CN116387723B - 模块化锂电储能装置的主动过热保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模块化锂电储能装置的主动过热保护系统，包括储能模块，储能模块包括电池插箱，储能电池插箱上阵列分布有若干电池单元插入口，每一个电池单元插入口内均能插入一个储能电池单元；各电性插口内均设置有基于二氧化碳的主动阻燃系统；某一个圆柱状电芯发生过热现象时，气压驱动仓内的气压升高产生的轴向推力推动圆柱状电芯，避免单个电芯的燃烧导致的连锁反应。
Description
技术领域
本发明属于储能领域。
背景技术
储能模块一般有多个阵列分布有若干锂电池单元构成，正常工作状态下，无论是充电还是放电，各储能电池单元上的圆柱状电芯会持续产生热量，因此需要稳定的散热系统来散热；当其中一个锂电池单元非正常过热时，很可能会发生燃烧着火的危险，此时常规的散热结构已经无法抑制发生过热的锂电池单元的燃烧进程；而且储能电池单元一般是以抽屉的形式置于柜体结构内，一个储能电池单元的燃烧可能会引发的更多储能电池单元燃烧的连锁反应。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种模块化锂电储能装置的主动过热保护系统，二氧化碳的主动阻燃系统释放的二氧化碳产生的气压能将插入电池单元插入口中发生过热的储能电池单元推出。
技术方案：为实现上述目的，本发明的模块化锂电储能装置的主动过热保护系统，包括储能模块，储能模块包括电池插箱，储能电池插箱上阵列分布有若干电池单元插入口，每一个电池单元插入口内均能插入一个储能电池单元；各电性插口内均设置有基于二氧化碳的主动阻燃系统；当基于二氧化碳的主动阻燃系统触发时，基于二氧化碳的主动阻燃系统释放的二氧化碳产生的气压能将插入电池单元插入口中的储能电池单元推出。
进一步的，储能电池单元的插入端设置有电性插头，电池单元插入口的底壁上设置有电性插口。
进一步的，电池单元插入口内包括筒形壁，筒形壁的外周形成筒状二氧化碳进气仓，底壁上设置有一个连通筒状二氧化碳进气仓的二氧化碳导入喷嘴，筒形壁靠近底壁的一端阵列镂空有若干传压孔。
进一步的，储能电池单元包括圆柱状电芯，圆柱状电芯的底部固定有环状外缘，环状外缘外圈的环槽中套有O形密封圈，圆柱状电芯外周设置有导风筒，导风筒的一端固定连接环状外缘，导风筒内壁与圆柱状电芯外壁之间形成筒状散热风道；导风筒远离电性插头的一端固定套装有一个负压轴流风机，负压轴流风机运行时能将筒状散热风道内的气体持续吸出到外界。
进一步的，圆柱状电芯外壁为导热系数高的金属材质。
进一步的，导风筒靠近环状外缘的一端侧壁呈圆周阵列镂空有若干吸风孔，导风筒靠近环状外缘的一端的外壁一体化设置有限位环，且限位环上呈圆周阵镂空有若干沿轴线方向导通的导气孔。
进一步的，储能电池单元完全插入电池单元插入口内，且电性插头插入电性插口中时的状态下：圆柱状电芯的底端与底壁之间形成气压驱动仓，气压驱动仓通过若干传压孔与筒状二氧化碳进气仓相互连通； O形密封圈与筒形壁内壁滑动密封配合，限位环外圈与筒形壁内壁间隙或滑动配合，O形密封圈与限位环之间形成过渡环腔，各吸风孔均连通过渡环腔，导风筒与筒形壁之间形成筒状进气风道，筒状进气风道远离底壁的一端连通外界，筒状进气风道靠近底壁的一端通过限位环上的若干导气孔连通过渡环腔。
进一步的，筒形壁远离底壁的一端有一段环状弹性壁，当筒状二氧化碳进气仓内的气压增大时，环状弹性壁在气压的挤压下发生朝凸向内侧的弹性形变，变为内凸形弹性壁，内凸形弹性壁密封环抱在导风筒外，从而截断筒状进气风道。
进一步的，筒形壁内壁靠近环状弹性壁的一端设置有二氧化碳泄漏口，筒状二氧化碳进气仓内固定安装有限流阀，限流阀的一端连通筒状二氧化碳进气仓，另一端通过二氧化碳泄漏口连通筒状进气风道。
进一步的，在环状弹性壁已经变为内凸形弹性壁的状态下，当限位环沿轴线方向位移至限位接触内凸形弹性壁时，二氧化碳泄漏口刚好连通过渡环腔。
有益效果：本发明的某一个圆柱状电芯发生过热现象时，气压驱动仓内的气压升高产生的轴向推力推动圆柱状电芯，使电性插头从电性插口中拔出，进而使储能电池单元在气压驱动仓内的气体压力下逐渐从电池单元插入口内沿轴线方向向外推出，并使气压驱动仓的体积逐渐增大，直至储能电池单元上的限位环沿轴线方向位移至限位接触内凸形弹性壁时，储能电池单元无法继续轴线位移，此时储能电池单元的主体部分已经脱离电池单元插入口，即使后续过程还是无法避免这个储能电池单元的燃烧进程，但避免了储能电池单元燃烧后发生的连锁反应，此时原来连通筒状进气风道的二氧化碳泄漏口变为连通过渡环腔，且由于内凸形弹性壁截断了原来的筒状进气风道，因此，此后从二氧化碳泄漏口持续泄漏到过渡环腔内的低温二氧化碳只会唯一路径的源源不断的通过若干吸风孔涌入到筒状散热风道内，使过热的圆柱状电芯被持续包裹在低温二氧化碳的环境中，从而达到紧急降温和抑制燃烧的目的。
附图说明
附图1为若干上下堆叠设置的储能模块结构示意图；
附图2为单组储能模块示意图；
附图3为单组储能模块拆卸爆炸示意图；
附图4为附图3的横剖视图；
附图5为单个储能电池单元结构示意图；
附图6为储能电池单元的剖视图；
附图7为附图4的标记32处的放大示意图；
附图8为附图7的基础上，完全插入一个储能电池单元后的结构示意图；
附图9为附图8的基础上，储能电池单元被推出时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至9所示的模块化锂电储能装置的主动过热保护系统，如图1包括若干上下堆叠设置的储能模块29，如图3，储能模块29包括横向的储能电池插箱21，储能电池插箱21上阵列分布有若干电池单元插入口27，每一个电池单元插入口27内均能同轴心插入一个圆柱状的储能电池单元28；储能电池单元28的插入端设置有电性插头16，电池单元插入口27的底壁25上设置有电性插口17，各储能电池单元28分别插入各电池单元插入口27内时，各电性插头16分别对应插入各电性插口17中，并电性连接，从而使若干储能电池单元28和储能电池插箱21共同构成一个储能模块29。
各电性插口17内均设置有基于二氧化碳的主动阻燃系统；当基于二氧化碳的主动阻燃系统触发时，基于二氧化碳的主动阻燃系统释放的二氧化碳产生的气压能将插入电池单元插入口27中的储能电池单元28推出。
如图7，电池单元插入口27内包括筒形壁7，筒形壁7的外周形成筒状二氧化碳进气仓6，底壁25上设置有一个连通筒状二氧化碳进气仓6的二氧化碳导入喷嘴4，筒形壁7靠近底壁25的一端阵列镂空有若干传压孔5；如图6，储能电池单元28包括圆柱状电芯14，圆柱状电芯14内有温度传感器，圆柱状电芯14外壁为导热系数高的金属材质，如铜等，圆柱状电芯14的底部同轴心一体化固定有环状外缘41，环状外缘41外圈的环槽23中套有O形密封圈，圆柱状电芯14外周设置有导风筒11，导风筒11的一端固定连接环状外缘41，导风筒11内壁与圆柱状电芯14外壁之间形成筒状散热风道13；导风筒11远离电性插头16的一端固定套装有一个负压轴流风机2，如图5和图6，负压轴流风机2运行时能将筒状散热风道13内的气体持续吸出到外界。
如图6，导风筒11靠近环状外缘41的一端侧壁呈圆周阵列镂空有若干吸风孔15，导风筒11靠近环状外缘41的一端的外壁一体化设置有限位环10，限位环10的外径小于筒形壁7内径，且限位环10上呈圆周阵镂空有若干沿轴线方向导通的导气孔19；储能电池单元28完全插入电池单元插入口27内，且电性插头16插入电性插口17中时的状态下：如图8所示，圆柱状电芯14的底端与底壁25之间形成气压驱动仓22，气压驱动仓22通过若干传压孔5与筒状二氧化碳进气仓6相互连通； O形密封圈与筒形壁7内壁滑动密封配合，限位环10外圈与筒形壁7内壁间隙或滑动配合，O形密封圈与限位环10之间形成过渡环腔12，各吸风孔15均连通过渡环腔12，导风筒11与筒形壁7之间形成筒状进气风道20，筒状进气风道20远离底壁25的一端连通外界，筒状进气风道20靠近底壁25的一端通过限位环10上的若干导气孔19连通过渡环腔12；如图7和8；筒形壁7远离底壁25的一端有一段环状弹性壁1.1，为弹性橡胶材质，当筒状二氧化碳进气仓6内的气压增大时，环状弹性壁1.1在气压的挤压下发生朝凸向内侧的弹性形变，变为内凸形弹性壁11.2，内凸形弹性壁11.2密封环抱在导风筒11外，从而截断筒状进气风道20，如图9所示。
筒形壁7内壁靠近环状弹性壁1.1的一端设置有二氧化碳泄漏口，筒状二氧化碳进气仓6内固定安装有限流阀9，限流阀9的一端连通筒状二氧化碳进气仓6，另一端通过二氧化碳泄漏口连通筒状进气风道20，如图8所示；
在环状弹性壁1.1已经变为内凸形弹性壁11.2的状态下，当限位环10沿轴线方向位移至限位接触内凸形弹性壁11.2时，二氧化碳泄漏口刚好连通过渡环腔12，如图9所示。
工作原理：正常情况下：各储能电池单元28分别插入各电池单元插入口27内，并使各电性插头16分别对应插入各电性插口17中，并电性连接，从而使若干储能电池单元28和储能电池插箱21共同构成一个储能模块29，储能模块29作为一个整体执行充放电工作：
正常工作状态下的主动散热，正常工作状态下，无论是充电还是放电，各储能电池单元28上的圆柱状电芯14会持续产生热量，圆柱状电芯14产生的热量持续通过自身高导热系数的金属外壁传递给筒状散热风道13中的空气；在正常工作状态下，储能电池单元28上的负压轴流风机2持续运行，负压轴流风机2持续将筒状散热风道13内的热空气持续吸出到外界，并且使筒状散热风道13维持负压环境；外部偏冷的空气在负压作用下源源不断依次通过筒状进气风道20、限位环10上的若干导气孔19、过渡环腔12和若干吸风孔15补充到筒状散热风道13中，从而使筒状散热风道13形成源源不断的循环散热效果；
当某一个储能电池单元28内的圆柱状电芯14上的温度传感器感应到自身温度超过设定的阈值时，说明这个储能电池单元28存在严重过热的问题，有马上燃烧的风险；此时为了避免这个储能电池单元28在电池单元插入口27内燃烧引发的更多储能电池单元28燃烧的连锁反应，需要及时将这个储能电池单元28从电池单元插入口27内推出。并进行强制降温和阻燃，具体方法如下：
基于二氧化碳的主动阻燃系统自动触发，控制所对应的一个二氧化碳导入喷嘴4持续向筒状二氧化碳进气仓6快速导出低温二氧化碳，进入筒状二氧化碳进气仓6内的部分二氧化碳经限流阀9从二氧化碳泄漏口泄漏到筒状进气风道20中；由于二氧化碳经限流阀9的限流作用，此时二氧化碳泄漏口的二氧化碳泄漏速度低于二氧化碳导入喷嘴4的导出速度，从而让使相互连通的筒状二氧化碳进气仓6和气压驱动仓22内的气压均持续升高；筒状二氧化碳进气仓6内的气压升高使环状弹性壁1.1在气压的挤压下发生朝凸向内侧的弹性形变，变为内凸形弹性壁11.2，内凸形弹性壁11.2密封环抱在导风筒11外，从而使内凸形弹性壁11.2截断筒状进气风道20；与此同时，气压驱动仓22内的气压升高产生的轴向推力推动圆柱状电芯14，使电性插头16从电性插口17中拔出，进而使储能电池单元28在气压驱动仓22内的气体压力下逐渐从电池单元插入口27内沿轴线方向向外推出，并使气压驱动仓22的体积逐渐增大，直至储能电池单元28上的限位环10沿轴线方向位移至限位接触内凸形弹性壁11.2时，储能电池单元28无法继续轴线位移，如图9、图2所示，此时储能电池单元28的主体部分已经脱离电池单元插入口27，即使后续过程还是无法避免这个储能电池单元28的燃烧进程，但避免了储能电池单元28燃烧后发生的连锁反应，此时原来连通筒状进气风道20的二氧化碳泄漏口变为连通过渡环腔12，且由于内凸形弹性壁11.2截断了原来的筒状进气风道20，因此，此后从二氧化碳泄漏口持续泄漏到过渡环腔12内的低温二氧化碳只会唯一路径的源源不断的通过若干吸风孔15涌入到筒状散热风道13内，使过热的圆柱状电芯14被持续包裹在低温二氧化碳的环境中，从而达到紧急降温和抑制燃烧的目的，筒状散热风道13内多余的二氧化碳通过负压轴流风机2溢出到环境。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.模块化锂电储能装置的主动过热保护系统，其特征在于：包括储能模块，所述储能模块包括电池插箱，所述电池插箱上阵列分布有若干电池单元插入口，每一个所述电池单元插入口内均能插入一个储能电池单元；各电性插口内均设置有基于二氧化碳的主动阻燃系统；当基于二氧化碳的主动阻燃系统触发时，基于二氧化碳的主动阻燃系统释放的二氧化碳产生的气压能将插入电池单元插入口中的储能电池单元推出；
储能电池单元的插入端设置有电性插头，所述电池单元插入口的底壁上设置有电性插口；
所述电池单元插入口内包括筒形壁，所述筒形壁的外周形成筒状二氧化碳进气仓，所述底壁上设置有一个连通筒状二氧化碳进气仓的二氧化碳导入喷嘴，所述筒形壁靠近电池单元插入口的底壁的一端阵列镂空有若干传压孔；
所述储能电池单元包括圆柱状电芯，所述圆柱状电芯的底部固定有环状外缘，所述环状外缘外圈的环槽中套有O形密封圈，所述圆柱状电芯外周设置有导风筒，所述导风筒的一端固定连接所述环状外缘，所述导风筒内壁与圆柱状电芯外壁之间形成筒状散热风道；所述导风筒远离电性插头的一端固定套装有一个负压轴流风机，所述负压轴流风机运行时能将筒状散热风道内的气体持续吸出到外界；
所述导风筒靠近环状外缘的一端侧壁呈圆周阵列镂空有若干吸风孔，所述导风筒靠近环状外缘的一端的外壁一体化设置有限位环，且限位环上呈圆周阵镂空有若干沿轴线方向导通的导气孔；
储能电池单元完全插入电池单元插入口内，且电性插头插入电性插口中时的状态下：圆柱状电芯的底端与底壁之间形成气压驱动仓，所述气压驱动仓通过若干传压孔与筒状二氧化碳进气仓相互连通；所述 O形密封圈与筒形壁内壁滑动密封配合，限位环外圈与筒形壁内壁间隙或滑动配合，O形密封圈与限位环之间形成过渡环腔，各吸风孔均连通所述过渡环腔，导风筒与筒形壁之间形成筒状进气风道，所述筒状进气风道远离底壁的一端连通外界，所述筒状进气风道靠近底壁的一端通过限位环上的若干导气孔连通所述过渡环腔；
所述筒形壁远离底壁的一端有一段环状弹性壁，当筒状二氧化碳进气仓内的气压增大时，所述环状弹性壁在气压的挤压下发生朝凸向内侧的弹性形变，变为内凸形弹性壁，内凸形弹性壁密封环抱在导风筒外，从而截断筒状进气风道；
筒形壁内壁靠近环状弹性壁的一端设置有二氧化碳泄漏口，所述筒状二氧化碳进气仓内固定安装有限流阀，所述限流阀的一端连通筒状二氧化碳进气仓，另一端通过二氧化碳泄漏口连通筒状进气风道；
在环状弹性壁已经变为内凸形弹性壁的状态下，当限位环沿轴线方向位移至限位接触内凸形弹性壁时，所述二氧化碳泄漏口刚好连通所述过渡环腔；
基于二氧化碳的主动阻燃系统自动触发，控制所对应的一个二氧化碳导入喷嘴持续向筒状二氧化碳进气仓快速导出低温二氧化碳，进入筒状二氧化碳进气仓内的部分二氧化碳经限流阀从二氧化碳泄漏口泄漏到筒状进气风道中；由于二氧化碳经限流阀的限流作用，此时二氧化碳泄漏口的二氧化碳泄漏速度低于二氧化碳导入喷嘴的导出速度，从而让使相互连通的筒状二氧化碳进气仓和气压驱动仓内的气压均持续升高；筒状二氧化碳进气仓内的气压升高使环状弹性壁在气压的挤压下发生朝凸向内侧的弹性形变，变为内凸形弹性壁，内凸形弹性壁密封环抱在导风筒外，从而使内凸形弹性壁截断筒状进气风道；与此同时，气压驱动仓内的气压升高产生的轴向推力推动圆柱状电芯，使电性插头从电性插口中拔出，进而使储能电池单元在气压驱动仓内的气体压力下逐渐从电池单元插入口内沿轴线方向向外推出，并使气压驱动仓的体积逐渐增大，直至储能电池单元上的限位环沿轴线方向位移至限位接触内凸形弹性壁时，储能电池单元无法继续轴线位移。
2.根据权利要求1所述的模块化锂电储能装置的主动过热保护系统，其特征在于：圆柱状电芯（14）外壁为导热系数高的金属材质。
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