封连接件8，所述底板2设置在所述锂电池模组4的下方，与所述锂电池模组4对应位置设置有定位装置14，所述楔形密封连接件8为上半径大于下半径的圆环，断面为直角梯形。
可选的，本申请实施例中，所述锂电池模组4包括外壳17、上盖16、下盖19和至少一个的电芯18，每个电芯上均设有第一泄爆单元。所述锂电池模组4下盖位置有第二泄爆单元3。所述底板2与第二泄爆单元3之间形成泄爆通道5。
当单个电芯发生热失控时，该电芯上的第一泄爆单元启动，该电芯热失控产生的物质通过第一泄爆单元排出，并在该电芯所在的锂电池模组内缓冲。电芯热失控后，首先通过第一次泄爆在单一电池模组壳体内进行缓冲的设计，可有效防止压力对相邻的电池模组及电池罐的冲击。
当锂电池模组内的压力进一步上升并达到阈值时，所述锂电池模组下盖中心处的第二泄爆单元3启动，打开泄爆通道5进行二次泄爆，并使消防液通过泄爆通道5进入所述锂电池模组4内。上述二次泄爆的方式，可有效提升整体安全防护性能，可第一时间对热失控进行控制，避免热失控蔓延并对相邻电池模组或电池罐造成更大损伤。
本申请实施例中，消防液依靠静压通过泄爆通道5进入所述锂电池模组4内，吸收热量，通过非能动的手段达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果。
可以理解，锂电池模组利用自身重力作用密封悬挂于隔板上，所述隔板与所述锂电池模组连接处有楔形密封连接件，加强了密封效果；通过在所述锂电池模组底部设置第二泄爆单元，发生热失控时第二泄爆单元破裂，使冷却消防液依靠静压通过泄爆通道进入所述锂电池模组内，利用非能动的手段达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果。
可选的，本申请实施例中，可根据情况设置外接循环液系统。具体地，所述冷却消防腔10通过出水管13和回水管11还可以与工业冷水机相连通，所述出水管13上有净化过滤装置15。
实施例1
本申请实施例提供的用于大型储能系统的电池罐，如图1-2所示，包括壳体1、隔板7、底板2、锂电池模组4，通过隔板7将电池罐分为冷却消防腔10和电气腔9，所述隔板7上设置有多个孔，用于放置所述锂电池模组4，所述锂电池模组上盖16的横截面面积大于所述孔的横截面面积，使所述锂电池模组4在自身重力作用下密封悬挂于所述隔板7上。所述隔板7与所述锂电池模组4连接处有楔形密封连接件8，所述楔形密封连接件8为上半径大于下半径的圆环，断面为直角梯形，增强密封效果，防止水和水蒸气进入电气腔9造成短路等风险。所述底板2设置在所述锂电池模组4的下方，与所述锂电池模组4对应位置设置有定位装置14，便于锂电池模组的安装和运输。所述锂电池模组4包括外壳17、上盖16、下盖19和电芯18，所述电芯18底部设有第一泄爆单元，在本实施例中为泄爆口及覆盖该泄爆口的泄爆膜。所述冷却消防腔10中有水，所述锂电池模组下盖位置有第二泄爆单元3，所述底板2与所述第二泄爆单元3之间有泄爆通道5，当所述锂电池模组内部发生热失控时所述第二泄爆单元3会发生破裂，使水依靠静压通过泄爆通道5进入所述锂电池模组4内，水可以吸收热量，通过非能动的手段达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果。
实施例2
本申请实施例提供的用于大型储能系统的电池罐，如图1-2所示，包括壳体1、隔板7、底板2、锂电池模组4，通过隔板7将电池罐分为冷却消防腔10和电气腔9，所述隔板7上设置有多个孔，用于放置所述锂电池模组4，所述锂电池模组上盖16的横截面面积大于所述孔的横截面面积，使所述锂电池模组4在自身重力作用下密封悬挂于所述隔板7上。所述冷却消防腔10中有水。
如图4-5所示，所述隔板7与所述锂电池模组4连接处有楔形密封连接件8，所述楔形密封连接件8为上半径大于下半径的圆环，断面为直角梯形，增强密封效果，防止水和水蒸气进入电气腔9造成短路等风险。所述底板2设置在所述锂电池模组4的下方，与所述锂电池模组4对应位置设置有定位装置14，便于锂电池模组的安装和运输。
如图6-7所示，所述锂电池模组4包括外壳17、上盖16、下盖19和多个电芯18。所述每个电芯18上均设有第一泄爆单元，所述锂电池模组4下盖位置有第二泄爆单元3。所述底板2与第二泄爆单元3之间形成泄爆通道5。当单个电芯发生热失控时，该电芯上的第一泄爆单元启动，电芯热失控产生的物质通过第一泄爆单元排出，并在该电芯所在的锂电池模组内缓冲。电芯热失控后，首先通过第一次泄爆在单一电池模组壳体内进行缓冲的设计，可有效防止压力对相邻的电池模组及电池罐的冲击；当锂电池模组内的压力进一步上升并达到阈值时，所述锂电池模组下盖中心处的第二泄爆单元3启动，打开泄爆通道5进行二次泄爆，并使消防水通过泄爆通道5进入所述锂电池模组4内。上述二次泄爆的方式，可有效提升整体安全防护性能，可第一时间对热失控进行控制，避免热失控蔓延并对相邻电池模组或电池罐造成更大损伤。消防水依靠静压通过泄爆通道5进入所述锂电池模组4内，吸收热量，通过非能动的手段达到降温、泄压和终止热失控及热失控蔓延的效果。
所述锂电池模组的上盖处还设有至少一个泄压孔，当该锂电池模组进行二次泄爆时，通过上盖处的泄压孔，可确保消防液的充分倒灌，使锂电池模组壳体内外部的液位保持一致。
实施例3
根据本申请实施例1或2提供的用于大型储能系统的电池罐，如图3所示，还可根据现场条件和整体系统的设置规模等情况，选择设置消防液循环系统。本实施例中为工业冷水机，具体地，所述冷却消防腔10通过出水管13和回水管11可以与工业冷水机相连通，所述出水管13上还设有净化过滤装置15。
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 (17)
1.一种用于大型储能系统的电池罐，包括壳体、隔板、底板、锂电池模组，其特征在于，通过所述隔板将电池罐分为冷却消防腔和电气腔，所述隔板上设置有多个孔，用于放置所述锂电池模组，所述锂电池模组的上盖横截面面积大于所述隔板上孔的横截面面积，使所述锂电池模组在自身重力作用下密封悬挂于所述隔板上，所述冷却消防腔中填充有冷却消防液。
2.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述底板设置在所述电池罐的下方，与所述锂电池模组对应位置设置有定位装置。
3.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述隔板与所述锂电池模组连接处有楔形密封连接件。
4.根据权利要求3所述的电池罐，其特征在于，所述楔形密封连接件为上半径大于下半径的圆环，断面为直角梯形。
5.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述孔为圆孔，所述锂电池模组为圆柱体电池模组。
6.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述孔为方孔，所述锂电池模组为方形电池模组。
7.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述锂电池模组的正负极由导线连入隔板上方的电气腔；
所述电气腔内设有控制单元，所述控制单元包括：电池管理系统，汇流排，储能变流器中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述电池罐罐体接地电连接。
9.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于，所述锂电池模组包括外壳、上盖、下盖和至少一个电芯，每个所述电芯上均设有第一泄爆单元。
10.根据权利要求9所述的电池罐，其特征在于，所述锂电池模组下盖位置设有第二泄爆单元，所述底板与所述第二泄爆单元之间形成泄爆通道，当所述锂电池模组内部发生热失控时所述第二泄爆单元会发生破裂，使冷却消防液依靠静压通过所述泄爆通道进入所述锂电池模组和电芯内。
11.根据权利要求9所述的电池罐，其特征在于，所述锂电池模组的上盖、下盖和外壳为铝合金，或与铝合金强度及抗腐蚀能力相当的金属材质或非金属材质。
12.根据权利要求10所述的电池罐，其特征在于，发生热失控时，所述第一/第二泄爆单元破裂，所述冷却消防液吸收热量，或者与电解质发生反应。
13.根据权利要求10所述的电池罐，其特征在于，所述冷却消防液为水。
14.根据权利要求10所述的电池罐，其特征在于，所述冷却消防腔通过出水管和回水管与冷却消防液循环装置相连通。
15.根据权利要求14所述的电池罐，其特征在于，所述冷却消防液循环装置为工业冷水机。
16.根据权利要求14所述的电池罐，其特征在于，所述出水管上有净化过滤装置。
17.一种利用如权利要求1-16中任一项所述的电池罐的泄爆方法，其特征在于，所述锂电池模组内的每个电芯上均设有第一泄爆单元，所述锂电池模组下盖处设有第二泄爆单元；当电芯发生热失控时，该失控电芯上的所述第一泄爆单元启动，热失控的产生的物质在所述锂电池模组内缓冲，当所述锂电池模组内的压力持续上升达到压力阈值时，所述锂电池模组下盖处的第二泄爆单元启动，打开泄爆通道，使冷却消防液依靠静压通过所述泄爆通道进入所述锂电池模组和发生热失控的电芯内。
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|---|---|---|---|
| CN202111062428.5A CN113725474A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 一种用于大型储能系统的电池罐及泄爆方法 |
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| CN202111062428.5A CN113725474A (zh) | 2021-09-10 | 2021-09-10 | 一种用于大型储能系统的电池罐及泄爆方法 |
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Cited By (2)
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| CN114744360A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-12 | 清安储能技术(重庆)有限公司 | 一种锂电池 |
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2021
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| WO2023036248A1 (zh) * | 2021-09-10 | 2023-03-16 | 陕西奥林波斯电力能源有限责任公司 | 一种用于大型储能系统的电池罐及泄爆方法 |
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