CN113991199A - 一种集装箱式储能电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及储能电站火灾预防领域，公开了一种集装箱式储能电站，该储能电站包括：箱体、电池簇、第一探测器和第二探测器，电池簇、第一探测器和第二探测器均设于箱体内，电池簇设于箱体底壁上，并在箱体顶壁设置第一探测器，在电池簇内部设置第二探测器，其中第一探测器包括H2传感器，第二探测器包括CO传感器和VOC传感器。本发明的有益效果为：在箱体顶部设置包括H2传感器的第一探测器，由于H2浓度高，扩散快，能够保证大空间内预警的及时性，并在电池簇内部设置包括CO传感器和VOC传感器的第二探测器，小空间内预警迅速且成本更低。

Description

一种集装箱式储能电站
技术领域
本发明涉及储能电站火灾预防领域，特别是涉及一种集装箱式储能电站。
背景技术
目前，我国存在严重的用电高峰和用电低峰现象，通过电化学储能将电网在用电低峰时发出的部分电量存储起来，并在用电高峰时放出是常见的解决用电问题的方式，其中，集装箱式储能电站是最常用的储能方式之一。
然而，由于锂离子电池可能会出现漏液、热失控等安全隐患，所以需要在集装箱内安装多个气体探测器，以预防火灾。目前常用的气体探测器为H2传感器、CO传感器和VOC传感器，且H2传感器的响应速度要快于另外两种传感器，所以现有技术中的传感器安装方式通常是在每一个电池簇上安装至少一个H2传感器，以提高响应速度和检测精度。但H2传感器相比于另外两种传感器价格昂贵，导致集装箱式储能电站整体成本较高，因此需要通过合理的传感器布置削减成本。
发明内容
本申请的目的是提供一种集装箱式储能电站，其通过合理的传感器布置形式，提高故障预警的速度和准确性，并降低成本。
本申请的目的是通过如下技术方案实现的：
一种集装箱式储能电站，包括：箱体、电池簇、第一探测器和第二探测器，所述电池簇、所述第一探测器和所述第二探测器均设于所述箱体内，所述电池簇设于所述箱体的底壁上，所述第一探测器设于所述箱体的顶壁上且位于所述电池簇的上方，所述第二探测器设于各所述电池簇的内部；
所述第一探测器包括H2传感器，所述第二探测器包括CO传感器和VOC传感器。
本申请的一些实施例中，包括至少两个所述电池簇及至少两个所述第一探测器，至少两个所述电池簇以及至少两个所述第一探测器均呈排设置。
本申请的一些实施例中，包括至少两排所述电池簇，相邻两排所述电池簇之间至少设有一排所述第一探测器。
本申请的一些实施例中，至少一排所述第一探测器设于相邻两排所述电池簇之间的中间位置。
本申请的一些实施例中，所述H2传感器的最大量程为28000～30000ppm，所述CO传感器的最大量程为2600～3000ppm。
本申请的一些实施例中，所述第二探测器安装在所述电池簇的顶端中间位置。
本申请的一些实施例中，同一排的所述第一探测器中，相邻的两个所述第一探测器之间的距离为1～4米。
本申请的一些实施例中，同一排的所述第一探测器中，相邻的两个所述第一探测器之间的距离为2～3米。
本申请的一些实施例中，还包括空调***，所述空调***设于所述箱体的内部，所述空调***的进风口处设有第三探测器；
所述第三探测器包括H2传感器、CO传感器和VOC传感器。
本申请的集装箱式储能电站，与现有技术相比，其有益效果在于：本申请的集装箱式储能电站在箱体的顶部设置包括H2传感器的的第一探测器，由于H2浓度高，扩散快，能够保证大空间内预警的及时性，并在电池簇内部设置包括CO传感器和VOC传感器的第二探测器，小空间内预警迅速且成本更低。
附图说明
图1是本方案的集装箱式储能电站的立体图；
图2是本方案的集装箱式储能电站的主视图；
图3是本方案的预制舱内的复合型探测器布局图；
图4是本方案的预制舱内竖直方向的复合型探测器布局图；
图5是本方案的预制舱内水平方向的复合型探测器布局图；
图6是本方案的预制舱顶部的氢气变化曲线；
图7是本方案的预制舱中心竖直方向的氢气变化曲线；
图8是本方案的b号复合型探测器内氢气、CO、VOC变化曲线。
图中，1、箱体；2、电池簇；3、第一探测器；4、第二探测器；5、第三探测器；6、空调***；7、预制舱；8、复合型探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，应当理解的是，本申请中采用术语“内”、“顶”、“底”、“上”等指示方位或位置关系基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1、2所示，本申请实施例提出一种集装箱式储能电站，包括：箱体1、电池簇2、第一探测器3和第二探测器4，所述电池簇2、所述第一探测器3和所述第二探测器4均设于所述箱体1内，所述电池簇2设于所述箱体1的底壁上，所述第一探测器3设于所述箱体1的顶壁上且位于所述电池簇2的上方，所述第二探测器4设于各所述电池簇2的内部；
所述第一探测器3包括H2传感器，所述第二探测器4包括CO传感器和VOC传感器。
基于上述技术方案，首先需要通过试验确定电池簇2热失控时的气体扩散规律。如图3-5所示，由于此试验的目的是探究热失控气体在空间内的扩散规律，所以所用的预制舱7尺寸可以小于标准的40尺集装箱，以减少气体探测器的用量。本方案选用的预制舱7尺寸为2870mm×2750mm×2500mm，并在预制舱7的顶部和中间位置所处的平面安装气体探测器。其中气体探测器采用复合型探测器8，复合型探测器8包括H2传感器、CO传感器和VOC传感器，这三种传感器安装在同一块电路板上，分别用于测量H2气体浓度、CO气体浓度以及VOC气体浓度。H2、CO和挥发性有机物是锂离子电池发生热失控时最常见的气体，其中挥发性有机物包括C2H4、CH4、C2H6、C3H6等，通过对应的H2传感器、CO传感器和VOC传感器可以准确快速地检测到热失控的发生，及时报警。
继续参阅图3-5所示，复合型探测器8的布置形式为：在预制舱7的顶部等距间隔设置9个复合型探测器8，9个复合型探测器8呈点阵形式排布，两个相邻的复合型探测器8之间的距离为900mm，且点阵中心的b号复合型探测器8位于预制舱7顶面正中心位置；另外，在预制舱7的宽度方向的中间位置还设有9个复合型探测器8，9个复合型探测器8间隔设于预制舱7顶部中间位置下方，即a号、b号、c号复合型探测器8下方，且竖直方向相邻的两个复合型探测器8之间的距离为700mm。至此，完成整个预制舱7内复合型探测器8的布置。
锂离子电池安装在预制舱7的底部，位于b号和n号复合型探测器8中间位置，并采取过充的方式使锂离子电池发生热失控，然后通过预制舱7内布置的复合型探测器8监测气体浓度，进而分析得到气体扩散规律。
试验结果如图6-8所示，通过对比复合型探测器8响应时间的顺序来确定气体在预制舱7内的扩散规律。图6为预制舱顶部的复合型探测器8中H2传感器的变化曲线，从图中可以看出其响应时间先后顺序为n＞m＝o＞b＞c＞r＞a＞p＞q。然后比较垂直方向上的复合型探测器8中H2传感器的响应速度，如图7所示，可以看出其响应时间的先后顺序为b＞c＞a＞f＞e＞l＞h＞i＞d＞g＝k＞j。在垂直方向上，即使热失控位置位于预制舱7的底部，但也依然是位于顶部的复合型探测器8首先响应。最后比较位于顶部的b号复合型探测器8内H2、CO和VOC传感器的响应时间顺序，如图8所示，可以明显看出H2传感器的响应速度最快，VOC传感器次之，CO传感器最慢。
综上所述，可得预制舱7内锂离子电池热失控特征气体扩散规律为：在锂离子电池发生热失控时，位于热失控位置顶部的探测器首先响应，之后气体沿预制舱7顶部，以热失控位置为中心点，向四周扩散，同时自上而下扩散，直至充满整个空间。并且在同一位置的传感器，H2传感器的响应速度最快，VOC传感器次之，CO传感器最慢。
根据上述结论确定气体探测器的布置方式，首先由于热失控位置顶部的探测器首先响应，所以为保证预警的速度，需要在箱体1的顶部布置响应速度快的第一探测器3；然后由于热失控发生在电池簇2内部，需要在电池簇2内部设置探测器以进行监测，虽然第一探测器3的响应速度快，但其成本也相对较高，同时相比整体箱体1而言电池簇2内部空间要小得多，在较小的空间范围内第二探测器4也会迅速响应，所以采用在每个电池簇2内安装一个第二探测器4的方式以节约成本，并且不会影响预警的速度。
本申请的一些实施例中，如图1、2所示，包括至少两个所述电池簇2及至少两个所述第一探测器3，至少两个所述电池簇2以及至少两个所述第一探测器3均呈排设置，电池簇2和第一探测器3呈排布置能够更方便地检测泄露气体，使用更少量的第一探测器3，就可以达到全面检测的效果。
进一步地，继续参阅图1、2所示，包括至少两排所述电池簇2，相邻两排所述电池簇2之间至少设有一排所述第一探测器3，在两排电池簇2之间设置第一探测器3同样能够在保证预警速度的情况下节省第一探测器3的用量，节约成本。
进一步地，如图1所示，至少一排所述第一探测器设于相邻两排所述电池簇之间的中间位置，由于热失控泄露气体的扩散规律为迅速到达顶部并向四周扩散，所以第一探测器3设于相邻两排所述电池簇2之间的中间位置能够兼顾两侧的电池簇2，不会因距离热失控位置较远使响应时间变长。
本申请的一些实施例中，所述H2传感器的最大量程为28000～30000ppm，所述CO传感器的最大量程为2600～3000ppm，且所述H2传感器和所述CO传感器的最小量程均为0，根据试验测得H2浓度的最大值为27831ppm，CO浓度的最大值为2557ppm，需要保证传感器的最大量程大于气体浓度，同时也要避免最大量程过大造成浪费。另外，VOC传感器是用于测量挥发性有机物浓度的，其量程可根据实际情况调整，本方案中VOC传感器的最大量程取1000ppm，即VOC传感器的量程为0～1000ppm。
本申请的一些实施例中，如图1所示，所述第二探测器4安装在所述电池簇2的顶端中间位置，由于电池簇2内部发生热失控时泄露气体会往电池簇2上部移动，因此将第二探测器4设置在顶部中间位置响应更快，且不妨碍电池簇2内部的布局。
需要说明的是，电池簇2内也可以安装多个第二探测器4，例如，可在电池簇2的上下八个角落分别安装一个第二探测器4，这样安装是考虑实际电池簇2内的电池布置方式，当某一电池发生热失控时，气体可能无法直接往上走，只能是在电池与电池柜的缝隙中窜动，安装在角落中更有利于探测器快速响应。
本申请的一些实施例中，同一排的所述第一探测器中，相邻的两个所述第一探测器之间的距离为1～4米，通常来讲，集装箱式储能电站的箱体采用标准40尺集装箱，标准40尺集装箱的尺寸为12032mm×2352mm×2393mm，可得第一探测器的数量为3～12个，结构布局和探测器数量较为合理。
进一步地，同一排的所述第一探测器中，相邻的两个所述第一探测器之间的距离为2～3米，即第一探测器的数量为4～6个，在保证检测效果的同时节约成本。
本申请的一些实施例中，如图1、2所示，还包括空调***6，所述空调***6设于所述箱体1的内部，所述空调***6的进风口处设有第三探测器5；所述第三探测器包括H2传感器、CO传感器和VOC传感器。空调***6是维持集装箱式储能电站温度恒定的常用手段，其工作原理是将箱体1内部的空气由空调进风口吸入空调***6，经内部压缩机冷却(加热)后，经由空调出风口再吹入箱体1内，但空调***6的存在会使箱体1内的气流紊乱，导致泄露气体的探测出现滞后性，因此在空调***6的进风口设置第三探测器5，当进风口在吸入空气过程中发现热失控气体超标，即可马上报警，结合第一探测器3和第二探测器4的布置提升预警的准确性和及时性。
另外，也可以在空调***6的出风口设置第三探测器5，但由于出风口的空气是经内部压缩机运作后吹出的，可能会造成不必要的误报，因此第三探测器5优选地设置在空调***6的进风口处。
综上，本申请的集装箱式储能电站在箱体1的顶部设置包括H2传感器的的第一探测器3，由于H2浓度高，扩散快，能够保证大空间内预警的及时性，并在电池簇2内部设置包括CO传感器和VOC传感器的第二探测器4，小空间内预警迅速且成本更低。
以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种集装箱式储能电站，其特征在于，包括：箱体、电池簇、第一探测器和第二探测器，所述电池簇、所述第一探测器和所述第二探测器均设于所述箱体内，所述电池簇设于所述箱体的底壁上，所述第一探测器设于所述箱体的顶壁上且位于所述电池簇的上方，所述第二探测器设于各所述电池簇的内部；
所述第一探测器包括H2传感器，所述第二探测器包括CO传感器和VOC传感器。
2.根据权利要求1所述的集装箱式储能电站，其特征在于，包括至少两个所述电池簇及至少两个所述第一探测器，至少两个所述电池簇以及至少两个所述第一探测器均呈排设置。
3.根据权利要求2所述的集装箱式储能电站，其特征在于，包括至少两排所述电池簇，相邻两排所述电池簇之间至少设有一排所述第一探测器。
4.根据权利要求3所述的集装箱式储能电站，其特征在于，至少一排所述第一探测器设于相邻两排所述电池簇之间的中间位置。
5.根据权利要求1所述的集装箱式储能电站，其特征在于，所述H2传感器的最大量程为28000～30000ppm，所述CO传感器的最大量程为2600～3000ppm。
6.根据权利要求1所述的集装箱式储能电站，其特征在于，所述第二探测器安装在所述电池簇的顶端中间位置。
7.根据权利要求1所述的集装箱式储能电站，其特征在于，同一排的所述第一探测器中，相邻的两个所述第一探测器之间的距离为1～4米。
8.根据权利要求7所述的集装箱式储能电站，其特征在于，同一排的所述第一探测器中，相邻的两个所述第一探测器之间的距离为2～3米。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的集装箱式储能电站，其特征在于，还包括空调***，所述空调***设于所述箱体的内部，所述空调***的进风口处设有第三探测器；
所述第三探测器包括H2传感器、CO传感器和VOC传感器。
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