CN117712639A - 一种弹出式电池存储结构的安全储能装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，包括机柜、安装在机柜内的多个储能单元、安装在机柜顶部的电控单元、安装在机柜底部的储液单元，在初始状态下，各储能单元均与电控单元实质相连，经由电控单元控制充放电；所述机柜内设有与储液单元相连的液流冷却板，每至少一块液流冷却板与一储能单元接触配合，实现对储能单元的控温；爱电控单元控制工作的储液单元与各液流冷却板通过管道连接，经由储液单元向液流冷却板循环输送冷却液。该技术方案通过弹出式电池存储结构的安全储能装置，提高了储能设备的安全性和温度控制能力。有僵于工厂储能的推广和应用。

Description

一种弹出式电池存储结构的安全储能装置
技术领域
本申请涉及储能领域，尤其涉及一种弹出式电池存储结构的安全储能装置。
背景技术
储能行业是新能源领域的重要组成部分，其发展对于保障能源供应的稳定性、提高能源利用效率以及推动能源结构的优化升级具有重要意义。近年来，随着全球能源转型的推进，储能技术得到了快速发展，各种新型储能装置不断涌现。然而，现有的储能装置在安全性方面仍存在一定的问题，这些问题严重制约了储能技术的广泛应用。
具体的说，储能技术主要包括机械储能、电化学储能、电磁储能、热储能等。其中，电化学储能因其具有较高的能量密度、快速响应和长寿命等优点，已成为储能领域的研究热点。目前，锂离子电池、钠硫电池、液流电池等电化学储能装置已广泛应用于电动汽车、智能电网、分布式能源等领域。 尽管现有的储能装置在提高能源利用效率和推动能源结构优化方面发挥了积极作用，但在安全性方面仍存在一些问题：
（1）热失控：储能装置在充放电过程中，由于内部短路、过充或过放等原因，可能导致电池温度急剧升高，引发热失控现象，进而导致火灾甚至爆炸。
（2）电池老化：随着充放电次数的增加，电池内部的活性物质可能发生衰减，导致电池性能下降，从而增加安全隐患。
（3）外部损伤：储能装置在运输、安装和使用过程中可能遭受外部损伤，如挤压、穿刺等，导致电池内部短路或泄漏，引发安全事故。
更具体的说，储能装置在工业领域，特别是邻近生产车间的工厂储能领域的应用具有巨大潜力和价值。然而，现有的储能装置在安全性方面存在一些问题，限制了其在这些领域的广泛应用。
首先，安全问题是阻碍储能装置在工业领域广泛部署的主要原因。由于储能装置中含有大量的电池，这些电池在充放电过程中可能会出现热失控现象，导致电池温度急剧升高，甚至引发火灾或爆炸。此外，电池老化问题也不容忽视。随着充放电次数的增加，电池内部的活性物质可能会衰减，进而影响电池的性能和安全性。同时，工厂环境中的外部损伤风险也较高，例如挤压、穿刺等，这些操作有可能导致电池内部短路或泄漏，增加了安全隐患。
此外，储能产业对能源结构转型有重要作用，大力发展储能产业，有利于经济健康快速发展和建设健康的能源产出与消费体系。目前，储能技术在电源侧、电网侧以及用户侧都得到应用。但是，安全问题仍然是阻碍其广泛应用的重要因素。因此，解决这些问题对于推动储能技术的发展和应用具有重要意义。
发明内容
本申请旨在至少克服现有技术所存在的一处不足，提供一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，该装置具有智能管控各电池的功能，并在电池发生高温或起火时，及时处理上述问题，保证储能装置及邻近设施的安全性。
为实现上述目的，本申请公开了一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，包括机柜、安装在机柜内的多个储能单元、安装在机柜顶部的电控单元、安装在机柜底部的储液单元，在初始状态下，各储能单元均与电控单元实质相连，经由电控单元控制充放电；所述机柜内设有与储液单元相连的液流冷却板，每至少一块液流冷却板与一储能单元接触配合，实现对储能单元的控温；爱电控单元控制工作的储液单元与各液流冷却板通过管道连接，经由储液单元向液流冷却板循环输送冷却液。
进一步的说，所述机柜内由若干斜置30-45度的隔热阻燃板间隔形成阻燃的斜置安装隔位，该安装隔位的底端活动安装有防火挡板；液流冷却板安装在安装斜置安装隔位的底面；多个斜置安装位上下卫列成一组安装位，机柜内设有至少两组间隔设置的安装位，该间隔形成一个垂直的安全通道；安装通道的宽度至少可以保证储能单元滑入安全通道时无阻碍的落下；储液单元设有与安全通道相对的安全槽，需要时，储液单元可向安全槽向注水。
更进一步的说，所述储能单元包括外壳、安装在外壳内的若干电芯以及与各电芯相连的BMS控制板；所述外壳凸设有与BMS控制板相连的多片平行的导电插片，导电插片长度方向与安装位的轴向一致，各导电插片间设隔设置并在间隔间凸设有绝缘档片；与之相适配的是安装位上设有一各导电插片配合并与电控单元相连的导电插位，储能单元插入安装位时，导电插片插入导电槽位内实现电性连接导通。
作为一种进一步的选优，所述储能单元的外壳底喷有低摩擦系数的滑动层。
作为一种进一步的优选，所述储能单元的外壳朝向安装通道的尾端上设有一个吸能的减震橡胶层，防止滑入安全通道内因掉落碰撞而对储能单元进一步的冲击。
更进一步的说，所述安装位的前端设有一个可开启的门，所西安市安装位内设有受电控单元电控工作的卡位机构，储能单元在常态下由卡位机构卡住阻位，保证其不会滑入安全通道内。
更进一步的说，所述安装位上的门内侧面上设有弹性顶压装置，安装位内安装有储能单元时，顶压装置向储能单元提供朝向安装通道的预压力，在卡位机构释放后后，储能单元受预压力及自身策略双重作用下快速滑入安装通道内。
更进一步的说，所述各个安装位内设有至少一个与电控单元相连的温度传感器。
更进一步的说，所述安全通道内设有至少一个与电控单元相连的温度传感器。
更进一步的说，所述储液单元包括具有温度传感器及液位传感器的储液箱、与储液箱相对的散热风扇以及与储液箱相连的循环泵。
与现有技术相比较，本申请至少具有以下一个有益效果：
1、提高安全性：通过设置安全通道和防火挡板，能够迅速将储能单元从机柜中移除，减少火灾扩散的风险。
2、温度控制：液流冷却板的设置可以实现对储能单元的温度控制，提高其工作稳定性和寿命。
3、电性连接导通：导电插片和导电插位的配合可以实现储能单元与电控单元之间的电性连接导通，方便维护和更换。
4、温度监测和散热控制：温度传感器的设置可以实时监测储能单元和安全通道的温度变化，并通过散热风扇和循环泵进行散热操作，保持储液箱内的温度和液位稳定。
综合来说，该技术方案通过弹出式电池存储结构的安全储能装置，提高了储能设备的安全性和温度控制能力。有僵于工厂储能的推广和应用。
本申请的主题技术的其它特征和优点将在下面的描述中阐述，并且部分地将从所述描述显而易见，或者可以通过实践本申请的主题技术来学习。通过在书面说明书及其权利要求书以及附图中特别指出的结构，将实现和获得本申请的主题技术的优点。
附图说明
在结合附图阅读下文的具体实施方式后，将更好地理解本公开的多个方面，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。在附图中：
图1是本申请公开的一种实施例的内部结构示意图。
图2是本申请公开的一种实施例在另一视角下的内部结构示意图。
图3是本申请公开的一种实施例中储能单元的结构示意图。
图4本申请公开的一种实施例中储能单元掉落过程中的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本公开，其中的附图示出了本公开的若干实施例。然而应当理解的是，本公开可以以多种不同的方式呈现出来，并不局限于下文描述的实施例；事实上，下文描述的实施例旨在使本公开的公开更为完整，并向本领域技术人员充分说明本公开的保护范围。还应当理解的是，本文公开的实施例能够以各种方式进行组合，从而提供更多额外的实施例。
应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的元件。在附图中，为清楚起见，某些特征的尺寸可以进行变形。
应当理解的是，说明书中的用辞仅用于描述特定的实施例，并不旨在限定本公开。说明书使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)除非另外定义，均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
说明书使用的单数形式“一”、“所述”和“该”除非清楚指明，均包含复数形式。说明书使用的用辞“包括”、“包含”和“含有”表示存在所声称的特征，但并不排斥存在一个或多个其它特征。说明书使用的用辞“和/或”包括相关列出项中的一个或多个的任意和全部组合。说明书使用的用辞“在X和Y之间”和“在大约X和Y之间”应当解释为包括X和Y。本说明书使用的用辞“在大约X和Y之间”的意思是“在大约X和大约Y之间”，并且本说明书使用的用辞“从大约X至Y”的意思是“从大约X至大约Y”。
在说明书中，称一个元件位于另一元件“上”、“附接”至另一元件、“连接”至另一元件、“耦合”至另一元件、或“接触”另一元件等时，该元件可以直接位于另一元件上、附接至另一元件、连接至另一元件、联接至另一元件或接触另一元件，或者可以存在中间元件。相对照的是，称一个元件“直接”位于另一元件“上”、“直接附接”至另一元件、“直接连接”至另一元件、“直接耦合”至另一元件或、或“直接接触”另一元件时，将不存在中间元件。在说明书中，一个特征布置成与另一特征“相邻”，可以指一个特征具有与相邻特征重叠的部分或者位于相邻特征上方或下方的部分。
在说明书中，诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“高”、“低”等的空间关系用辞可以说明一个特征与另一特征在附图中的关系。应当理解的是，空间关系用辞除了包含附图所示的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，在附图中的装置倒转时，原先描述为在其它特征“下方”的特征，此时可以描述为在其它特征的“上方”。装置还可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位)，此时将相应地解释相对空间关系。
实施例
图1至图4公开了一种实现本申请的示例性结构，在本实施例中，公开的是一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，从组成上，主要由机柜1、储能单元2、电控单元3、液流冷却板4、隔热阻燃板5和安全通道6、传感器以及储液单元7等多个关键组件构成。
作为对本实施例进一步的描述，机柜1在该储能装置中承担着至关重要的角色，其材料、功能和结构都经过精心设计以满足系统的多重需求。通常由高强度的金属合金，如铝合金或钢铝复合材料构成，以提供必要的结构支持。机柜1的外形设计符合标准尺寸，便于安装和维护，并经过特殊处理以提高防腐蚀和耐候性。
更具体的说，在很多实施情况下，机柜1表面涂有隔热阻燃材料，以减少火灾风险，机柜1内，由若干斜置30度的隔热阻燃板间5隔形成斜置安装隔位8形成的斜置安装位，每个隔位8底端配备防火挡板9。液流冷却板4安装在这些隔位8的底面，与储液单元7相连，直接接触储能单元2以提供有效冷却。
需要理解的是，机柜1内部的多个斜置安装位不仅提供了存储和保护储能单元2的功能，还考虑了紧急情况下的安全撤离。这些安装位以的角度斜置排列，上下交错形成多组安装位，每组之间的间隔巧妙地构成了一个垂直的安全通道6。这种设计不仅提高了储能单元2的安装密度，还允许在紧急情况下储能单元2能够无障碍地沿着安全通道6快速下滑。安全通道6的宽度充分考虑了储能单元2的尺寸，确保在需要紧急撤离时，这些单元可以顺畅落下。机柜1底部的储液单元7对应于这个安全通道6，设有专门的安全槽10，用于在需要时向通道注水进行冷却或紧急处置。这样的设计不仅优化了空间利用率，也提供了一种有效的安全撤离机制，确保在发生故障或过热等情况时，储能单元能够迅速、安全地撤离，同时还保持了整体系统的冷却和稳定性。
还需要理解的是，安全通道专为紧急情况下的快速储能单元撤离而设计。从机柜的顶部延伸到底部，确保储能单元2可以从任何高度迅速移至安全区域。在发生过热、电气故障或其他危急情况时，在另一某些设计中，通道可能直接通向外部的安全收集区域，允许储能单元2在极端情况下完全移出机柜1。本实施例中，卡位机构11安装在隔位8内并一储能单元2配合，正常状态下固定储能单元2，并在需要时迅速释放它们。机柜1的前端设有可开启的门12，门12内侧装有弹性顶压装置13，用于辅助储能单元的快速释放。一般来说，出于成本以及结构可行性考虑，顶压装置13是由顶板和弹簧组合而成的。
在本实施例中，作为储能装置的核心之一，电控单元3位于机柜1顶部，负责监控和控制储能单元2的充放电及整个系统的运行。内部温度传感器分布在安装位和安全通道6内，实时监测温度状况。
在本实施例中，作为储能装置的核心之一，储能单元2及其与安装位的连接设计是保证其可以快速被释放的关键。具体的说，每个储能单元2由坚固的外壳保护，内含多个电芯和电池管理系统BMS控制板，监控和管理充放电过程。储能单元2的外壳凸设有与机柜1内导电插位14对应的多片导电插片15，间隔设置并辅以绝缘档片16，确保安全可靠的电气连接。外壳底部的低摩擦滑动层和尾端的减震橡胶层，旨在紧急情况下减轻冲击并便于储能单元2的快速释放。安装位内部的卡位机构11在正常情况下将储能单元2稳固固定，而在系统过热或检测到其他故障时，这些机构可以迅速释放，允许储能单元2爱重力及预压弹性的双重作用下滑入安全通道6。
更具体的说，在上述结构组成中，导电插片15和导电插位14不仅实现了电能的传输，还承担了数据通信的功能。每个储能单元2的外壳上装配有多片平行的金属导电插片15中，至少一片专门用于数据传输，使储能单元2与电控单元2实质连接，负责传送关键监测数据，如电压、电流和内部温度。为确保安全，上述设计使得当储能单元2插入机柜1时，不仅可以实现电能的高效传输，而且还能通过这个特殊的数据传输插位，将关键的运行数据传送至电控单元或监控系统。
作为一种必要且成熟的设计，每个安装位底部的液流冷却板4与储能单元7紧密接触，提供必要的温度控制在本实施例中，在弹出式电池存储结构的安全储能装置中，储液单元起着至关重要的角色，主要负责系统的冷却和应急响应。它包括一个储液箱，这是一个用耐高温和化学稳定材料制成的容器，用于存储冷却液。储液箱内配备有温度和液位传感器，这些传感器监控冷却液的温度和存量，确保系统在最佳状态下运行。此外，储液单元7包含散热风扇和循环泵，前者帮助冷却液散热，后者则负责将冷却液从储液箱泵送到机柜1内的液流冷却板4，实现储能单元2的有效冷却。在紧急情况下，如系统过热，储液单元7可以快速增加冷却液的流量，或者将冷却液直接泵送到安全槽10，以快速冷却并稳定系统。这种设计不仅提高了储能单元2的性能和寿命，还增强了系统在面对高温和其他紧急情况时的应对能力，使储液单元7成为维持储能系统安全、高效运行的关键组成部分。
需要说明的是，储液单元7与液流冷却板4的具体结构及工作原理在本技术领域当中属于现有技术，故而不再进行更为详细的描述。
此外，在弹出式电池存储结构的安全储能装置中，电控单元3作为系统的大脑和指挥中心，负责处理和管理整个系统的运行。它内置有可执行程序的处理器，处理器，不断从储能单元2的BMS控制板、储液单元7的传感器及其他系统部件收集关键数据，如电压、电流、温度和液位。电控单元具备多种通信接口，允许与外部设备进行数据交换，并运行先进的软件和算法进行能量管理、故障诊断和安全监控。在检测到任何异常时，它能迅速采取措施，调整操作参数或启动紧急响应协议，确保系统的安全和高效运行。此外，电控单元3可能包含用户界面，用户界面是以展示在一个显示屏上的，提供现场操作的便利性，同时支持远程更新和维护，保持系统的最新状态。设计上考虑环境适应性，使得电控单元3能在不同环境下稳定运行。
虽然已经描述了本公开的示范实施例，但是本领域技术人员应当理解的是，在本质上不脱离本公开的精神和范围的情况下能够对本公开的示范实施例进行多种变化和改变。因此，所有变化和改变均包含在权利要求所限定的本公开的保护范围内。本公开由附加的权利要求限定，并且这些权利要求的等同物也包含在内。

Claims (8)

1.一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：包括机柜、安装在机柜内的多个储能单元、安装在机柜顶部的电控单元、安装在机柜底部的储液单元，在初始状态下，各储能单元均与电控单元实质相连，经由电控单元控制充放电；所述机柜内设有与储液单元相连的液流冷却板，每至少一块液流冷却板与一储能单元接触配合，实现对储能单元的控温；爱电控单元控制工作的储液单元与各液流冷却板通过管道连接，经由储液单元向液流冷却板循环输送冷却液；所述机柜内由若干斜置30-45度的隔热阻燃板间隔形成阻燃的斜置安装隔位，该安装隔位的底端活动安装有防火挡板；液流冷却板安装在安装斜置安装隔位的底面；多个斜置安装位上下卫列成一组安装位，机柜内设有至少两组间隔设置的安装位，该间隔形成一个垂直的安全通道；安装通道的宽度至少可以保证储能单元滑入安全通道时无阻碍的落下；储液单元设有与安全通道相对的安全槽，需要时，储液单元可向安全槽向注水。
2.如权利要求1中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述储能单元包括外壳、安装在外壳内的若干电芯以及与各电芯相连的BMS控制板；所述外壳凸设有与BMS控制板相连的多片平行的导电插片，导电插片长度方向与安装位的轴向一致，各导电插片间设隔设置并在间隔间凸设有绝缘档片；与之相适配的是安装位上设有一各导电插片配合并与电控单元相连的导电插位，储能单元插入安装位时，导电插片插入导电槽位内实现电性连接导通。
3.如权利要求2中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述储能单元的外壳底喷有低摩擦系数的滑动层。
4.如权利要求2中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述储能单元的外壳朝向安装通道的尾端上设有一个吸能的减震橡胶层，防止滑入安全通道内因掉落碰撞而对储能单元进一步的冲击，
更进一步的说，所述安装位的前端设有一个可开启的门，所西安市安装位内设有受电控单元电控工作的卡位机构，储能单元在常态下由卡位机构卡住阻位，保证其不会滑入安全通道内。
5.如权利要求1中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述安装位上的门内侧面上设有弹性顶压装置，安装位内安装有储能单元时，顶压装置向储能单元提供朝向安装通道的预压力，在卡位机构释放后后，储能单元受预压力及自身策略双重作用下快速滑入安装通道内。
6.如权利要求1中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述各个安装位内设有至少一个与电控单元相连的温度传感器。
7.如权利要求1中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述安全通道内设有至少一个与电控单元相连的温度传感器。
8.如权利要求1中所述的一种弹出式电池存储结构的安全储能装置，其特征在于：所述储液单元包括具有温度传感器及液位传感器的储液箱、与储液箱相对的散热风扇以及与储液箱相连的循环泵。
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