一种可隔离电池热失控的安全智能支架及其管理系统技术方案

本发明专利技术涉及一种可隔离电池热失控的安全智能支架及其管理系统

【技术实现步骤摘要】
一种可隔离电池热失控的安全智能支架及其管理系统


[0001]本申请涉及储能安全技术，尤其是一种可隔离电池热失控的安全智能支架及其管理系统
。

技术介绍

[0002]目前市面上的动力电池和储能电池多种多样，主要有三元锂电池
、
磷酸铁锂电池
、
特殊领域的镍铬电池
、
镍氢电池，钠离子电池
、
燃料电池
、
钠硫电池
、
纳米液流电池等
。
由于不同电池的技术特点不同，技术成熟度差异，
。
不同电池有自身短时期内无法克服的缺点
。
目前主流的储能化学电池仍然是以镍钴锰三元锂电池和磷酸铁锂电池为主
。
[0003]以三元锂电池和磷酸铁锂电池为核心的储能系统性能各有优劣，但二者都存在由于电池一致性
、
内部缺陷
、
电解质失效
、
过充过放
、
高温
、
物理损坏
、
内部短路
、
系统故障等原因造成的电池热失控从而引发起火爆炸的可能
。
[0004]据不完全统计，近十年来全球储能安全重大事故发生约
60
余起，
2021
年开始全球储能市场爆发，大规模储能项目越来越多，单个储能项目规模越来越大，储能安全隐患也随之增大
。
一旦发生事故，势必损失惨重
。
例如
2018
年7月2日，韩国一风电
ESS
储能设备发生重大火灾事故，造成
706m2电池建筑和
3500
块以上锂电池全部烧毁
。
[0005]目前防止锂电池储能热失控的手段仍然是以预防为主，主要是通过电池管理系统
(BMS)
控制电池充放电过程，并通过热管理系统控制环境温度，以确保电池有一个相对安全的工作状态
。
一旦某一电芯温度异常造成热失控，整个系统无法干预热失控的扩散，不能切断热失控的蔓延，结果必然是整个电堆燃烧殆尽
。
由于三元锂电池及磷酸铁锂结构成分的特殊性，每个电芯内部起火后无需外界提供氧气也能猛烈燃烧，所以储能装置自带的灭火系统并不能扑灭电芯内部起火，只有等待失控的电芯自行燃烧结束，仅仅能在电堆起火后对电堆火势加以控制，避免造成更大的次生火灾
。
[0006]截止目前，尚未有储能设施的灭火系统扑灭初发热失控状态电堆火灾的成功案例
。
正是由于缺乏防控锂电芯热失控的有效手段，储能电站只能通过降低储能单元的布置密度
、
控制单个储能单元的电池容量，以防止电芯热失控起火造成连锁反应潜在风险，避免造成更大的经济损失
。
[0007]从理论上来讲，每个三元锂电池电芯和磷酸铁锂电池电芯都有发生热失控的可能，只是时间问题
。

技术实现思路

[0008]为解决电芯发生热失控的问题，避免起火造成连锁反应造成更大的经济损失，本专利技术提供一种可隔离电池热失控的安全智能支架及其管理系统
。
[0009]一种可隔离电池热失控的安全智能支架，包括电池盒
、
电池盒支架
、
电池盒支架旋转机构
、
电池盒释放脱出结构
、
电芯温度探测装置
、
温控空调通风装置
、
联动安全门
、
支架围护结构
、
隔离燃烧室和设备控制终端面板；
[0010]电池盒支架为多层布置，每层有多个相同的电池盒，电池盒呈正多边形围绕排列于电池盒支架中心轴四周；电池盒内排列电芯，构成多层多扇区结构；
[0011]电池盒内置电芯温度探测装置，芯温度探测装置监测每个电池盒中每个电芯的温度并反馈温度信号到设备控制终端面板；
[0012]电池盒支架旋转机构驱动电池盒支架转动将热失控电池盒与联动安全门对齐；
[0013]联动安全门设置在支架围护结构上，用于控制热失控电池盒进入隔离燃烧室；
[0014]隔离燃烧室用于热失控电池盒的隔离燃烧处置；
[0015]温控空调通风装置用于控制所述的安全智能支架内部通风；
[0016]设备控制终端面板用于接收电芯温度探测装置的温度和定位信号，并控制电池盒支架旋转机构
、
电池盒释放脱出结构
、
联动安全门
、
隔离燃烧室的动作
。
[0017]电池盒包括电池盒顶盖，电池盒底板，电池盒侧板围合构成；电池盒内部规则排列电芯构成电池簇，电芯的上下两端分别设置带绝缘保护电池簇正极集流片和电池簇负极集流片，电池盒顶盖上包括与电池簇正极集流片和电池簇负极集流片电连接的一对方形石墨电极，电池簇的正负极通过导电片焊接到电池簇正极集流片和电池簇负极集流片，最终与电池盒上部的另一对石墨电极连接；电池盒靠近电池盒支架中心的内端设置电池盒锁定片，实现电池盒在电池盒支架上的锁定
。
[0018]电池盒顶盖上开设顶盖通气散热孔，电池盒底板上开设底板通气散热孔，电池盒底板径向两侧与电池盒侧板之间设置有底边散热缝
。
[0019]电池盒内是成组的
46950
大容量锂电芯
。
[0020]电池盒内是成组的圆电芯
。
[0021]电池盒内是成组的者定制配套的方形电芯
。
[0022]电池盒支架包括顶部的顶棚支架和底部的圆形基台，以及位于顶棚支架和圆形基台之间的可旋转的支架中心轴和由在支架中心轴圆周方向均布的与支架中心轴轴向平行且固定连接的多个支架外柱和多个支架内柱，以及位于支架内柱和支架外柱之间固接的支架
Z
形斜撑和支架组
A
，支架内柱与支架外柱沿支架中心轴径向对应，其中相邻两个支架外柱之间设置层间倾斜隔板，相邻两个支架外柱之间为一个扇区，每一层包括多个扇区，沿轴向方向上包括多层扇区结构，上下层的扇区沿轴向对齐，电池盒设置在层间倾斜隔板上，并由电池盒锁定片固定在电池盒支架上
。
[0023]支架组
A、
支架圆形底盘和支架中心轴固定为一体，支架中心轴与底部的支架圆形底盘通过承重轴承组与圆形基台滑动接触；电池盒支架上的支架中心轴由电池盒支架旋转机构驱动旋转
。
[0024]支架围护结构固定连接于顶棚支架和圆形基台之间
。
[0025]其中，支架围护结构内设置支架围护结构空间温度监测传感器，顶棚支架上设置多个温控通风风机，圆形基台内设置制冷及制热双模空调装置；其中顶部温控风机为单向外排
。
[0026]支架围护结构还包括顶部的通风防雨顶棚
、
围护结构框架
、
侧围板
、
基台通风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可隔离电池热失控的安全智能支架，包括电池盒
(3)、
电池盒支架
(2)、
电池盒支架旋转机构
(4)、
电池盒释放脱出结构
(5)、
电芯温度探测装置
、
支架环境温度管理子系统
、
联动安全门
(8)、
支架围护结构
(9)、
隔离燃烧室
(10)
和设备控制终端面板
(11)
；电池盒支架
(2)
为多层布置，每层有多个相同的电池盒
(3)
，电池盒
(3)
呈正多边形围绕排列于电池盒支架中心轴
(2
‑1‑
1)
四周；电池盒
(3)
内排列电芯
(3
‑
10)
，构成多层多扇区结构；电池盒
(3)
内置电芯温度探测装置，电芯温度探测装置监测每个电池盒
(3)
中每个电芯
(3
‑
10)
的温度并反馈温度信号到设备控制终端面板
(11)
；电池盒支架旋转机构
(4)
驱动电池盒支架
(2)
转动将热失控电池盒与联动安全门
(8)
对齐；联动安全门
(8)
设置在支架围护结构
(9)
上，用于控制热失控电池盒
(3)
进入隔离燃烧室
(10)
；隔离燃烧室
(10)
用于热失控电池盒的隔离燃烧处置；支架环境温度管理子系统用于控制所述的安全智能支架内部通风；设备控制终端面板
(11)
用于接收电芯温度探测装置的温度和定位信号，并控制电池盒支架旋转机构
(4)、
电池盒释放脱出结构
(5)、
联动安全门
(8)、
隔离燃烧室
(10)
的动作
。2.
根据权利要求1所述的安全智能支架，其特征在于
,
电池盒
(3)
包括电池盒顶盖
(3
‑
1)
，电池盒底板
(3
‑
6)
，电池盒侧板
(3
‑
4)
围合构成；电池盒
(3)
内部规则排列电芯
(3
‑
10)
构成电池簇，电芯
(3
‑
10)
的上下两端分别设置带绝缘保护电池簇正极集流片
(3
‑
9)
和电池簇负极集流片
(3
‑
11)
，电池盒顶盖
(3
‑
1)
上包括与电池簇正极集流片
(3
‑
9)
和电池簇负极集流片
(3
‑
11)
电连接的一对方形石墨电极
(3
‑
2)
，电池簇的正负极通过导电片焊接到电池簇正极集流片
(3
‑
9)
和电池簇负极集流片
(3
‑
11)
，最终与电池盒
(3)
上部的一对方形石墨电极
(3
‑
2)
连接；电池盒
(3)
靠近电池盒支架
(2)
中心的内端设置电池盒锁定片
(3
‑
5)
，实现电池盒
(3)
在电池盒支架
(2)
上的锁定
。3.
根据权利要求2所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒顶盖
(3
‑
1)
上开设顶盖通气散热孔
(3
‑
2)
，电池盒底板
(3
‑
6)
上开设底板通气散热孔
(3
‑
8)
，电池盒底板
(3
‑
6)
径向两侧与电池盒侧板
(3
‑
4)
之间设置有底边散热缝
(3
‑
7)。4.
根据权利要求2所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒
(3)
内是成组的
46950
大容量锂电芯
。5.
根据权利要求2所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒
(3)
内是成组的圆电芯
。6.
根据权利要求2所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒
(3)
内是成组的定制配套的方形电芯
。7.
根据权利要求1所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒支架
(2)
包括顶部的顶棚支架
(2
‑2‑
1)
和底部的圆形基台
(2
‑2‑
2)
，以及位于顶棚支架
(2
‑2‑
1)
和圆形基台
(2
‑2‑
2)
之间的可旋转的支架中心轴
(2
‑1‑
1)
和由在支架中心轴
(2
‑1‑
1)
圆周方向均布的与支架中心轴
(2
‑1‑
1)
轴向平行且固定连接的多个支架外柱
(2
‑1‑
2)
和多个支架内柱
(2
‑1‑
3)
，以及位于支架内柱
(2
‑1‑
3)
和支架外柱
(2
‑1‑
2)
之间固接的支架
Z
形斜撑
(2
‑1‑
4)
构成的支架组
A
，支架内柱
(2
‑1‑
3)
与支架外柱
(2
‑1‑
2)
沿支架中心轴
(2
‑1‑
1)
径向对应，其中相邻两个支架外柱
(2
‑1‑
2)
之间设置层间倾斜隔板
(2
‑1‑
5)
，相邻两个支架外柱
(2
‑1‑
2)
之间为一个扇区，
每一层包括多个扇区，沿轴向方向上包括多层扇区结构，上下层的扇区沿轴向对齐，电池盒
(3)
设置在层间倾斜隔板
(2
‑1‑
5)
上，并由电池盒锁定片
(3
‑
5)
固定在电池盒支架
(2)
上
。8.
根据权利要求7所述的安全智能支架，其特征在于，支架组
A、
支架圆形底盘
(2
‑1‑
6)
和支架中心轴
(2
‑1‑
1)
固定为一体，支架中心轴
(2
‑1‑
1)
与底部的支架圆形底盘
(2
‑1‑
6)
通过承重轴承组
(4
‑
3)
与圆形基台
(2
‑2‑
2)
滑动接触；电池盒支架
(2)
上的支架中心轴
(2
‑1‑1由电池盒支架旋转机构
(4)
驱动旋转
。9.
根据权利要求7所述的安全智能支架，其特征在于，支架围护结构
(9)
固定连接于顶棚支架
(2
‑2‑
1)
和圆形基台
(2
‑2‑
2)
之间
。10.
根据权利要求7所述的安全智能支架，其特征在于，支架环境温度管理子系统包括位于顶棚支架
(2
‑2‑
1)
上设置的多个温控通风风机
(7
‑
1)、
圆形基台
(2
‑2‑
2)
内设置的制冷及制热双模空调装置
(7
‑
2)
；其中顶部温控风机
(7
‑
1)
为单向外排
。11.
根据权利要求9所述的安全智能支架，其特征在于，支架围护结构
(9)
还包括顶部的通风防雨顶棚
(9
‑
1)、
围护结构框架
(9
‑
2)、
侧围板
(9
‑
3)、
基台通风围板
(9
‑
4)、
基台隔板
(9
‑
5)
和底板
(9
‑
6)
，其中设备控制终端面板
(11)
固定在侧围板
(9
‑
3)
上
。12.
根据权利要求7所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒支架旋转机构
(4)
包括位于顶棚支架
(2
‑2‑
1)
中心的顶部步进电机
(130)
，位于圆形基台
(2
‑2‑
2)
中心的底部步进电机
(130)
，支架中心轴
(2
‑1‑
1)
上下两端分别与顶部和底部步进电机
(130)
驱动轴驱动连接，其中，步进电机
(130)
收到设备控制终端面板
(11)
发出的系统指令后精确转动相应角度，驱动支架中心轴
(2
‑1‑
1)
及支架组
A
转动，将包含热失控电芯
(3
‑
10)
的电池盒
(3)
所在扇区转动对齐到联动安全门
(8)
位置，以便执行后续脱出指令
。13.
根据权利要求2所述的安全智能支架，其特征在于，电池盒支架
(2)
设置与每一电池盒
(3)
内端电池盒锁定片
(3
‑
5)
配合的电池盒释放脱出结构
(5)
，电池盒释放脱出结构
(5)
包括位于相邻层的层间倾斜隔板
(2
‑1‑
5)
之间的隔板
C
形连接件
(5
‑
1)、
位于隔板
C
形连接件
(5
‑
1)
与电池盒
(3)
之间的弹簧柱
(5
‑
2)、
上下设置的双头电磁销
(5
‑
4)
和固定双头电磁销
(5
‑
4)
的电磁销固定片
(5
‑
3)
，弹簧柱
(5
‑
2)
位于两个双头电磁销
(5
‑
4)
之间；电池盒支架
(2)
转动将热失控电芯所在扇区与安全门位置对齐后，热失控的大容量锂电芯
(3
‑
10)
所在电池盒
(3)
对应的隔板
C
形连接件
(5
‑
1)
上的双头电磁销
(5
‑
4)
通电，圆柱形锁舌从电池盒锁定片
(3
‑
5)
圆孔中抽出解除对电池盒
(3)
的锁定，处于压缩状态的弹簧柱
(5
‑
2)
将电池盒
(3))
从电池盒支架
(2)
弹出
。14.
根据权利要求7所述的安全智能支架，其特征在于，层间倾斜隔板
(2
‑1‑
5)
倾斜设置，且包括多个隔板滑轮
(5
‑
6)
，电池盒
(3)
弹出后沿隔板滑轮
(5
‑
6)
顶面...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚巍原，杜慧丽，徐鹏飞，宋子豪，杨瀚民，魏国，
申请(专利权)人：陕西华数云智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：