一种电池簇内的电池模块协同防护结构及防护方法技术

一种电池簇内的电池模块协同防护结构及防护方法，结构包括若干层在电池箱体内倾斜设置的托盘，每一层托盘上放置有一排由多个电池模块组成的电池簇，每一个电池模块的尾部均通过连接杆与电池箱体相连，电池模块头部的电池箱体上开设有符合电池模块大小的模块排出口；每一个电池模块内设置有监测装置，连接杆上均设置有控制开关；监测装置与控制开关连接处理器，处理器接收监测装置采集到的数据与设定阈值进行比较，并能发送指令使对应控制开关断开，控制开关断开后的电池模块沿托盘的斜面滑出电池箱体。本发明专利技术可以防止电池模块在热失控过程中热量与烟气在电池模块间的蔓延与扩散，实现在电池模块发生热失控的初始阶段或发展阶段初期及时处置。阶段初期及时处置。阶段初期及时处置。

【技术实现步骤摘要】
一种电池簇内的电池模块协同防护结构及防护方法


[0001]本专利技术属于锂离子储能电池安全防护
，具体涉及一种电池簇内的电池模块协同防护结构及防护方法。

技术介绍

[0002]以锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其灵活、快速的优点，已成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。特别是近些年来，锂离子电池规模效应显现，成本快速降低，在可再生能源消纳和交通电气化产业链上的作用日益重要。在全球范围内，电化学储能行业市场的规模日益扩大，商业化应用的拐点加速到来。电化学储能装机规模跨越式发展将极大推动电网高质量，对未来电网的建设和发展发挥着重要作用。
[0003]锂离子电池储能系统由大量锂离子电池组成，在锂离子电池储能系统运行过程中，由于储能系统的电滥用/热滥用和电池的老化会引发电池温度上升，从而导致电池容量衰减与寿命损耗，甚至导致热失控等故障。电池热失控后可能会引起燃烧爆炸，并快速扩散蔓延，进而造成电池模块燃烧、电池簇燃烧乃至储能系统燃烧事故。
[0004]因此，储能系统安全防护成为当今研究热点，储能系统的安全防护技术包括电池本征安全技术、模块管控技术、安全预警技术和高效消防技术。其中，安全预警技术的快速发展已实现对问题电池模块的提前预警与精准定位，随后通过风冷/液冷的方式实现对问题电池模块降温热管理或通过电池管理系统调整电压/电流。目前的高效消防技术是针对出现火灾后对储能电站或问题电池簇进行自动快速灭火降温。但是，以上防护技术无法抑制电池模块间热量与烟气扩散蔓延，同时对储能电站反复启停会大大影响电力系统稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种电池簇内的电池模块协同防护结构及防护方法，在电池模块发生热失控的初始阶段或发展阶段初期及时处理与防护，有效防止电池模块在热失控过程中热量与烟气在模块间的蔓延与扩散，不影响储能系统整体运行。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0007]第一方面，提供一种电池簇内的电池模块协同防护结构，包括若干层在电池箱体内倾斜设置的托盘，每一层托盘上放置有一排由多个电池模块组成的电池簇，每一个电池模块的尾部均通过连接杆与电池箱体相连，电池模块头部的电池箱体上开设有符合电池模块大小的模块排出口；每一个电池模块内设置有监测装置，连接杆上均设置有控制开关；监测装置与控制开关连接处理器，处理器用于接收监测装置采集到的数据，并与设定阈值进行比较，当监测装置采集到的数据超过设定阈值时，处理器发送指令使对应电池模块的连接杆上的控制开关断开，控制开关断开后，电池模块沿托盘的斜面滑出电池箱体。
[0008]作为一种优选方案，每一个电池模块内设置有抑制剂流道，通过抑制剂注入设备
向抑制剂流道注入抑制剂，制剂注入设备与处理器相连，处理器发送指令向对应电池模块内的抑制剂流道注入抑制剂。
[0009]更进一步的，抑制剂采用全氟乙酮。
[0010]作为一种优选方案，托盘的倾角设置为10
°
～20
°
，电池模块的外壳与托盘采用摩擦系数为0.3
‑
0.4的不锈钢构成。
[0011]作为一种优选方案，监测装置包括电信号测量装置、温感探测器、压力探测器和烟感探测器。
[0012]第二方面，提供一种电池簇内的电池模块协同防护方法，包括：
[0013]在电池箱体内倾斜设置若干层托盘；
[0014]将多排电池簇分别放置在托盘上，每一排电池簇由多个电池模块组成，通过带控制开关的连接杆使每一个电池模块的尾部均与电池箱体相连；
[0015]分别监测每一个电池模块的状态信号，并与设定阈值进行比较，若状态信号超过设定阈值，断开对应电池模块的连接杆上的控制开关，使对应电池模块沿托盘的斜面滑出电池箱体。
[0016]作为一种优选方案，在所述分别监测每一个电池模块的状态信号，并与设定阈值进行比较，若状态信号超过设定阈值，断开对应电池模块的连接杆上的控制开关的步骤中，所述状态信号包括电信号、烟气信号、温度信号和压力信号，若任意两种状态信号超过对应状态信号的设定阈值，断开对应电池模块的连接杆上的控制开关。
[0017]作为一种优选方案，还包括在每一个电池模块内设置抑制剂流道，当电池模块处于热失控初始阶段或发展阶段初期时，通过抑制剂注入设备向对应电池模块的抑制剂流道按设定时长注入抑制剂。
[0018]作为一种优选方案，还包括电池模块沿托盘的斜面滑出电池箱体后，重新分配剩余电池模块的工作参数。
[0019]作为一种优选方案，还包括电池模块沿托盘的斜面滑出电池箱体后，对滑出电池箱体的电池模块即时进行拆解、观测与分析，直接对储能系统中在运的锂离子电池的热失控过程进行解析。
[0020]更进一步的，在进行拆解、观测与分析的步骤中，分析包括扫描电子显微镜分析、透射电子显微镜分析、X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析与拉曼光谱分析。
[0021]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0022]通过若干层在电池箱体内倾斜设置的托盘，使每个电池模块倾斜放置，并以带有控制开关的连接杆与电池箱体相连，每一个电池模块内设置有监测装置，处理器接收监测装置采集到的数据与设定阈值进行比较，当超出设定阈值时发出故障预警，出现故障的电池模块则自动断开连接杆的控制开关，并从电池箱体中滑出。本专利技术将储能系统安全防护细化至电池模块级，可以有效防止电池模块在热失控过程中热量与烟气在电池模块间的蔓延与扩散，降低故障损失，配合新型锂离子储能电池主动安全预警技术同防护，实现在电池模块发生热失控的初始阶段或发展阶段初期及时处置，在解决故障后，仅需更换事故电池模块，维护成本低，同时不影响其他电池簇与电池簇内其他电池模块正常工作，降低储能系统波动。
[0023]进一步的，每一个电池模块内设置有抑制剂流道，根据处理器指令可以通过抑制
剂注入设备向抑制剂流道注入抑制剂，即使脱出的事故电池模块热失控加剧乃至产生射流火，也可通过抑制剂注入设备自动在电池箱外部实现单点灭火，从而高效彻底扑灭明火且不影响其他电池模块运行，节约灭火剂用量的同时提升储能系统稳定性。
[0024]进一步的，目前锂离子电池储能系统热失控的研究主要通过对电池单体/模块加热、针刺、过充过放等方式模拟储能系统中的电滥用/热滥用。由于实际储能系统中运行复杂，试验成本高，难以实现在储能系统中的原位研究。本专利技术在事故电池模块沿托盘的斜面滑出电池箱体之后，对滑出电池箱体的电池模块即时进行拆解、观测与分析，直接对储能系统中在运的锂离子电池的热失控过程进行解析。使用本专利技术结构可直接获得在储能系统中运行的电池模块热失控故障的各项数据，有利于进一步推动储能系统主动安全防护技术的发展。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请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申请的一些实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池簇内的电池模块协同防护结构，其特征在于，包括若干层在电池箱体(1)内倾斜设置的托盘(2)，每一层托盘(2)上放置有一排由多个电池模块(3)组成的电池簇，每一个电池模块(3)的尾部均通过连接杆(4)与电池箱体(1)相连，电池模块(3)头部的电池箱体(1)上开设有符合电池模块(3)大小的模块排出口(5)；每一个电池模块(3)内设置有监测装置，连接杆(4)上均设置有控制开关(6)；监测装置与控制开关(6)连接处理器，处理器用于接收监测装置采集到的数据，并与设定阈值进行比较，当监测装置采集到的数据超过设定阈值时，处理器发送指令使对应电池模块(3)的连接杆(4)上的控制开关(6)断开，控制开关(6)断开后，电池模块(3)沿托盘(2)的斜面滑出电池箱体(1)。2.根据权利要求1所述电池簇内的电池模块协同防护结构，其特征在于，每一个电池模块(3)内设置有抑制剂流道，通过抑制剂注入设备向抑制剂流道注入抑制剂，制剂注入设备与处理器相连，处理器发送指令向对应电池模块(3)内的抑制剂流道注入抑制剂。3.根据权利要求2所述电池簇内的电池模块协同防护结构，其特征在于，抑制剂采用全氟乙酮。4.根据权利要求1所述电池簇内的电池模块协同防护结构，其特征在于，托盘(2)的倾角设置为10
°
～20
°
，电池模块(3)的外壳与托盘(2)采用摩擦系数为0.3
‑
0.4的不锈钢构成。5.根据权利要求1所述电池簇内的电池模块协同防护结构，其特征在于，监测装置包括电信号测量装置、温感探测器、压力探测器和烟感探测器。6.一种电池簇内的电池模块协同防护方法，其特征在于，包括：在电池箱体(1)内倾斜设置若干层托盘(2)；将多排电池簇分别放置在托盘(2)上，每一排电池簇由多个电池模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天，高飞，汪书苹，朱新华，李肖辉，杨凯，陈浩，刘施阳，刘皓，李昌豪，李正力，张明杰，程宜风，章彬彬，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网安徽省电力有限公司电力科学研究院许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：