CN114824560A - 一种储能电池防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储能电池防护系统，包括储能模块、断电模块和破玻模块，所述断电模块和破玻模块均与储能模块相连接，所述储能模块上设置有热失控传感器，通过热失控传感器实时获取储能模块的热失控数据信息，并将储能模块的热失控数据信息分别与断电模块和破玻模块的热失控阈值进行比较，并根据比较结果分别启动断电模块进行断电和/或破玻模块进行破除玻璃。本发明可有效控制储能模块的温度升高，并且当储能模块发生短路等热失控时，可以瞬间切断对应储能模块的输出线缆或实现玻璃破除通过水对储能模块进行冷却隔离，极大程度上保证了整个系统的安全性和稳定性。

Description

一种储能电池防护系统

技术领域

本发明涉及应急防护技术领域，尤其涉及一种储能电池防护系统。

背景技术

太阳能、风能等可再生能源容易受天气等外部条件影响，其出发电具有随机性和波动性，不利于电网的稳定运行。为维持电网的稳定运行，目前采用的主要应对措施为弃风（弃光）。而高比例的弃风（弃光）会造成能源的浪费，并将限制可再生能源渗透率的提升，从而影响清洁能源的发展。通过储能系统并网充放电来配合可再生能源发电，能够有效平滑发电出力曲线，从而达到可再生能源合理配置的目的。

储能电站在电网不同工况下可以作为电源输出功率或是作为负荷吸收功率。与可再生能源自我消纳类似，电网可以利用储能装置在负荷高峰时期放电，在负荷低谷时充电，从而达到改善负荷特性、参与系统调峰的目的。另外储能系统平衡电网峰谷，可以大幅降低不必要的发电机组装机，降低发电设施的固定投入。对于中小企业，建设安全可靠的储能电站，可以直观降低企业用电成本。大用户峰谷价差套利，峰谷价差套利是在低电价或系统边际成本时段购买廉价电能，在高电价或供不应求时段使用或卖出，峰谷价差套利的收益在很大程度上取决于峰谷电之间的价差。

利用电池等化学能进行并网储能，有利于电网中发电端能源的合理利用与配制。可以有效缓解风电太阳能发电等受环境的影响，另外电力储能的运用可以实现发电基础设施的合理配制，减少不必要的投入。

锂离子电池用于储能具有能量密度大等诸多优点，但同时电池本身具有含能材料属性，材料、工艺、管控等均可引起锂电池出现热失控，从而引起链式反应，造成重大火灾、爆炸事故。部分储能站采用新能源汽车退役后电池梯次利用储能，其热失控风险更高。

目前电池储能技术已比较成熟，但限制其大幅推广的一大因数是储能电池的稳定性和安全性。锂电池从其原理和工艺上就存在热失控风险。另外目前储能电池主要采用新能源车辆动力电池回收梯次利用，存在的安全风险更大。

安全可靠利用锂电池进行储能，目前的技术路线一是采用梯次分级筛选品质较好电池模组，淘汰品质差的；二是传感器技术研究，尽量保证使用中电池热失控提前预警，但以上技术路线主要是主动防控，再由于电池本身的热失控不确定性，无法100%避免电池不出现热失控问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种储能电池防护系统，以解决如何保证储能电池稳定性和安全性的技术问题。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：一种储能电池防护系统，包括储能模块、断电模块和破玻模块，所述断电模块和破玻模块均与储能模块相连接，所述储能模块上设置有热失控传感器，通过热失控传感器实时获取储能模块的热失控数据信息，并将储能模块的热失控数据信息分别与断电模块和破玻模块的热失控阈值进行比较，并根据比较结果分别启动断电模块进行断电和/或破玻模块进行破除玻璃。

进一步的，所述储能电池防护系统还包括取放模块，所述取放模块包括可任意方向运动的机械手，所述机械手可将热失控的储能模块取出并放置到安全位置。

进一步的，所述储能模块包括储能池，所述储能池中注有可降温或灭火的液体，所述液体的液面以下设置有多个电池舱，每个电池舱中均设置有储能电池。

进一步的，所述断电模块包括热源启动装置，所述热源启动装置设置于主电缆与储能电池输出线缆之间。

进一步的，所述电池舱上设置有密封的钢化玻璃，储能电池设置于密封的钢化玻璃之中。

进一步的，所述破玻模块包括破玻璃器，所述破玻璃器设置于电池舱的钢化玻璃上。

进一步的，所述热失控传感器包括温度传感器、烟雾传感器或光感传感器中的一种或多种，所述热失控传感器设置于储能电池上，热失控传感器与热源启动装置和破玻璃器之间均设置有断点传感器。

进一步的，所述热失控传感器与破玻璃器之间设置有第一断点传感器，所述第一断点传感器上设置有破玻璃阈值；所述热失控传感器与热源启动装置之间设置有第二断点传感器，所述第二断点传感器上设置有断电阈值。

进一步的，所述破玻璃阈值大于断电阈值。

进一步的，所述电池舱的内壁与储能电池之间存在间隙，便于可降温或灭火的液体能够注入。

本发明的有益效果在于：将储能电池密封于电池舱中，并将电池舱分组布设到储能池的液面以下，采用了水浴的方式可有效控制储能电池的温度升高；采用了热源启动装置，当储能电池发生短路等热失控时，可以瞬间切断对应储能电池的输出线缆，实现主动断电分离，保证了整个系统的安全性；设置有破玻璃器，当储能电池发生热失控及燃烧时，通过破玻璃器可在1秒内击碎电池舱的钢化玻璃，使得储能池中的液体能够迅速进入电池舱中，对燃烧的储能电池进行冷却隔离；在储能池外侧还设置有可任意方向运动的机械手，通过机械手可将故障的储能电池提出储能池中，放置到安全的区域，再重新补充新的储能电池，既保证了整个系统的安全性，同时也极大程度上保证了系统的稳定性。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明系统框图；

图2为本发明结构示意图；

图3为电池舱结构示意图；

图中，1-滑轨，2-机械手，3-热失控传感器，4-主电缆，5-第一连接线缆，6-第二连接线缆，7-断电器，8-电池舱，9-破玻璃器，10-钢化玻璃，11-储能电池，12-储能池，13-第一断点传感器，14-第二断点传感器，15-隔离舱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参阅图1-3，一种储能电池防护系统，包括储能模块、断电模块和破玻模块，所述断电模块和破玻模块均与储能模块相连接，所述储能模块上设置有热失控传感器3，通过热失控传感3实时获取储能模块的热失控数据信息，并将储能模块的热失控数据信息分别与断电模块和破玻模块的热失控阈值进行比较，并根据比较结果分别启动断电模块进行断电和/或破玻模块进行破除玻璃。

在本实施例当中，所述储能电池防护系统还包括取放模块，所述取放模块包括可前后上下运动的机械手2，所述机械手2设置于平行布置于储能模块上方的滑轨1上，所述机械手2可沿滑轨1方向前后移动到需要取或放的储能模块处，并进行上下运动取出储能模块，通过机械手2和滑轨1结构可将热失控的储能模块取出并放置到隔离舱15内，并由隔离舱15将热失控的储能模块运送至安全位置。可以理解的，为了便于将热失控的储能模块快速取出，可将机械手2或滑轨1任意方向设置，在本实施例当中，将机械手2和滑轨1设置于储能模块的上方，仅是为了便于更好理解本申请的技术方案，因此，对于机械手2和滑轨2的设置位置本申请不做限定。

在本实施例当中，所述储能模块包括储能池12，所述储能池12中注有可降温或灭火的液体，所述液体的液面以下设置有多个电池舱8，每个电池舱8均是独立的，且每个电池舱8中均设置有储能电池11。优选的，所述可降温或灭火的液体采用冷却水，所述电池舱8整列排布在储能池12内，且互相之间保持一定间隔。可以理解的，为了降低储能电池11的温度，应将装有储能电池11的电池舱8整个布置于储能池12的水面以下。

在本实施例当中，所述断电模块为断电器7，所述断电器7包括热源启动装置，所述热源启动装置可接收热失控信号，具体可采用切断器或切割器，所述热源启动装置设置于主电缆4与储能电池输出线缆之间，当储能电池11温度过高而热失控时，通过切断器或切割器将储能电池11的输出线缆切断，保证整个系统的安全。进一步的，所述储能电池11的输出线缆包括第一连接线缆5和第二连接线缆6，所述第一连接线缆5与储能电池11相连接，设置于电池舱8的内部，所述第二连接线缆6的一端与第一连接线缆5相连接，另一端与主电缆4相连接，设置于电池舱8的外部。更进一步的，所述断电器7设置于主电缆4与第二连接线缆6的连接处。可以理解的，为了达到断电的目的，将断电器7设置于第一连接线缆5和第二连接线缆6之间的连接处也是可以的，因此，对于断电器7的位置也是可以根据实际情况灵活布置的。

在本实施例当中，所述电池舱8上设置有密封的钢化玻璃10，储能电池11设置于密封的钢化玻璃10之中。更进一步的，所述钢化玻璃10设置于电池舱8整个箱体的上方，作为电池舱8的上盖，以保证当储能电池11热失控时，通过破玻璃器9击碎钢化玻璃10，使得水能快速进入电池舱8中，扑灭火焰，更进一步的，钢化玻璃10与电池舱8并非一体化结构，以保证破玻璃器9仅能击碎钢化玻璃10，而不能破坏电池舱8的结构，如此设计可以避免热失控储能电池11周围的电池舱8运行安全。

在本实施例当中，所述破玻模块包括破玻璃器9，所述破玻璃器9粘贴于电池舱8的钢化玻璃10上，当储能电池11温度过高而热失控时，通过破玻璃器9可在1秒内将电池舱8的钢化玻璃10击碎，使得储能池12中的水快速进入电池舱8中，对燃烧的储能电池11进行冷却隔离。

在本实施例当中，所述电池舱8的内壁与储能电池11之间存在间隙，便于水能够注入电池舱8中。

在本实施例当中，所述热失控传感器3包括温度传感器、烟雾传感器或光感传感器中的一种或多种，所述热失控传感器3粘贴于储能电池上，热失控传感器3与热源启动装置和破玻璃器之间均设置有断点传感器。

在本实施例当中，所述热失控传感器3与破玻璃器9之间设置有第一断点传感器13，所述第一断点传感器13上设置有破玻璃阈值；所述热失控传感器3与断电器7之间设置有第二断点传感器14，所述第二断点传感器14上设置有断电阈值。且在本实施例当中，将第一断点传感器13的破玻璃阈值大小设置为大于第二断点传感器14断电阈值大小，可以理解的，此处所述的破玻璃阈值和断电阈值取决于在实际应用当中所采用的热失控传感器3，若采用温度传感器，则为温度阈值，若采用烟雾传感器，则为烟雾阈值，同时也可以采用其他可以监测储能电池11热失控的传感器，如光感传感器等。当热失控传感器3若监测到的热失控数据高于断电阈值而低于破玻璃阈值时，断电器7接到热失控信号开始启动，而破玻璃器9不能启动；当热失控传感器3监测到的热失控数据高于破玻璃阈值时，断电器7接到热失控信号、破玻璃器9接到强制注水信号，破玻璃器9先于断电器7开始启动破玻璃操作，然后断电器7启动断电操作。

在本实施例当中，所述储能电池11为锂电池。锂电池发生火灾事故原因包括：锂电池在过充、过放、过热和机械碰撞等内外部因素作用下，容易引起电池隔膜崩溃、内部短路，导致热失控进而引发安全问题。此外，锂电池目前采用的电解液多为易燃或可燃的有机溶剂，增加了发生火灾的隐患。传统的安全消防措施往往并不能有效抑制锂电池的热失控，会造成初期火灾迅速蔓延，进而演变为大规模的火灾。储能电站事故频发的主要原因都和锂电池内短路有关。从学术角度来说，在低温高倍率的充电条件下，锂离子会在负极与电解液的界面形成堆积，这种现象被称为析锂。析锂堆积到一定程度就有可能会产生锂枝晶（是指采用液态电解质的锂电池在充电时，锂离子还原时形成的树枝状金属锂单质）。当锂枝晶生长到一定程度时，就会触破隔膜导致电池内短路，最终引发事故。当达到一定温度时，锂电池就会导致一系列分解反应，使电池的热平衡受到破坏。当这些化学反应放出的热量不能及时疏散，便会加剧反应的进行，导致电池的燃烧、爆炸。锂电池燃烧属于自我氧化还原反应，不需要借助空气中的氧气，因此常规灭火剂无法扑灭。想要控制锂电池的热失控，目前最优方案是采用大量水进行冷却降温。

本发明的工作原理为：当储能池12中某个电池舱8中的储能电池11发生过热时，内部的热量可以通过电池舱8传导给储能池12的水中，维持系统的稳定。当电池舱8中的储能电池11发热后转为热失控时，通过断电器7自主断开线路，热失控传感器3感知到热失控信号或接到强制注水信号后，破玻璃器9立即启动，打碎该热失控储能电池11的电池舱8的钢化玻璃10，储能池12中的水从破碎的玻璃处注入到电池舱8中，将热失控的储能电池11淹没，达到冷却和隔爆的目的，保证了这个系统的安全性。

本发明的有益效果在于：将储能电池11密封于电池舱8中，并将电池舱8分组布设到储能池12的水面以下，采用了水浴的方式可有效控制储能电池11的温度升高；采用了断电器7，当储能电池11发生短路热失控时，可以瞬间切断对应储能电池11的输出线缆（包括第一连接线缆5和第二连接线缆6），实现主动断电分离，保证了整个系统的安全性；设置有破玻璃器9，当储能电池11发生热失控及燃烧时，通过破玻璃器9可在1秒内击碎电池舱8的钢化玻璃10，使得储能池12中的液水能够迅速进入电池舱8中，对燃烧的储能电池11进行冷却隔离；在储能池12外侧还设置有可任意方向运动的机械手2，通过机械手2可将故障的储能电池11提出储能池中12，放置到安全的区域，再重新补充新的储能电池11，既保证了整个系统的安全性，同时也极大程度上保证了系统的稳定性。

需要说明的是，对于前述的实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某一些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本申请所必须的。

此外，术语“连接”、“设置”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“连接”、“设置”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“连接”、“设置”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

上述实施例中，描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能电池防护系统，其特征在于，包括储能模块、断电模块和破玻模块，所述断电模块和破玻模块均与储能模块相连接，所述储能模块上设置有热失控传感器，通过热失控传感器实时获取储能模块的热失控数据信息，并将储能模块的热失控数据信息分别与断电模块和破玻模块的热失控阈值进行比较，并根据比较结果分别启动断电模块进行断电和/或破玻模块进行破除玻璃。

2.如权利要求1所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，还包括取放模块，所述取放模块包括可任意方向运动的机械手，所述机械手可将热失控的储能模块取出并放置到安全位置。

3.如权利要求1所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述储能模块包括储能池，所述储能池中注有可降温或灭火的液体，所述液体的液面以下设置有多个电池舱，每个电池舱中均设置有储能电池。

4.如权利要求1所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述断电模块包括热源启动装置，所述热源启动装置设置于主电缆与储能电池输出线缆之间。

5.如权利要求3所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述电池舱上设置有密封的钢化玻璃，储能电池设置于密封的钢化玻璃之中。

6.如权利要求1所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述破玻模块包括破玻璃器，所述破玻璃器设置于电池舱的钢化玻璃上。

7.如权利要求1所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述热失控传感器包括温度传感器、烟雾传感器或光感传感器中的一种或多种，所述热失控传感器设置于储能电池上，热失控传感器与热源启动装置和破玻璃器之间均设置有断点传感器。

8.如权利要求7所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述热失控传感器与破玻璃器之间设置有第一断点传感器，所述第一断点传感器上设置有破玻璃阈值；所述热失控传感器与热源启动装置之间设置有第二断点传感器，所述第二断点传感器上设置有断电阈值。

9.如权利要求8所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述破玻璃阈值大于断电阈值。

10.如权利要求3所述的一种储能电池防护系统，其特征在于，所述电池舱的内壁与储能电池之间存在间隙，便于可降温或灭火的液体能够注入。

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