CN218448104U - 用于电池柜的相变式液冷消防联合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，属于化学电池液冷储能技术领域，包括液冷系统、消防系统以及控制调节系统；液冷系统包括低压循环桶、供液管路、回气管路；消防系统包括消防喷头，消防喷头借助消防管路连接在供液管路上；控制调节系统包括第一流量调节阀、第二流量调节阀，和电连接控制部件的模块温度传感器、消防温度传感器、消防烟雾传感器，以控制第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度。本实用新型提供的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，将电池的冷却和消防集成为一体，降低了消防系统的复杂程度；并在电池热失控前期可以有效探知风险并调节液冷系统和开启消防系统，实现短时间内控制柜内温度的效果。

Description

用于电池柜的相变式液冷消防联合系统

技术领域

本实用新型属于化学电池液冷储能技术领域，更具体地说，是涉及一种用于电池柜的相变式液冷消防联合系统。

背景技术

以锂离子电池为主的电化学储能系统是现代电力系统及智能电网的重要组成部分，也是实现可再生能源有效并网及分布式发电的重要环节。然而，锂离子电池采用沸点低、易燃的有机电解液，且材料体系热值高，在电池本体或电气设备等产生故障后，易触发电池热失控，进而演化成储能系统燃烧爆炸等事件。

目前市场主流的储能电池冷却方式多为以水为介质的冷板式液冷。以水为介质的冷板式液冷结构采用的是电池与水冷板配合，通过散热器将热量传递给冷却介质进行换热，换热方式为单面换热，热量需要通过电池模块箱体外壳、水冷板后传递到冷却介质，再由冷却介质通过散热器将热量散出，其热传递的环节多，热阻大，换热效率低，导致对散热器性能要求较高。储能电池消防目前主要为七氟丙烷、全氟己酮等气体灭火系统，其中七氟丙烷无法实现电池模组级消防，且不能防复燃；全氟己酮灭火系统需配套模组级探测、喷头及消防存储装置等来实现电池模组级消防，结构复杂。

此外，目前电池储能系统中电池冷却系统和消防系统相互独立，由两套独立的控制系统组成，导致电池管理系统控制逻辑复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，旨在将电池的冷却和消防集成为一体，解决现有技术中的消防系统复杂的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，包括：

液冷系统，包括低压循环桶、供液管路、回气管路，所述供液管路连通所述低压循环桶的出液口和电池柜内的电池模块的制冷入口；所述回气管路连通所述低压循环桶的入气口和电池柜内的电池模块的制冷出口；

消防系统，包括设于电池柜内腔的消防喷头，所述消防喷头借助消防管路连接在所述供液管路上；

控制调节系统，包括设于电池模块上的模块温度传感器、设于电池柜上部的消防温度传感器和消防烟雾传感器、设于所述供液管路上的第一流量调节阀、设于所述消防管路上的第二流量调节阀，所述模块温度传感器、所述消防温度传感器、所述消防烟雾传感器均电连接控制部件，以控制所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的开度。

作为本申请另一实施例，所述供液管路包括依次设置的主供液管、模块供液管以及供液软管；所述主供液管连接所述低压循环桶；所述模块供液管的一端连接在所述主供液管上，所述模块供液管的另一端伸入电池柜的内腔中，并借助所述供液软管与电池模块的制冷入口连接；所述第一流量调节阀设于所述模块供液管上。

作为本申请另一实施例，所述回气管路包括依次设置的主回气管、模块回气管以及回气软管；所述主回气管连接所述低压循环桶；所述模块回气管的一端连接在所述主回气管上，所述模块回气管的另一端伸入电池柜的内腔中，并借助所述回气软管与电池模块的制冷出口连接；所述模块回气管上设有回气单向阀。

作为本申请另一实施例，同一所述模块供液管上所连接的若干个所述供液软管均为并联设置；同一所述模块回气管上所连接的若干个所述回气软管均为并联设置。

作为本申请另一实施例，同一所述主供液管上的若干个模块供液管均为并联设置；同一所述主回气管上的若干个模块回气管均为并联设置。

作为本申请另一实施例，所述消防管路包括主消防管、消防均流管以及若干消防支管；所述主消防管连接在所述模块供液管上；所述消防均流管水平设置并连接所述主消防管和消防支管，用于将所述主消防管中的制冷剂均匀分散至若干个所述消防支管中；所述消防喷头设于所述消防支管上；所述第二流量调节阀设于所述主消防管上。

作为本申请另一实施例，消防支管的长度方向与电池模块的长度方向一致，所述消防支管上沿长度方向设置有多个消防喷头。

作为本申请另一实施例，所述低压循环桶连接有进液管，所述低压循环桶内纵向设置有高液位开关、中液位开关、低液位开关，所述高液位开关、所述中液位开关和所述低液位开关均电连接所述控制部件，以控制所述进液管的启闭状态。

作为本申请另一实施例，所述低液位开关用于限制所述第一流量调节阀的开启。

作为本申请另一实施例，所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀均位于电池柜的外侧。

本实用新型提供的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，将电池的冷却和消防集成为一体，降低了消防系统的复杂程度；并通过控制部件控制第一流量调节阀和第二流量调节阀的流量，可实现在电池热失控前期可以有效探知风险并调节液冷系统和开启消防系统，实现短时间内控制柜内温度，避免危险蔓延的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为本实用新型实施例提供的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电池柜内的液冷系统和消防系统的布置示意图；

图3为图2的俯视图。

图中：1、中央控制单元；2、液位控制单元；3、主消防管；4、主供液管；5、压力传感器；6、制冷剂排气管；7、低压循环桶；8、高液位开关；9、中液位开关；10、低液位开关；11、制冷剂泵；12、泵出口单向阀；13、主回气管；14、主供液管；15、电池柜温控单元；16、第一流量控制阀；17、第二流量控制阀；18、消防喷头；19、供液软管；20、模块供液管；21、柜内温湿度传感器；22、电池柜；23、模块回气管；24、模块温度传感器；25、回气软管；26、电池模块；27、回气单向阀；28、消防支管；29、消防温度传感器；30、消防均流管；31、消防烟雾传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1至图3，现对本实用新型提供的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统进行说明。所述用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，包括液冷系统、消防系统以及控制调节系统；液冷系统包括低压循环桶7、供液管路、回气管路，供液管路连通低压循环桶7的出液口和电池柜22内的电池模块26的制冷入口；回气管路连通低压循环桶7的入气口和电池柜22内的电池模块26的制冷出口；消防系统包括设于电池柜22内腔的消防喷头18，消防喷头18借助消防管路连接在供液管路上；控制调节系统包括设于供液管路上的第一流量调节阀、设于消防管路上的第二流量调节阀，和设于电池模块26上的模块温度传感器24、设于电池柜22上部的消防温度传感器29和消防烟雾传感器31，模块温度传感器24、消防温度传感器29、消防烟雾传感器31均电连接控制部件，以控制第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度。

本实用新型提供的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，与现有技术相比，储能电池系统中的液冷系统包括低压循环桶7、连通低压循环桶7和电池柜22的供液管路和回气管路，制冷剂自低压循环桶7经供液管路进入电池柜22的电池模块26中，对电池模块26进行冷却；制冷剂在和电池模块26进行换热后会吸热蒸发成气态，气态的制冷剂自电池模块26进入回气管路流回低压循环桶7；而消防系统与供液管路连接，消防系统和液冷系统共用同一种制冷剂；消防系统包括消防管路和设于消防管路的出口端的消防喷头18；当电池模块26热失控告警时，消防喷头18开启向电池模块26上喷洒制冷剂。可选的，制冷剂需选用不导电、无二次污染、清洁、低毒、电绝缘性好、灭火效率高的制冷工质，如七氟丙烷等。

消防系统中低温低压的制冷剂可在短时间吸收大量的热量并闪发成不可燃的气体，可以降低发热源的温度，还能够降低发热源所处环境内的助燃气体的相对浓度，以达到防止电池热失控的目的。

电池柜22内设置有多个电池模块26，在每个池模块上都设置有模块温度传感器24，以测定每个电池模块26的实时温度；在电池柜22的上部还设有消防温度传感器29和消防烟雾传感器31。在电池模块26工作时，如电池模块26发生热失控，电池模块26的温度升高会使电池柜22内的空气的温度升高，甚至在电池模块26热失控冒烟或燃烧时，电池模块26产生的烟雾会向上流动，被消防烟雾传感器31探测到。

当模块温度传感器24、消防温度传感器29以及消防延误传感器探测到电池柜22内的电池模块26出现热失控时，控制部件将接收到上述传感器所传递的信号，并实现对第一流量调节阀和第二流量调节阀的开度调节，通过调节液冷系统的流量和开启消防喷头18，对电池模块26进行降温和控制。可选的，控制部件为集温控和液位控制为一体的控制仪，如HUEFLOW智能多回路测控仪，可实现对温度、压力、液位等多项数据显示通讯和控制。

本实用新型提供的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，将电池的冷却和消防集成为一体，降低了消防系统的复杂程度；并通过控制部件控制第一流量调节阀和第二流量调节阀的流量，可实现在电池热失控前期可以有效探知风险并调节液冷系统和开启消防系统，实现短时间内控制柜内温度，避免危险蔓延的效果。

可选的，电池模块26包括液冷底板、模块外壳、电池单体；模块外壳固定在液冷底板上形成抽屉结构，电池单体位于抽屉结构的内部。液冷底板上设置有制冷入口和制冷出口，在液冷底板内部设置有弯曲的工质流道，制冷剂自制冷入口进入液冷底板内部的工质流道并沿着工质流道流至制冷出口；在工质流道内的制冷剂借助液冷底板与电池单体进行换热。

另一实施例中，电池柜22为浸没式液冷电池柜22，电池柜22内包括多个电池模块26，电池模块26包括填充有调温绝缘液的模块箱和位于电池箱内并浸没在调温绝缘液中的电池单体。模块箱上开设有制冷入口和制冷出口。制冷剂自制冷入口进入模块箱内并从制冷出口排出，制冷剂在模块箱内浸没电池单体并在流动过程中与电池单体进行换热。

可选的，电池柜22内设置有柜内温湿度传感器21，柜内温湿度传感器21与控制部件连接。

在一些可能的实施例中，请参阅图1，供液管路包括依次设置的主供液管144、模块供液管20以及供液软管19；主供液管144连接低压循环桶7；模块供液管20的一端连接在主供液管144上，模块供液管20的另一端伸入电池柜22的内腔中，并借助供液软管19与电池模块26的制冷入口连接；第一流量调节阀设于模块供液管20上。

回气管路包括依次设置的主回气管13、模块回气管23以及回气软管25；主回气管13连接所述低压循环桶7；所述模块回气管23的一端连接在所述主回气管13上，所述模块回气管23的另一端伸入电池柜22的内腔中，并借助所述回气软管25与电池模块26的制冷出口连接；所述模块回气管23上设有回气单向阀27。

在主供液管144上设置有制冷剂泵11和泵出口单向阀12，用于将低压循环桶7内的制冷剂泵11出。

常规的一组电池柜22包括多个电池柜22，该组电池柜22共用一个液冷系统。每个电池柜22均设有与之对应的模块供液管20和模块回气管23；模块供液管20和模块回气管23均伸入电池柜22的内部，在模块供液管20上间隔连接有多个供液软管19，每个供液软管19对应一个电池模块26，用于将模块供液管20内的制冷剂输送至电池模块26的制冷入口。对应的，每个电池模块26的制冷出口均连接有一个回气软管25，回气软管25连接在模块回气管23上，用于将每个电池模块26中的气态制冷剂输送至模块回气管23上，再由模块回气管23输送至主回气管13内，接着输送至低压循环桶7内。

可选的，当选用浸没式液冷电池柜22时，为保证电池模块26内的气体的回收，可将制冷入口设于模块箱的下端，制冷出口设于模块箱的上端。

每个电池柜22内的多个电池模块26的制冷管路借助供液软管19和回气软管25并联在模块供液管20和模块回气管23上。每组电池柜22的多个电池柜22的制冷管路借助模块供液管20和模块回气管23并联在主供液管144和主回气管13上。多个电池柜22的制冷管路并联设置，当其中有电池柜22出现故障时，可通过关闭对应模块供液管20路上的第一流量调节阀来切断该条制冷管路，不会影响到其他电池柜22的正常制冷。

由于电池柜22内多个电池模块26中存在故障的话，需要开启电池柜22进行维护和更换，因此，单个电池柜22仅需要在模块供液管20上设置第一流量调节阀即可，不需在连通单个电池模块26的供液软管19上的设置阀门。同理，在模块回气管23上设置有回气单向阀27，避免气态的制冷剂反向流动。

在一些可能的实施例中，请参阅图1至图3，消防管路包括主消防管3、消防均流管30以及若干消防支管28；主消防管3连接在模块供液管20上；消防均流管30水平设置并连接主消防管3和消防支管28，用于将主消防管3中的制冷剂均匀分散至若干个消防支管28中；消防喷头18设于消防支管28上；第二流量调节阀设于主消防管3上。

每组电池柜22内的多个电池柜22的消防管路均是并联设置，即每个电池柜22的消防管路均可单独控制。可根据单个电池柜22内的热失控情况开单个开启。

主消防管3连接在主供液管144或模块供液管20的第一流量调节阀的前方；主消防管3上设置第二流量调节阀，即主消防管3内的制冷剂流量和模块供液管20内的制冷剂流量单独控制。

电池模块26的横向面积较大，需要多个消防喷头18才能覆盖整个电池模块26的上方；消防喷头18安装在消防支管28上，消防支管28借助消防均流管30连接在主消防管3上。

主消防管3内的制冷剂借助三通连接件进入水平设置的消防均流管30内，并通过消防均流管30进入电池柜22内的若干个消防支管28内；最后由消防支管28上的消防喷头18喷出。

为提高消防效果，消防支管28水平设置，消防支管28上均匀间隔设置有多个消防喷头18，相邻两个消防喷头18的覆盖范围具有重叠区域。每个消防支管28的覆盖的长度大于电池模块26的长度；多个消防支管28间隔设置在消防均流管30上，形成矩形的覆盖范围，该矩形的覆盖范围的面积大于电池模块26的上端面的面积。

可选的，消防支管28垂直于消防均流管30。消防支管28的中部借助三通连接件或四通连接件连接在消防均流管30上。

在一些可能的实施例中，请参阅图1，低压循环桶7连接有进液管，低压循环桶7内纵向设置有高液位开关8、中液位开关9、低液位开关10，高液位开关8、中液位开关9和低液位开关10均电连接控制部件，以控制进液管的启闭状态。

液冷系统在运行时会出现需要补液的现象。因此在低压循环桶7的下端连接有进液管，用于向低压循环桶7内补充低压低温的液态制冷剂。在低压循环桶7内自上而下依次设置有高液位开关8、中液位开关9以及低液位开关10，上述三个液位开关均与控制部件连接，用于向控制部件传递液位信号。

低压循环桶7内的液面需维持在高液位开关8的下方；在制冷运行中为保证有足够多的低温低压制冷剂作为消防使用，需要保证低压循环桶7内的液面位于高液位开关8和中液位开关9之间；当低压循环桶7内的制冷剂的液面位于低液位开关10时，控制部件控制制冷剂泵11停止工作，同时控制进液管向低压循环桶7内输送制冷剂。此外，低压循环桶7还连接有制冷剂排气管6，将气态制冷剂输送至压缩机内。

控制调节系统中包括中央控制单元1、液位控制单元2和电池柜温控单元15，其中液位控制单元2与上述三个液位开关电连接，用于接收低压循环桶7内的液位信号并控制进液管的进液状态。液位控制单元2还连接有低压循环桶7上的压力传感器5。电池柜温控单元15电连接电池模块26上的模块温度传感器24、设于电池柜22上部的消防温度传感器29和消防烟雾传感器31、以及设于电池柜22内部的柜内温湿度传感器21，并控制第一流量调节阀和第二流量调节阀的开启状态以及开度大小。中央控制单元1连接液位控制单元2和电池柜温控单元15，以统一调节液位控制单元2和电池柜温控单元15。

可选的，第一流量调节阀、第二流量调节阀以及回气单向阀27均设于电池柜22的外侧，当某个电池柜22内的电池模块26发生热失控时，不会影响到上述阀门的工作，从而保证了其他电池柜22的液冷系统和消防系统的安全运行。

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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，包括：

液冷系统，包括低压循环桶、供液管路、回气管路，所述供液管路连通所述低压循环桶的出液口和电池柜内的电池模块的制冷入口；所述回气管路连通所述低压循环桶的入气口和电池柜内的电池模块的制冷出口；

消防系统，包括设于电池柜内腔的消防喷头，所述消防喷头借助消防管路连接在所述供液管路上；

控制调节系统，包括设于电池模块上的模块温度传感器、设于电池柜上部的消防温度传感器和消防烟雾传感器、设于所述供液管路上的第一流量调节阀、设于所述消防管路上的第二流量调节阀，所述模块温度传感器、所述消防温度传感器、所述消防烟雾传感器均电连接控制部件，以控制所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀的开度。

2.如权利要求1所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，所述供液管路包括依次设置的主供液管、模块供液管以及供液软管；所述主供液管连接所述低压循环桶；所述模块供液管的一端连接在所述主供液管上，所述模块供液管的另一端伸入电池柜的内腔中，并借助所述供液软管与电池模块的制冷入口连接；所述第一流量调节阀设于所述模块供液管上。

3.如权利要求2所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，所述回气管路包括依次设置的主回气管、模块回气管以及回气软管；所述主回气管连接所述低压循环桶；所述模块回气管的一端连接在所述主回气管上，所述模块回气管的另一端伸入电池柜的内腔中，并借助所述回气软管与电池模块的制冷出口连接；所述模块回气管上设有回气单向阀。

4.如权利要求3所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，同一所述模块供液管上所连接的若干个所述供液软管均为并联设置；同一所述模块回气管上所连接的若干个所述回气软管均为并联设置。

5.如权利要求3所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，同一所述主供液管上的若干个模块供液管均为并联设置；同一所述主回气管上的若干个模块回气管均为并联设置。

6.如权利要求2所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，所述消防管路包括主消防管、消防均流管以及若干消防支管；所述主消防管连接在所述模块供液管上；所述消防均流管水平设置并连接所述主消防管和消防支管，用于将所述主消防管中的制冷剂均匀分散至若干个所述消防支管中；所述消防喷头设于所述消防支管上；所述第二流量调节阀设于所述主消防管上。

7.如权利要求6所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，消防支管的长度方向与电池模块的长度方向一致，所述消防支管上沿长度方向设置有多个消防喷头。

8.如权利要求1所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，所述低压循环桶连接有进液管，所述低压循环桶内纵向设置有高液位开关、中液位开关、低液位开关，所述高液位开关、所述中液位开关和所述低液位开关均电连接所述控制部件，以控制所述进液管的启闭状态。

9.如权利要求8所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，所述低液位开关用于限制所述第一流量调节阀的开启。

10.如权利要求8所述的用于电池柜的相变式液冷消防联合系统，其特征在于，所述第一流量调节阀和所述第二流量调节阀均位于电池柜的外侧。

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