CN118040165A - 温控消防一体化储能装置和集装箱式储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温控消防一体化储能装置和集装箱式储能系统，所述温控消防一体化储能装置包括电池簇和液冷管组，电池簇包括多个电池模块，电池模块上设有进液口、出液口和消防口，液冷管组包括进液管和回液管，进液管上设有液冷注液支管和消防注液支管，液冷注液支管与进液口连通，消防注液支管与消防口连通，回液管上设有液冷回液支管，液冷回液支管与出液口连通。本发明由液冷管组提供消防功能，省去电池簇的模块级消防管路，将温控与消防相接合形成一体化结构，减少整体消防介质需量，以使电池簇结构更加紧凑。并且，采用比热容高的液冷介质作为冷却液，实现快速灭火降温功能，有效防止复燃。

Description

温控消防一体化储能装置和集装箱式储能系统

技术领域

本发明涉及电池储能技术领域，尤其涉及一种温控消防一体化储能装置和集装箱式储能系统。

背景技术

随着行业对电池储能安全、效率和寿命的要求越发清晰，储能液冷系统成为主流趋势。液冷方案可有效提高集装箱式储能系统的能量密度，结构更加紧凑，与传统风冷产品相比，占地面积更少，可有效降低建设成本。同时液冷方案下电池温度控制更加有效，温差通常可降低至3℃以内，系统容量和效率有效提升，容量衰减得以延缓。

相关技术中，液冷电池舱的电池簇结构中，通常具备两套管路，分别为一路液冷管路和一路消防管路，由于管路之间的相互交错，对管路布置所需空间有较高要求，设计复杂且成本高，不利于提升集成度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种温控消防一体化储能装置，该储能装置将温控和消防结合，简化结构，布局紧凑。

本发明实施例的温控消防一体化储能装置包括：

电池簇，所述电池簇包括多个电池模块；

液冷管组，所述液冷管组包括进液管和回液管，所述进液管上设有多个液冷注液支管和多个消防注液支管，多个所述液冷注液支管和多个所述消防注液支管均与多个所述电池模块一一对应且相连；

所述温控消防一体化储能装置具有常规模式和消防模式，在所述常规模式，所述进液管内的压强为，所述电池模块经所述液冷注液支管与所述进液管连通，在所述消防模式，所述进液管内的压强为/>，所述电池模块经所述液冷注液支管和所述消防注液支管与所述进液管连通，且/>；

将所述消防注液支管的长度定义为，将所述消防注液支管的直径定义为/>，将所述消防注液支管的摩阻系数定义为/>，将所述消防注液支管内的流体的密度定义为/>，将所述消防注液支管内的流体的流速定义为/>，将所述消防注液支管的在其长度方向上的两端之间的高度差定义为/>，将所述电池模块的高度定义为/>，则满足关系式：

。

本发明实施例的温控消防一体化储能装置，由液冷管组提供消防功能，省去电池簇的模块级消防管路，将温控与消防相接合形成一体化结构，减少整体消防介质需量，以使电池簇结构更加紧凑。并且，采用比热容高的液冷介质作为冷却液，实现快速灭火降温功能，有效防止复燃。

在一些实施例中，所述电池模块的进液口和所述电池模块的出液口均位于所述电池模块的底部，所述电池模块的进液口和所述电池模块的出液口相对设在所述电池模块的在所述电池模块的长度方向上的两端。

在一些实施例中，所述进液管和所述出液管相对设在所述电池模块的在所述电池模块的长度方向上的两侧，所述进液管与所述电池模块的进液口相邻设置，所述回液管与所述电池模块的出液口相邻设置。

在一些实施例中，所述电池模块的消防口位于所述电池模块的顶部，且所述电池模块的消防口位于该所述电池模块的进液口的正上方。

在一些实施例中，所述电池模块上设有探测器，所述探测器用于检测该所述电池模块的运行状态，所述探测器位于该所述电池模块的所述电池模块的出液口的正上方。

在一些实施例中，任一所述电池模块相连的所述液冷注液支管和所述消防注液支管共用一母管与所述进液管连通。

在一些实施例中，将多个所述电池模块在从下到上的方向上依次定义为第一层电池模块、第二层电池模块……第N层电池模块，任意相邻两层所述电池模块中的位于上层的所述电池模块相连的所述液冷注液支管和位于下层的所述电池模块相连的所述消防注液支管共用一母管与所述进液管连通，所述第一层电池模块相连的所述液冷注液支管以及所述第N层电池模块相连的所述消防注液支管均直接与所述进液管连通。

在一些实施例中，所述进液管、所述回液管、所述液冷注液支管、所述消防注液支管和所述液冷回液支管上均设有控制组件，所述控制组件用于控制管路中的液体流动。

在一些实施例中，所述消防注液支管上设有增压组件，所述增压组件用于提升所述消防注液支管注入所述电池模块的液体的压力。

本发明的实施例还提出一种温控和消防一体化设计的集装箱式储能系统。

本发明实施例的集装箱式储能系统包括箱体和设在所述箱体内的多个上述任一项实施例中所述的温控消防一体化储能装置。

本发明实施例的集装箱式储能系统，省去电池簇的模块级消防管路，减少电池舱内液冷介质之外的消防介质需量，从而减少消防占地，以使电池簇、电池舱的结构更加紧凑。

附图说明

图1是本发明一个实施例的温控消防一体化储能装置的示意图。

图2是本发明一个实施例的温控消防一体化储能装置在正常工况下液体流动的示意图。

图3是本发明一个实施例的温控消防一体化储能装置在热失控状态下液体流动的示意图。

图4是本发明另一个实施例的温控消防一体化储能装置的示意图。

图5是本发明另一个实施例的温控消防一体化储能装置在正常工况下液体流动的示意图。

图6是本发明另一个实施例的温控消防一体化储能装置在热失控状态下液体流动的示意图。

图7是本发明实施例的集装箱式储能系统的示意图。

附图标记：

电池模块1、进液管2、回液管3、液冷注液支管4、消防注液支管5、液冷回液支管6、探测器7、

箱体100、温控消防一体化储能装置200。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的温控消防一体化储能装置。

如图1至图6所示，本发明实施例的温控消防一体化储能装置包括电池簇和液冷管组。

电池簇包括多个电池模块1，多个电池模块1沿竖直方向间隔分布。需要注意的是，多个电池模块1安放在电池架（图中未示出）上。电池模块1上设有进液口、出液口和消防口。

液冷管组包括进液管2和回液管3，进液管2和回液管3均沿竖直方向延伸。进液管2上设有多个液冷注液支管4和多个消防注液支管5，多个液冷注液支管4与多个电池模块1的进液口一一对应且连通，多个消防注液支管5与多个电池模块1的消防口一一对应且连通。回液管3上设有多个液冷回液支管6，多个液冷回液支管6与多个电池模块1的出液口一一对应且连通。

其中，进液管2、回液管3、液冷注液支管4、消防注液支管5和液冷回液支管6中流通有冷却液，冷却液为水或水/乙二醇混合液，比热容较高。

可以理解的是，电池模块1在正常工况下，如图2和图5所示，消防注液支管5为常闭状态，进液管2中的冷却液经过液冷注液支管4进入电池模块1的液冷板，并经过液冷回液支管6进入回液管3，以进行液冷循环，控制电池模块1的温度。

当电池模块1发生热失控时，如图3和图6所示，打开消防注液支管5，进液管2中的冷却液经过消防注液支管5进入电池模块1内部后迅速浸没电池，实现灭火和降温的功能。由于冷却液具备高比热容，具备良好的降温性能，因此可持续抑制复燃。

由此，本发明实施例的温控消防一体化储能装置，由液冷管组提供消防功能，省去电池簇的模块级消防管路，将温控与消防相接合形成一体化结构，减少整体消防介质需量，以使电池簇结构更加紧凑。并且，采用比热容高的液冷介质作为冷却液，实现快速灭火降温功能，有效防止复燃。

此外，本发明实施例的温控消防一体化储能装置具有常规模式和消防模式。在常规模式下，电池模块1正常运作，进液管2内流体的压强为，电池模块1只通过液冷注液支管4与进液管2连通。在消防模式，电池模块1发生热失控，进液管2内的压强为/>，电池模块1同时通过液冷注液支管4和消防注液支管5与进液管2连通，冷却液完全浸没电池模块1内部。

并且，，也即是，从常规模式转换至消防模式时，进液管2需要进行瞬时增压，以确保消防工作的及时性和有效性。

由于支管需接入竖向分布的各个电池模块1中，支管的在其长度方向上的两端可能不处于同一高度，且随着管道增长，管道流阻也随之增大。根据Darcy–Weisbach公式，单位长度支管内的压强损失为：

。

其中，为支管的长度，/>为支管的直径，/>为支管的摩阻系数，/>为支管内的流体的密度，/>为支管内的流体的流速，/>为压强损失量。

例如，本发明实施例的温控消防一体化储能装置，液冷注液支管4和消防注液支管5的直径、管道截面积和摩阻系数均相同，液冷注液支管4的在其长度方向上的两端处于同一高度，消防注液支管5的在其长度方向上的两端不处于同一高度。

将液冷注液支管4的长度定义为，将电池模块1的进液口处的压强定义为/>。在常规模式下，则满足关系式：

。

将消防注液支管5的长度定义为，将电池模块1的消防口处的压强定义为/>，将消防注液支管5的在其长度方向上的两端之间的高度差定义为/>。在消防模式下，则满足关系式：

。

将电池模块1的高度定义为，由于消防模式下，冷却液完全浸没电池模块1内部，通过降温和隔绝空气以阻止电池热失控和燃烧。

因此，满足关系式：

。

也即是，电池模块1的消防口处的压强需大于等于电池模块1内完全浸没冷却液后的静压强。

综上，本发明实施例的温控消防一体化储能装置在常规模式切换至消防模式时，进液管2内的压强增压值应满足关系式：

。

也即是，

。

进一步地，进液管2的增压设备（泵）应满足不低于个电池模块1同时失控的情况，则满足关系式：

。

例如，根据当前储能常规要求，泵应在常规压强能力下冗余压强值大于：

。

在一些实施例中，如图1至图6所示，进液口和出液口均位于电池模块1的底部，进液口和出液口相对设在电池模块1的在电池模块1的长度方向上的两端。

可以理解的是，将冷却液进口和出口设计在电池模块1底部，以使冷却液从电池模块1底部进入，确保冷却液均匀分布在整个电池模块1中。底部流动的设计减少了冷却液的流动阻力，以使冷却液更快地流动，提高冷却效率。

可选地，如图1至图6所示，进液管2和出液管相对设在电池模块1的在电池模块1的长度方向上的两侧，进液管2与进液口相邻设置，回液管3与出液口相邻设置，从而减少液冷注液支管4、消防注液支管5和液冷回液支管6的长度，简化结构，提高紧凑性。

在一些实施例中，如图1至图6所示，消防口位于电池模块1的顶部，且消防口位于该电池模块1的进液口的正上方。

可以理解的是，将消防注液支管5连接在电池模块1的顶部，以使冷却液直接均匀喷洒到电池模块1内部，快速作用于火源，减少火势蔓延的时间，覆盖更多的火源点，提高灭火效果。

在一些实施例中，如图1至图6所示，电池模块1上设有探测器7，探测器7用于检测该电池模块1的运行状态。

换言之，探测器7作为电池模块1的消防探测装置，包括但不局限于烟雾探测器、温度探测器、火焰探测器、气体探测器等，以检测温度、烟雾和可燃气体等。

并且，探测器7位于该电池模块1的出液口的正上方。也即是，液冷注液支管4、消防注液支管5、液冷回液支管6和探测器7分别布置在电池模块1的周侧，避免相互干涉且合理布置，进一步提高整体结构的紧凑性。

在一些实施例中，不同工况下的电池模块1与液冷注液支管4和消防注液支管5连通方式不同。

例如，电池模块1的运行温度较低的工况下。如图1至图3所示，任一电池模块1相连的液冷注液支管4和消防注液支管5共用一母管与进液管2连通。也即是，单个电池模块1和与其相连的液冷注液支管4、消防注液支管5均位于同一层，结构美观紧凑，方便安装和维护。当电池模块1发生热失控时，进液管2中的冷却液向上流经消防注液支路进入电池模块1内。

或者，电池模块1的运行温度较高的工况下。如图4至图6所示，将多个电池模块1在从下到上的方向上依次定义为第一层电池模块1、第二层电池模块1……第N层电池模块1。任意相邻两层电池模块1中的位于上层的电池模块1相连的液冷注液支管4和位于下层的电池模块1相连的消防注液支管5共用一母管与进液管2连通，第一层电池模块1相连的液冷注液支管4以及第N层电池模块1相连的消防注液支管5均直接与进液管2连通。当电池模块1发生热失控时，进液管2中的冷却液向下流经消防注液支路进入电池模块1内，响应更为及时迅速，且可靠性高。

可以理解的是，上述两种示例工况都可以认为是，从进液管2上引出液冷注液支管4，并从液冷注液支管4上引出消防注液支管5。不同的地方在于，电池模块1的运行温度较低的工况下，消防注液支管5向上延伸，连通同一层电池模块1的消防口。电池模块1的运行温度较高的工况下，消防注液支管5向下延伸，连通下层电池模块1的消防口。

由此，根据不同的工况合理设置液冷注液支管4和消防注液支管5，从而提高本发明实施例的温控消防一体化储能装置的多适应性。

在一些实施例中，进液管2、回液管3、液冷注液支管4、消防注液支管5和液冷回液支管6上均设有控制组件（图中未示出），控制组件用于控制管路中的液体流动。

换言之，控制组件是作为控制、调节和管理液体在管路中流动的设备。例如，电磁阀、控制阀、调节阀、减压阀、安全阀、球阀、闸阀、止回阀等，包括但不限于控制管路的通断、调节管路中介质的流量、控制管路中介质的压力、管路中介质的流向切换、防止管路中介质发生逆流等。

在一些实施例中，消防注液支管5上还设有增压组件（例如，水泵），增压组件用于提升消防注液支管5注入电池模块1的液体的压力，进一步地实现快速灭火降温功能，提高灭火效率。

下面结合附图描述本发明实施例的集装箱式储能系统。

如图7所示，本发明实施例的集装箱式储能系统包括箱体100和设在箱体100内的多个上述任一项实施例中的温控消防一体化储能装置200。

可选地，多个温控消防一体化储能装置200间隔排布在箱体100的电池舱内，箱体100内具有制冷机组，制冷机组的冷却液出口连接有输送母管，多个温控消防一体化储能装置200的进液管2与输送母管连通，制冷机组的冷却液进口连接有回液母管，多个温控消防一体化储能装置200的回液管3与回液母管连通，以构成液冷消防循环回路。

本发明实施例的集装箱式储能系统，省去电池簇的模块级消防管路，减少电池舱内液冷介质之外的消防介质需量，从而减少消防占地，以使电池簇、电池舱的结构更加紧凑。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温控消防一体化储能装置，其特征在于，包括：

电池簇，所述电池簇包括多个电池模块；

液冷管组，所述液冷管组包括进液管和回液管，所述进液管上设有多个液冷注液支管和多个消防注液支管，多个所述液冷注液支管和多个所述消防注液支管均与多个所述电池模块一一对应且相连；

所述温控消防一体化储能装置具有常规模式和消防模式，在所述常规模式，所述进液管内的压强为，所述电池模块经所述液冷注液支管与所述进液管连通，在所述消防模式，所述进液管内的压强为/>，所述电池模块经所述液冷注液支管和所述消防注液支管与所述进液管连通，且/>；

将所述消防注液支管的长度定义为，将所述消防注液支管的直径定义为/>，将所述消防注液支管的摩阻系数定义为/>，将所述消防注液支管内的流体的密度定义为/>，将所述消防注液支管内的流体的流速定义为/>，将所述消防注液支管的在其长度方向上的两端之间的高度差定义为/>，将所述电池模块的高度定义为/>，则满足关系式：

。

2.根据权利要求1所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，所述电池模块的进液口和所述电池模块的出液口均位于所述电池模块的底部，所述电池模块的进液口和所述电池模块的出液口相对设在所述电池模块的在所述电池模块的长度方向上的两端。

3.根据权利要求2所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，所述进液管和所述出液管相对设在所述电池模块的在所述电池模块的长度方向上的两侧，所述进液管与所述电池模块的进液口相邻设置，所述回液管与所述电池模块的出液口相邻设置。

4.根据权利要求3所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，所述电池模块的消防口位于所述电池模块的顶部，且所述电池模块的消防口位于该所述电池模块的进液口的正上方。

5.根据权利要求4所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，所述电池模块上设有探测器，所述探测器用于检测该所述电池模块的运行状态，所述探测器位于该所述电池模块的所述电池模块的出液口的正上方。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，任一所述电池模块相连的所述液冷注液支管和所述消防注液支管共用一母管与所述进液管连通。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，将多个所述电池模块在从下到上的方向上依次定义为第一层电池模块、第二层电池模块……第N层电池模块，任意相邻两层所述电池模块中的位于上层的所述电池模块相连的所述液冷注液支管和位于下层的所述电池模块相连的所述消防注液支管共用一母管与所述进液管连通，所述第一层电池模块相连的所述液冷注液支管以及所述第N层电池模块相连的所述消防注液支管均直接与所述进液管连通。

8.根据权利要求1所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，所述进液管、所述回液管、所述液冷注液支管、所述消防注液支管和所述液冷回液支管上均设有控制组件，所述控制组件用于控制管路中的液体流动。

9.根据权利要求1所述的温控消防一体化储能装置，其特征在于，所述消防注液支管上设有增压组件，所述增压组件用于提升所述消防注液支管注入所述电池模块的液体的压力。

10.一种集装箱式储能系统，其特征在于，包括箱体和设在所述箱体内的多个如权利要求1-9中任一项所述的温控消防一体化储能装置。