CN113381108A - 一种锂离子储能***专用的集装箱及使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子储能***专用的集装箱及使用方法，在相邻两组电池簇之间及最后一组电池簇的一侧分别设有一块降温隔离装置，在每块降温隔离装置上方设有电动阀，在每组电池簇上方依次设有一个喷头和一个探测器，电动阀一端通过水管连接喷头，电动阀另一端通过水管与降温隔离装置的冷却盘管连接，数个冷却盘管串联，冷却盘管进水端与循环泵连接，冷却盘管回水端通过介质储罐与循环泵连接，控制器分别与循环泵、数个电动阀和数个探测器连接。集装箱在正常的工作状态中，循环泵将介质储罐的介质通过降温隔离装置进行闭路循环，实现降温功能；当探测器达到报警阈值时启动报警，电动阀开启，循环管路中的介质从喷头喷出，起到灭火、降温、冷却的作用。

Description

一种锂离子储能***专用的集装箱及使用方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子储能***专用的集装箱及使用方法，用于存放储能***的锂离子电池，并为锂离子电池提供良好的冷却降温环境和灭火安全保障。
背景技术
锂离子电池储能是未来电网和能源体系重要的组成部分，是智能电网和能源互联网的必要环节，也是实现碳达峰、碳中和目标的重要技术手段。国内外的研究和工程实践普遍认同，锂离子电池储能作为实现电网供需平衡灵活调节的有效手段，是智能电网、能源互联网和微网等新技术实现的重要基础支撑条件，是未来能源体系的重要组成部分。而我国目前新兴的锂离子电池储能方式主要是将大量锂离子电池以储能柜的形式集中放置。
储能***是以锂离子电池为基础的，锂离子电池是含能物质，具有发生火灾或***的危险本质，特别是在密闭封闭空间，一旦某一储能单元发生火灾，将会引起相邻多台储能单元的连锁火灾反应甚至箱体***，火灾荷载大、易复燃、危险性高且难于扑救。以锂离子电池为基础的储能***的安全问题越来越受到社会各界关注，尤其是近年来国内外发生了多起储能电站火灾***事故，这些事故也将锂离子电池储能***的安全问题提到了更高的重视高度。
由于锂离子电池本身就是含能物质，且火灾具有易发生、发生速度快、蔓延速度快、易***等特点。在储能柜中集中放置后，能量密度大、能量高，火灾或***释放的能量高。一旦发生火灾，将对社会安全及生命财产安全都极易造成巨大的损失。针对该类场所的火灾特点，其防控有特殊需求：①迅速控制火势，防止相邻电池温度过高导致火灾蔓延；②快速降温，长期抑制锂离子电池热失控，降低复燃风险。
目前，国内外针对锂离子电池储能***消防灭火装置的研究尚处于起步阶段，大部分储能***仍沿用传统的电气消防灭火装置，未从根本上厘清储能***锂离子电池火灾特性，缺乏针对性的消防保护技术方案达到有效解决储能***锂离子电池火灾扑救和抑制***的目的。而且，现有的锂离子电池储能***的冷却降温和灭火处置一般采用的是两套独立的***，经济成本较高，维护成本也较高，更重要的是，两套***在事故状态下相互之间的协调性和安全性也难以保障，存在一定的安全风险。
发明内容
鉴于现有技术的状况，本发明提供了一种锂离子储能***专用的集装箱及使用方法。
集装箱集成了循环泵、介质储罐、电动阀、喷头及探测器和控制器，以解决现有火灾防控技术无法针对锂离子电池储能柜的火灾特性进行有效火灾防控的难题。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种锂离子储能***专用的集装箱，包括集装箱体、电池簇、控制器、循环泵、介质储罐、电动阀、探测器、喷头，还包括降温隔离装置，所述降温隔离装置由两块金属板之间设有一组冷却盘管构成；
所述集装箱体内分别设有数组电池簇、控制器、循环泵、介质储罐，在相邻两组电池簇之间及最后一组电池簇的一侧分别设有一块降温隔离装置，在每块降温隔离装置上方设有电动阀，在每组电池簇上方依次设有一个喷头和一个探测器，电动阀一端通过水管连接喷头，电动阀另一端通过水管与降温隔离装置的冷却盘管连接，数个冷却盘管串联，冷却盘管进水端与循环泵连接，冷却盘管回水端通过介质储罐与循环泵连接，控制器分别与循环泵、数个电动阀和数个探测器连接。
一种锂离子储能***专用的集装箱的使用方法，
1、降温装置实现防火分隔和降温功能；
降温隔离装置将集装箱内相邻电池簇分隔，使每组电池簇成为一个独立的火灾防控分区；
集装箱在正常的工作状态中，循环泵将介质储罐的介质通过降温隔离装置金属板内的冷却盘管进口进入冷却盘管，由冷却盘管出口流出进入下一个金属板冷却盘管，最终由最后一个金属板冷却盘管返回介质储罐进行闭路循环，进入每个冷却盘管的介质通过金属板实现降温功能；
2、火灾早期探测报警；
当探测器达到报警阈值时启动报警，并反馈信号至控制器，控制器控制循环泵对循环管路增压，同时启动与探测器对应设置的电动阀开启，或数个电动阀同时开启，循环管路中的介质从喷头喷出，起到灭火、降温、冷却的作用；
喷头持续喷放时间不低于5min，喷头端压力不低于1.0MPa，喷放流量不低于1kg/s，实现60s内扑灭明火，2h降温的效果；
探测器报警阈值的设定如下：可燃气体浓度探测器或H2及CO浓探测器报警阈值为气体***下限的25%；烟感探测器报警阈值为0.5dm/m；感温探测器报警阈值为62℃。
本发明的有益效果是：
降温隔离装置将相邻电池簇进行防火分隔，有助于控制火灾规模，防止热失控扩散至相邻电池簇，起到了阻隔温度传递、火焰蔓延的作用，金属板能阻挡高温火焰及辐射热；金属板利用空气夹层和冷却盘管，有助于将火灾控制在电池簇内，降低火灾规模。
循环泵将介质储罐的介质通过数个冷却盘管返回到介质储罐，能实现闭路循环降温功能。当探测器达到报警阈值时启动报警，循环泵对循环管路增压，同时启动与探测器对应设置的电动阀开启或数个电动阀同时开启，循环管路中的介质从喷头喷出，起到灭火、降温、冷却的作用，能够实现60s内扑灭明火，2h降温的效果，达到电池簇温度低于热失控触发温度100℃的目的。
控制器具备纠错功能，控制器根据探测器探测的数据，能够智能判断其数据的准确性，即是真实数据还是误报数据，避免了由于探测器本身失灵或数据的误报，启动电动阀、喷头喷出介质，造成电池簇被介质喷淋情况的发生。
介质储罐储存的介质为带有冷却效果的灭火剂，即能够控温，也能够灭火降温。
本发明采用一套***，解决锂离子电池储能***的冷却降温和灭火处置问题，既便于日常巡查检查和维护，而且，当发生火灾事故时，***本身也具有较高的安全性和可靠性，使用成本和维护成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明降温隔离装置和喷头的连接示意图；
图3为本发明降温隔离装置的内部结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述
如图1、图2、图3所示，一种锂离子储能***专用的集装箱，包括集装箱体1、电池簇2、控制器3、循环泵4、介质储罐5、电动阀6、探测器7、喷头8，还包括降温隔离装置9。
降温隔离装置9由两块金属板9-1之间设有一组冷却盘管9-2构成。
在集装箱体1内分别设有数组电池簇2、控制器3、循环泵4、介质储罐5，在相邻两组电池簇2之间及最后一组电池簇2的一侧分别固定一块降温隔离装置9，在每块降温隔离装置9上方设有电动阀6，在每组电池簇2上方依次设有一个喷头8和一个探测器7，电动阀6一端通过水管连接喷头8，电动阀6另一端通过水管与降温隔离装置9的冷却盘管9-2连接，数个冷却盘管9-2串联，冷却盘管9-2进水端与循环泵4连接，冷却盘管9-2回水端通过介质储罐5与循环泵4连接，控制器3分别与循环泵4、数个电动阀6和数个探测器7连接。
探测器7可固定在集装箱体1的箱顶上。
探测器7为烟感探测器或温感探测器或可燃气体浓度探测器或H2及CO浓探测器。
介质储罐5内的介质为七氟丙烷、全氟己酮、液氮的一种带有冷却效果的灭火剂。
1，降温隔离装置；
集装箱即储能电池室由多组电池簇串并联而成，一个电池簇内发生热失控或火灾，若无可靠有效的防控措施，热失控将迅速蔓延至相邻的储能柜，引起火灾事故多米诺式的扩大化发展，造成整个电池室火灾。
为了降低损失，将火灾控制在单组电池簇内，降温隔离装置可将电池室内相邻电池簇分隔，使每个电池簇成为一个独立的火灾防控分区。每个降温隔离装置由两块金属板之间设有一组冷却盘管构成，相邻冷却盘管串联连通，首个冷却盘管冷却介质进口、最后一个冷却盘管冷却介质出口分部与介质储罐相连，介质储罐与循环泵相连，实现整个储能电池室内冷却介质的循环。
降温隔离装置上端通过管路与喷头连接，管路与喷头间设置电动阀，当确认发生热失控或火灾时，管路与喷头间的电动阀启动，喷头开启，介质开始喷放，起到灭火、降温、冷却的作用。喷头持续喷放时间不低于5min，喷嘴端压力不低于1.0MPa，喷放流量不低于1kg/s，实现60s内扑灭明火，2h降温的效果。
2，火灾早期探测报警***；
火灾早期探测报警***由探测器和控制器构成，探测器位于每组电池簇正上方，与喷头联动，当探测器达到报警阈值时，火灾早期报警***启动报警，并反馈信号至控制器或也可同时反馈到集装箱外的中控台。
探测器为烟感探测器或温感探测器或可燃气体浓度探测器或H2及CO浓探测器。
探测器报警阈值的设定如下：可燃气体浓度探测器或H2及CO浓探测器报警阈值为气体***下限的25%；烟感探测器报警阈值为0.5dm/m；感温探测器报警阈值为62℃。
3，***联动；
火灾早期探测报警***发出警报，经确认发生火灾后，联动开启管路上的电动阀，开启喷头，持续喷放冷却/灭火介质，喷头持续喷放时间不低于5min，喷放流量不低于1kg/s。
4，喷放方式；
发生热失控或火灾时，启动与探测器对应设置的电动阀开启，或数个电动阀同时开启，喷头喷放冷却/灭火介质在满足60s内扑灭明火的同时，还满足冷却降温的要求。由于储能电池特殊的热失控特性，明火被扑灭后，存在复燃特性，因此应阻断内部热失控反应，冷却电池簇或起火电池模组、单体的温度至低于热失控临界温度100℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子储能***专用的集装箱，包括集装箱体（1）、电池簇（2）、控制器（3）、循环泵（4）、介质储罐（5）、电动阀（6）、探测器（7）、喷头（8），其特征在于：还包括降温隔离装置（9），所述降温隔离装置（9）由两块金属板（9-1）之间设有一组冷却盘管（9-2）构成；
所述集装箱体（1）内分别设有数组电池簇（2）、控制器（3）、循环泵（4）、介质储罐（5），在相邻两组电池簇（2）之间及最后一组电池簇（2）的一侧分别设有一块降温隔离装置（9），在每块降温隔离装置（9）上方设有电动阀（6），在每组电池簇（2）上方依次设有一个喷头（8）和一个探测器（7），电动阀（6）一端通过水管连接喷头（8），电动阀（6）另一端通过水管与降温隔离装置（9）的冷却盘管（9-2）连接，数个冷却盘管（9-2）串联，冷却盘管（9-2）进水端与循环泵（4）连接，冷却盘管（9-2）回水端通过介质储罐（5）与循环泵（4）连接，控制器（3）分别与循环泵（4）、数个电动阀（6）和数个探测器（7）连接。
2.一种锂离子储能***专用的集装箱，其特征在于：所述探测器（7）固定在集装箱体（1）的箱顶上。
3.一种锂离子储能***专用的集装箱，其特征在于：所述探测器（7）为烟感探测器或温感探测器或可燃气体浓度探测器或H2及CO浓探测器。
4.一种锂离子储能***专用的集装箱，其特征在于：所述介质储罐（5）内的介质为七氟丙烷、全氟己酮、液氮的一种带有冷却效果的灭火剂。
5.一种采用权利要求1所述的锂离子储能***专用的集装箱的使用方法，其特征在于：
1、降温装置实现防火分隔和降温功能；
降温隔离装置（9）将集装箱内相邻电池簇分隔，使每组电池簇成为一个独立的火灾防控分区；
集装箱在正常的工作状态中，循环泵（4）将介质储罐（5）的介质通过降温隔离装置（9）金属板（9-1）内的冷却盘管（9-2）进口进入冷却盘管（9-2），由冷却盘管（9-2）出口流出进入下一个金属板（9-1）冷却盘管（9-2），最终由最后一个金属板（9-1）冷却盘管（9-2）返回介质储罐（5）进行闭路循环，进入每个冷却盘管（9-2）的介质通过金属板（9-1）实现降温功能；
2、火灾早期探测报警；
当探测器（7）达到报警阈值时启动报警，并反馈信号至控制器（3），控制器（3）控制循环泵（4）对循环管路增压，同时启动与探测器（7）对应设置的电动阀（6）开启，或数个电动阀（6）同时开启，循环管路中的介质从喷头（8）喷出，起到灭火、降温、冷却的作用；
喷头（8）持续喷放时间不低于5min，喷头（8）端压力不低于1.0MPa，喷放流量不低于1kg/s，实现60s内扑灭明火，2h降温的效果；
探测器（7）报警阈值的设定如下：可燃气体浓度探测器或H2及CO浓探测器报警阈值为气体***下限的25%；烟感探测器报警阈值为0.5dm/m；感温探测器报警阈值为62℃。
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