CN114725545A - 一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了储能***技术领域的一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***。包括安装在集装箱本体内的储能***、储能双向变流器、控制柜和被动防护***；所述控制柜分别连接储能***、储能双向变流器和被动防护***；所述储能***通过储能双向变流器连接三相电网；所述被动防护***用于在检测到事故发生后启动设定的防护措施以防止事故扩大；所述储能***包括电池架、安装在电池架上的电池箱以及用于隔档电池箱的挡板；所述电池箱内安装有配置了主动防护***的电池；所述主动防护***用于根据电池的运行状态在事故发生前启动设定的防护措施以防止事故发生。本发明能够有效保护集装箱式储能***，减少甚至避免火灾事故的发生。

Description

一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***
技术领域
本发明属于储能***技术领域，具体涉及一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***。
背景技术
随着城市数字化和智能化的发展，储能集装箱已经成为智慧城市发展不可或缺的一部分。目前，储能集装箱已广泛应用于大型基础设施工程（如公路建设、铁路建设、隧道建设等）。工程建设中采用储能集装箱供电的原因是有效便捷，与传统的固定储能电站相比，储能集装箱允许海洋运输和公路运输，机动性强，不受地域限制。但是近来储能集装箱屡屡发生安全事故的报道也不绝与耳，据不完全统计在过去的十年中，全球共发生了32起储能集装箱燃烧事件，造成了巨大的损失，对人生安全也产生巨大影响。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***，能够有效保护集装箱式储能***，减少甚至避免火灾事故的发生。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种集装箱式储能***，包括：安装在集装箱本体内的储能***、储能双向变流器、控制柜和被动防护***；所述控制柜分别连接储能***、储能双向变流器和被动防护***；所述储能***通过储能双向变流器连接三相电网；所述被动防护***用于在检测到事故发生后启动设定的防护措施以防止事故扩大；所述储能***包括电池架、安装在电池架上的电池箱以及用于隔档电池箱的挡板；所述电池箱内安装有配置了主动防护***的电池；所述主动防护***用于根据电池的运行状态在事故发生前启动设定的防护措施以防止事故发生。
进一步地，所述主动防护***为三级电池监控***，包括第一层级BMS控制、第二层级PCS控制以及第三层级EMS控制，第一层级BMS控制用于实时监测电池箱 内电池的运行状态，在发现异常时，将异常信息传输给第二层级PCS控制和第三层级EMS控制，第二层级PCS控制在接收到异常信息时，执行软关断机制，停止***充放电操作，第三层级EMS控制在接收到异常信息时，预判电池状态，运行对应的充放电机制，执行对应的故障处理程序。
进一步地，所述被动防护***包括火灾预警***，所述火灾预警***包括烟雾传感器和温度传感器，所述烟雾传感器采用二氧化碳探测器。
进一步地，所述火灾预警***还包括巡检机器人和机器人控制柜；所述机器人控制柜用于控制所述巡检机器人沿设定的路线在集装箱本体内巡视，并将所述巡检机器人的检测数据反馈给所述控制柜；所述巡检机器人为红外线巡检机器人。
进一步地，所述被动防护***还包括自动灭火***，所述自动灭火***包括消防柜，所述消防柜采用七氟丙烷自动灭火器。
进一步地，在集装箱本体内敷设有接地扁钢，所述接地扁钢与避雷针连接。
进一步地，所述接地扁钢采用热镀锌25×4mm接地扁钢。
进一步地，在集装箱本体内设置有UPS，所述UPS分别与三相电网、控制柜连接，所述UPS连接EMS。
进一步地，在集装箱本体内设置有服务器柜，所述服务器柜用于控制集装箱内信号的传输。
进一步地，在集装箱本体内设置有照明***、空调***和远程监控运维***。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
（1）本发明通过在集装箱式储能***中设置主动防护***和被动防护***用于根据电池的运行状态在事故发生前启动设定的防护措施或在检测到事故发生后启动设定的防护措施，对集装箱式储能***进行全方位防护，及时应对集装箱可能会出现的紧急情况，能够有效保护集装箱式储能***，减少甚至避免火灾事故的发生；
（2）本发明主动防护***设置BMS、PCS、EMS三层级报警、保护处理机制，使***稳定可靠运行；
（3）本发明通过巡检机器人24小时来回巡检，通过检测电池箱内的温度变化，当温度升高到超过设定值时，触发报警***，通过二氧化碳探测器在箱体顶部实行二十四小时监控，当箱体内出现二氧化碳浓度异常时，二氧化碳探测器会向整个控制***发出预警，当超过临界值时，会启动应急预案，进而保证***的安全性和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***的俯视图；
图2是本发明实施例提供的一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***的横向截面示意图；
图3是本发明实施例提供的一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***的电路连接示意图；
图4是本发明实施例中储能***的结构示意图；
图5是本发明实施例中避雷针的安装结构示意图；
图6是本发明实施例中火灾预警***的结构示意图；
图7是本发明实施例中高压箱的原理图；
图8是本发明实施例中高压箱的安装结构示意图；
图9是本发明实施例中远程监控运维***的结构示意图；
图中：1、消防柜；2、电池架；3、控制柜；4、机器人控制柜；5、巡检机器人；6、空调***；7、服务器柜；8、电池箱；9、二氧化碳探测器；10、挡板；11、避雷针；12、接地扁钢；13、高压箱；14、显示器；15、折叠桌；16风道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1~图9所示，一种具有主/被动智能安全防护的集装箱式储能***，包括安装在集装箱本体内的储能***（本实施例中为锂电储能***）、储能双向变流器、控制柜3和被动防护***；控制柜3分别连接储能***、储能双向变流器和被动防护***；储能***通过储能双向变流器连接三相电网；被动防护***用于在检测到事故发生后启动设定的防护措施以防止事故扩大；储能***包括电池架2、安装在电池架2上的电池箱8以及用于隔档电池箱8的挡板81；电池箱8内安装有配置了主动防护***的电池；主动防护***用于根据电池的运行状态在事故发生前启动设定的防护措施以防止事故发生。
被动防护***包括设置在集装箱本体内的火灾预警***和自动灭火***。集装箱本体内还设置有UPS、EMS以及服务器柜7。储能双向变流器和UPS均连接三相电网，锂电储能***连接储能双向变流器，EMS连接UPS，控制柜3连接火灾预警***、自动灭火***、锂电储能***、储能双向变流器、UPS、EMS以及服务器柜。自动灭火***包括消防柜1，消防柜1采用七氟丙烷自动灭火器。集装箱本体内还设置有照明***和空调***6。
锂电储能***包括电池架2和电池箱 8，电池架2设置在集装箱本体内，电池箱 8设置在电池架2上。电池箱 8抽拉式安装在电池架2上，电池架2上设置有用于隔挡电池箱 8的挡板10。电池箱 8内部设置有主动防护***，主动防护***包括三级电池监控***，三级电池监控***包括第一层级BMS控制、第二层级PCS控制以及第三层级EMS控制，第一层级BMS控制用于实时监测电池箱 8内电池的状态，在发现异常时，将异常信息传输给第二层级PCS控制和第三层级EMS控制，如果未及时采取相应措施，BMS执行相应保护动作停止充放电；第二层级PCS控制在接受到异常信息时，执行软关断机制，停止***充放电操作，第三层级EMS控制在接受到异常信息时，预判电池状态，运行相应充放电机制，执行相应的故障处理程序；包括通过运行相应充放电机制避免电池进入告警、保护状态，同时第三层级EMS控制响应***过载故障，变流器故障，BMS故障，发电装置故障，逆变器故障，储能荷电状态过高或过低、储能***温度异常等报警，并执行相应的故障处理程序，使***稳定可靠运行。
火灾预警***包括烟雾传感器和温度传感器，烟雾传感器采用二氧化碳探测器9，火灾预警***还包括巡检机器人5和机器人控制柜4，机器人控制柜4用于控制巡检机器人5沿设定的路线在集装箱本体内巡视，并将巡检机器人5的检测数据和/或数据分析结果反馈给控制柜3，巡检机器人5为红外线巡检机器人。
集装箱本体内设置有避雷针11和接地扁钢12，接地扁钢12敷设在集装箱本体内，接地扁钢12与避雷针11连接。集装箱本体内敷设热镀锌25×4mm接地扁钢。
消防柜1：消防柜1为七氟丙烷灭火装置，当集装箱内发生火情时会将七氟丙烷气体喷出，充斥整个集装箱，通过隔绝氧气来达到灭火效果。
电池架2：集装箱内部固定电池箱8的部件。
控制柜3：控制整个集装箱运行的控制中心，集装箱内的各种功能需要依靠控制柜进行协调实现。
机器人控制柜4：控制巡检机器人5运行的柜子，并将巡检机器人5的数据分析反馈给控制柜3。
巡检机器人5：在轨道上来回巡视集装箱，通过红外线来判断箱内温度情况，并反馈给控制柜3。
空调***6：调节集装箱内温度使用，设有风道16，风道16内附10mm保温棉。
服务器柜7：控制集装箱内信号传输的设备。
电池箱8：集装箱内的能量储存装置。
二氧化碳探测器9：集装箱内探测二氧化碳浓度的装置，当箱体内二氧化碳超过设定值会发出警报。
***工作模式：***工作在并网模式下，当三相电网接入***时，EMS控制储能双向变流器并入三相电网交流母线工作；当三相电网丢失时，电网侧断路器开闸，同时储能双向变流器检测到电网丢失，进入关停模式；当三相电网恢复，EMS通过计量电表通讯获取到这一信息后，通过三相电网接入断路器的辅助开关将此断路器合闸，合闸成功后，储能双向变流器交流侧检测到三相电接入，自动进入并网运行模式。同时集装箱顶部的智能巡检机器人会24小时来回巡检，一旦发现箱体内部红外线成像温度过高会及时发出报警，当进入危险温度时，同时顶部二氧化碳感应器探测出箱体内部二氧化碳浓度异常，会触发七氟丙烷灭火装置。
电池箱8采取抽拉式安装。装配比较简单，电池箱8外面配有挡板10，能防止人员轻易接触电池箱8，易于抽拉，当某个电池箱8需要维护时，只需要拧下螺丝就能及时进行更换。
防雷接地设计，符合交流电气装置的接地技术规范DL/T621-1997规定。集装箱8设避雷针11，可以保护配电设备，逆变器和配电柜内都配置防雷器。所有电气设备外壳、开关装置和开关柜接地母线、架构、电缆支架和其他可能事故带点的金属物都应可靠接地。所有子***之间都要进行等电位连接并通过引下线与接地网就近可靠连接。保护接地、工作接地采用一个总的接地装置。按一般要求接地电阻不大于4Ω。拟敷设热镀锌25×4mm接地扁钢12，连接支架的接地扁钢12与避雷针11连接。避雷针11是埋在地下的金属物品，能将箱体的雷电导入地下。
消防设计，符合DL5027-2015，10.6.2相应规定，设置七氟丙烷自动灭火器，并配置火灾自动报警***，自动报警***包括烟雾和温度传感器和巡检机器人5。其中烟雾传感器监测烟雾与二氧化碳，巡检机器人5监测箱内温度。自动报警***接入集中控制室。一旦检测到火灾发生，自动释放七氟丙烷气体进行灭火。
高压箱13安装在一簇电池的最下部，输入输出负责对一簇电池进行充放电控制。互锁开关为整簇电池的上下电开关，可以在簇并联安装时断开，使整个***不带高压，增加安全性。主模块对内控制整簇电池的运行，对外与控制柜3相连，接受和反馈外部的工作命令，同时反馈内部电池工作状态。
如图9所示，远程监控运维设计，集装箱式储能***设计有本地监控界面（包括显示器14、折叠桌15），能够显示***潮流及关键运行数据、设备状态信息、通讯状态信息、***控制参数和储能***单体电压温度等信息方便工作人员进行维护。同时监控***配装TeamViewer远程访问软件，方便从网络或手机端对***进行访问，实现远程维护目的。
巡检机器人设计，箱体内设红外线巡检机器人，该机器人能24小时来回巡检，通过检测电池箱内的温度变化，当温度升高到超过设定值时，触发报警***。
二氧化碳探测器在箱体顶部实行二十四小时监控，当箱体内出现二氧化碳浓度异常时，二氧化碳探测器会向整个控制***发出预警，当超过临界值时，会启动应急预案。
本发明兼具了普通集装箱的储能需求，同时对集装箱内部进行了24小时来回巡检监测，可以及时应对集装箱可能会出现的紧急情况。
本发明通过在集装箱式储能***中设置主动防护***和被动防护***用于根据电池的运行状态在事故发生前启动设定的防护措施或在检测到事故发生后启动设定的防护措施，对集装箱式储能***进行全方位防护，及时应对集装箱可能会出现的紧急情况，能够有效保护集装箱式储能***，减少甚至避免火灾事故的发生；本发明主动防护***设置BMS、PCS、EMS三层级报警、保护处理机制，使***稳定可靠运行；本发明通过巡检机器人24小时来回巡检，通过检测电池箱内的温度变化，当温度升高到超过设定值时，触发报警***，通过二氧化碳探测器在箱体顶部实行二十四小时监控，当箱体内出现二氧化碳浓度异常时，二氧化碳探测器会向整个控制***发出预警，当超过临界值时，会启动应急预案，进而保证***的安全性和稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集装箱式储能***，其特征在于，包括：
安装在集装箱本体内的储能***、储能双向变流器、控制柜和被动防护***；所述控制柜分别连接储能***、储能双向变流器和被动防护***；所述储能***通过储能双向变流器连接三相电网；所述被动防护***用于在检测到事故发生后启动设定的防护措施以防止事故扩大；
所述储能***包括电池架、安装在电池架上的电池箱以及用于隔档电池箱的挡板；所述电池箱内安装有配置了主动防护***的电池；所述主动防护***用于根据电池的运行状态在事故发生前启动设定的防护措施以防止事故发生。
2. 根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，所述主动防护***为三级电池监控***，包括第一层级BMS控制、第二层级PCS控制以及第三层级EMS控制，第一层级BMS控制用于实时监测电池箱 内电池的运行状态，在发现异常时，将异常信息传输给第二层级PCS控制和第三层级EMS控制，第二层级PCS控制在接收到异常信息时，执行软关断机制，停止***充放电操作，第三层级EMS控制在接收到异常信息时，预判电池状态，运行对应的充放电机制，执行对应的故障处理程序。
3.根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，所述被动防护***包括火灾预警***，所述火灾预警***包括烟雾传感器和温度传感器，所述烟雾传感器采用二氧化碳探测器。
4.根据权利要求3所述的集装箱式储能***，其特征在于，所述火灾预警***还包括巡检机器人和机器人控制柜；
所述机器人控制柜用于控制所述巡检机器人沿设定的路线在集装箱本体内巡视，并将所述巡检机器人的检测数据反馈给所述控制柜；所述巡检机器人为红外线巡检机器人。
5.根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，所述被动防护***还包括自动灭火***，所述自动灭火***包括消防柜，所述消防柜采用七氟丙烷自动灭火器。
6.根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，在集装箱本体内敷设有接地扁钢，所述接地扁钢与避雷针连接。
7.根据权利要求6所述的集装箱式储能***，其特征在于，所述接地扁钢采用热镀锌25×4mm接地扁钢。
8.根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，在集装箱本体内设置有UPS，所述UPS分别与三相电网、控制柜连接，所述UPS连接EMS。
9.根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，在集装箱本体内设置有服务器柜，所述服务器柜用于控制集装箱内信号的传输。
10.根据权利要求1所述的集装箱式储能***，其特征在于，在集装箱本体内设置有照明***、空调***和远程监控运维***。
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