CN114937776A - 一种浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，首先确定并断开发生热失控的电池包；通过注液阀注入安全液同时导出电池包内的气体，注入的安全液浸没电池并通过溢流口流入回液管路重复循环，该方法通过断开热失控电池包，可以防止电池包热失控进一步扩大，同时注入安全液并浸没电池，导出电池包内气体可以防止热失控电池包被胀气破坏，本方法提供的热失控阻隔措施，既能将电池包热失控的损失控制在最小的范围，又可以避免对储能系统的正常运行的影响，有效抑制储能系统发生的电池或电池包燃烧或爆炸等次生灾害；提高了储能系统的安全性。

Description

一种浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法
技术领域
本发明涉及储能系统控制技术领域，特别是一种浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法。
背景技术
目前，储能系统规模变得越来较大，控制策略也变得更加复杂，在各种控制策略中安全控制非常重要，在复杂储能系统中每个储能单元的健康状态都会对整个系统产生重大影响，集装箱储能系统以其高集成度、可移动性和高环境适应性等优势成为关注的焦点，储能箱体中电池排布的密集程度也逐渐提高，使得电池产生的大量热量很难快速排出，电池之间、电池包之间、电池包之间都会出现热量积聚的现象，导致电池温度和温差较大，在长时间尺度的运行要求下，将对储能系统的工作效率、安全性能和循环寿命产生极大的影响，严重情况下发生热失控，造成严重的安全事故，集装箱式储能设备不仅需要进行温度湿度管控，以及热管理，还需要保障储能系统的安全运行，以保障储能系统中的电池处于最佳运行温度范围，最大程度降低运行异常电池的温度，抑制热失控行为，阻隔热蔓延。
因此，在储能系统中的需要实时监测各个储能单元以及其工作环境状态，同时，也需要针对不同的失控状态采取不同的防控措施，从而在确保储能系统在安全工作状态的情况下，最大限度的延长工作时间。
随着新能源使用规模的扩大，新能源中化学能电池使用日益增加，但是化学能电池在使用过程中容易发生电池起火、燃烧、爆炸等严峻问题，这些事故中大部分是由于电池热失控导致。同时，国家法规也加强了对新能源电池热失控问题的管理，要求对热失控出现后的故障处理、报警机制以及危险事件信息传递必须满足法规要求，对于热失控事件发生后整个系统的如何处置才能避免故障进一步扩大，急需研究对应策略和安全措施。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，该方法通过设置于电池包上的注液阀在发生热失控时向电池包内注入安全液，从而达到控制电池包热失控现象，使得储能装置能达到安全使用要求。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，包括以下步骤：
S1：确定被打开防爆装置的电池所在的储能装置；
S2：断开被打开防爆装置电池所在的储能装置；
S3：启动储能装置的注安全液装置，打开导气装置；
S4：安全液注入储能装置，所述储能装置内的气体通过导气装置导出。
进一步，在所述安全液注入储能装置的过程中，直到安全液达到预设溢流高度，安全液流入回液管路，安全液进入回液管路中循环。
进一步，在所述储能装置的防爆装置被打开时，储能装置内的气体通过导气装置导出。
进一步，所述导气装置按照以下方式将储能装置内的气体导出：
通过与储能装置的防爆装置连接的导气管路将气体导出；和/或
通过与储液罐连接的导气管路将经气液分离后气体导出；和/或
通过与储能装置相连的导气管路将气体导出。
进一步，所述气体通过设置在导气管路上的气液分离器或通过储液罐进行气液分离。
进一步，所述导气装置采用负压抽取装置。
进一步，所述安全液经过回液管路进入与回液管路连接的储液罐中。
进一步，所述储能装置为电池包、电池簇、电池厢、电池柜中任一项。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，首先确定被打开防爆装置的电池所在的储能装置；然后断开被打开防爆装置电池所在的储能装置；以及启动储能装置的注安全液装置，打开导气装置；再将安全液注入储能装置，所述储能装置内的气体通过导气装置导出。在所述安全液注入储能装置的过程中，直到安全液达到预设溢流高度，安全液流入回液管路，安全液进入回液管路中循环。在所述储能装置的防爆装置被打开时，储能装置内的气体通过导气装置导出。
断开热失控电池包，可以防止电池包热失控进一步扩大，同时打开热失控电池包注液阀，注入安全液浸没电池包内的电池，并将热失控电池包内的气体导出，防止热失控电池包被胀气破坏，如果热失控电池的防爆装置被打开，则启动电池包的热失控阻隔措施，打开热失控电池包的注液阀，将安全液注入电池包内并导出电池包内的气体；本方法提供的热失控阻隔措施，分级控制，通过浸没电池包可以有效的阻隔热失控的产生，能阻止热失控的扩大，既能将电池包热失控的损失控制在最小的范围，又可以避免对储能系统的正常运行的影响，有效抑制储能系统发生的电池或电池包燃烧或爆炸等次生灾害；提高了储能系统的安全性。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法流程图
图2为化学储能电池包热失控的安全阻隔燃爆结构主视图。
图3为设置有气液分离器的化学储能电池包热失控的安全阻隔燃爆结构图。
图4为设置有簇溢流排气管路的化学储能电池包热失控的安全阻隔燃爆结构图。
图中，1-电池，2-导气装置，21-带管路启闭阀结构的动力排气装置，3-电池包，4-电池厢，5-主安全液供给装置，6-电池包储液罐，7-电池包安全液泵，8-溢流回液管道，9-保护阀；21-主排气管道，22-电池包排气管路一，23-电池包排气管路二，24-簇溢流排气管路，25-分离器，26-单向压力排气阀，31-电池包注液阀，32-电池包注液备份阀，33-溢流口，34-电池包防爆阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本实施例提供的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，包括以下步骤：
S1：确定被打开防爆装置的电池所在的储能装置；
本实施例的化学储能装置为电池包、电池簇、电池厢、电池柜中任一项。本实施例以电池包为例进行说明电池包热失控安全阻隔措施，电池包可以是由若干电池组装的电池包，电池包也可以称之为储能包或电池模组。
当组成电池包中的任意一个电池发生热失控时且该热失控电池的防爆装置也被打开时，就可以启动该热失控电池所在的电池包的热失控阻隔措施，具体过程如下：
S2：断开被打开防爆装置电池所在的储能装置，防止电池的热失控现象进一步扩大；
S3：启动储能装置的注安全液装置，将注安全液装置和导气装置打开；
判断电池包注液阀是否打开，如果否，则根据当设置于电池包内的压力传感器检测到的压力达到注液开启预设阈值时产生的电池包注液阀控制信号，打开电池包注液阀；如果是，则进入下一步骤，即开启电池包排气阀。
本实施例在对热失控电池包注液时，还可以同时开启均温系统的制冷装置对电池包进行冷却，以达到延缓或阻断热失控对相邻电池包的热失控。
本实施例中还提供了一种注液阀被动控制方式，即当设置于电池包上的电池包预设压力隔膜被冲破时，产生电池包注液阀开启控制信号，电池包注液阀打开；所述电池包注液膜可设置于电池包的电池包注液阀处、电池包排液阀处、或其他位置均可
本实施例中注安全液装置设置于电池包上，所述注安全液装置可以采用注液阀，该注液阀也可以将注液阀与注液备用阀并联，当注液阀出现故障时，可以启动注液备用阀来注入安全液。
S4：安全液注入储能装置，所述储能装置内的气体通过导气装置导出。
在所述安全液注入电池包的过程中，直到安全液达到预设溢流高度，安全液流入回液管路，安全液进入回液管路中循环，根据实际情况，所述安全液进入回液管路中可以不循环。
在所述电池包的防爆装置被打开时，电池包内的气体通过导气装置导出。
本实施例如果检测到电池包内的无氟化液时，关闭电池包电池安全液回液管路中的泵，防止回液管路中的气体进入电池包内，导致电池包内部热失控。
所述导气装置按照以下方式将储能装置内的气体导出：
通过与储能装置的防爆装置连接的导气管路将气体导出；和/或
通过与储液罐连接的导气管路将经气液分离后气体导出；和/或
通过与储能装置相连的导气管路将气体导出。
所述气体通过设置在导气管路上的气液分离器或通过储液罐进行气液分离。
所述导气装置采用负压抽取装置。
所述安全液经过回液管路进入与回液管路连接的储液罐中。
如图2所示，本实施例中当热失控电池的防爆阀被打开时，表示电池内部的气压超过了电池的预设最大值，电池热失控发生，该热失控电池所在的电池包存在热失控的风险也就比较大了，需要对所在的电池包进行有效的热失控处理，此时需要打开电池包的注液阀，向电池包内注入安全液。
本实施例中当所述电池包的注安全液装置打开时，安全液注入电池包内部，电池包内的气体通过导气装置导出储能系统。在所述安全液注入电池包的过程中，直到安全液达到预设溢流高度，安全液流入回液管路，安全液进入回液管路中循环。
在电池包的热失控措施中，需要将电池包中的气体及时排出，在电池包中注入安全液时，安全液可从电池包的底部注入，当安全液从电池包内部的底部上升时，可以将电池包内部的气体逐渐地排挤到电池包预留空腔部，避免了混合在液体中的气体进入安全液管路中进而造成的危害。当安全液注入电池包内时，液体上升到液体溢流口处，安全液从电池包内流出，进入安全液管路中，为了消除液体中的气体混入安全液管路，可在溢流口处不设置或设置有气液分离器，如图3所示，该分离器将混合在液体中的气体分离并引入导气管路中，而液体进入液体管路中，导气管路中设置抽气装置，通过抽气装置将气体抽出电池包，抽气时可以先打开管路上的阀门，也可不设置阀门，直接通过抽气装置将电池包内的气体抽出电池包，如果设置阀门，该阀门也可以采用单向压力排气阀。
本实施例中的回液管路中的安全液进入与回液管路连接的储液罐中。当回液管路中的安全液回流到储液罐中，混入安全液中的气体分离至储液罐上方，所述储液罐设置有与导气装置连接的管道，通过储液罐上方的管道将气体导入到导气装置中，并排出储能系统，如图4所示。
本实施例中的导气装置采用负压抽取装置。或者设置风机，通过与风机连接的管道将电池包内的气体抽出储能系统。所述管道抽取装置为负压抽取装置或无动力源的导气装置。无动力源的导气装置是指不采取负压或抽气的方式将电池包内的气体导出储能系统。
本实施例在所述电池包的防爆装置被打开时，气体通过导气装置导出储能系统。
本实施例当电池包的防爆阀被打开时，同时启动导气装置，该导气装置设置于电池包上用于导出电池包内的气体。同时，储能系统准备启动进入三级安全措施，即将防爆装置被打开的电池包所在的电池簇或电池厢进行热失控安全阻隔措施。
实施例2
如图2所示，本实施例以电池包为例进行说明电池包热失控阻隔的具体过程，本实施例中的电池包上设置并联的模组注液阀和模组注液备份阀；所述模组注液阀从电池包的底部向电池包内部注入安全液，电池包内的安全液逐渐上升直至浸没电池，当安全液上升到设置电池包上部的溢流口处时，安全液从溢流口处进入溢流回液管道，电池包溢流口处设置有模组排气管路一和模组排气管路二，所述模组排气管路一用于将电池包内的气体排出储能系统，所述模组排气管路一通过主排气管道与动力排气装置连接，在动力排气装置的作用下将电池产气排出储能系统，所述动力排气装置可以采用带管路启闭阀结构的动力排气装置，这些动力排气装置可以设置于每个电池厢或安全管理厢；所述模组排气管路二与设置于溢流口处的溢流阀连接，用于将从电池包溢流出的安全液中的气体导入至主排气管道中，为电池包提供安全液的装置可以设置于电池厢中，即热失控二级安全液供给装置，为热失控二级安全液供给装置提供安全液中的可以设置于安全管理厢中，即主安全液供给装置，当热失控二级安全液供给装置中安全液不足时或缺乏时，主安全液供给装置为热失控二级安全液供给装置补充安全液，所述热失控二级安全液供给装置包括电池包储液罐和电池包安全液泵，所述电池包溢流口通过回液管路将安全液回流到电池包储液罐，所述储液罐上方设置有簇溢流排气管路，所述簇溢流排气管路通过管路将电池包储液罐中的气体导入到主排气管道中，所述回液管路可以设置或也可以不设置保护阀，所述电池包上设置有模组防爆阀。
本实施例中所述电池包的注液阀在控制信号的作用下没有被打开时，所述可以启动注液备用阀打开或通过被动方式打开。
本实施例中所述被动方式，可通过物理机械方式打开，所述物理机械方式是通过电池包内压力作用于电池包注安全液装置，并将电池包注安全液装置打开的方式；或通过电池包内压力作用于电池包注安全液装置产生用于打开电池包注安全液装置的控制信号，并通过所述控制信号将电池包注安全液装置打开的方式。
即可以在电池包的注液阀部位设置可以被电池包内部气压冲开的被动阀门，当电池包内容达到预设的压力值时，在该压力的作用下，被动阀门被内部气压打开，此时电池包注液装置就可以通过该阀门将安全液注液电池包内部；另一种方式，可以通过设置于电池包注液阀或泄压阀或其他合适部位的被动阀，同理该被动阀被电池包内部气压冲开，在冲开时产生可以控制电池包注液阀的控制信号，该信号传输到注液阀控制单元，由注液阀控制单元再控制注液阀，注液阀打开，将安全液注入到电池包内部。本实施例提供的被动阀门可以是设置于电池包上的隔膜，该隔膜在电池包内部气压超过预设值时可以被冲破，在被冲破时由设置于隔膜处的传感元件产生信号，通过该信号生成用于控制注液阀开启的控制信号。
进一步，如果监测参数信号中出现烟雾信号或火光信号，根据监测参数信号分析处理烟雾信号、火光信号、温度信号中任一项或多项组合；
判断烟雾信号、火光信号中任一项或多项是否出现；或判断温度信号是否达到预设条件；如果任意一个条件满足，则启动消防系统，通过消防系统向问题电池簇释放灭火剂；如果否，则返回继续根据检测参数信号分析烟雾信号、火光信号、温度信号中任一项或多项。
当所述电池包的防爆阀打开后，消防系统运行达到设定时间后，且检测参数信号中具有火光信号，启动消防系统浸没电池包所在的电池厢。
同时，本实施例中的电池包或储能包的防爆阀打开后，满足以下条件即消防系统运行设定时间后还具有火光时，可以对储能系统的储能柜注入安全液并浸没储能柜。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：确定被打开防爆装置的电池所在的储能装置；
S2：断开被打开防爆装置电池所在的储能装置；
S3：启动储能装置的注安全液装置，打开导气装置；
S4：安全液注入储能装置，所述储能装置内的气体通过导气装置导出。
2.如权利要求1所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：在所述安全液注入储能装置的过程中，直到安全液达到预设溢流高度，安全液流入回液管路，安全液进入回液管路中循环。
3.如权利要求2所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：在所述储能装置的防爆装置被打开时，储能装置内的气体通过导气装置导出。
4.如权利要求1所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：所述导气装置按照以下方式将储能装置内的气体导出：
通过与储能装置的防爆装置连接的导气管路将气体导出；和/或
通过与储液罐连接的导气管路将经气液分离后气体导出；和/或
通过与储能装置相连的导气管路将气体导出。
5.如权利要求1所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：所述气体通过设置在导气管路上的气液分离器或通过储液罐进行气液分离。
6.如权利要求1所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：所述导气装置采用负压抽取装置。
7.如权利要求2所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：所述安全液经过回液管路进入与回液管路连接的储液罐中。
8.如权利要求1所述的浸没式化学储能装置热失控的安全阻隔燃爆方法，其特征在于：所述储能装置为电池包、电池簇、电池厢、电池柜中任一项。
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