CN219440501U - 一种储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种储能系统，主要解决现有储能系统维护成本较高的问题。该储能系统包括箱体、热失控烟气处理装置和多个电池，多个电池设置在箱体内；热失控烟气处理装置包括吸附单元、过流单元、触发单元和点火单元；吸附单元包括N个依次串联的吸附罐；过流单元包括多个泄压管和汇流管，多个泄压管的进口分别与多个电池的泄压口一一对应连接，出口与汇流管连接，汇流管的出口与第1个吸附罐的进口连通；触发单元用于电池发生热失控时启动点火单元；点火单元设置在箱体外，并与第N个吸附罐的出口连接。以上热失控烟气处理装置能对储能系统中发生热失控的电池进行处理，避免影响整个储能系统。

Description

一种储能系统

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体涉及一种储能系统。

背景技术

随着太阳能、风能等新能源的发展，储能技术也随之发展，由于锂电池具有能量高、使用寿命长、额定电压高、具备高功率承受力、自放电率低等优点，逐渐成为储能的主流产品。锂电池储能系统的大规模应用，有效提升了可再生能源的利用率，对于保障电网安全稳定运行做出了突出贡献。

随着锂电池储能系统规模应用，其火灾危险性也逐渐显现，由于储能系统的电池组高度聚集，在电池过充过放、过热、机械碰撞等因素影响下，容易引起电池隔膜崩溃和内部短路，从而导致热失控，可能最终导致电池内部着火，严重时引发爆炸，造成安全隐患。

目前，锂电池储能系统采用消防装置来杜绝以上安全隐患的发生，当出现热失控现象时，通过消防装置来降低储能系统中电池的温度和实现灭火，从而解决电池的热失控。例如，CN216497209U公开了一种集装箱储能系统的消防装置，CN217391443U公开了一种储能电站的消防系统，CN217548833U公开了一种隔热与喷雾组合的储能电池消防装置，以上储能系统中均通过消防装置中的水或灭火剂在电池发生热失控时对其进行灭火或降温。使用消防装置虽然可靠性高，但储能系统中的电池遇到水或灭火剂后可能会损坏，严重时导致整个储能系统报废。

发明内容

为解决现有电池储能系统采用水或灭火剂进行消防时可能会会损坏电池，严重时可能导致整个储能系统报废的问题，本实用新型提供一种储能系统。该系统中的热失控烟气处理装置能够对只发生热失控的电池进行处理，避免对未发生热失控的电池产生损坏，确保了储能系统的安全性。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型提供的储能系统包括箱体、热失控烟气处理装置和多个电池，多个电池设置在箱体内；所述热失控烟气处理装置包括吸附单元、过流单元、触发单元和点火单元；所述吸附单元包括N个依次串联的吸附罐,每个吸附罐内填充有吸附介质，用于对热失控烟气进行吸附处理，N为大于等于1的整数；所述过流单元包括多个泄压管和汇流管，多个泄压管的进口分别与多个电池的泄压口一一对应连接，出口均与汇流管连接，所述汇流管的出口与第1个吸附罐的进口连通；所述触发单元用于电池热失控时启动点火单元；所述点火单元设置在箱体外，并与第N个吸附罐的出口连接，用于将吸附处理后残留的热失控烟气在箱体外进行点燃处理。以上热失控烟气处理装置能对储能系统中发生热失控电池进行处理，对未发生热失控的电池不产生影响，进而解决现有电池储能系统采用水或灭火剂进行消防时可能会会损坏电池，严重时可能导致整个储能系统报废的问题。

吸附过程与压力有关。压力高，吸附进行得快。当压力升高时，吸附现象开始显著。所以憋压后，被吸附的物质就会吸附于吸附剂表面。基于此，可在第N个吸附罐的出口管路上设置压力阀，该压力阀设置有打开阈值，在未打开时，对吸附单元中的热失控烟气进行憋压，增加吸附单元的吸附效果，当热失控烟气的压力超过阈值时，压力阀打开，热失控烟气进入后续的点火单元进行点火处理。更进一步的，将吸附罐的进口设置在吸附罐的顶端，出口设置在吸附罐的底端。同时，吸附罐设置为承压罐体，优选为耐压较好的圆形罐体，该罐体能够承受比较大的压力，从而增加吸附效果。

多个吸附罐通过软管依次串联，使得多个吸附罐可进行不同位置和方向的排布，满足箱体内或箱体外各器件的合理布置。

为同时满足吸附效果和成本的要求，吸附介质优选为活性炭、分子筛或氧化铝，相对于石墨、蒙脱石、硅酸盐、磷酸盐、多孔玻璃等吸附材料，活性炭、分子筛或氧化铝等吸附介质的使用，使得整个储能系统的成本进一步降低。

上述热失控烟气处理装置还包括冷却单元，该冷却单元包括M个冷却罐和至少一个回流罐，M个冷却罐依次串联，第1个冷却罐的进口与汇流管的出口连通，第M个冷却罐的出口或第M个冷却罐所连接的回流罐的出口与第1个吸附罐的进口连通，每个冷却罐内设置有冷却介质，M为大于等于1的整数；热失控烟气经过冷却罐后可以充分降低温度，从而有助于提高后方吸附罐对热失控烟气的吸附量，使得吸附罐的吸附处理更加彻底。所述回流罐设置在至少一个冷却罐的出口处，且回流罐的安装高度低于冷却罐出口的高度，该回流罐能够将热失控烟气冷凝后的液态介质进行收集，由于该液态介质中主要物质为液态的电解液，将其收集后，可防止高温热失控烟气中的电解液经过冷却液化后，又被新的高温烟气汽化而重新带入烟气通道，将其收集后使得吸附剂所要处理的介质变少，也避免电解液后续在点火单元点燃处理时使得火焰更大。

为进一步提高储能系统的安全性，可在汇流管的出口处增加感应单元，该感应单元能够在电池发生热失控时发送输出信号给电池管理系统(BMS)，电池管理系统控制箱体内的电池停止充放电，进一步保证整个系统的安全性。

可将上述冷却单元、吸附单元设置在箱体外，避免箱体内热量对热失控烟气的冷却、吸附处理产生影响，同时，将上述部件设置在箱体外，可便于各器件的布置和安装，同时便于集成化，此外，还可大幅提升箱体内部的空间利用率，进而可提高储能系统的容量。

为进一步进行集成化安装，上述冷却单元、吸附单元可设置在集成柜内，所述点火单元设置在集成柜外部，集成柜设置在箱体侧壁上。集成柜的设置，不仅使得冷却单元、吸附单元的集成化程度进一步提高，还可以提高冷却单元、吸附单元的防护等级，从而提高各单元的使用寿命。

为实现残余热失控烟气的可靠处理，上述点火单元包括排气管和点火器；所述排气管的进口与第N个吸附罐的出口连通，所述触发单元设置在排气管上，所述点火器设置在排气管的出口端，用于点燃排气管排出的热失控烟气，上述点火器优选为脉冲点火器，此外，还可在排气管上设置有阻火器，阻火器优选为管道阻火器，用于防止火焰通过排气管向下传输，对触发单元等器件产生损坏。

和现有技术相比，本实用新型技术方案具有如下优点：

本实用新型储能系统中的热失控烟气处理装置能够对整个储能系统的电池进行安全性防护，当系统中个别电池发生热失控时，可对发生热失控的电池进行处理，将热失控电池产生的热失控烟气通过泄压管排出，阻止其热扩散，可避免个别电池热失控时因热扩散而造成其他电池甚至整个储能系统失控爆炸的情况发生，同时，还可避免高温高压气体在有限空间聚集而产生危险，从而将储能系统的损失减少到最小，减少用户的损失。此外，热失控烟气处理装置中的吸附单元和点火单元能够对热失控电池的烟气进行彻底和及时处理，避免热失控烟气在箱体周围聚集，产生二次爆炸，进一步提高了整个储能系统的安全性。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

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1中储能系统示意图；

图2为本实用新型实施例1中吸附罐的结构示意图；

图3为本实用新型实施例1中点火单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例2中储能系统示意图；

图5为本实用新型实施例2中吸附罐、冷却罐和点火器排布的示意图；

图6为本实用新型实施例3中储能系统的示意图。

附图标记：1-箱体，2-过流单元，3-吸附单元，4-触发单元，5-点火单元，6-冷却单元，7-感应单元，8-压力阀，9-集成柜，10-电池，21-泄压管，22-汇流管，31-吸附罐，32-多孔板，33-连接杆，34-进口，35-出口，51-排气管，52-点火器，53-阻火器，61-冷却罐，62-回流罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本实用新型的技术原理，目的并不是用来限制本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例提供的储能系统包括箱体1、热失控烟气处理装置和多个电池10，多个电池10在箱体1内并联、串联或串并联；热失控烟气处理装置包括吸附单元3、过流单元2、触发单元4和点火单元5；过流单元2包括多个泄压管21和汇流管22，多个泄压管21的进口分别与多个电池10壳体上的泄压口一一对应连接，出口均与汇流管22连接，该汇流管的数量可为一个或多个，具体根据实际情况布置设定，例如，箱体1内设置有60个电池10，可将10个电池的泄压管21均与一个汇流管22连接，随后将6个汇流管22连接至另一个管径较大的汇流管22上，该管径较大的汇流管22与吸附单元3连接，或者，60个电池10的泄压管21全部与一个汇流管22连接，该汇流管22的出口与吸附单元3的进口连接等等。

上述吸附单元3包括N个依次串联的吸附罐31,其中，第1个吸附罐31的进口与汇流管22连通，每个吸附罐31内填充有吸附介质，用于对热失控烟气进行吸附处理；触发单元4用于电池10发生热失控时启动点火单元5；点火单元5设置在箱体1外，并与第N个吸附罐31的出口连接，用于将吸附处理后残留的热失控烟气在箱体1外进行点燃处理。

在本实施例中，相邻的吸附罐31可通过软管串联，使得多个吸附罐31可进行不同的排布，例如，可排布为一列或排布为两列，使得箱体1内或箱体1外各器件的设置更加合理。同时，多个吸附罐31的串联，使得热失控烟气通过的行程较长，对热失控烟气的吸附处理更加彻底。

如图2所示，上述吸附罐31具体可采用圆形桶体制作，该圆形桶体的两端可通过圆形端盖(图2中未显示)进行密封，圆形端盖可通过法兰与圆形桶体连接，或者，圆形端盖可焊接在圆形桶体的两端。上述吸附罐31内设置有2个多孔板32，2个多孔板32通过两端设有螺纹的连接杆33轴向连接，即连接杆33的两端分别穿过多孔板32，并通过螺母固定,相邻的两个多孔板32与吸附罐31内壁形成吸附腔，吸附介质填充在吸附腔内，吸附介质优选采用吸附性能较好和成本较低的活性炭、分子筛或氧化铝等。

为减少对环境的污染，需对吸附后剩余的热失控烟气进行点燃，即在吸附单元3后设置点火单元5，点火单元5的数量可根据储能系统中电池10的数量和需求进行设置，可设置为1个、2个、3个或4个等多个，设置为2个及以上可保证点燃的可靠性，当某一个点火单元5失效或发生故障时，其他点火单元5能够正常进行工作。单个点火单元5具体包括排气管51和点火器52，排气管51的进口与最后一个吸附罐31的出口连通，点火器52设置在排气管51的出口端，用于点燃排气管51排出的热失控烟气。上述排气管51上还可设置阻火器53，该阻火器53防止火焰向下传输，具体可为单向阀或管道阻火器等，管道阻火器内设置有被压实的滤网。此外，还可在排气管51的顶端设置防雨盖，防止外部的杂质或水进入排气管51。

上述点火器52结构可为多种，例如具体可采用现有的电弧式点火器或电阻丝点火器等，电弧式点火器具体可采用脉冲点火器，点火器的供电方式可根据现场环境采用干电池或交流电。若采用电弧式点火器，电弧式点火器安装在排气管51顶端，当触发单元4探测到排气管51内有热失控烟气时反馈信号到电弧式点火器的控制电路板，控制电路板接通干电池10与升压线圈，升压线圈对电压进行升高后，电弧式点火器中距离很近的电弧发生头间的空气被电离形成电弧，引燃残余的热失控烟气。若采用电阻丝点火器，电阻丝点火器安装在排气管51顶端，当触发单元4探测到排气管51内有热失控烟气时给出信号到电阻丝点火器，电阻丝点火器的电阻丝急速加热到达气体的可燃温度，随后点燃残余的热失控烟气。

本实施例中的触发单元4可为不同结构的传感器，只要能够在电池发生热失控时发出信号即可，即在电池10热失控时对温度、压力或气体体积分数等参数进行实时检测，当超过设定阈值时即可发出信号，该信号可为电信号或机械信号等。具体的，上述传感器可为压力传感器、气体传感器或温度传感器中的至少一种，压力传感器、气体传感器可设置在汇流管出口处或排气管内，温度传感器具体可设置在汇流管出口处或电池壳体上。压力传感器具体可为磁力开关等。

实施例2

如图2至图5所示，本实施例提供的储能系统包括箱体1、热失控烟气处理装置和多个电池10，多个电池10并联、串联或串并联设置在箱体1内；该热失控烟气处理装置包括吸附单元3、过流单元2、触发单元4和点火单元5；与实施例1不同的是，该热失控烟气处理装置还包括冷却单元6，冷却单元6包括M个冷却罐61和至少一个回流罐62，M个冷却罐61依次串联，第1个冷却罐61的进口与汇流管22的出口连通，第M个冷却罐61的出口或第M个冷却罐所连接的回流罐的出口与第1个吸附罐31的进口连通，每个冷却罐61内设置有冷却介质；回流罐62设置在至少一个冷却罐61的出口处，且回流罐62的安装高度低于冷却罐61出口的高度，用于收集热失控烟气冷凝后的液态介质；热失控烟气依次通过M个冷却罐61进行冷却处理，冷却罐61内产生的液态介质回流至回流罐62内，同时残留的热失控烟气再通过N个吸附罐31进行吸附处理，最后进行点燃处理。

上述回流罐62可采用任意形状的罐体，当然也采用一些不与电解液发生反应的柔性袋结构，目的是：只要能够收集热失控烟气中的电解液小液滴即可。

上述冷却罐61可对吸附前的热失控烟气进行冷却，其主要对热失控烟气中的电解液进行冷凝，并对冷凝后的电解液进行收集，避免后续吸附部处理不充分时，电解液在点火单元5中点燃，点燃火焰过大对点火器旁边的器件产生损坏。

如图5所示，为增加吸附效果，可将吸附罐31的进口34设置在吸附罐31的顶端，出口35设置在吸附罐31的底端。同时，吸附罐31采用耐压性较好的圆形罐体。

本实施例对冷却罐61和吸附罐31的排布方式、内部结构不进行限定，只要能够满足使用需求即可，冷却罐61和吸附罐31内部的冷却介质和吸附介质可以部分填充或全部填充，以满足不同的使用要求。上述冷却介质可为陶瓷球、蜂窝陶瓷体、二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛中的一种。本实用新型系统采用物理冷却的对电池热失控时喷出的物质进行降温，这类物质降温效果较好，性质稳定，更重要的是无气体产生，因此使得的后续的吸附材料吸附时的用量及吸附负荷大大降低。

此外，本实施例中的储能系统还包括感应单元7和压力阀8；该感应单元7能够在电池10发生热失控时发送信号给电池管理系统(BMS)，电池管理系统控制箱体1内的电池停止充放电，增加整个系统的安全性。上述感应单元7的选择与触发装置可类似，具体可为压力传感器、气体传感器或温度传感器中的一种即可。此外，为进一步提高憋压效果，可在第N个吸附罐的出口管路上设置压力阀8，该压力阀8设置有阈值，在未打开时，对冷却单元6、吸附单元3中的热失控烟气进行憋压，增加吸附效果和冷却效果，当热失控烟气的压力超过阈值时，压力阀8打开，热失控烟气进入后续的点火单元5进行点燃处理。

当箱体1内的一个或多个电池10发生热失控而导致泄压口打开，电池10内部的高温物质会通过泄压口进入泄压管21，随后通过汇流管22进入冷却罐61中进行冷却对其降温，使得高温物质中的部分固体颗粒以及气化的电解液重新冷凝，经过冷却罐61的各种物质降温后进入吸附罐31，并通过吸附罐31中的吸附介质对剩余的液体以及大部分可燃气体进行吸附，没有被吸附的气体在排气管外侧实现点燃，从而实现对单个电池10的热失控的处理，避免已热失控的电池10对其它安全的电池10产生影响，同时避免了单个电池10因为热失控导致整个储能系统的爆炸、着火等二次灾害。

本实施例中的热失控烟气处理装置的吸附单元和点火单元能够对热失控电池的烟气进行彻底和及时处理，避免热失控烟气在箱体周围聚集，产生二次爆炸，进一步提高了整个储能系统的安全性。

实施例3

如图6所示，本实施例提供的储能系统包括箱体1、热失控烟气处理装置和多个电池10；热失控烟气处理装置包括吸附单元3、过流单元2、触发单元4、点火单元5和冷却单元6；多个电池10设置在箱体1内并联、串联或者串并联，多个电池10的泄压口通过泄压管21与汇流管22连通，汇流管22与第1个冷却罐61的进口连通。

与实施例2不同的是，本实施例中的冷却单元6、吸附单元3设置在箱体1外，不仅避免箱体1内热量对热失控烟气的冷却、吸附处理产生影响。还可便于各器件的布置和安装，同时便于集成化。此外，还可大幅提升箱体内部的空间利用率，进而可提高储能系统的容量。

更进一步的，将上述冷却单元6、吸附单元3设置在集成柜9内，集成柜9设置在箱体1外侧壁上，点火单元5设置在集成柜9外部，该集成柜9可以是设置在箱体外壁上的柜子，即与箱体1为分体结构，也可以是将箱体内腔体的一部分，即在箱体1内设置分隔板，将箱体内腔分为两部分，其中一部分为电池仓，另一部分为设备仓，该设备仓内放置冷却单元6、吸附单元3，点火单元5设置在设备仓的顶部。集成柜的设置，不仅使得冷却单元、吸附单元的集成化程度进一步提高，还可以提高冷却单元、吸附单元的防护等级，从而提高各单元的使用寿命。

上述热失控烟气处理装置能够对发生热失控电池的热失控烟气进行处理，热失控烟气通过泄压管21和汇流管22将高温气体排放至后续的冷却单元、吸附单元和点火单元，对热失控烟气依次进行冷却、吸附、点燃处理，该种方式不仅避免高温高压气体在有限空间聚集而发生危险，还避免热失控烟气对大气产生污染，使得电池10在存放以及充电时的安全性大幅提升。

Claims (11)

1.一种储能系统，其特征在于，包括箱体、热失控烟气处理装置和多个电池；

多个电池设置在箱体内；

所述热失控烟气处理装置包括吸附单元、过流单元、触发单元和点火单元；

所述吸附单元包括N个依次串联的吸附罐,每个吸附罐内填充有吸附介质，用于对热失控烟气进行吸附处理，N为大于等于1的整数；

所述过流单元包括多个泄压管和汇流管，多个泄压管的进口分别与多个电池的泄压口一一对应连接，多个泄压管的出口均与汇流管连通，所述汇流管的出口与第1个吸附罐的进口连接；

所述触发单元用于电池热失控时启动点火单元；

所述点火单元设置在箱体外，并与第N个吸附罐的出口连接，用于将吸附处理后残留的热失控烟气在箱体外进行点燃处理。

2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述热失控烟气处理装置还包括压力阀；所述压力阀设置在第N个吸附罐的出口管路上，用于对吸附单元中的热失控烟气进行憋压。

3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述吸附罐的进口设置在吸附罐的顶端，出口设置在吸附罐的底端。

4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，多个吸附罐通过软管依次串联，且吸附罐采用承压罐体。

5.根据权利要求4所述的储能系统，其特征在于，所述吸附介质为活性炭、分子筛或氧化铝。

6.根据权利要求1至5任一所述的储能系统，其特征在于，所述热失控烟气处理装置还包括冷却单元；所述冷却单元包括M个冷却罐和至少一个回流罐，M个冷却罐依次串联，第1个冷却罐的进口与汇流管的出口连通，第M个冷却罐的出口或第M个冷却罐所连接的回流罐的出口与第1个吸附罐的进口连通，每个冷却罐内设置有冷却介质，M为大于等于1的整数；所述回流罐设置在至少一个冷却罐的出口处，且回流罐的安装高度低于冷却罐出口的高度。

7.根据权利要求6所述的储能系统，其特征在于，所述热失控烟气处理装置还包括感应单元；所述感应单元设置在汇流管的出口处，用于在电池热失控时输出信号给电池管理系统。

8.根据权利要求7所述的储能系统，其特征在于：所述冷却单元、吸附单元设置在箱体外。

9.根据权利要求8所述的储能系统，其特征在于，所述冷却单元、吸附单元设置在集成柜内，所述点火单元设置在集成柜外，所述集成柜设置在箱体侧壁上。

10.根据权利要求9所述的储能系统，其特征在于，所述点火单元包括排气管和点火器；所述排气管的进口与第N个吸附罐的出口连通，所述触发单元设置在排气管上，所述点火器设置在排气管的出口端，用于点燃排气管排出的热失控烟气。

11.根据权利要求10所述的储能系统，其特征在于，所述点火器为脉冲点火器，所述排气管上还设置有阻火器，所述阻火器为管道阻火器。