CN214254518U - 一种电池储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了锂电池安全技术领域的一种电池储能系统，包括：一个集装箱，侧边设有箱门；若干个电池柜，设于所述集装箱内；若干个电池组，分别设于各所述电池柜内；一个控制柜，与各所述电池组连接，并设于所述集装箱内；一个储能变流器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；一个汇流柜，分别与所述电池柜、控制柜以及储能变流器连接，并设于所述集装箱内；一个液冷机组，与所述控制柜连接；一套液冷管，两端分别与所述液冷机组的输入端以及输出端连通，并环绕各所述电池组；一个消防模块，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；一个传感器组，与所述控制柜连接。本实用新型的优点在于：极大的提升了电池使用的安全性和多环境适用性。

Description

一种电池储能系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池安全技术领域，特别指一种电池储能系统。

背景技术

电池储能系统作为电网侧的“充电宝”，可以为电网运行提供调峰、需求响应等多种服务，有效实现电网削峰填谷，缓解高峰供电压力，为电网安全稳定运行提供新的途径。

随着近年来新能源发电需求的增加，对应配套的电池储能系统也持续增加，同时增加的是电化学储能系统安全事故的发生数量，因为电化学储能系统中锂离子电池目前采用的电解液有机溶剂大多属于易燃或可燃液体，增加了其发生火灾的隐患；由于电池储能系统的市场化应用日益增加，对电池储能系统的运行功率、运行能耗及自动化智能化要求越来越高；但传统的电池储能系统采用自然冷却和风冷冷却，消防措施仅是在顶部安装喷淋管，发生火灾时统一喷淋，已无法满足当下的需求，即不能有效抑制锂离子电池的热失控，从而导致初期火灾迅速蔓延，进而演变为大规模火灾，造成重大安全事故及财产损失。

因此，如何提供一种电池储能系统，实现提升电池使用的安全性和多环境适用性，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种电池储能系统，实现提升电池使用的安全性和多环境适用性。

本实用新型是这样实现的：一种电池储能系统，包括：

一个集装箱，侧边设有若干个箱门；

若干个电池柜，设于所述集装箱内；

若干个电池组，分别设于各所述电池柜内；

一个控制柜，与各所述电池组连接，并设于所述集装箱内；

一个储能变流器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

一个汇流柜，分别与所述电池柜、控制柜以及储能变流器连接，并设于所述集装箱内；

一个液冷机组，与所述控制柜连接；

一套液冷管，两端分别与所述液冷机组的输入端以及输出端连通，并环绕各所述电池组；

一个消防模块，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

一个传感器组，与所述控制柜连接。

进一步地，所述电池组包括：

若干个磷酸铁锂电池，各所述磷酸铁锂电池间相互串并联。

进一步地，所述控制柜包括：

一个工控机，与所述液冷机组以及储能变流器连接；

一个控制器，分别与所述工控机、储能变流器、汇流柜以及电池柜连接；

一个不间断电源，与所述工控机连接。

进一步地，所述汇流柜包括：

若干个断路器，一端与所述储能变流器连接，另一端与一所述电池组连接，并与所述控制柜通信连接。

进一步地，所述消防模块包括：

若干个火探管，分别设于各所述电池组内；

一个消防控制器；

一个声光报警器，与所述消防控制器连接；

一个加压泵，与所述消防控制器连接；

一个电磁阀，与所述加压泵的输出端连通，并与所述消防控制器连接；

一个消防罐，与所述加压泵的输入端连通；

一根低熔点的消防管，与所述电磁阀连通，并设于各所述电池柜以及电池组的上端。

进一步地，所述传感器组包括：

若干个温度传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个湿度传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个水浸传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个烟雾传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个行程开关，与所述控制柜连接，并设于所述箱门上。

进一步地，还包括：

一个急停开关，与所述控制柜连接；

一个消防罐开关，与所述控制柜连接。

进一步地，还包括：

至少一个摄像头，与所述控制柜连接；

至少一台空调，与所述控制柜连接。

本实用新型的优点在于：

通过设置液冷机组以及液冷管，且液冷管环绕各电池组，即通过液冷的方式调节电池组的温度，相对于传统上的自然冷却和风冷冷却，能更有效的对电池组的温度进行控制；通过在各电池组内设置火探管，将低熔点的消防管设于各电池柜内部电池组中电芯的上端，并设置传感器组感知集装箱内的温度、湿度、烟雾，最终实现电池的多级安全防护，即利用液冷机组进行温控，利用火探管精准扑灭电芯热失控火源，避免热失控蔓延，若电芯发生热失控喷发会熔化消防管直接精准喷射灭火剂，且发生热失控时可通过传感器组及时进行二次报警，最终极大的提升了电池使用的安全性和多环境适用性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型一种电池储能系统的电路原理框图。

图2是本实用新型消防模块的电路原理框图。

图3是本实用新型传感器组的电路原理框图。

图4是本实用新型一种电池储能系统的结构示意图。

标记说明：

100-一种电池储能系统，1-集装箱，2-电池柜，3-电池组，4-控制柜，5-储能变流器，6-汇流柜，7-液冷机组，8-消防模块，9-传感器组，10-急停开关，11-消防罐开关，12-摄像头，13-空调，31-磷酸铁锂电池，41-工控机，42-控制器，43-不间断电源，61-断路器，81-消防控制器，82-声光报警器，83-加压泵，84-电磁阀，85-消防罐，86-消防管，91-温度传感器，92-湿度传感器，93-水浸传感器，94-烟雾传感器，95-行程开关。

具体实施方式

本实用新型实施例通过提供一种电池储能系统100，解决了现有技术中自然冷却和风冷冷却不能迅速降低电池温度，在顶部安装喷淋管，发生火灾时统一喷淋无法扼制小火苗，导致初期火灾迅速蔓延，进而演变为大规模火灾的技术问题，实现了极大的提升了电池使用的安全性的技术效果。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：通过设置液冷机组7以及液冷管(未图示)，且液冷管环绕各电池组3，即通过液冷的方式调节电池组3的温度；通过在各电池组3内设置火探管(未图示)，将低熔点的消防管86设于各电池柜2以及电池组3的上端，并设置传感器组9感知集装箱1内的温度、湿度、烟雾，最终实现电池的多级安全防护，以提升电池使用的安全性。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

请参照图1至图4所示，本实用新型一种电池储能系统100的较佳实施例，包括：

一个集装箱1，侧边设有若干个箱门(未图示)；

若干个电池柜2，设于所述集装箱1内，用于装载所述电池组3；

若干个电池组3，分别设于各所述电池柜2内，用于能量调配过程中的缓冲，达到削峰填谷、增容扩容的目的，缓解电网配电容量的压力；

一个控制柜4，与各所述电池组3连接，并设于所述集装箱1内，可采集所述电池组3的数据并进行控制保护；

一个储能变流器(PCS)5，与所述控制柜4连接，并设于所述集装箱1内，用于对所述电池组3进行充电、放电管理，接受所述工控机41的能量调配以及控制保护，可通过所述工控机41运行策略的控制，实现电网电量电价谷时段/平时段给所述电池组充电；平时段/峰时段利用所述电池组的电量给负载供电，节省电价，增加系统收益；

一个汇流柜6，分别与所述电池柜2、控制柜4以及储能变流器5连接，并设于所述集装箱1内，用于通断所述电池组3与储能变流器5的连接；

一个液冷机组7，与所述控制柜4连接，具有待机模式、自循环模式、加热模式、制冷模式以及自动运行模式，满足不同温度及工况的应用需求，同时自动运行模式作为在所述液冷机组7与工控机41通信中断后的运行模式，保证了所述电池储能系统100的故障安全和无通信自动应急运行；

一套液冷管(未图示)，两端分别与所述液冷机组7的输入端以及输出端连通，并环绕各所述电池组3，用于高效管理所述电池组3内部的电芯温度，防止所述电池组3温升过高，同时均衡所述电池组3内部电芯的温度差，保证电芯一致性，延长使用寿命和安全性，提高经济效益，让所述电池组3支持大倍率充放电，让所述电池储能系统100适用于恶劣环境，满足不同环境的全天候运行要求；

一个消防模块8，与所述控制柜4连接，并设于所述集装箱1内；

一个传感器组9，与所述控制柜4连接，用于监控所述集装箱1内的环境。

所述电池组3包括：

若干个磷酸铁锂电池31，各所述磷酸铁锂电池31间相互串并联。

所述控制柜4包括：

一个工控机41，与所述液冷机组7以及储能变流器5连接，用于控制所述电池储能系统100的工作，设有RS485接口(未图示)、CAN接口(未图示)、RS232接口(未图示)、USB接口(未图示)、以太网接口(未图示)等，接收所述传感器组9的感应信号并存储记录，下发控制策略实现能量分配，上传数据和状态给服务器(未图示)，并接收服务器的控制指令；

一个控制器42，分别与所述工控机41、储能变流器5、汇流柜6以及电池柜2连接；

一个不间断电源(UPS)43，与所述工控机41连接，用于在电网断电后保证所述电池储能系统100的运行，继续为负载(未图示)供电。

所述汇流柜6包括：

若干个断路器61，一端与所述储能变流器5连接，另一端与一所述电池组3连接，并与所述控制柜4通信连接。

所述消防模块8包括：

若干个火探管(未图示)，分别设于各所述电池组3内，用于在所述电池组3发生热失控的瞬间，采用机械式、点对点精准扑灭，把火苗在初期阶段扑灭，有效防止热扩散导致系统性火灾；

一个消防控制器81，用于控制所述消防模块8的运行，在具体实施时，只要从现有技术中选择能实现此功能的控制器即可，并不限于何种型号，例如ST公司的STM32F103系列的MCU，且控制程序是本领域技术人员所熟知的，这是本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得的；

一个声光报警器82，与所述消防控制器81连接，用于产生火灾时发出警报；

一个加压泵83，与所述消防控制器81连接，用于将所述消防罐85内的灭火剂抽吸到消防管86内进行灭火；

一个电磁阀84，与所述加压泵83的输出端连通，并与所述消防控制器81连接，用于通断所述消防管86的通路；

一个消防罐85，与所述加压泵83的输入端连通，用于装载灭火剂；

一根低熔点的消防管86，与所述电磁阀84连通，并设于各所述电池柜2以及电池组3的上端；所述消防管86的熔点为150℃，例如高分子塑料，内部充满保护气体，设在所述电池组3的防爆阀(未图示)上端。

所述传感器组9包括：

若干个温度传感器91，与所述控制柜4连接，并设于所述集装箱1内，用于监测所述集装箱1内的温度；

若干个湿度传感器92，与所述控制柜4连接，并设于所述集装箱1内，用于监测所述集装箱1内的湿度；

若干个水浸传感器93，与所述控制柜4连接，并设于所述集装箱1内，用于监测所述集装箱1内的是否有水；

若干个烟雾传感器94，与所述控制柜4连接，并设于所述集装箱1内，用于监测所述集装箱1内的是否有烟雾；

若干个行程开关95，与所述控制柜4连接，并设于所述箱门上，用于记录所述箱门的开门次数以及时间，便于安全管控。

还包括：

一个急停开关10，与所述控制柜连接，用于紧急停止所述电池储能系统的运行；

一个消防罐开关11，与所述控制柜连接，用于紧急启动所述消防模块的运行。

还包括：

至少一个摄像头12，与所述控制柜连接；

至少一台空调13，与所述控制柜连接，设于所述集装箱1内。

本实用新型工作原理：

所述工控机41启动液冷机组7，所述液冷机组7对液冷管内的冷却液进行循环冷却，进而让所述电池组3的温度保持在预设的温度值。当某个所述电池组3发生热失控喷发，所述火探管点对点精准扑灭，把热失控在初期阶段扑灭；当热失控发送时，所述消防管86被熔化，使得所述消防管86内填充的气体被释放，所述电磁阀84感知到气压变小而导通，并传递信号到所述消防控制器81，所述消防控制器81启动加压泵83将消防罐85内的灭火剂迅速喷出进行灭火，并控制所述声光报警器82发出警报。

综上所述，本实用新型的优点在于：

通过设置液冷机组以及液冷管，且液冷管环绕各电池组，即通过液冷的方式调节电池组的温度，相对于传统上的自然冷却和风冷冷却，能更有效的对电池组的温度进行控制；通过在各电池组内设置火探管，将低熔点的消防管设于各电池柜内部电池组中电芯的上端，并设置传感器组感知集装箱内的温度、湿度、烟雾，最终实现电池的多级安全防护，即利用液冷机组进行温控，利用火探管精准扑灭电芯热失控火源，避免热失控蔓延，若电芯发生热失控喷发会熔化消防管直接精准喷射灭火剂，且发生热失控时可通过传感器组及时进行二次报警，最终极大的提升了电池使用的安全性和多环境适用性。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种电池储能系统，其特征在于：包括：

一个集装箱，侧边设有若干个箱门；

若干个电池柜，设于所述集装箱内；

若干个电池组，分别设于各所述电池柜内；

一个控制柜，与各所述电池组连接，并设于所述集装箱内；

一个储能变流器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

一个汇流柜，分别与所述电池柜、控制柜以及储能变流器连接，并设于所述集装箱内；

一个液冷机组，与所述控制柜连接；

一套液冷管，两端分别与所述液冷机组的输入端以及输出端连通，并环绕各所述电池组；

一个消防模块，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

一个传感器组，与所述控制柜连接。

2.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：所述电池组包括：

若干个磷酸铁锂电池，各所述磷酸铁锂电池间相互串并联。

3.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：所述控制柜包括：

一个工控机，与所述液冷机组以及储能变流器连接；

一个控制器，分别与所述工控机、储能变流器、汇流柜以及电池柜连接；

一个不间断电源，与所述工控机连接。

4.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：所述汇流柜包括：

若干个断路器，一端与所述储能变流器连接，另一端与一所述电池组连接，并与所述控制柜通信连接。

5.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：所述消防模块包括：

若干个火探管，分别设于各所述电池组内；

一个消防控制器；

一个声光报警器，与所述消防控制器连接；

一个加压泵，与所述消防控制器连接；

一个电磁阀，与所述加压泵的输出端连通，并与所述消防控制器连接；

一个消防罐，与所述加压泵的输入端连通；

一根低熔点的消防管，与所述电磁阀连通，并设于各所述电池柜以及电池组的上端。

6.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：所述传感器组包括：

若干个温度传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个湿度传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个水浸传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个烟雾传感器，与所述控制柜连接，并设于所述集装箱内；

若干个行程开关，与所述控制柜连接，并设于所述箱门上。

7.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：还包括：

一个急停开关，与所述控制柜连接；

一个消防罐开关，与所述控制柜连接。

8.如权利要求1所述的一种电池储能系统，其特征在于：还包括：

至少一个摄像头，与所述控制柜连接；

至少一台空调，与所述控制柜连接。

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