CN115566318A - 一种液冷集成式储能柜装置 - Google Patents

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罗超
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林超群
涂承谦
陈泽光
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陈梦佳
范慧秀
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Abstract

本发明涉及一种液冷集成式储能柜装置，包括底座，所述底座上设置有柜体，所述柜体内经竖向隔架分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内安装有电池簇模块，位于电池簇模块的上侧安装有主控箱，所述主控箱与第一腔室内的顶部之间具有预留空间，所述第二腔室的上部安装有液冷机组，第二腔室的下部安装有储能变流器，所述柜体内还设置有光纤探温灭火系统。该装置提高了能量密度，减小了储能系统体积，同时具有探温灭火功能。

Description

一种液冷集成式储能柜装置
技术领域
本发明涉及一种液冷集成式储能柜装置。
背景技术
随着电动汽车规模化发展，充电设施大量接入，电网负荷峰谷差逐渐增大，传统发电端的有功调节手段难以完全满足电网发展需要。同时，“双碳”目标下新能源的大规模接入所带来的发电侧随机波动使电网源荷间的匹配难度增大，对电网调节能力提出了更高的要求。在配电侧，分布式电源与充电负荷等带来的源荷匹配矛盾更加突出，传统的调节方式难以协调发配用的时空差异。分布式储能作为一种能量调节设备，日益受到重视，工程应用的普及带来储能产业的快速发展。分布式储能在配电侧可以与分布式电源、公共电网、用户负荷等匹配建设运行，形成几种典型的应用模式。分布式储能系统的组成一般包括储能变流器(PCS)、电池组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)和柜体及柜内设备连接电缆等。
在储能系统中，目前主流的是锂离子电池储能系统，其运行过程中的安全性能也是非常重要的一环。因为锂离子电池相较于传统的铅酸电池，其热稳定性较差，在运行过程中有因发热而起火的风险，所以锂离子电池储能系统的温度探测和消防功能十分重要。
现有的分布式储能系统多以风冷为主，电池簇与储能变流器、空调等设备集成度低，储能系统体积偏大，能量密度低，系统的空间利用率不高，集成度较低。同时设备的安装和维护上存在一定的难度。在现有的液冷储能系统中，储能变流器仍以风冷为主，需要开通风口，导致柜体防护等级降低。同时，现有的液冷储能系统液冷管路与电缆通常位于同层，一旦管路漏液则可能引起电缆漏电。
在消防方面，现有的锂离子电池储能电柜主要的探温方式是通过温度传感器来判断温度是否到达临界值，当温度到达临界值时，传感器发送信号给消防控制系统，进行报警或者启动灭火动作。主要的灭火方式有两种，一种是采用管道式消防，在柜体内电池包附近布置消防喷头，发生火灾或报警时，消防介质从气瓶中经由管道输送，从消防喷头喷出从而起到降温灭火的作用。常用的消防介质有七氟丙烷、全氟己酮以及水。另外一种是气溶胶型灭火系统，气溶胶型灭火系统无需消防管道。其工作方式是将气溶胶安装于电池包附近，当温度超过临界值时，气溶胶灭火系统收到电信号，内部发生反应喷射出具有阻燃效果的气溶胶喷雾，从而起到降温和灭火作用。
但管道式消防和气溶胶消防的缺点在于：无法准确的判断起火位置，灭火的及时性较低。因为管道式消防和气溶胶消防多采用温度传感器作为启动的信号源，而温度传感器只能探测整个区域内某一位置的温度，具有单一性。锂电池的起火点不是某个确定的位置，当起火点距离温度传感器较远时，消防系统的启动速度就会较慢，很难在火灾初始阶段控制火情。
另外，管道式消防和气溶胶式消防的喷口也是单点式的，当距离起火点较远时，消防介质到达起火点的速度较慢，也会导致灭火速度的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液冷集成式储能柜装置，该装置提高了能量密度，减小了储能系统体积，同时具有探温灭火功能。
本发明的技术方案在于：一种液冷集成式储能柜装置，包括底座，所述底座上设置有柜体，所述柜体内经竖向隔架分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内安装有电池簇模块，位于电池簇模块的上侧安装有主控箱，所述主控箱与第一腔室内的顶部之间具有预留空间，所述第二腔室的上部安装有液冷机组，第二腔室的下部安装有储能变流器，所述柜体内还设置有光纤探温灭火系统。
进一步地，所述第一腔室内自下而上间隔安装有若干支撑架，所述电池簇模块包括若干个自下而上依次安装在对应支撑架上的电池包，所述电池包之间经电缆串联，所述主控箱安装于最上侧的支撑架上。
进一步地，所述液冷机组设置有液冷主管，所述液冷主管设置有通往各电池包的电池液冷支管以及通往储能变流器的储能变流器液冷支管。
进一步地，所述电池簇模块与主控箱、储能变流器模块之间经电缆相连接，所述电缆经线夹固定在柜体上。
进一步地，所述第二腔室的中部设置有支撑板，所述液冷机组安装于支撑板上，液冷机组的后侧安装有倒L型的挡风板，所述挡风板的上端与第二腔室的顶部相连接，挡风板的下端与支撑按相连接。
进一步地，所述挡风板的顶边及靠近第二腔室的侧边均具有向后延伸的折边。
进一步地，所述光纤探温灭火系统包括分布式光纤系统和火探管消防系统组成，且分布式光纤系统和火探管消防系统均设置有报警器。
进一步地，所述分布式光纤系统包括分布式感温光纤，所述分布式感温光纤布置在电池簇的电池包上下两侧并经线夹固定在柜体上，分布式感温光纤与设置于预留空间内的EMS系统相连接，所述EMS系统与设置于柜体前侧数控显示屏相连接，并连接对应的报警器。
进一步地，所述火探管消防系统包括布置在电池簇的电池包上下两侧的火探管，所述火探管经线夹固定在柜体上，火探管的另一端经容器阀与安装在第二腔室下部的消防气瓶相连接，所述预留空间内顶部还安装有吸入式在线监测装置，所述吸入式在线监测装置与对应的报警器相连接。
进一步地，所述消防气瓶安装于第二腔室下部且位于储能变流器的后侧，消防气瓶经抱箍固定在第二腔室的下部侧壁上。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1、该装置结构紧凑，将电池包和主控箱、储能变流器、液冷机组集成在同一个柜体内，提高了能量密度，减小了储能系统体积。
2、该装置的电池包和储能变流器均采用液冷方式冷却，减少了出风口，提高了柜体的防护等级。
3、该装置的液冷模块具有挡风板，能够阻止热风回流。
4、该装置电池簇和液冷模块、储能变流器模块分别位于柜体两侧，并且实现了管路与电缆的分层，避免因管路漏水而导致电缆漏电的风险。
5、该装置具有光纤探温灭火系统，其中探温系统采用分布式光纤探温系统，分布式感温光纤布置在电池包的上下表面，能够比较精确的测量电池包的温度，定位温度变化较大的点并且发出警报。
6、该装置有光纤探温灭火系统，其中灭火系统采用火探管消防灭火系统，火探管布置在电池包的上下表面，能够及时的发现高温点和起火点，并且迅速降温和灭火。
7、该装置具有光纤探温灭火系统，其中分布式光纤探温系统和火探管消防系统相结合，能够做到预警+定位+灭火以及火灾后的起火点判断，同时具有双报警系统，提高了锂电池储能系统的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的拆除外壳后的液冷集成式储能柜结构示意图；
图3为本发明的拆除外壳后的液冷集成式储能柜的前视图；
图4为本发明的拆除外壳后的液冷集成式储能柜的侧视图；
图5为本发明的拆除外壳后的液冷集成式储能柜的后视图；
图6为本发明的液冷集成式储能柜的骨架图；
图7为本发明的液冷集成式储能柜的侧视图；
图中：10-底座 100-柜体 101-第一腔室 102-第二腔室 103-电池簇模块 104-主控箱 105-预留空间 106-液冷机组 107-储能变流器模块 108-竖向隔架 110-支撑架111-电缆 112-液冷主管 113-电池液冷支管 114-储能变流器液冷支管 115-支撑板 116-挡风板 117-折边 201-不间断电源 211-分布式感温光纤 212-EMS系统 213-数控显示屏221-火探管 222-容器阀 223-消防气瓶 224-在线监测装置 225-抱箍。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图7
一种液冷集成式储能柜装置，包括底座10，所述底座上设置有柜体100，所述柜体内经竖向隔架108分隔为第一腔室101和第二腔室102，所述第一腔室内安装有电池簇模块103，位于电池簇模块的上侧安装有主控箱104，所述主控箱与第一腔室内的顶部之间具有预留空间105，所述第二腔室的上部安装有液冷机组106，第二腔室的下部安装有储能变流器107，所述柜体内还设置有光纤探温灭火系统。
本实施例中，为了更好地安装电池簇模块和主控箱，所述第一腔室内自下而上间隔安装有若干支撑架110，所述电池簇模块包括若干个自下而上依次安装在对应支撑架上的电池包，所述电池包之间经电缆111串联，所述主控箱安装于最上侧的支撑架上。
本实施例中，为了实现对电池簇模块及储能变流器模块的水冷，所述液冷机组设置有液冷主管112，所述液冷主管设置有通往各电池包的电池液冷支管以及通往储能变流器的储能变流器液冷支管113。
本实施例中，所述电池簇模块与主控箱、储能变流器模块之间经电缆相连接，所述电缆经线夹固定在柜体上，从而通过线夹避免电缆线杂乱。
本实施例中，为了安装液冷机组，所述第二腔室的中部设置有支撑板115，所述液冷机组安装于支撑板上，液冷机组的后侧安装有倒L型的挡风板116，所述挡风板的上端与第二腔室的顶部相连接，挡风板的下端与支撑按相连接。从而通过挡风板用于阻挡热风回流。
本实施例中，为了更好地阻挡热风回流，所述挡风板的顶边及靠近第二腔室的侧边均具有向后延伸的折边117。
本实施例中，为了保证安全性，所述光纤探温灭火系统包括分布式光纤系统和火探管消防系统组成，且分布式光纤系统和火探管消防系统均设置有报警器。通过分布式光纤探温系统和火探管消防系统相结合，能够做到预警+定位+灭火以及火灾后的起火点判断，同时具有双报警系统，提高了锂电池储能系统的安全性。
本实施例中，所述分布式光纤系统包括分布式感温光纤211，所述分布式感温光纤布置在电池簇的电池包上下两侧并经线夹固定在柜体上，分布式感温光纤与设置于预留空间内的EMS系统212相连接，所述EMS系统与设置于柜体前侧数控显示屏213相连接，并连接对应的报警器。通过分布式光纤系统能够比较精确的测量电池包的温度，定位温度变化较大的点并且发出警报。
本实施例中，所述火探管消防系统包括布置在电池簇的电池包上下两侧的火探管221，所述火探管经线夹固定在柜体上，火探管的另一端经容器阀222与安装在第二腔室下部的消防气瓶223相连接，所述预留空间内顶部还安装有吸入式在线监测装置224，所述吸入式在线监测装置与对应的报警器相连接。从而通过火探管消防系统能够及时的发现高温点和起火点，并且迅速降温和灭火。
本实施例中，为了更好地利用空间，所述消防气瓶安装于第二腔室下部且位于储能变流器的后侧，消防气瓶经抱箍225固定在第二腔室的下部侧壁上。
本实施例中，所述机柜内位于主控箱旁侧还安装有不间断电源201。
本发明的探温灭火系统工作原理如下：
火探管和分布式感温光纤绕着锂电池包依次布置，使其覆盖电池包的上下表面，并且通过线束夹固定在支架上。当电池组工作时，分布式感温光纤可以探测到电池包上下表面的温度，并且经由分布式光纤感温监测设备处理，得到电池簇的温度分布，将其数值显示在数控显示屏上。当电池包的某处产生高温，有起火风险时，感温光纤测量到温度升高，将信号传输给监测设备，将高温点位置和温度显示在屏幕上，并且触发报警器。同时，当温度达到临界值时，火探管在高温处附近破裂，使管内压力降低，消防气瓶的容器阀启动，消防介质从火探管破裂处喷出，使高温或者起火点的温度降低，达到预警+定位+灭火的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的液冷集成式储能柜装置并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种液冷集成式储能柜装置，包括底座，其特征在于，所述底座上设置有柜体，所述柜体内经竖向隔架分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室内安装有电池簇模块，位于电池簇模块的上侧安装有主控箱，所述主控箱与第一腔室内的顶部之间具有预留空间，所述第二腔室的上部安装有液冷机组，第二腔室的下部安装有储能变流器，所述柜体内还设置有光纤探温灭火系统。
2.根据权利要求1所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述第一腔室内自下而上间隔安装有若干支撑架，所述电池簇模块包括若干个自下而上依次安装在对应支撑架上的电池包，所述电池包之间经电缆串联，所述主控箱安装于最上侧的支撑架上。
3.根据权利要求2所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述液冷机组设置有液冷主管，所述液冷主管设置有通往各电池包的电池液冷支管以及通往储能变流器的储能变流器液冷支管。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述电池簇模块与主控箱、储能变流器模块之间经电缆相连接，所述电缆经线夹固定在柜体上。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述第二腔室的中部设置有支撑板，所述液冷机组安装于支撑板上，液冷机组的后侧安装有倒L型的挡风板，所述挡风板的上端与第二腔室的顶部相连接，挡风板的下端与支撑按相连接。
6.根据权利要求5所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述挡风板的顶边及靠近第二腔室的侧边均具有向后延伸的折边。
7.根据权利要求1、2、3或6所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述光纤探温灭火系统包括分布式光纤系统和火探管消防系统组成，且分布式光纤系统和火探管消防系统均设置有报警器。
8.根据权利要求7所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述分布式光纤系统包括分布式感温光纤，所述分布式感温光纤布置在电池簇的电池包上下两侧并经线夹固定在柜体上，分布式感温光纤与设置于预留空间内的EMS系统相连接，所述EMS系统与设置于柜体前侧数控显示屏相连接，并连接对应的报警器。
9.根据权利要求7所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述火探管消防系统包括布置在电池簇的电池包上下两侧的火探管，所述火探管经线夹固定在柜体上，火探管的另一端经容器阀与安装在第二腔室下部的消防气瓶相连接，所述预留空间内顶部还安装有吸入式在线监测装置，所述吸入式在线监测装置与对应的报警器相连接。
10.根据权利要求9所述的一种液冷集成式储能电柜装置，其特征在于，所述消防气瓶安装于第二腔室下部且位于储能变流器的后侧，消防气瓶经抱箍固定在第二腔室的下部侧壁上。
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