一种双防储能柜及其防控方法技术

本发明专利技术公开了一种双防储能柜，涉及储能柜的日常安全防护相关技术领域，所述储能柜包括储能模块、双防模块，储能模块设多个电池模组，所述电池模组从上到下依次排列；双防模块包括水箱、防高温组件和防火防爆组件，防高温组件包括防高温管路、换热件，防高温管路连接换热件和水箱；每个电池模组均配有一防火防爆组件。本发明专利技术还公开了一种防控方法，水箱内设有低温液体冷媒，防控方法包括：（1）防高温模式，储能柜内形成由水箱内的低温液体冷媒换热后的低温冷气，低温冷气流转至电池模组内进行降温处理，再通过抽气扇排出形成散热通道；（2）防火防爆模式，电池模组超过防火防爆温度时将水箱内低温液体冷媒喷入电池模组将电池单体浸泡。泡。泡。

【技术实现步骤摘要】
一种双防储能柜及其防控方法


[0001]本专利技术涉及储能柜的日常安全防护相关
，特别是涉及一种双防储能柜及其防控方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国储能产业的发展速度越来越快，不仅在大电网的发电侧、输配电侧和负荷侧起着削峰填谷、改善电能质量等重要作用，而且在用户侧微电网的分布式能源中的应用也越来越广泛，电网储能日益成为我国能源消费的重要环节，储能市场需求巨大。而锂离子电池具有高能量密度、循环寿命长、环境友好、自放电小等优点而被广泛应用于储能电站，消费电子和新能源汽车等领域。尤其在储能设备中，作为电池的首选。
[0003]储能系统中锂离子电池的消防安全一直是研究热点。锂离子电池，一方面，因其具有能量密度高、快速充放电产热量大等特点，存在很大的火灾风险和危害性，是发生火灾的主要危险源;另一方面，锂离子电池在火灾特性、消防设施的运用和管理方面都有自身的特点，与一般传统的仓库的火灾危险性不同。
[0004]锂离子通过正负极移动帮助锂离子电池完成充电、放电工作，其属于当前充电电池中性能较高品类。而锂离子电池与“锂电池”存在较大区别，“锂电池”将二氧化锰、亚硫酰氯作为正极材料，负极以锂配平，不需充电即储有电能作为电池组装完成后的特点，因电池内部短路多是由于充放电循环所形成的锂结晶形成的，通常情况下锂离子电池禁止充电，所以在消防管控上，并不能将锂离子电池与“锂电池”相提并论。锂离子电池充、放电循环作为功能过程中，其在运动中会在内部产生极为复杂的化学反应。而负极表面SEI膜具有热稳定特定，受温度限定影响达到临界点会发生热分解现象。而负极裸露多是因SEI膜造成的，其裸露面与电解液直接接触所产生的还原反应不仅剧烈还伴随可燃气体与热大量释放。当电芯温度达到190℃左右时多是由于SEI膜分解释放的热造成的，而这也是正极分解的主要原因。原子态氧在正极分解中被快速释放，高活性的原子态氧是导致电解液直接剧烈氧化分解的根源，进而导致电芯在短时间内积聚大量的热。潜在热副反应是指在温度或充电电压过高时因热量积聚使得电芯温度与压力快速上升，进而发生热失控。正极热分解量大于负极，而电芯热稳定性受不同正极材料影响，所展现的情况存在较大差异。
[0005]电池的使用，如遇掉落、挤压、撞击、过充过放导致内部的枝晶与电池生产过程中的杂质灰尘等，将恶化生成刺穿隔膜，产生微短路，电能量的释放导致温升，升温带来的电池材料化学反应又扩大了短路路径，形成了更大的短路电流，这种互相累积、互相增强的破坏，导致热失控。而外部短路因在人为操作不当而产生，由于外部短路造成电池放电电流过大，易使电芯发热，而高温则会使电芯内部的隔膜损坏，造成内部短路，因而燃烧爆炸。通常，锂离子电池出现热失控的95%源自电池的内部短路，而内短路时间进程快且时间短，往往会在50秒左右快速导致热失控，而热失控后会继而导致锂离子电池快速燃烧。锂离子电池的燃烧特性与众不同，其中燃烧激烈、热蔓延迅速、活泼金属发生猛烈反应生成产物作为基础特性，在燃烧加剧的条件下火势迅速蔓延。而在剧烈燃烧后所产生的烟尘与毒性极具
危险性，致使锂离子电池在燃烧会释放大量有毒有害气体、粉尘颗粒，严重危害人体。不仅如此，难以控制的火势极易引发爆炸，扑灭复燃可能性极大，扑救难度校大。而因锂离子电池引发的火灾应用常规物理方式仅能扑灭，无法通过关隔绝氧气与切断燃烧链的形式达到预期目标，而未能有效抑制火灾所引发的复燃问题。因而，锂离子电池引发的火灾灭火的难度远高于其他火灾性。
[0006]集成式储能柜主要包括电池柜、储能双向变流器以及控制系统、后台监控管理系统等。储能柜的核心组成部分为电池柜，其子单元为电池模块。锂离子电池虽然拥有优良的性能，但其处于过热、过充、短路等滥用条件下，电池内部会因热量积聚而发生热失控，进而引起火灾爆炸事故。由于能量密度和空间的限制，储能柜一般排布相对紧密，且无工作人员对集装箱内的工作状态进行实时监控。因此，如果电池柜内电池发生热失控引发火灾后没有及时进行灭火降温，则火灾极易在电池模块间、电池柜间甚至是储能集装箱之间传播蔓延，从而造成大规模的火灾爆炸事故，对人员和财产安全造成了极大的威胁。因此，发展适用于储能柜火灾的消防应对策略对保障储能系统的安全运行具有重大意义。
[0007]目前，国内外对锂离子电池储能柜火灾防控技术研究尚处于初始阶段，虽然很多机构进行了相关研究，但使用的都是单一的传统灭火剂及灭火系统设计方式，针对电池热失控火灾后其表面温度不低于900
°
C的情况，都不能同时实现快速扑灭明火及后期快速降温及长期抑制的火灾防控要求，达到理想的火灾防控效果，具体分析如下:（1）卤代烷(七氟丙烷等)、全氟己酮等化学气体灭火设备应用方式主要是管网式灭火系统及柜式灭火装置，通过感温、感烟或气体探测器进行火灾报警，接收到报警信号后启动装置进行灭火，其灭火机理是切断燃烧链，并无冷却和降温的效果，扑灭明火30min后降温不超过50
°
C，易复燃。
[0008]（2）惰性气体灭火设备应用方式主要是管网式灭火系统，通过感温、感烟或气体探测器进行火灾报警，接收到报警信号后启动装置进行灭火，但主要有以下不足：在灭火方面，气体灭火系统启动时会向防护区喷放大量灭火气体，引起防护区空气压力瞬间升高；在应用方面，火灾燃烧产生的热量也会使室内空气压力有所升高，喷放时火势越大，时间越长，空气压力升离值就越大，因此防护区围护结构应考虑承受内压的允许压强、泄压口与自动泄压阀；在设备方面，由于惰性气体灭火剂灭火浓度高，故在储能电站的防火设计中，设计用量大，占地面积广，且工作压力高(最高达到23.2MPa)，有发生安全隐患的风险；在冷却降温方面，高压气体的喷放降温效果很小，扑灭明火30min后降温不超过100
°
C，易复燃。
[0009]（3）干粉灭火设备应用方式主要是管网式灭火系统及悬挂式灭火装置，通过感温、感烟或气体探测器进行火灾报警，接收到报警信号后启动装置进行灭火，但由于干粉流通性能较差，所以在储能电站设计时不仅需要预留一定空间用于药剂的流通，而且由于干粉灭火剂无冷却降温作用，导致火灾扑灭后极易复燃，导致大规模的火灾失控。不仅没有降温效果，还会自体产热，加速储能电站温度的升高，导致火势进一步增大，效果非常不理想。
[0010]（4）气溶胶灭火设备应用方式主要是柜式灭火装置，靠产生化学气体烟雾进行灭火，灭火效率低，而且不仅没有降温效果，还会自体产热，加速储能电站温度的升高，导致火势进一步增大，效果
非常不理想。
[0011]（5）水喷淋灭火设备水喷淋系统技术非常成熟，且灭火后降温效果均较为理想，适用于由多个集装箱组合而成的储能系统，但其不足也很明显。在灭火介质方面，由于采用水作为灭火介质，其导电的特性在扑灭火灾后，将导致储能电站内的电池短路损坏，从而无法使用;在用量方面，若要扑灭明火并保持后期抑制，需要大量的水，其用量可能成倍于被保护对象的体积；在占地方面，由于用量较大，须在储能电站就近修建消防水池，占地面积较大。
[0012本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双防储能柜，其特征在于，包括柜体、储能模块、双防模块，所述储能模块和双防模块设于柜体内；所述储能模块包括多个电池模组，所述电池模组从上到下依次排列于柜体内，所述柜体内设有至少一列电池模组；所述双防模块包括水箱、防高温组件和防火防爆组件，所述防高温组件包括防高温管路、换热件和抽气扇，所述防高温管路连接换热件和水箱，且形成液体循环管路；所述抽气扇设有多个，每个所述电池模组布设一个抽气扇；每个所述电池模组均配有一防火防爆组件，所述防火防爆组件包括防火防爆管路、高压喷嘴，所述防火防爆管路与水箱连通，所述防火防爆管路一端连接高压喷嘴，所述高压喷嘴设于电池模组内；所述电池模组设有电池单体，所述电池模组还设置第一水位线和第二水位线，所述第一水位线的高度低于电池单体的高度；所述第二水位线的高度高于电池单体的高度；所述水箱设有制冷件，所述水箱内设有液体冷媒，所述液体冷媒含有融冰剂。2.根据权利要求1所述的双防储能柜，其特征在于，所述电池模组还包括抽屉柜，所述电池单体设有多个，多个所述电池单体串联成排布置在抽屉柜内，每个所述抽屉柜内固定设有至少两排电池单体，相邻两排电池单体之间间隔布设；所述抽屉柜的四侧壁以及底板的连接缝处做防水处理，所述抽屉柜的四侧壁的高度高于电池单体的高度。3.根据权利要求2所述的双防储能柜，其特征在于，所述换热件采用换热器和抽风扇组合且设置在柜体的顶部，所述抽气扇设置在抽屉柜的一侧壁上，所述抽屉柜与抽气扇相对的一侧壁设有通风孔；经换热器换热后的冷气通过抽风扇吹入所有抽屉柜的一侧空腔内，再流经通风孔进入抽屉柜内进行降温，通过抽气扇排出形成散热通道。4.根据权利要求3所述的双防储能柜，其特征在于，所述水箱设有出水管路和入水管路，所述防高温管路设有进水管和出水管，所述进水管与出水管路和换热器的进水口连接，所述出水管与入水管路和换热器的出水口连接。5.根据权利要求4所述的双防储能柜，其特征在于，所述防火防爆组件还包括主管道和电磁阀，所述主管道与出水管路连通，所述防火防爆管路一端通过主管道与水箱连通，另一端连接电磁阀和高压喷嘴。6.根据权利要求4所述的双防储能柜，其特征在于，所述防火防爆管路的一段贯穿抽屉柜一侧壁且电磁阀和高压喷嘴分别设置在抽屉柜侧壁的内外两侧。7.一种双防储能柜的防控方法，其特征在于，所述防控方法采用权...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵荣，王磊，梁辅雄，
申请(专利权)人：湖南西来客储能装置管理系统有限公司，
类型：发明
国别省市：