CN114171835A - 一种用于防止过热起火的锂电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于防止过热起火的锂电池系统，包括：机柜，以及设置在机柜中的储液箱和若干组锂电池模块；每组锂电池模块分别与储液箱连接；储液箱设置在机柜底部，用于存储绝缘液体，其中，绝缘液体用于对每组锂电池模块进行散热灭火火；本发明采用液体对电芯进行降温灭火，换热效率高且可长时间持续，确保杜绝起火；本发明换热效果较好，储液箱和系统机柜组合一起成整体，没有外围的管路和装置，适合各种场景安装。

Description

一种用于防止过热起火的锂电池系统
技术领域
本申请涉及通信电源锂电池储能技术领域，具体而言，涉及一种用于防止过热起火的锂电池系统。
背景技术
在通信行业，蓄电池是作为供电的“最后一道防线”，保障在市电停电后通信网络系统不间断的供电，因此在各种各样的大大小小的通信局站内，都配置有大量的蓄电池组。长期以来，一直采用铅酸蓄电池作为后备电池，由于铅酸蓄电池具有污染大、能量比小、循环次数少等缺点，而锂电池具有能量密度高，循环次数多等优点，因此，随着电动汽车的大量应用，带动锂电池在通信行业也逐步进行了推广。
但是，由于锂电池其化学性质非常活跃的特点，在使用过程中容易产生内部短路、过热等导致起火，造成火灾事故，严重的阻碍了锂电池在通信行业的应用发展。
锂电池电芯属于含电能物质，一旦出现内部热失控或正负极板短路，无论能否切断电芯外面电路，内部放电都可持续下去，直至电荷放光。电芯热失控或内部短路过程必然导致发热，发热必然产生热量积累，温度高到一定程度，就可能产生电解液或隔膜冒烟和燃烧，进入自燃状态。
要扑灭锂电池电芯自燃火灾，只有依靠外部灭火条件，比如现有做法是采用气溶胶降温灭火、气体灭火、干粉灭火乃至用水灭火。但这些措施都很难与锂电池模块结合起来，因为锂电池模块内无法配置足够多的气溶胶，或气体瓶，粉末无法在密集空间流动，也无法在机房机柜内放置一箱水，因此基本难以真正依靠外部实现扑灭锂电池自燃起火的目标。
液体控温灭火是最有效方法，但液体需求量多少与电芯自燃发热量(电量)、发热温升速度有密切关系，因此如何控制液体进入循环带走热量是关键因素。
因此，针对以上问题，急需设计一种适合采用绝缘液体对锂电池在过热的时候进行降温的方法和系统，当锂电池出现温度异常上升后，及时采用液体进行降温，杜绝发生起火故障。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的提出了一种采用液体对模块内部锂电池电芯进行灭火降温的方法和系统，用于解决锂电池在使用充放电过程中，易过热起火的问题。
为了实现上述技术目的，本申请提供了一种用于防止过热起火的锂电池系统，包括：
机柜，以及设置在机柜中的储液箱和若干组锂电池模块；
每组锂电池模块分别与储液箱连接；
储液箱设置在机柜底部，用于存储绝缘液体，其中，绝缘液体用于对每组锂电池模块进行散热灭火。
优选地，锂电池模块包括前舱和电池舱；
前舱用于安装电路板；
电池舱用于设置电芯，其中，电池舱与储液箱连接。
优选地，电路板紧贴前舱的面板，用于通过面板的翅片进行散热。
优选地，前舱和电池舱之间具有用于将前舱与电池舱隔离的空间。
优选地，电芯由若干组电芯模块组成；
每组电芯模块由若干个电芯单元组成；
每组电芯模块之间包括相同的第一间距；
每个电芯单元之间包括相同的第二间距；
第一间距和第二间距用于容纳绝缘液体。
优选地，电池舱包括进液口和液体溢出口；
储液箱分别与进液口和液体溢出口连接。
优选地，储液箱通过进液总管与进液口连接；
储液箱通过出液总管与出液口连接。
优选地，锂电池系统还包括系统控制模块、温度传感器、泵、电动阀门；
电动阀设置在进液总管和进液口之间，与系统控制模块电性连接；
温度传感器，与系统控制模块电性连接，用于采集电池舱的温度；
泵，与系统控制模块电性连接，设置在储液箱中，用于将绝缘液体通过进液总管灌入电池舱。
优选地，绝缘液体用于灌满电芯舱；
液体溢出口用于排出处于灌满状态的电芯舱中的多余绝缘液体。
绝缘液体包括：氟化液、绝缘矿物油、变压器油。
本发明公开了以下技术效果：
本发明采用液体对电芯进行降温灭火，换热效率高且可长时间持续，确保杜绝起火；
本发明设计在正常工作状态时，电池舱内是没有液体的，当温度传感器检测到温度异常后，液体再迅速从模块底部进入舱内进行降温，这样平时对设备的维护比较简单方便，液体也不易受到异物污染。当温度将下来后，液体再从模块底部的进液口回流到储液箱，模块舱内没有液体残留，方便模块的拆卸和维护；
本发明中，液体从模块底部进入，从模块上部溢出，保证液体在模块内部的自下而上的循环，换热效果较好；
本发明中，储液箱和系统机柜组合一起成整体，没有外围的管路和装置，适合各种场景安装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的系统组成正面示意图；
图2为本发明所述的模式整体示意图；
图3为本发明所述的模块后部正视示意图；
图4为本发明所述的锂电池模块内电芯布局(俯视图)；
图5为本发明所述的系统组成背面示意图。
具体实施方式
下为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
如图1-5所示，本发明提供了一种用于防止过热起火的锂电池系统，包括：
机柜，以及设置在机柜中的储液箱和若干组锂电池模块；
每组锂电池模块分别与储液箱连接；
储液箱设置在机柜底部，用于存储绝缘液体，其中，绝缘液体用于对每组锂电池模块进行散热灭火。
进一步优选地，锂电池模块包括前舱和电池舱；
前舱用于安装电路板；
电池舱用于设置电芯，其中，电池舱与储液箱连接。
进一步优选地，电路板紧贴前舱的面板，用于通过面板的翅片进行散热。
进一步优选地，前舱和电池舱之间具有用于将前舱与电池舱隔离的空间。
进一步优选地，电芯由若干组电芯模块组成；
每组电芯模块由若干个电芯单元组成；
每组电芯模块之间包括相同的第一间距；
每个电芯单元之间包括相同的第二间距；
第一间距和第二间距用于容纳绝缘液体。
进一步优选地，电池舱包括进液口和液体溢出口；
储液箱分别与进液口和液体溢出口连接。
进一步优选地，储液箱通过进液总管与进液口连接；
储液箱通过出液总管与出液口连接。
进一步优选地，锂电池系统还包括系统控制模块、温度传感器、泵、电动阀门；
电动阀设置在进液总管和进液口之间，与系统控制模块电性连接；
温度传感器，与系统控制模块电性连接，用于采集电池舱的温度；
泵，与系统控制模块电性连接，设置在储液箱中，用于将绝缘液体通过进液总管灌入电池舱。
进一步优选地，绝缘液体用于灌满电芯舱；
液体溢出口用于排出处于灌满状态的电芯舱中的多余绝缘液体。
绝缘液体采用闪电温度高、绝缘性好的液体，如氟化液、绝缘矿物油、变压器油等。
本发明公开的系统采用标准机柜、模块化设计，当模块内的电芯温度达到预设值后，通过泵、管路以及阀门将液体从储液箱送至模块内，将电芯浸没，液体从溢出口排出形成循环，对电芯进行降温，实现锂电池的有效降温和灭火。本发明有效解决了锂电池因过热起火的问题，利于锂电池储能在通信行业乃至全社会的推广应用。
实施例1：气溶胶或气体方案中，气溶胶或气体都是一次性的，而且气溶胶或气体热容量比液体小多了。尽管刚喷出的气溶胶或气体可以迅速吸热，降低温度，扑灭火苗，但电芯内部热失控或短路故障并没有消除，一段时间后，电芯又要再次热起来。其实锂电池气溶胶灭火方案是在电动汽车场景推广使用，国家电动汽车安全标准规定，必须满足一旦出现锂电池冒烟起火，要扑灭火势、控制火情5分钟，让乘员有5分钟时间下车逃生(至于后续是否再起火烧毁汽车不是考核要求)。而储能场景考虑的是储能设备不能起火，用气溶胶或气体熄灭火灾5分钟没有实际意义，本发明针对现有技术的缺点，提出了一种用于防止过热起火的锂电池系统。整机系统按标准机柜设计，锂电池模块采用适合标准机柜安装，19英寸宽，高度3U-5U(推荐4U)，深度可以在500mm-1000mm根据容量进行选择，如图1、图2所示。在机柜下部设计有储液箱。当锂电池出现温度异常上升后，及时采用液体进行降温，杜绝发生起火故障。
模块内部采用两舱设计，前舱安装电路板，并将发热元器件紧贴面板，通过面板的翅片进行散热，实现无需风扇的自然散热。电池舱独立，使液体进入舱内时只浸没电芯。模块尾部设计有两个孔，分别是进液口和液体溢出口，如图3所示。
为使液体充分浸泡电芯，同时也考虑到安装的便利性，锂电池一般采用方壳电芯。本方案的电芯布局在纵横方向上都预留一定间隙(典型案例为10mm以上)，让有足够多液体能在间隙之间流动，带走足够多热量，而且应该是电芯宽面的间隙大、窄面的间隙小，如图4所示，以满足电芯宽面发热量大、需要带走热量大的需求。
机柜后部设计有进液总管和溢出排液总管，如图5所示，每个模块的进液口和溢出口与这两根总管连接。
每个模块的进液口管路设计有电动阀门，对液体的进入流出进行控制。
进液总管底部连接泵，泵置放在储液箱内。
锂电池降温灭火实现方法：
正常运行时，绝缘液体放置在机架底部的储液箱，每个模块的阀门处于常闭(模式1)或者常开(模式2)，当某个模块内部的电芯温度异常时，安装在电芯表面或者模块内部的温度传感器采集到的温度异常，系统控制模块控制该模块的阀门打开(模式1)或其他模块的阀门关闭(模式2)，启动抽液泵，这时泵将液体从储液箱抽出，从该模块的进液口进入模块，迅速灌满整个电芯舱，液体从溢出口排出，通过排出总管回流到储液箱，形成连续循环，将电芯的热量带出，并且由于电芯处于浸没状态，隔绝空气，从而实现降温灭火的效果。当电芯温度降低达到预设值后，泵停止工作，舱内的液体由进液口排出，进液口设计在舱的底部，可以将液体完全排放干净。
本发明将液体从模块底部进入，对电芯进行浸没式降温，并且因为整个电芯浸没在液体里面，隔绝了空气，降温更快，灭火更有效，同时创新的设计了回流循环方式，可以使液体在其中一个模块内循环而不影响整个系统。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于，包括：
机柜，以及设置在所述机柜中的储液箱和若干组锂电池模块；
每组所述锂电池模块分别与所述储液箱连接；
所述储液箱设置在所述机柜底部，用于存储绝缘液体，其中，所述绝缘液体用于对每组所述锂电池模块进行散热灭火。
2.根据权利要求1所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述锂电池模块包括前舱和电池舱；
所述前舱用于安装电路板；
所述电池舱用于设置电芯，其中，所述电池舱与所述储液箱连接。
3.根据权利要求2所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述电路板紧贴所述前舱的面板，用于通过所述面板的翅片进行散热。
4.根据权利要求3所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述前舱和所述电池舱之间具有用于将所述前舱与所述电池舱隔离的空间。
5.根据权利要求4所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述电芯由若干组电芯模块组成；
每组所述电芯模块由若干个电芯单元组成；
每组所述电芯模块之间包括相同的第一间距；
每个所述电芯单元之间包括相同的第二间距；
所述第一间距和所述第二间距用于容纳所述绝缘液体。
6.根据权利要求5所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述电池舱包括进液口和液体溢出口；
所述储液箱分别与所述进液口和所述液体溢出口连接。
7.根据权利要求6所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述储液箱通过进液总管与所述进液口连接；
所述储液箱通过出液总管与所述出液口连接。
8.根据权利要求7所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述锂电池系统还包括系统控制模块、温度传感器、泵、电动阀门；
所述电动阀设置在所述进液总管和所述进液口之间，与所述系统控制模块电性连接；
所述温度传感器，与所述系统控制模块电性连接，用于采集所述电池舱的温度；
所述泵，与所述系统控制模块电性连接，设置在所述储液箱中，用于将所述绝缘液体通过所述进液总管灌入所述电池舱。
9.根据权利要求8所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述绝缘液体用于灌满所述电芯舱；
所述液体溢出口用于排出处于灌满状态的所述电芯舱中的多余绝缘液体。
10.根据权利要求9所述一种用于防止过热起火的锂电池系统，其特征在于：
所述绝缘液体包括：氟化液、绝缘矿物油、变压器油。
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