CN116345012A - 一种储能电池热安全管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能电池热安全管理系统，包括：热失控监测机构、热安全管理机构和热安全处置机构；热失控监测机构用于实时采集电池包内的相关参数；热安全处置机构用于对电池包进行循环冷却，或用于产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火；热安全管理机构用于根据采集到的相关参数判断电池包处于正常运行状态或热失控状态，并在电池包处于正常状态时控制热安全处置机构对电池包进行循环冷却，使电池处于最佳环境温度状态，或在电池包处于热失控状态时控制热安全处置机构对电池包实施全浸没式控温灭火。本发明将主动安全和被动安全相结合，降低了系统的复杂度和成本，提高了集成度。

Description

一种储能电池热安全管理系统
技术领域
本发明涉及储能电池热安全管理技术领域，尤其涉及一种储能电池热安全管理系统。
背景技术
目前，在整个储能系统中，均需配备独立温控系统与消防系统，其中储能电池温度控制系统对电池使用的安全性及其寿命有很重要的意义。然而电化学储能属于能量高度密集的化学集成设备，一旦发生热失控，会在电池模块、电池柜、乃至储能电池舱间迅速传播，电池燃烧时释放的可燃气体将进一步延长燃烧时间，增加扑灭难度，甚至造成爆炸，最终导致严重的经济和人员损伤，消防系统在储能系统的不可或缺性不言而喻。
然而储能系统实际使用中，温控系统与消防系统均需深入到PACK内部，独立的温控系统与消防系统，意味着需要两套封闭的管路系统与阀门控制系统，如附图1所示。随着储能电站及集装箱单体容量持续上升，意味着单个集装箱的PACK数量持续增多，进而对整个系统造成以下影响：系统软件节点与信息接口增加，集成难度加大，增加失效风险点，同时增加维护保养难度；温控系统与消防系统均需布置封闭管路与节点阀门，硬件成本增加，联接链路复杂，增加泄露风险；软件节点增多，抗干扰能力降低，误动作风险增加，可靠性降低，响应时间延迟。
因此，需要一种能够将主动安全和被动安全相结合，降低系统复杂度和成本的热安全管理系统。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种储能电池热安全管理系统。
本发明提出的一种储能电池热安全管理系统，包括：热失控监测机构、热安全管理机构和热安全处置机构；
热失控监测机构和热安全处置机构分别与热安全管理机构电连接；
热失控监测机构用于实时采集电池包内的相关参数；
热安全处置机构用于对电池包进行循环冷却，或用于产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火；
热安全管理机构用于根据采集到的相关参数判断电池包处于正常运行状态或热失控状态，并在电池包处于正常状态时控制热安全处置机构对电池包进行循环冷却，或在电池包处于热失控状态时控制热安全处置机构产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火。
进一步地，热安全处置机构包括：换热器、循环水泵、储液空间、灭火剂存储空间、加压水泵和液冷板；
液冷板用于安装在电池包的箱体和电池模组之间，液冷板内开设有冷却液流道，液冷板开设有与冷却液流道的连通的进水口和出水口，液冷板面向电池模组的一面设有与流道连通的压力爆破阀门；
液冷板的出水口与换热器的载冷介质进口连通，液冷板的出水口与换热器的载冷介质进口之间连接有回水阀门；
换热器的载冷介质出口与循环水泵的进水口连通，循环水泵的出水口与储液空间的进水口连通，储液空间的出水口与液冷板的进水口连通；
加压水泵的进水口用于连接水源，加压水泵的出水口与储液空间的进水口连通；灭火剂存储空间的出口与储液空间的进水口连通，且灭火剂存储空间的出口与储液空间的进水口之间连接有灭火剂阀门。
其中，当电池包处于正常状态时，热安全管理机构控制关闭灭火阀和加压水泵，同时打开回水阀门和循环水泵，实现对电池包进行循环冷却；
当电池包处于热失控状态时，热安全管理机构控制关闭循环水泵和回水阀门，同时开启灭火阀和加压水泵，使得灭火剂和水在储液空间中形成降温灭火二合一介质，降温灭火二合一介质由储液空间、液冷板的进水口流入液冷板的冷却液流道内；
当流入液冷板的冷却液通道中的降温灭火二合一介质的压力瞬间到达压力爆破阀门的爆破压力，压力爆破阀门爆破；降温灭火二合一介质通过爆破的压力爆破阀门对电池包内的电池模组进行全浸没式控温灭火。
进一步地，还包括制冷机构，换热器的载热介质进口与制冷机构的出口连通。
进一步地，还包括加热机构，换热器的载热介质进口与加热机构或者制冷机构的出口选择性连通。
进一步地，降温灭火二合一介质有水和灭火剂混合而成。
进一步地，热安全管理机构内预设有热失控报警策略，热安全管理机构用于根据采集到的相关参数和热失控报警策略进行复合判断，判断电池包处于正常运行状态或热失控状态。
进一步地，在电池包处于热失控状态时，热安全管理机构还用于根据采集到的相关参数和热失控报警策略进行风险评估，并根据风险评估的结果进行报警。
进一步地，报警包括一级报警、二级报警和三级报警；
当热安全管理机构进行三级报警时，热安全管理机构控制热安全处置机构产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火。
进一步地，热失控监测机构包括箱内多元复合监测组件、电参数识别组件、可燃气体监测组件、舱级多元复合气体监测组件、电站级视频火灾智能监测组件和温烟感监测组件。
进一步地，热安全管理机构还用于全程记录热失控事件。
本发明中，所提出的储能电池热安全管理系统，本发明将原来的温控管理控制与灭火抑制消防控制系统融合成一套热安全处置机构，并利用热安全处置机构在电池包处于热失控状态时进行被动安全防护，利用热失控监测机构对储能电站的运行状态进行全生命周期的安全监管，以进行主动安全防护，能够将主动安全和被动安全相结合，降低了系统的复杂度和成本，提高了集成度。
附图说明
图1为现有技术中具有独立的温控系统与独立的消防系统的储能系统的结构示意图。
图2为本发明提出的一实施例中的热安全处置机构的结构示意图。
图3为本发明提出的一实施例中的液冷板的结构示意图
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提出的一种储能电池热安全管理系统，包括：热失控监测机构、热安全管理机构和热安全处置机构；
热失控监测机构和热安全处置机构分别与热安全管理机构电连接；
热失控监测机构用于实时采集电池包内的相关参数；
热安全处置机构用于对电池包进行循环冷却，或用于产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火；
热安全管理机构用于根据采集到的相关参数判断电池包处于正常运行状态或热失控状态，并在电池包处于正常状态时控制热安全处置机构对电池包进行循环冷却，使电池处于最佳环境温度状态；或在电池包处于热失控状态时控制热安全处置机构产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火。
本发明将原来的温控管理控制与灭火抑制消防控制系统融合成一套热安全处置机构，并利用热安全处置机构在电池包处于热失控状态时进行被动安全防护，利用热失控监测机构对储能电站的运行状态进行全生命周期的安全监管，以进行主动安全防护，能够将主动安全和被动安全相结合，降低了系统的复杂度和成本，提高了集成度。
在本实施例中，降温灭火二合一介质有水和灭火剂混合而成。
为了准确判断电池包的状态，在本实施例中，热安全管理机构内预设有热失控报警策略，热安全管理机构用于根据采集到的相关参数和热失控报警策略进行复合判断，判断电池包处于正常运行状态或热失控状态。
在进一步地实施例中，在电池包处于热失控状态时，热安全管理机构还用于根据采集到的相关参数和热失控报警策略进行风险评估，并根据风险评估的结果进行报警，有利于进行风险分级，并进行相应的报警，便于针对性地进行处理。
为了避免在不需要电池包实施全浸没式控温灭火进行全浸没式控温灭火，在进一步地实施例中，报警包括一级报警、二级报警和三级报警；
当热安全管理机构进行三级报警时，热安全管理机构控制热安全处置机构产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火。
在本实施例中，热失控监测机构包括箱内多元复合监测组件、电参数识别组件、可燃气体监测组件、舱级多元复合气体监测组件、电站级视频火灾智能监测组件和温烟感监测组件。
如此设置，能够以不同原理的技术进行热失控识别，降低了单一技术方案因误报或无法精确感知带来热失控事件识别风险、因热失控导致监测机构损坏无法上报热失控的风险。
在本实施例中，热安全管理机构还用于全程记录热失控事件，以便于事后调查和追溯。
参照图2和图3，在本实施例中，热安全处置机构包括：换热器2、循环水泵3、储液空间4、灭火剂存储空间6、加压水泵5和液冷板1；
液冷板1用于安装在电池包的箱体和电池模组之间，液冷板1内开设有冷却液流道，液冷板1开设有与冷却液流道的连通的进水口和出水口，液冷板1面向电池模组的一面设有与流道连通的压力爆破阀门11；
液冷板1的出水口与换热器2的载冷介质进口连通，液冷板1的出水口与换热器2的载冷介质进口之间连接有回水阀门8；
换热器2的载冷介质出口与循环水泵3的进水口连通，循环水泵3的出水口与储液空间4的进水口连通，储液空间4的出水口与液冷板1的进水口连通；
加压水泵5的进水口用于连接水源，加压水泵5的出水口与储液空间4的进水口连通；灭火剂存储空间6的出口与储液空间4的进水口连通，且灭火剂存储空间6的出口与储液空间4的进水口之间连接有灭火剂阀门7。
当然，压力爆破阀门11的承受压力小于回水阀门8的承受压力。
具体使用时，当电池包处于正常状态，需要对电池包进行循环冷却时，热安全管理机构控制关闭灭火阀和加压水泵5，同时打开回水阀门8和循环水泵3，使得储液空间4内的冷却水流入液冷板1的冷却液流道对电池包进行冷却，带走电池包内电池模组热量的水流出冷却液流道经回水阀门8流入换热器2内进行换热，被冷却后的水在循环水泵3的作用下进入储液空间4，以便于进行下一次冷却循环。
当电池包处于热失控状态，需要对其进行热失控抑制时，热安全管理机构控制关闭循环水泵3和回水阀门8，同时开启灭火阀和加压水泵5，使得灭火剂和水在储液空间4中形成降温灭火二合一介质，降温灭火二合一介质在加压水泵5的作用下由储液空间4、液冷板1的进水口流入液冷板1的冷却液流道内；由于回水阀门8关闭，流入液冷板1的冷却液通道中的降温灭火二合一介质的压力瞬间到达压力爆破阀门11的爆破压力，压力爆破阀门11爆破；降温灭火二合一介质通过爆破的压力爆破阀门11流入处于失控状态的电池包内，对电池包内的电池模组进行更高效率和更直接的全浸没式控温灭火，能够在热失控早期实施抑制，热失控后戎阻隔热蔓延。
本实施例通过将储液空间4、液冷板1的进水口和液冷板1的冷却液流道复用，将原来温控管理控制与灭火抑制消防控制系统融合成一套管理控制系统；并且，不需要采用三通阀门或其他球阀设计，在液冷板1上采用完全密封的压力爆破阀门11，既降低了成本，又保证了系统密封性和可靠性，同时，减少了管路接头，降低了泄露风险；而且，本实施例中通过将灭火剂和水在储液空间4中混合形成降温灭火二合一介质，此过程无需增加额外设备和独立控制器。
在本实施例中，压力爆破阀门11的数量为两个。
在本实施例中，还包括制冷机构9，换热器2的载热介质进口与制冷机构9的出口连通。如此设置，对流入换热器2的冷媒进口的介质进行降温，从而便于对流入换热器2的载冷介质进口的水进行降温。
在进一步地实施例中，还包括加热机构10，换热器2的载热介质进口与加热机构10或者制冷机构9的出口选择性连通。
如此设置，在温控状态下，能够根据电芯温度情况，对流入换热器2的冷媒进口的介质行加热或者降温，从而便于对流入换热器2的载冷介质进口的水进行加热或降温。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种储能电池热安全管理系统，其特征在于，包括：热失控监测机构、热安全管理机构和热安全处置机构；
热失控监测机构和热安全处置机构分别与热安全管理机构电连接；
热失控监测机构用于实时采集电池包内的相关参数；
热安全处置机构用于对电池包进行循环冷却，或用于产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火；
热安全管理机构用于根据采集到的相关参数判断电池包处于正常运行状态或热失控状态，并在电池包处于正常状态时控制热安全处置机构对电池包进行循环冷却，或在电池包处于热失控状态时控制热安全处置机构产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火。
2.根据权利要求1所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，热安全处置机构包括：换热器（2）、循环水泵（3）、储液空间（4）、灭火剂存储空间（6）、加压水泵（5）和液冷板（1）；
液冷板（1）用于安装在电池包的箱体和电池模组之间，液冷板（1）内开设有冷却液流道，液冷板（1）开设有与冷却液流道的连通的进水口和出水口，液冷板（1）面向电池模组的一面设有与流道连通的压力爆破阀门11；
液冷板（1）的出水口与换热器（2）的载冷介质进口连通，液冷板（1）的出水口与换热器（2）的载冷介质进口之间连接有回水阀门（8）；
换热器（2）的载冷介质出口与循环水泵（3）的进水口连通，循环水泵（3）的出水口与储液空间（4）的进水口连通，储液空间（4）的出水口与液冷板（1）的进水口连通；
加压水泵（5）的进水口用于连接水源，加压水泵（5）的出水口与储液空间（4）的进水口连通；灭火剂存储空间（6）的出口与储液空间（4）的进水口连通，且灭火剂存储空间（6）的出口与储液空间（4）的进水口之间连接有灭火剂阀门（7）。
3.根据权利要求2所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，还包括制冷机构（9），换热器（2）的载热介质进口与制冷机构（9）的出口连通。
4.根据权利要求3所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，还包括加热机构（10），换热器（2）的载热介质进口与加热机构（10）或者制冷机构（9）的出口选择性连通。
5.根据权利要求1所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，降温灭火二合一介质有水和灭火剂混合而成。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，热安全管理机构内预设有热失控报警策略，热安全管理机构用于根据采集到的相关参数和热失控报警策略进行复合判断，判断电池包处于正常运行状态或热失控状态。
7.根据权利要求6所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，在电池包处于热失控状态时，热安全管理机构还用于根据采集到的相关参数和热失控报警策略进行风险评估，并根据风险评估的结果进行报警。
8.根据权利要求7所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，报警包括一级报警、二级报警和三级报警；
当热安全管理机构进行三级报警时，热安全管理机构控制热安全处置机构产生降温灭火二合一介质并通过降温灭火二合一介质对电池包实施全浸没式控温灭火。
9.根据权利要求1所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，热失控监测机构包括箱内多元复合监测组件、电参数识别组件、可燃气体监测组件、舱级多元复合气体监测组件、电站级视频火灾智能监测组件和温烟感监测组件。
10.根据权利要求1所述的储能电池热安全管理系统，其特征在于，热安全管理机构还用于全程记录热失控事件。
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