一种锂电池自动消防储能柜的制作方法

1.本发明涉及锂电池储能技术领域，具体涉及一种锂电池自动消防储能柜。


背景技术：

2.随着技术手段的不断发展，电化学储能正越来越广泛地被应用到各个领域，尤其是电动汽车和电力系统中，通过化学反应进行电池正负极的充电和放电，实现能量转换。传统的电池技术以铅酸电池为代表，由于其对环境危害较大，已逐渐被锂电池所替代。
3.而锂电池因其结构特点及使用的高能量密度材料等因素，使其在使用过程中存在爆炸起火等危险，且锂电池起火属于其内部能量的释放。当锂电池发生热失控时，会喷出高温气体和颗粒混合物，这些气体具有可燃性，极易发生火灾，高温喷出物以及喷出物燃烧产生的火焰会加热周围电池，很可能引发大爆炸事故。而一旦发生爆炸事故，对行业是毁灭性打击。
4.传统的消防技术难以有效避免锂电池火灾的发生，因此目前绝大多数的安全性问题都是由锂电池热失控蔓延引发的，锂电池消防技术已经成为了制约行业发展的瓶颈。
5.需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种锂电池自动消防储能柜，以解决现有技术中难以有效避免锂电池火灾发生的问题。
7.本发明实施例提供一种锂电池自动消防储能柜，包括：
8.柜体；
9.多个插箱，其设置在所述柜体内；所述插箱为上端开口的箱体，其内设置有多个锂电池，所述锂电池的电极位于所述锂电池的上端面；所述插箱的一侧下方设置有进水口，其相对的另一侧上方设置有排水口，所述排水口的设置位置低于所述锂电池的上端面；
10.进水管，其分别与各所述插箱的进水口连接；
11.排水管，其分别与各所述插箱的排水口连接。
12.作为本发明的优选方式，所述插箱内设置有多个空心间隔板，通过所述空心间隔板将各所述锂电池隔开。
13.作为本发明的优选方式，所述空心间隔板为金属板，其内部设置有多个供空气或水通过的通孔。
14.作为本发明的优选方式，还包括：
15.消防控制器，其设置在所述柜体顶部。
16.作为本发明的优选方式，还包括：
17.多个第一温度传感器，其分别设置在各所述锂电池的上端面，且分别与各所述插箱内设置的电池管理单元连接，各所述电池管理单元分别与所述消防控制器连接；
18.多个第二温度传感器，其分别设置在各所述插箱的底部外侧，且分别与所述消防控制器连接。
19.作为本发明的优选方式，还包括：
20.烟雾传感器，其设置在所述柜体顶部，且与所述消防控制器连接。
21.作为本发明的优选方式，还包括：
22.电控阀，其设置在所述进水口上，且与所述消防控制器连接。
23.作为本发明的优选方式，所述锂电池为方壳电芯；各所述锂电池以串联的方式连接，或者以先并联再串联的方式连接。
24.本发明实施例提供的锂电池自动消防储能柜，通过在柜体内设置多个安装有锂电池的插箱，并在该插箱两侧分别设置有进水口和排水口，进水口和排水口还分别与进水管和排水管连接，从而在某一个插箱内的锂电池发生热失控时，能够快速向该插箱内注水，然后利用水的吸热能力带走大量锂电池热失控产生的热量，有效防止热量传导到邻近的电池形成热蔓延，进而能够有效避免储能站锂电池火灾的发生。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例提供的锂电池自动消防储能柜的结构示意图；
27.图2为图1中所示插箱的结构示意图；
28.图3为图2中所示插箱的剖面图。
29.其中，10、柜体，11、消防控制器，12、烟雾传感器；
30.20、插箱，21、锂电池，22、进水口，221、电控阀，23、排水口，24、空心间隔板，25、第一温度传感器，26、第二温度传感器；
31.30、进水管；
32.40、排水管。
具体实施方式
33.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.由于锂电池在制造时有些微小缺陷未被检出，这会导致锂电池在使用过程中出现内短路。内短路会将锂电池内部存储的电能转换成热能，导致锂电池内部温度过高，进而引发锂电池热失控。热失控时锂电池会释放出大量热量，产生高温。如果这些热量传给旁边的
锂电池而使其温度过高，就会形成热失控蔓延。在这时需要隔热才能避免热失控蔓延的产生，但这与锂电池正常工作时的散热需求是矛盾的，现有技术难以同时满足。
36.因此，本发明实施例采用了创新性的方案，对热失控产生的热量改阻为疏，针对锂电池储能应用的特点，有针对性的解决了这个矛盾的问题。
37.参照图1～图3所示，本发明实施例公开了一种锂电池自动消防储能柜，其主要包括：
38.柜体10；
39.多个插箱20，其设置在柜体10内；插箱20为上端开口的箱体，其内设置有多个锂电池21，锂电池21的电极位于锂电池21的上端面；插箱20的一侧下方设置有进水口22，其相对的另一侧上方设置有排水口23，排水口23的设置位置低于锂电池21的上端面；
40.进水管30，其分别与各插箱20的进水口22连接；
41.排水管40，其分别与各插箱20的排水口23连接。
42.在本实施例中，该锂电池自动消防储能柜主要包括一个内部中空的柜体，该该柜体内竖向设置了多个逐层整齐排列的插箱，该插箱内设置有多个锂电池，并使锂电池的电极朝上，即电极位于锂电池的上端面。
43.该插箱优选设计为一个上端开口且无盖的箱体，箱体部分密闭不漏水，在没有出现热失控的正常情况下，可通过在插箱顶部注入空气来对其内部的锂电池进行通风散热，可有效满足锂电池在正常工作时的散热需求。
44.进一步地，该插箱上相对的两个侧面上分别设置有进水口和排水口，其中进水口设置在插箱的一侧下方，而排水口则设置在相对的另一侧上方，且使排水口的设置位置低于锂电池的上端面。同时，进水口还与进水管连接，排水口还与排水管连接。正常情况下，进水口处于关闭状态。
45.这样在某一个插箱内的锂电池出现热失控的情况下，通过进水口将进水管中的冷却水注入该插箱中，同时由于排水口位于进水口的上方且低于锂电池的上端面，多余的冷却水会从排水口排放到排水管中，从而冷却水会尽可能多地接触锂电池的外表面而又不会触及到锂电池的电极，在保证了水电分离不会造成锂电池进水损坏的前提下，利用水的吸热能力带走大量锂电池热失控产生的热量，有效防止热量传导到邻近的电池形成热蔓延，进而能够有效避免储能站锂电池火灾的发生。
46.本实施例中，所有插箱的进水口分别通过三通接头连接到进水管上，排水口也分别通过三通接头连接到排水管上。同时，插箱内部所有裸露电器节点和元件须安装于锂电池的上端面或者插箱的外部，以防热失控注水时进水损坏。
47.需要说明的是，在实际应用中，柜体的尺寸、插箱的尺寸和数量需要根据实际情况来确定，在此不再详细说明。
48.需要说明的是，由于锂电池热失控的可能性比较小，所以排水管中的废水基本没有受到污染，不需要进行收集处理。
49.本实施例中，该锂电池自动消防储能柜，有效满足了锂电池在正常工作时的散热需求和锂电池热失控时的隔热需求，在某一个插箱内的锂电池发生热失控时，能有效防止热量传导到邻近的电池形成热蔓延，进而能够有效避免储能站锂电池火灾的发生。
50.优选地，锂电池21为方壳电芯；各锂电池21以串联的方式连接，或者以先并联再串
联的方式连接。
51.具体地，锂电池优选采用方壳电芯，方便在热失控时通过冷却水来散热。
52.各个锂电池在插箱内通过相互连接组成电池模组，其以串联的方式连接，或者以先并联再串联的方式连接。
53.需要说明的是，在实际应用中，锂电池的电芯尺寸、电芯数量、散热要求等需要根据实际情况来确定，在此不再详细说明。
54.具体参照图2所示，在本技术提供的一种可选实施例中，插箱20内设置有多个空心间隔板24，通过空心间隔板24将各锂电池21隔开。
55.本实施例中，为了防止热失控时锂电池发生鼓胀而侵占锂电池之间预留的空隙，从而导致水流无法通过，因此在插箱内设置了多个纵横交错设置的空心间隔板。
56.通过多个空心间隔板将各个锂电池隔开，可防止锂电池热失控时堵塞冷却水路。
57.具体参照图3所示，优选地，空心间隔板24为金属板，其内部设置有多个供空气或水通过的通孔。
58.具体地，该空心间隔板为金属板，优选为表面镀有绝缘层的金属板，其具有足够的强度，同时还在其内部设置有多个供空气或水通过的通孔。
59.正常情况下，空气可从该通孔中通过，可对插箱内部的锂电池进行通风散热。而在出现热失控的情况下，由于空心间隔板具有足够的强度，可承受锂电池鼓胀的压力，能防止锂电池鼓胀时被挤压变形而不会侵占锂电池之间预留的空隙，冷却水可在空心间隔板内部的通孔中顺畅通过，从而利用水的吸热能力带走大量锂电池热失控产生的热量，有效防止热量传导到邻近的电池形成热蔓延，进而能够有效避免储能站锂电池火灾的发生。
60.在本技术提供的一种可选实施例中，该锂电池自动消防储能柜还包括：消防控制器11，其设置在柜体10顶部。
61.本实施例中，为实现锂电池自动消防储能柜的自动消防功能，在柜体顶部设置了消防控制器。该消防控制器用于确定热失控蔓延失火的插箱，并自动采取注水降温方式来防止锂电池的热失控。
62.在实际应用中，该消防控制器的功能可通过单独设备来实现，也可集成到电池管理系统(bms)里实现。电池管理系统(bms)是保护动力电池使用安全的控制系统，在此不再赘述其具体结构。
63.在本技术提供的一种可选实施例中，该锂电池自动消防储能柜还包括：多个第一温度传感器25，其分别设置在各锂电池21的上端面，且分别与各插箱内20设置的电池管理单元连接，各电池管理单元分别与消防控制器11连接；多个第二温度传感器26，其分别设置在各插箱20的底部外侧，且分别与消防控制器11连接。
64.本实施例中，为准确快速确定柜体中哪一个插箱中的哪一个锂电池出现了温度异常而存在发生热失控的可能性，还分别设置了多个第一温度传感器和多个第二温度传感器。同时，在各插箱内还分别对应设置了电池管理单元(bmu)，其中电池管理单元(bmu)为电池管理系统(bms)的组件。
65.其中，优选在各插箱的每个锂电池上端面均设置了第一温度传感器，且使各个第一温度传感器分别与该插箱内对应设置的电池管理单元(bmu)连接，对应的各个电池管理单元(bmu)再分别通过通讯总线与消防控制器连接，能够将采集到的每个锂电池的温度信
息及时地传输到消防控制器中。同时，在各个插箱的底部外侧也分别设置了第二温度传感器，且使各个第二温度传感器均与消防控制器连接，能够将采集到的各个插箱的温度信息及时地传输到消防控制器中。
66.因此，通过设置多个第一温度传感器和多个第二温度传感器，能够及时地掌握每个锂电池的温度以及各个插箱的温度，消防控制器能尽快探测到温升过高的锂电池及其所在的插箱，从而可通过向该插箱注水对内部的锂电池降温，防患于未然。
67.在本技术提供的一种可选实施例中，该锂电池自动消防储能柜还包括：烟雾传感器12，其设置在柜体10顶部，且与消防控制器11连接。
68.本实施例中，为快速检测是否已发生热失控，在柜体顶部还设置了烟雾传感器，且使该烟雾传感器与消防控制器连接。
69.在出现热失控时，会产生大量烟雾，烟雾传感器能够及时检测到该烟雾，并将检测结果传输到消防控制器中，以便消防控制器能够及时地确定已经发生了热失控。
70.需要说明的是，烟雾传感器的数量和具体设置位置根据实际情况进行合理设计，以确保能精确探测到热失控。
71.在本技术提供的一种可选实施例中，该锂电池自动消防储能柜还包括：电控阀221，其设置在进水口22上，且与消防控制器11连接。
72.本实施例中，为在检测到出现热失控时，能够自动开启各个插箱的进水口，还在各个进水口上分别设置了电控阀，且均分别与消防控制器连接。
73.在出现热失控时，消防控制器通过控制电控阀使进水口开启，从而通过该进水口向对应的插箱注水，以利用水的吸热能力带走大量锂电池热失控产生的热量。
74.在上述各实施例所述结构的基础上，下面将对锂电池自动消防储能柜的工作流程进行详细说明。
75.整个锂电池自动消防储能柜上电后开启，各组件均进入工作模式。初始时，各个插箱的进水口处的电控阀均处于关闭状态，消防控制器实时接收各第一温度传感器、各第二温度传感器以及烟雾传感器采集的信息。同时，消防控制器具备消防系统自检功能，每天循环定时对整个系统进行自检，包括对消防水压、进水口处的电控阀、烟雾传感器、第一温度传感器和第二温度传感器的检查等。一旦出现故障，消防控制器会发出报警提示要求运维人员进行维护，以保证消防系统的完整性，随时在线，随时可用。
76.当某一个插箱中有锂电池出现快速升温并出现热失控时，该锂电池上端面上设置的第一温度传感器将采集到的锂电池的温度信息传输到消防控制器中，该插箱底部设置的第二温度传感器也将采集到的插箱的温度信息传输到消防控制器中，同时烟雾传感器也将采集到的烟雾信息传输到消防控制器中。
77.消防传感器将上述信息进行综合判断，能够确定是否发生热失控，并能够准确地判断出现热失控的锂电池及其所在的插箱。此时，消防传感器控制该插箱的进水口处的电控阀开启，使进水管中的冷却水快速注入该插箱中，然后利用水的吸热能力带走大量锂电池热失控产生的热量，有效防止热量传导到邻近的电池形成热蔓延，进而能够有效避免储能站锂电池火灾的发生。
78.热失控消防过程完成之后，需要专业人员对柜体和出现热失控的插箱以及相邻的上下两个插箱均进行清洁、维修和更换，确认没有问题后，才能重新投入使用。
79.另外，还可以通过人工对热失控过程进行监控，以防止意外情况发生。在紧急情况下，也可通过人工向插箱内部注水，防止系统检测失灵而导致热蔓延。
80.本发明可在消防储能柜起火的第一时间就能有效阻止锂电池的热蔓延，有效避免锂电池火灾的发生。
81.综上所述，本发明实施例提供的锂电池自动消防储能柜，通过在柜体内设置多个安装有锂电池的插箱，并在该插箱两侧分别设置有进水口和排水口，进水口和排水口还分别与进水管和排水管连接，从而在某一个插箱内的锂电池发生热失控时，能够快速向该插箱内注水，然后利用水的吸热能力带走大量锂电池热失控产生的热量，有效防止热量传导到邻近的电池形成热蔓延，进而能够有效避免储能站锂电池火灾的发生。
82.在本发明的描述中，需要说明的是，“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
83.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本公开实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
84.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
85.在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
86.以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。