CN212725410U - 基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，包括设备间和智能控制系统，设备间内设置有用于放置制氮装置的制氮间和用于放置电池柜的电池间，电池间为密闭空间，制氮间与电池间之间设有分隔板，制氮装置的出气管道穿过分隔板伸入电池间，电池柜内设有与智能控制系统连接的环境监测模块，电池间一侧设有电磁阀，智能控制系统还分别连接有环境控制模块、报警模块和检修模块。隔绝了锂电池热失控发生的条件，抑制了锂电池热失控的发生；减少锂电池火灾带来的生命财产损失；智能控制系统的应用极大的降低了人工成本。

Description

基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池防护技术领域，具体来说，涉及一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统。

背景技术

伴随着小型化电子设备的日益增多，消费者对电源有了更高的要求，铅酸电池等传统电池越来越难以满足市场需求，优势更明显的储能磷酸铁锂电池开始走向大众。在锂电池进入大规模应用阶段下，锂电池产业发展也受到各国政府的大力支持。

现有锂电池保护通常是以热失控散发出来的气体作为预警，即当气体检测探头检测到热失控气体时，启动消防应急措施。例如，公开号为CN207353414U的中国实用新型专利，公开了“用于防止锂电池热失控的安全防护系统”，其通过在电池箱体内部设置氧浓度监测仪，当检测到电池箱体内部的氧气尝试超标时，BMS从机报警，工作人员及时充入氮气并排出电池箱体内多余的氧气。此种通过检测热失控初期气体含量的方式作为防护的起点，人工控制通入氮气的方式，对于反应迅速的锂电池热失控已经为时过晚。

另外，依靠人员去监控锂电池工作状态，不仅耗费了大量的人力物力，而且也容易错过锂电池火灾的最佳扑灭时机。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，包括设备间和智能控制系统，所述设备间内设置有用于放置制氮装置的制氮间和用于放置电池柜的电池间，所述电池间为密闭空间，所述制氮间与所述电池间之间设有分隔板，所述制氮装置的出气管道穿过所述分隔板伸入所述电池间，所述电池柜内设有与所述智能控制系统的环境监测模块，所述智能控制系统还分别连接有环境控制模块、报警模块和检修模块。

进一步地，所述电池柜内设有集成的BMS系统，所述BMS系统通过RS485与所述智能控制系统进行通信。

进一步地，所述环境控制模块与所述智能控制系统之间设有继电器，所述环境控制模块设有制冷装置、制氮装置和电磁阀，所述制氮间从内到外依次连通有氮气储存罐、制氮机、三级过滤器、冷干机、空气储存罐和空气压缩机，所述氮气储存罐通过出气管道伸入所述电池间内。

进一步地，所述制冷装置采用空调机，所述电池柜正上方设有固定安装在所述电池间上的空调机，所述空调机与所述智能控制系统连接。

进一步地，所述电磁阀安装在电池间的一侧，所述电磁阀与所述智能控制系统连接。

进一步地，所述分隔板上设有与所述制氮间和电池间连通的密封门。

进一步地，所述电池柜的前方及上方分别设有氧浓度传感器和异常气体监测传感器，所述电池柜的外周分布式放置有若干个温湿度传感器和气压传感器，所述氧浓度传感器、异常气体监测传感器和温湿度传感器与所述智能控制系统连接。

进一步地，所述报警模块采用声光报警器和通讯报警器，所述声光报警器固定安装在所述设备间的外侧，所述声光报警器和通讯报警器与所述智能控制系统连接。

进一步地，所述检修模块采用可封闭的排风扇，所述排风扇的进气口位于所述电池间的上方，所述排风扇的出气口位于所述电池间的下方，所述进气口和所述出气口均与外界环境相通，所述可密闭的排风扇与智能控制系统连接。

进一步地，所述智能控制系统采用工业PLC或嵌入式系统，所述智能控制系统的中央处理器采用西门子控制器，电源模块采用24V直流电源模块，智能控制系统上还设有输入输出IO和通讯接口模块。

本实用新型的有益效果：隔绝了锂电池热失控发生的条件，从根本上抑制了锂电池热失控的发生；极大地减少锂电池火灾带来的生命财产损失；在维持系统的正常运转下，通过智能控制系统控制各种设备的启停，实现低功耗；由于智能控制系统的应用极大的降低了人工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统的正视图；

图2是根据本实用新型实施例所述的一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统的俯视图；

图3是根据本实用新型实施例所述的智能控制系统连接的模块示意图；

图4是根据本实用新型实施例所述的智能控制系统工作流程图。

图中：1、设备间；1-1、分隔板；1-2、电磁阀；2、制氮间；2-1、氮气储存罐；2-2、制氮机；2-3、三级过滤器；2-4、冷干机；2-5、空气储存罐；2-6、空气压缩机；3、电池间；3-1、电池柜；3-2、空调机；4、智能控制系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，根据本实用新型实施例所述的一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，包括设备间1和智能控制系统4，所述设备间1内设置有用于放置制氮装置的制氮间2和用于放置电池柜3-1的电池间3，所述电池间3为密闭空间，所述制氮间2与所述电池间3之间设有分隔板1-1，所述制氮装置的出气管道穿过所述分隔板1-1伸入所述电池间3，所述电池柜3-1内设有与所述智能控制系统4的环境监测模块，所述智能控制系统4还分别连接有环境控制模块、报警模块和检修模块。

环境监测模块，用于采集电池间3内的监测数据，并将所监测数据发送给智能控制系统4，其中，监测数据包括：温度、湿度、气压、氧气浓度、异常气体浓度；异常气体包括：氢气、一氧化碳。

环境控制模块，用于给锂电池创造一个低氧适温的使用环境，根据智能控制系统4发送启停指令控制制氮装置，制冷装置和电磁阀。

报警模块，用于电池间3发生危险时向工作人员报警。

检修模块，用于紧急情况下，需要人员进入电池间3时，完成的通风换气，将氧气浓度恢复至正常状态。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述电池柜3-1内设有集成的BMS系统，所述BMS系统通过RS485与所述智能控制系统4进行通信。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述环境控制模块与所述智能控制系统4之间设有继电器，所述环境控制模块设有制冷装置、制氮装置和电磁阀1-2，所述制氮间2从内到外依次连通有氮气储存罐2-1、制氮机2-2、三级过滤器2-3、冷干机2-4、空气储存罐2-5和空气压缩机2-6，所述氮气储存罐2-1通过出气管道伸入所述电池间3内。

继电器，用于通过智能控制系统4控制制冷装置和制氮设备的启停。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述分隔板1-1上设有与所述制氮间2和电池间3连通的密封门。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述电磁阀1-2安装在电池间3的一侧，所述电磁阀1-2与所述智能控制系统4连接。电磁阀用于维持电池间3内的压强，智能控制系统4根据气压传感数值控制电磁阀的开合，从而维持电池间3压强稳定。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述电池柜3-1的前方及上方分别设有氧浓度传感器和异常气体监测传感器，所述电池柜3-1的外周分布式放置有若干个温湿度传感器和气压传感器。

温湿度传感器，用于实时监测锂电池所处的环境温度和湿度；

氧浓度传感器，用于实时监测锂电池所处的环境的氧气浓度；

气压传感器，用于实时监测锂电池所处的环境的压强；

异常气体监测传感器，用于实时监测锂电池热失控所散发出来的气体。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述制冷装置采用空调机3-2，所述电池柜3-1正上方设有固定安装在所述电池间3上的空调机3-2，所述空调机3-2与所述智能控制系统4连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述报警模块采用声光报警器和通讯报警器，所述声光报警器固定安装在所述设备间1的外侧。电池间3的密闭门上有禁止入内提示灯，电池间3氧气浓度低于人体承受值时，亮起红色禁止入内指示灯，采用通讯模块，向中控室工作人员发送短信报警和电话报警。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述检修模块采用可封闭的排风扇，所述排风扇的进气口位于所述电池间3的上方，所述排风扇的出气口位于所述电池间3的下方。进气口和出气口应与外界空气环境相通，并且进气口和出气口不能在气体气压传感器内形成自环路，在正常情况下密闭装置闭合，排风扇关闭；紧急情况下，密闭装置开启，排风扇开启。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述智能控制系统4采用工业PLC或嵌入式系统，所述智能控制系统4的中央处理器采用西门子控制器，电源模块采用24V直流电源模块，智能控制系统4上还设有输入输出IO和通讯接口模块。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

根据本实用新型所述的一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，包括环境监测模块、环境控制模块、报警模块、检修模块和智能控制系统。

设备间1为密闭空间，要求气密性好，设备间还应设置若干大小不同的孔径，用于进气排气以及线缆的铺设，施工完成后应对设备间进行气密性测试，保证设备间气密性良好。

环境监测模块，温湿度传感器分布在电池柜3-1的表面和内部，主要用来监测锂电池温度；氧浓度传感器用来监测电池间3内氧气的含量；异常气体探测器用来电池间3内热失控初期释放的气体，这些气体对于评判锂电池热失控具有重要意义；气压传感器用来监测电池间3的空气压力，通过电磁阀维持密闭空间压力为大气压。

检修模块包括设备间1的外侧安装的安全指示灯，安全指示灯为绿色。当电池间3内氧浓度低于人体的承受能力时，安全指示灯为红色，提示禁止入内。

排风换气装置配有可控的密闭装置，一般情况下，排风换气装置处于密闭状态。当密闭空间内设备需要检修时，控制智能控制系统打开排风换气装置，迅速将密闭环境中的氧含量提升至16%以上。

制氮机2-2通过设置在设备间上方的孔径排入纯净的氮气，通过电磁阀1-2来维持电池间3的气压平衡，制氮机2-2放置在空气流动的环境中。

智能控制系统4可选择工业PLC或嵌入式系统作为控制核心，通过软件编程，实现每个传感器数据的获取及相关设备的控制；智能控制系统除了上述传感器接口外，还具有丰富的接口以及支持主流通信协议，方便后续扩展功能。

智能控制系统通过对传感器数据的分析处理，可根据实际需求，划分为几个防护等级。不同防护等级下，执行不同的工作，防护等级达到设定等级时会触发报警器报警，通过防护等级的划分，使锂电池处于一个安全的环境，同时降低系统的能耗。

其中，智能控制系统防护等级设置如下：

一级防护：电池间内的气压高于外界大气压，电磁阀开启，直到电池间内气压与外界大气压维持稳定。氧浓度若高于10%，则开启制氮机。

二级防护：电池间内温度低于0℃或高于40℃，空调机开启进行温度调节，报警模块进行报警，向消防管理员发送报警短信。

三级防护：电池柜内检测到异常气体，制氮机开启，电池柜内集成的BMS系统与智能控制系统进行通信，放空电量，向消防管理员发送报警短信，工作人员进行检修；其中，检修时开启排气扇，迅速将电池间的氧含量提升至16%以上，检修结束后重新开始充氮。

四级防护：电池间内异常气体监测数据异常、温度异常和BMS数据异常，制氮机开启，切断锂电池电源，电磁阀开启工作，报警模块进行报警，向消防管理员拨打报警电话。

具体使用时，根据本实用新型所述的基于设备间的全生命周期的锂电池低氧控温保护系统，电池间分布式放置湿度传感器，主要位于电池柜周围；氧浓度传感器位于电池柜前，异常气体监测传感器位于电池柜上方；上述传感器数据线均与智能控制系统连接，此外，BMS的数据输出端也与智能控制系统连接。

电池柜和空调置于密闭的电池间内，制氮装置放置在电池间外，通过氮气出口管道将制氮机制造的氮气通入电池间，电池间内的压强通过电磁阀来维持。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过智能控制系统采集温湿度、氧浓度、异常气体等探测传感器数据并与BMS通信，综合各种数据，在保证系统低能耗的情况下，协调控制制氮机、控温装置和报警装置，为锂电池提供一个低氧适温的使用环境。通过切断锂电池热失控的重要条件氧气，来阻止热失控的发生，避免了锂电池热失控带来的剧烈燃烧和爆炸。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，包括设备间（1）和智能控制系统（4），其特征在于，所述设备间（1）内设置有用于放置制氮装置的制氮间（2）和用于放置电池柜（3-1）的电池间（3），所述电池间（3）为密闭空间，所述制氮间（2）与所述电池间（3）之间设有分隔板（1-1），所述制氮装置的出气管道穿过所述分隔板（1-1）伸入所述电池间（3），所述电池柜（3-1）内设有与所述智能控制系统（4）连接的环境监测模块，所述智能控制系统（4）还分别连接有环境控制模块、报警模块和检修模块。

2.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述电池柜（3-1）内设有集成的BMS系统，所述BMS系统通过RS485与所述智能控制系统（4）进行通信。

3.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述环境控制模块与所述智能控制系统（4）之间设有继电器，所述环境控制模块设有制冷装置、制氮装置和电磁阀（1-2），所述制氮间（2）从内到外依次连通有氮气储存罐（2-1）、制氮机（2-2）、三级过滤器（2-3）、冷干机（2-4）、空气储存罐（2-5）和空气压缩机（2-6），所述氮气储存罐（2-1）通过出气管道伸入所述电池间（3）内。

4.根据权利要求3所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述制冷装置采用空调机（3-2），所述电池柜（3-1）正上方设有固定安装在所述电池间（3）上的空调机（3-2），所述空调机（3-2）与所述智能控制系统（4）连接。

5.根据权利要求3所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述电磁阀（1-2）安装在电池间（3）的一侧，所述电磁阀（1-2）与所述智能控制系统（4）连接。

6.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述分隔板（1-1）上设有与所述制氮间（2）和电池间（3）连通的密封门。

7.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述电池柜（3-1）的前方及上方分别设有氧浓度传感器和异常气体监测传感器，所述电池柜（3-1）的外周分布式放置有若干个温湿度传感器和气压传感器。

8.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述报警模块采用声光报警器和通讯报警器，所述声光报警器固定安装在所述设备间（1）的外侧。

9.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述检修模块采用可封闭的排风扇，所述排风扇的进气口位于所述电池间（3）的上方，所述排风扇的出气口位于所述电池间（3）的下方，所述进气口和所述出气口均与外界环境相通。

10.根据权利要求1所述的基于设备间的全生命周期锂电池低氧控温保护系统，其特征在于，所述智能控制系统（4）采用工业PLC或嵌入式系统，所述智能控制系统（4）的中央处理器采用西门子控制器，电源模块采用24V直流电源模块，所述智能控制系统（4）上还设有输入输出IO和通讯接口模块。

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