CN114552099B - 一种用于储能电池集装箱的安全系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于储能电池集装箱的安全系统，该安全系统包括控制装置、电池架、安全缓冲门以及设置于电池箱中的传感器。当传感器检测到电池箱内部的电池发生故障时，传感器向控制装置传送信号，控制装置启动电池架的驱动装置使得电池架的能够弯折的支撑腿发生弯折，致使电池架朝向安全缓冲门的卷帘门板倾倒。卷帘门板的下部刚性条在限位部的保持下对倾倒的电池架起到缓冲的作用，当卷帘门板的上端部在电池架的作用力下断裂时，卷帘门板脱离限位部的约束，使得电池架从集装箱内向外倒出。通过非人工方式触发电池架脱离集装箱，降低了火情扑救风险和难度，有利于快速扼制火情蔓延扩大。
Description
技术领域
本发明涉及储能电池领域，具体地涉及一种用于储能电池集装箱的安全系统。
背景技术
近年来随着储能市场不断发展，储能系统消防安全问题日益突出。储能系统通常使用化学电池，而电池自带氧化剂与还原剂，一旦意外出现火情，很难通过化学抑制与窒息灭火法扑救，电池在系统中密集排布，以模组、电池包、电池簇、电池架的形式固定排布在集装箱内，当出现局部高温或者燃烧时，电池发生鼓胀变形，很难将其从集装箱中脱离进行隔离灭火，冷却剂也很难直接作用于高温区域，电池燃烧短时剧烈放热容易使火势蔓延。
发明内容
针对以上存在的问题，本发明提供一种用于储能电池集装箱的安全系统，该安全系统包括控制装置、电池架、安全缓冲门以及设置于电池箱中的传感器。当传感器检测到电池箱内部的电池发生故障时，传感器向控制装置传送信号，控制装置启动电池架的驱动装置使得电池架的能够弯折的支撑腿发生弯折，致使电池架朝向安全缓冲门的卷帘门板倾倒。卷帘门板的下部刚性条在限位部的保持下对倾倒的电池架起到缓冲的作用，当卷帘门板的上端部在电池架的作用力下断裂时，卷帘门板脱离限位部的约束，使得电池架从集装箱内向外倒出。通过非人工方式触发电池架脱离集装箱，降低了火情扑救风险和难度，有利于快速扼制火情蔓延扩大。安全缓冲门对倾倒的电池架进行缓冲，在电池架倾倒时对外部人员和电池组进行保护，避免了次生安全问题。
本发明提供的技术方案如下：
根据本发明提供一种用于储能电池集装箱的安全系统，该安全系统包括控制装置、电池架、安全缓冲门以及设置于电池箱中的传感器。安全缓冲门包括卷绕电机、卷轴、卷帘门板、门框以及限位部，卷绕电机与卷轴相连用以转动卷轴，卷轴与卷帘门板的上端部相连，使得卷轴转动时卷帘门板卷绕到卷轴上或者从卷轴上放下。卷帘门板设有多条上部刚性条和多条下部刚性条，上部刚性条的长度小于下部刚性条的长度，在多个上部刚性条的两侧设有柔性挡条，限位部设置于门框的与部分下部刚性条相对应的位置处并且能够限制卷帘门板的下部刚性条从限位部中脱出。电池架在靠近安全缓冲门的一侧设有能够弯折的支撑腿以及能够驱动支撑腿弯折的驱动装置，在传感器检测到电池箱内的电池发生故障时传感器向控制装置发出信号。控制装置启动驱动装置使得支撑腿弯折，在支撑腿弯折的情况下电池架朝向安全缓冲门倾倒，卷帘门板的下部刚性条对电池架进行缓冲，卷帘门板的上端部在电池架的压力作用下与卷轴断开。卷帘门板在重力的作用下下滑使得下部刚性条从限位部中向下滑出并且柔性挡条在滑入限位部后在电池架的压力下从限位部中脱出，从而使得电池架在经过安全缓冲门的缓冲之后从储能电池集装箱中倒出。
具体地讲，在储能电池集装箱中布置多个电池架，每个电池架上置有多个电池。在储能电池集装箱上对应于每个电池架设置单独的安全缓冲门或者对应于多个电池架设置共用的安全缓冲门。优选地，多个电池架共用一个较大的安全缓冲门，这样可以简化整个安全系统的结构。在正常使用的情况下，安全缓冲门开启时，卷帘门板向上移动并卷绕到位于卷帘门板上方的卷轴上，安全缓冲门关闭时，卷帘门板从卷轴上展开并向下移动。在电池发生故障的情况下，电池架的能够弯折的支撑腿在驱动装置的作用下发生弯折，电池架朝向安全缓冲门的卷帘门板倾倒，卷帘门板的上端部在电池架的外力作用下与卷轴断开，卷帘门板在限位部的保持下对下倾的电池架起到缓冲的作用，直至卷帘门板脱出限位部的约束，整个电池架完全向外倒出。电池发生热失控前期通常会出现电池壳鼓胀，可能发生电池壳卡在电池架中无法拔出，电池连接线路密集无法断开等问题。相较之下，电池架之间连接线路较稀疏，且通常不会发生鼓胀变形等问题，因此使得含有故障电池的电池架脱离集装箱的实施操作更为可靠。另外，火灾初期电池架倾倒带动集装箱门开放，有助于减少集装箱内积热和电池释放的易燃气体浓度，避免火势失控后打开集装箱门引发内部爆燃。电池架在倾倒时由于受到缓冲而避免了瞬间倒出而造成的外部人员伤害，并且避免了电池由于与地面之间的猛烈撞击导致的电池爆炸等隐患。
在每个电池的电池箱内设置传感器，该传感器可以为烟雾检测传感器、压力检测传感器、气体成分检测传感器或温度传感器等。当电池发生故障时，置于电池箱内的传感器迅速将故障信号发送给系统的控制装置，控制装置进而向电池架的驱动装置发出指令，使得驱动装置将电池架的靠近安全缓冲门一侧的支撑腿进行弯折、伸缩或折断，致使电池架在失去支撑的情况下朝向卷帘门板倾倒。能够弯折的支撑腿可以为多段铰接结构，驱动装置对其施加拉力或推力使得支撑腿弯折。在正常的情况下，铰接的多段结构呈现直立状态，驱动装置连接于其中一段支撑腿，驱动装置启动时，对支撑腿施加推力或拉力，使得铰接的支撑腿发生弯折。或者，能够弯折的支撑腿上设有薄弱部，驱动装置为爆炸装置，通过爆炸装置的爆炸使得薄弱部断裂，从而使得支撑腿弯折。或者，能够弯折的支撑腿为套管，驱动装置通过液压支撑套管伸展支撑并且能够通过泄压使得套管收缩。能够弯折的支撑腿本身也可以为能够伸缩的液压缸。在正常的情况下，套管伸展用以支撑电池架，在发生故障的情况下，套管收缩使得电池架倾倒。
为了确保在支撑腿弯折的情况下电池架可以朝向卷帘门板一侧持续倾倒，电池架的柜高h、电池架的柜厚w与电池架的能够弯折的支撑腿的长度l之间的关系应满足w2<h×l。换句话说，支撑腿的长度l应大于w2/h。此处的柜高h指的是电池架的整体高度去掉支撑腿的高度，电池架的柜厚w与指的是电池架的靠近卷帘门板的一侧到远离卷帘门板的一侧的距离。
卷帘门板大体上分为上部分和下部分，上部分包括多条上部刚性条以及设置在多条上部刚性条两侧的独立的或整体的柔性挡条，下部分包括多条下部刚性条。多条上部刚性条与多条下部刚性条平行设置，从而能够卷绕到卷轴上。下部刚性条的长度大于上部刚性条的长度，并且下部刚性条的长度大致等于上部刚性条的长度与柔性挡条的长度之和。此处的刚性条采用的是外力作用下不易发生变形的材料，例如，不锈钢、彩钢板、铝合金板、PVC板等；此处的柔性挡条采用的是外力作用下易发生变形的材料，例如，硅胶、聚氨酯、三元乙丙橡胶等。约束部的宽度大致小于柔性挡条的长度，也就是说，约束部可以约束下部刚性条的两侧边缘，使处在约束部段的下部刚性条只能在垂直于地面方向移动。当卷帘门板下滑时，下部刚性条的边缘依次滑出约束部，而上部刚性条两侧的柔性挡条依次进入约束部。当处在约束部段的上部刚性条受到非垂直于地面方向的作用力时，由于柔性挡条易发生变形，柔性挡条从约束部中脱出，从而致使脱出的上部分卷帘门板不再受到约束部的约束力。
当电池架倾倒并倚靠卷帘门板时，电池架对卷帘门板的上部刚性条施加作用力，可分解为卷帘门板对其上端部的卷轴的拉力和对门板的压力。当卷帘门板的上端部与卷轴之间的拉力超过两者连接处的最大承受力时，卷帘门板的上端部与卷轴之间的连接断开，使得卷帘门板从卷轴上脱落。卷帘门板的上端部与卷轴之间可通过粘接、螺钉连接、卡接或钩挂等方式连接。当卷帘门板的上端部与卷轴断开后，卷帘门板的受力变成电池架施加的作用力以及约束部对卷帘门板的下部刚性条施加的约束力。此时，受到约束的下部刚性条对倾倒的电池架起到缓冲的作用。为了使得电池架不会卡到下部刚性条上停止倾倒，下部刚性条的最高高度Hmax、电池架的柜高h与电池架的能够弯折的支撑腿的长度l之间的关系满足：Hmax<0.95(l+h/2)，下部刚性条的最高高度Hmax指的是与上部刚性条相邻的最高的下部刚性条距离地面的高度。卷帘门板对电池架缓冲的同时，卷帘门板继续从约束部中下滑，下部刚性条滑离约束部，上部刚性条两侧的柔性挡条进入约束部。柔性挡条进入约束部后在电池架的作用力下发生变形，从而从约束部中脱离，整个卷帘门板进而掉落到地面。
限位部可以对卷帘门板的两侧边缘进行夹持，使得卷帘门板的两侧边缘可以在限位部中上下滑动，同时，限位部可以约束下部刚性条的前后移动。例如，限位部可以为具有凹槽的块状结构，凹槽能够卡住下部刚性条的边缘；或者，限位部可以为多个成对的对辊，对辊能够卡住下部刚性条的边缘。
另外，在电池架与卷帘门板之间可设置气囊。在电池箱里的传感器发出信号时，控制装置控制气囊充气弹起，从而减缓电池架与卷帘门板之间的冲击。此外，在电池架的远离安全缓冲门的一侧可设有后侧支撑腿，安全系统还设有挡块，挡块与后侧支撑腿靠近或邻接，当电池架倾倒时挡块用以阻止电池架朝向远离安全缓冲门的一侧滑移，这样可以确保电池架倾倒时倚靠到卷帘门板上。
应当指出，本发明中的方位词上、下、左、右、前、后等只是为了使得表述更加清楚，而不起到任何限制的作用。
本发明的优势在于：
1)通过非人工方式触发电池架脱离集装箱，降低了火情扑救风险和难度，有利于快速扼制火情蔓延扩大；
2)将有燃烧电池的电池架及时隔离扑救，有助于减小火灾损失及冷却剂的用量，降低环境影响；
3)集装箱采用卷帘门可以减小集装箱外部预留空间，火灾初期电池架倾倒带动集装箱门开放，有助于减少集装箱内积热和电池释放的易燃气体浓度，避免火势失控后打开集装箱门引发内部爆燃；
4)安全缓冲门对电池架的缓冲，为外部人员的躲避提供了时间，并且对电池组提供了保护，避免了次生安全问题的发生。
附图说明
图1为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的立体示意图；
图2为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的正面示意图；
图3为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的侧面示意图；
图4为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的后面示意图；
图5(a)-5(f)为电池发生故障时根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的操作过程示意图。
附图标记列表：
1——电池架
101——电池柜
102——支撑腿
103——驱动装置
2——卷轴
3——卷帘门板
301——上部刚性条
302——下部刚性条
303——柔性挡条
4——限位部
d1——上部刚性条的长度
d2——下部刚性条的长度
d3——柔性挡条的长度
h——电池架的柜高
w——电池架的柜厚
l——电池架的能够弯折的支撑腿的长度
Hmax——下部刚性条的最高高度
具体实施方式
下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
图1为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的立体示意图。用于储能电池集装箱的安全系统包括控制装置、电池架1、安全缓冲门以及设置于电池箱中的传感器。安全缓冲门包括卷绕电机(图中未示出)、卷轴2、卷帘门板3、门框(图中未示出)以及限位部4。
卷绕电机与卷轴2相连用以转动卷轴2，卷轴2与卷帘门板3的上端部相连，卷帘门板3包括上部刚性条301和下部刚性条302。正常情况下，卷轴2转动时使得卷帘门板3卷绕到卷轴2上用以开门或者使得卷帘门板3从卷轴2上放下用以关门。限位部4设置于门框上，限位部4的位置与至少部分下部刚性条302的位置相对应，用以限制卷帘门板3的下部刚性条302从限位部4中脱出。
电池架1包括上部的电池柜101和下部的支撑腿102，在电池柜101中设有多个可容置电池的框架，每个框架中可放置电池，在电池内设有传感器，传感器可对控制装置发出信号。电池架的支撑腿102分为靠近卷帘门板3的能够弯折的支撑腿以及远离卷帘门板3的无需弯折的支撑腿。能够弯折的支撑腿可以为多段铰接结构，驱动装置103连接于支撑腿的其中一段，驱动装置103可以接收控制装置发出的信号并且对支撑腿施加拉力，使得支撑腿发生弯折。当位于卷帘门板3一侧的能够弯折的支撑腿发生弯折后，整个电池架1朝向卷帘门板3倾倒。
图2为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的正面示意图。卷帘门板设有多条上部刚性条301和多条下部刚性条302，上部刚性条301的长度d1小于下部刚性条302的长度d2，在多个上部刚性条301的两侧设有柔性挡条303。上部刚性条301的长度d1与柔性挡条303的长度d3之和大致等于下部刚性条302的长度d2。至少部分下部刚性条302的两侧通过门框上的限位部4进行限位，使得下部刚性条302可以沿着限位部4上下移动，但是无法前后或左右移动。优选地，限位部4的上端部与完全放下卷帘门板时下部刚性条302的最高高度相对应。当卷帘门板3向下移动时，下部刚性条302沿着限位部4向下移动，位于上部刚性条301两侧的柔性挡条303进入限位部4。在不受到垂直于卷帘门板的外力的情况下，柔性挡条303也可沿着限位部4上下移动；但是，在受到垂直于卷帘门板的外力的情况下，由于柔性挡条303的长度d3小于限位部4的限位宽度，因此，柔性挡条303可以柔性弯曲并且从限位部4中脱出。
图3为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的侧面示意图。图3示出了安全系统的侧面，为了确保在支撑腿102弯折的情况下电池架1可以朝向卷帘门板3一侧持续倾倒，电池架的柜高h、电池架的柜厚w与电池架的能够弯折的支撑腿的长度l之间的关系应满足w2<h×l。换句话说，支撑腿的长度l应大于w2/h。
图4为根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的后面示意图。当电池架朝向卷帘门板倾倒时，受到约束的下部刚性条302对倾倒的电池架起到缓冲的作用。为了使得电池架不会卡到下部刚性条302上停止倾倒，下部刚性条302的最高高度Hmax、电池架的柜高h与电池架的能够弯折的支撑腿的长度l之间的关系满足：Hmax<0.95(l+h/2)，下部刚性条302的最高高度Hmax指的是卷帘门板完全展开后与上部刚性条301相邻的最高的下部刚性条302距离地面的高度。
图5(a)-5(f)为电池发生故障时根据本发明的用于储能电池集装箱的安全系统的操作过程示意图。如图5(a)-5(b)所示，当传感器检测到电池箱内部的电池发生故障时，传感器向控制装置传送信号，控制装置启动电池架1的驱动装置103使得电池架1的能够弯折的支撑腿发生弯折，致使电池架1朝向安全缓冲门的卷帘门板3倾倒。如图5(c)-5(d)所示，卷帘门板3的上端部在电池架1的压力作用下与卷轴2断开。下部刚性条302由于限位部4的约束而无法前后(垂直于下部刚性条的方向)移动，因此对倾倒的电池架1起到缓冲的作用，阻止电池架1突然从门内向外倒出。如图5(e)-5(f)所示，卷帘门板在重力的作用下下滑使得下部刚性条302从限位部4中向下滑动并且柔性挡条303在滑入限位部4后在电池架1的压力下从限位部4中脱出。从而使得电池架1在经过安全缓冲门的缓冲之后完全从储能电池集装箱中倒出。
本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种用于储能电池集装箱的安全系统，其特征在于，所述安全系统包括控制装置、电池架、安全缓冲门以及设置于电池箱中的传感器，所述安全缓冲门包括卷绕电机、卷轴、卷帘门板、门框以及限位部，所述卷绕电机与所述卷轴相连用以转动所述卷轴，所述卷轴与所述卷帘门板的上端部相连，使得所述卷轴转动时所述卷帘门板卷绕到卷轴上或者从卷轴上放下，所述卷帘门板设有多条上部刚性条和多条下部刚性条，所述上部刚性条的长度小于所述下部刚性条的长度，在所述多条上部刚性条的两侧设有柔性挡条，所述限位部设置于所述门框的与部分所述下部刚性条相对应的位置处并且能够限制所述卷帘门板的下部刚性条从所述限位部中脱出，所述电池架在靠近所述安全缓冲门的一侧设有能够弯折的支撑腿以及能够驱动所述支撑腿弯折的驱动装置，在所述传感器检测到电池箱内的电池发生故障时所述传感器向所述控制装置发出信号，所述控制装置启动所述驱动装置使得所述支撑腿弯折，在所述支撑腿弯折的情况下所述电池架朝向所述安全缓冲门倾倒，所述卷帘门板的下部刚性条对所述电池架进行缓冲，所述卷帘门板的上端部在所述电池架的压力作用下与所述卷轴断开，所述卷帘门板在重力的作用下下滑使得所述下部刚性条从所述限位部中向下滑出并且所述柔性挡条在滑入所述限位部后在所述电池架的压力下从所述限位部中脱出，从而使得所述电池架在经过所述安全缓冲门的缓冲之后从储能电池集装箱中倒出，所述电池架的柜高h、所述电池架的柜厚w与所述电池架的能够弯折的支撑腿的长度l之间的关系满足：w 2<h×l，所述下部刚性条的最高高度H max 、所述电池架的柜高h与所述电池架的能够弯折的支撑腿的长度l之间的关系满足：H max <0.95(l+h/2)。
2.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，所述传感器为烟雾检测传感器、压力检测传感器、气体成分检测传感器或温度传感器。
3.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，所述能够弯折的支撑腿为多段铰接结构，所述驱动装置对所述能够弯折的支撑腿施加拉力或推力使得所述能够弯折的支撑腿弯折；或者，所述能够弯折的支撑腿上设有薄弱部，所述驱动装置为爆炸装置，通过所述爆炸装置的爆炸使得所述薄弱部断裂，从而使得所述能够弯折的支撑腿弯折；或者，所述能够弯折的支撑腿为套管，所述驱动装置通过液压支撑所述套管伸展并且能够通过泄压使得所述套管收缩，从而使得所述能够弯折的支撑腿弯折。
4.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，所述卷帘门板的上端部与所述卷轴之间的断裂力小于所述电池架倾倒时所述电池架对所述卷帘门板施加的作用力，所述卷帘门板的上端部与所述卷轴之间通过粘接、螺钉连接、卡接或钩挂的方式连接。
5.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，所述限位部为具有凹槽的块状结构，所述凹槽能够卡住所述下部刚性条的边缘。
6.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，所述限位部为多个成对的对辊，所述对辊能够卡住所述下部刚性条的边缘。
7.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，在所述电池架与所述卷帘门板之间设置气囊，在所述传感器发出信号时，所述控制装置控制所述气囊充气弹起，从而减缓所述电池架与所述卷帘门板之间的冲击。
8.根据权利要求1所述的用于储能电池集装箱的安全系统，其中，在所述电池架的远离所述安全缓冲门的一侧设有后侧支撑腿，所述安全系统还设有挡块，所述挡块与所述后侧支撑腿邻接，当所述电池架倾倒时所述挡块用以阻止所述电池架朝向远离所述安全缓冲门的一侧滑移。
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