CN117244197B - 一种带机械式消防触发的储能电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种带机械式消防触发的储能系统。该储能电池系统包括若干单体电池、控制模块、电池模块、温度检测装置、消防装置供水模块和消防触发模块，单体电池设置有安全阀，消防触发模块与单体电池对应设置，消防触发模块包括喷淋头和刺破组件，喷淋头连接消防装置供水模块，并在喷淋头内设置有封闭喷淋头出液的密封组件，的刺破组件设置在密封组件的下游，在某一单体电池发生异常，单体电池的安全阀打开，单体电池中的气体随电解液一起从安全阀中喷出推动刺破组件刺破密封组件，使喷淋头出液对该单体电池进行消防动作。该储能系统能够通过机械控制的方式实现，对内部热失控的单体电芯进行精准的消防喷洒。

Description

一种带机械式消防触发的储能电池系统

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种带机械式消防触发的储能电池系统。

背景技术

目前在锂离子电池储能系统中，消防设计是以药剂喷洒（七氟丙烷或全氟己酮等）加水喷淋为主，其他还有细水雾、液氮等方案相辅，当消防药剂喷洒完毕后，将很难再起到消防效果，最后的消防手段是水喷淋。以上都只是做到了整体或局部喷洒为主，既当单体电池发生热失控等安全问题时，消防系统采用的措施是对整舱或单电池簇或单电池模块进行喷洒动作。该方案实际实施性较简单，确无法做到对单体电池进行精准消防，从而导致消防效果往往不理想或消防成本增加。

在电池使用过程中，操作不当或其他某些原因，导致出现热失控等安全问题，如严重过充的情况下，导致电池内部温度以及压力持续不断升高，当超过其本身的安全阈值时，便会爆炸；其他如电池短路、严重过温、热失控、撞击或挤压变形以及刺穿等问题也可能会引起电池爆炸。电池安全阀是电池本身最后一道防爆屏障，当电池内部压力达到安全阀的开阀阈值时，为避免爆炸，电池安全阀被冲开进行泄气减压。此时，电池内部的气体向外大量排出，同时电池内部电解液也会随压力的释放喷出。虽然安全阀开启避免了爆炸，但随气体一同泄露的电池内部化学物质在高温条件下，也存在与空气中氧气发生化学反应后起火的可能。同时，问题电池也影响着周边电池的安全，需要被及时告警进行干预，以及后续替换等等，否则将严重影响系统整体安全运行。

电池安全阀开启可以视为电池严重故障，具有燃烧或者爆炸的可能，应该采取针对性消防措施，避免进一步扩大危险。可以采用获取此信号针对单体电池进行消防措施。本发明的安全阀检测信号可采用中国发明专利（申请号为202211634585.3；公布日为2023-5-30）获得。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种带机械式消防触发的储能电池系统，该储能电池系统能够通过机械控制的方式实现，对单体电池进行精准的消防喷洒。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种带机械式消防触发的储能电池系统，该储能电池系统包括若干单体电池、控制模块、电池模块以及温度检测装置，单体电池设置有安全阀，该储能电池系统还包括消防装置供水模块和消防触发模块；

所述消防触发模块设有若干个且与若干单体电池对应设置，所述的消防触发模块包括喷淋头和刺破组件，喷淋头连接消防装置供水模块，并在喷淋头内设置有封闭喷淋头出液的密封组件，所述的刺破组件设置在密封组件的下游，在某一单体电池发生异常，单体电池的安全阀打开，单体电池中的气体随电解液一起从安全阀中喷出推动刺破组件刺破密封组件，使喷淋头出液对该单体电池进行消防动作；

所述的控制模块与消防装置供水模块、温度检测装置通信相连，在消防装置供水模块的消防液体药剂全部发送完毕或温度降低至安全范围，控制模块获得检测信号，向消防装置供水模块发送信号，使消防装置供水模块停止对喷淋头供液。

作为优选，所述电池模块包括电池壳体和所述若干单体电池，若干单体电池并排安装于电池壳体内，每块单体电池均设置所述安全阀。

作为优选，所述消防装置供水模块包括消防水箱、水泵和水管路，通过水管路连接消防水箱和水泵并为单体电池进行消防处理，水管路设置在单体电池的上方，对应每个单体电池均设置有连接头。

作为优选，所述水管路包括第一管路和第二管路，第一管路设于电池壳体的外部并且其两端分别连接消防水箱和水泵，第二管路的一端连通于水泵，另一端穿设过电池壳体并固定在其内部，第二管路设于单体电池的正上方，而连接头设置在第二管路上并位于安全阀的正上方。

作为优选，所述水管路内部还包括设置液体液位变化传感器，液体液位变化传感器与控制模块通信相连。

作为优选，刺破组件设于喷淋头内部，喷淋头对应设置在单体电池上方，喷淋头上设置有水管固定口和喷淋口，水管固定口和喷淋口之间设置有空腔，水管固定口连接所述的连接头，水管固定口内设有用于密封水管固定口的封闭片，构成所述密封组件。

作为优选，所述刺破组件包括锥形壳体，锥形壳体设于空腔内且锥形壳体的锥尖正对封闭片，通过两者的相对运动能够刺破封闭片连通水管固定口；

锥形壳体包括冲锥部和冲锥壳体，冲锥壳体固定连接于空腔内，冲锥壳体的顶部设有凹槽，冲锥部插接于冲锥壳体的顶部凹槽内，并且冲锥部的锥尖正对于封闭片；

其中，冲锥壳体为中空状，并且冲锥壳体的锥面上设有若干个均匀分布的孔洞。

作为优选，所述喷淋头内设有卡扣，卡扣一体设置于空腔的内壁处，设有四组且每个卡扣之间的间距角度为90°。

作为优选，所述冲锥部为金属材质，且其包括椎体和圆柱体，圆柱体一体设于椎体的底面，且圆柱体的顶部端面直径小于椎体的底部端面直径，冲锥部通过圆柱体插接于凹槽中。

作为优选，所述水管固定口内设有螺纹，与封闭片之间设有密封圈；所述孔洞的直径为φ1mm-φ3mm；所述封闭片的厚度在0.1～0.5mm。

作为优选，该储能电池系统还包括其他检测装置，其他检测装置为储能电池系统电池管理标准检测量，包括电压、电流的检测。

综上所述，本发明的优点如下：

当储能电池系统中的某个单体电池处于热失控时，单体电池中的电解液会随气体一起从安全阀中喷出，此时气体会给予锥形壳体一个向上的力，使其脱离卡扣并向上刺破封闭片，当水管路通水时由于只有热失控单体电池上方的封闭片被破坏，因此能够对热失控的单体电池进行精准消防喷洒。

附图说明

图1为具备消防的储能电池系统的结构示意图实施例（1）；

图2为具备消防的储能电池系统内电池模块的结构示意图实施例（1）；

图3为具备消防的储能电池模块的结构示意图实施例（2）；

图4为机械式消防触发模块与第二管路的结构示意图；

图5为机械式消防触发模块的结构示意图；

图6为机械式消防触发模块的剖面示意图；

图7为喷淋头的结构示意图；

图8为刺破组件与封闭片和密封圈的结构示意图；

图9为冲锥部的结构示意图；

图10为机械式消防触发的储能电池系统中温度检测布局示例图1；

图11为机械式消防触发的储能电池系统中温度检测布局示例图2；

附图标记：50、储能电池系统；51、电池模块；52、消防装置供水模块；53、消防触发模块；61、电池壳体；62、单体电池；64、汇流金属排；65、安全阀；71、消防水箱；72、水泵；73、水管路；74、第一管路；75、第二管路；76、连接头；101、喷淋头；113、水管固定口；114、喷淋口；115、封闭片；141、螺纹；142、密封圈；151、锥形壳体；152、冲锥部；153、冲锥壳体；154、卡扣；155、凹槽；156、椎体；157、圆柱体；158、孔洞。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

同时应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

一种带机械式消防触发的储能电池系统，该储能电池系统50包括若干单体电池62、控制模块、电池模块51以及温度检测装置，单体电池62设置有安全阀65，该储能电池系统50还包括消防装置供水模块52和消防触发模块53；

所述消防触发模块53设有若干个且与若干单体电池62对应设置，所述的消防触发模块53包括喷淋头101和刺破组件，喷淋头101连接消防装置供水模块52，并在喷淋头101内设置有封闭喷淋头101出液的密封组件，所述的刺破组件设置在密封组件的下游，在某一单体电池62发生异常，单体电池62的安全阀65打开，单体电池62中的气体随电解液一起从安全阀65中喷出推动刺破组件刺破密封组件，使喷淋头101出液对该单体电池62 进行消防动作；

所述的控制模块与消防装置供水模块52、温度检测装置通信相连，在消防装置供水模块52 的消防液体药剂全部发送完毕或温度降低至安全范围，控制模块获得检测信号，向消防装置供水模块52发送信号，使消防装置供水模块52停止对喷淋头101供液。

实施例1：

如图1和图2所示，一种带电控式消防触发的储能电池系统50，该储能电池系统50包括电池模块51、消防装置供水模块52和消防触发模块53。其中，多个电池模块51堆叠在一起形成一个大的储能装置，消防装置供水模块52设置在电池模块51的外部并连通设置在电池模块51内部，而消防触发模块53安装设置在电池模块51的内部上并位于电池模块51内部的电池包安全阀65的顶部。由于该实施例中的驱动过程与实施例2类似，因此在后续进行描述。

实施例2：

如图3至图9所示，一种带机械式消防触发的储能电池系统50，该储能电池系统50包括电池模块51、消防装置供水模块52和消防触发模块53，消防装置供水模块52和消防触发模块53均安装设置在电池模块51上。

如图3至图9所示，消防触发模块53为机械式，由外力进行操控，此外力为单体电池62热失控时气体的向上爆发的力。该装置一般用于锂离子电池模块51内，在电池模块51上方布置消防装置供水模块52的水管路73，每个单体电池62安全阀65的正上方布置该消防触发模块53，电池模块51的外部布置消防装置供水模块52的消防水箱71和水泵72，由上述的各个装置组成一套可独立控制的储能电池系统50的消防控制系统。

如图4至图8所示，该防消防触发模块53包括喷淋头101和刺破组件，刺破组件设于喷淋头101的内部，而喷淋头101可通过螺纹141连接与水管路73相连。

喷淋头101上设置有水管固定口113和喷淋口114，喷淋头101的内部设有空腔，喷淋头101上方的水管固定口113和喷淋头101下方的喷淋口114均连通于空腔，外接的水管路73中的水流能够从水管固定口113流至喷淋口114。并且在水管固定口113与空腔的连接处设置有固定连接的封闭片115，设置封闭片115能够防止水管路73中的水流不会流入至未启动的消防触发模块53中。而在水管固定口113内设置有螺纹141，而螺纹141与封闭片115之间设有密封圈142，保证该装置在与水管路73相连接时具有良好的气密性。其中，封闭片115采用铝箔片。

如图4和图8所示，空腔的截面为梯形，刺破组件固定设置在空腔内。其中，喷淋头101内设置有卡扣154，而卡扣154一体设置于空腔的内壁处，刺破组件能够通过卡接的方式卡接在卡扣154上。而卡扣154一共设置有四组，且每个卡扣154之间的间距角度为90°，该设置能够确保刺破组件能够稳定的固定在喷淋头101上。

刺破组件包括锥形壳体151，锥形壳体151设于喷淋头101内部且锥形壳体151的锥尖正对封闭片115，通过两者的相对运动能够刺破封闭片115连通水管固定口113。该封闭片115的厚度在0.1～0.5mm，该厚度能够保证封闭片115的强度在未被刺破时不会被水流冲坏，且锥形壳体151在运转时能够很轻易刺破封闭片115。

如图3至图9所示，锥形壳体151包括冲锥部152和冲锥壳体153，冲锥壳体153通过卡扣154固定连接于空腔内，冲锥壳体153的顶部设有凹槽155，冲锥部152通过插接的方式固定连接于冲锥壳体153的顶部凹槽155内，并且冲锥部152的锥尖正对于封闭片115。将锥形壳体151分成两个部分，使得锥形壳体151在损坏时只需更换对应的部件即可，并且该设置能够让冲锥部152使用金属的材质，能够更好地刺破封闭片115。

冲锥部152为金属材质，且其包括椎体156和圆柱体157，圆柱体157一体设于椎体156的底面，且圆柱体157的顶部端面直径小于椎体156的底部端面直径，冲锥部152通过圆柱体157插接于凹槽155。

冲锥壳体153为中空状，且其锥面上设有若干个均匀分布的孔洞158，且孔洞158的直径为φ1mm-φ3mm。通过设置若干个孔洞158，使得该装置在运转时水管固定口113中流入的水流，能够通过孔洞158对其下方的热失控单体电池进行精准消防喷洒。

该消防触发模块53一般用于锂离子电池模块51内，在电池模块51上方布置水管路73，每个单体电池62安全阀65的正上方布置该装置，电池模块51外部布置消防水箱71和水泵72，可组成一套可独立控制的储能电池系统50，该系统能够自主进行消防防护。

当单体电池62由于热失控，将安全阀65打开后，利用单体电池62安全阀65打开时产生的气压一般超过0.5Mpa，单体电池62内的冲击气压通过喷淋头101内的锥形结构，使得气压被聚集，从而推动冲锥壳体153脱离卡扣154配合向上位移，冲锥壳体153顶部的冲锥部152刺穿封闭片115，使得装置与水管路73相导通。

如图3所示，消防装置供水模块52包括消防水箱71、水泵72和水管路73，通过水管路73连接消防水箱71和水泵72并为单体电池62进行消防处理。

消防水箱71和水泵72均安装设置在电池壳体61的外部，水泵72中设置有抽水部分、电机转动部分和控制部分，控制部分能够接收到控制模块发出的电信号并控制电机进行运作。

而水管路73包括抽取消防水箱71中水的第一管路74和用于传输处理热失控水的第二管路75，第一管路74设于壳体外部并且其两端分别连接消防水箱71和水泵72；第二管路75的一端连通于水泵72，另一端穿设过电池壳体61并固定在其内部。

在固定时第二管路75位于单体电池62的正上方，并且其延伸过每个单体电池62的安全阀65，如此设置第二管路75，使其辐射能够覆盖到所有的单体电池62，做到了全面性。其中，第二管路75上设置有若干个连接头76，连接头76位于安全阀65的正上方，如此布置能够更加精确地对单体电池62做消防处理。而消防触发模块53通过螺栓连接，将水管固定口113与连接头76进行相连。

如图3和图6所示，电池模块51包括电池壳体61、单体电池62。单体电池62设置有若干个且均匀的竖向安装于电池壳体61内，若干个单体电池62一共设置有若干排和若干列，通过板材将其捆在一起。其中，在每个单体电池62的顶部上都设有正极和负极，并且通过设置汇流金属排64连接相邻单体电池62的正极和负极，使每个单体电池62相互连通。

并且在每个单体电池62的顶端上都还设置有安全阀65，当安全阀打开后，此时单体电池62中的气体会随电解液一起从安全阀65中喷出，此时气体会给予锥形壳体151一个向上的力，使其脱离卡扣154并向上刺破封闭片115。

当水管路73通水时由于只有热失控单体电池62上方的封闭片115被破坏，因此水流只会从该连接头76上流入消防触发模块53，而其内部的冲锥壳体153上均匀分布φ2mm孔洞158，使得水流可以喷洒到故障单体电池62上，对热失控的单体单体电池62进行精准消防喷洒。

机械式消防触发的储能电池系统50，在水管路73中可先充满消防液体，并设置液体液位变化传感器与电池管理终端控制模块通信相连；也可以不充满消防液体，在不充满时通过控制模块对供水模块进行控制。

如图10所示，机械式消防触发的储能电池系统50中温度检测布局，针对每个的单体电池62配置一个温度检测。温度检测与电池管理终端相连，并向电池管理终端传送信号。当一个或多个单体电池62机械式消防触发模块53被触发后，消防管道中的消防液体药剂先进行消防，电池管理终端通过获取消防液体药剂下降变化，向水泵72发送信号，水泵72将消防液体药剂发送至对应的单体电池62。为进一步保障安全，电池管理终端可使消防液体药剂全部发送全部，也可根据单体电池62温度降低情况停止水泵72工作。

如图11所示，机械式消防触发的储能电池系统50中温度检测布局，温度检测可以采用减少成本的方式，针对多个的单体电池62配置一个温度检测。温度检测与电池管理终端相连，并向电池管理终端传送信号。当一个或多个单体电池62机械式消防触发模块53被触发后，消防管道中的消防液体药剂先进行消防，电池管理终端通过获取消防液体药剂下降变化，向水泵72发送信号，水泵72将消防液体药剂发送至对应的单体电池62。为进一步保障安全，电池管理终端可使消防液体药剂全部发送全部，也可根据温度降低情况停止水泵72工作。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种带机械式消防触发的储能电池系统，该储能电池系统(50)包括控制模块、电池模块(51)以及温度检测装置，所述电池模块(51)包括电池壳体(61)和若干单体电池(62)，若干单体电池(62)并排安装于电池壳体(61)内，每块单体电池(62)均设置有安全阀(65)；其特征在于，该储能电池系统(50)还包括消防装置供水模块(52)和消防触发模块(53)；

所述消防触发模块(53)设有若干个且与若干单体电池(62)对应设置，所述的消防触发模块(53)包括喷淋头(101)和刺破组件，喷淋头(101)连接消防装置供水模块(52)，并在喷淋头(101)内设置有封闭喷淋头(101)出液的密封组件，所述的刺破组件设置在密封组件的下游，在某一单体电池(62)发生异常，单体电池(62)的安全阀(65)打开，单体电池(62)中的气体随电解液一起从安全阀(65)中喷出推动刺破组件刺破密封组件，使喷淋头(101)出液对该单体电池(62) 进行消防动作；

所述的控制模块与消防装置供水模块(52)、温度检测装置通信相连，在消防装置供水模块(52) 的消防液体药剂全部发送完毕或温度降低至安全范围，控制模块获得检测信号，向消防装置供水模块(52)发送信号，使消防装置供水模块(52)停止对喷淋头(101)供液；

所述消防装置供水模块(52)包括消防水箱(71)、水泵(72)和水管路(73)，通过水管路(73)连接消防水箱(71)和水泵(72)并为单体电池(62)进行消防处理，水管路(73)设置在单体电池(62)的上方，对应每个单体电池(62)均设置有连接头(76)；

所述水管路(73)包括第一管路(74)和第二管路(75)，第一管路(74)设于电池壳体(61)的外部并且其两端分别连接消防水箱(71)和水泵(72)，第二管路(75)的一端连通于水泵(72)，另一端穿设过电池壳体(61)并固定在其内部，第二管路(75)设于单体电池(62)的正上方，而连接头(76)设置在第二管路(75)上并位于安全阀(65)的正上方；

所述刺破组件设于喷淋头(101)内部，喷淋头(101)对应设置在单体电池(62)上方，喷淋头(101)上设置有水管固定口(113)和喷淋口(114)，水管固定口(113)和喷淋口(114)之间设置有空腔，水管固定口(113)连接所述的连接头(76)，水管固定口(113)底部设有用于密封水管固定口(113)的封闭片(115)，构成所述密封组件；

所述刺破组件包括锥形壳体(151)，锥形壳体(151)设于空腔内且锥形壳体(151)的锥尖正对封闭片(115)，通过两者的相对运动能够刺破封闭片(115)连通水管固定口(113)；

锥形壳体(151)包括冲锥部(152)和冲锥壳体(153)，冲锥壳体(153)固定连接于空腔内，冲锥壳体(153)的顶部设有凹槽(155)，冲锥部(152)插接于冲锥壳体(153)的顶部凹槽(155)内，并且冲锥部(152)的锥尖正对于封闭片(115)；

其中，冲锥壳体(153)为中空状，并且冲锥壳体(153)的锥面上设有若干个均匀分布的孔洞(158)。

2.根据权利要求1所述的一种带机械式消防触发的储能电池系统，其特征在于，所述水管路(73)内部还包括设置液体液位变化传感器，液体液位变化传感器与控制模块通信相连。

3.根据权利要求1所述的一种带机械式消防触发的储能电池系统，其特征在于，所述喷淋头(101)内设有卡扣(154)，卡扣(154)一体设置于空腔的内壁处，设有四组且每个卡扣(154)之间的间距角度为90°。

4.根据权利要求1所述的一种带机械式消防触发的储能电池系统，其特征在于，所述水管固定口(113)内设有螺纹(141)，与封闭片(115)之间设有密封圈(142)；所述孔洞(158)的直径为φ1mm-φ3mm；所述封闭片(115)的厚度在0.1～0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种带机械式消防触发的储能电池系统，其特征在于，所述冲锥部(152)为金属材质，且其包括椎体(156)和圆柱体(157)，圆柱体(157)一体设于椎体(156)的底面，且圆柱体(157)的顶部端面直径小于椎体(156)的底部端面直径，冲锥部(152)通过圆柱体(157)插接于凹槽(155)中。

6.根据权利要求1所述的一种带机械式消防触发的储能电池系统，其特征在于，该储能电池系统(50)还包括其他检测装置，其他检测装置为储能电池系统电池管理标准检测量，包括电压、电流的检测。