一种可实现精准灭火的电池屉及其分布式储能设备的制作方法

1.本实用新型涉及小型锂电池储能领域，具体而言，涉及一种可实现精准灭火的电池屉及其分布式储能设备。


背景技术：

2.伴随着电力工业技术进步，分布式发电技术成为如今的电力行业研发的热点，且在电能生产中的占比快速提升。基于整套系统稳定性以及电价的经济性，分布式发电系统都会配备一定比例的储能设备，其中锂电池储能是行业的主流。
3.储能设备一般由以下几个模块构成，包括电池模组、监控模块、高压控制模块、储能双向逆变器、消防系统。电池模组是整个系统能源储存单元，监控模块主要是对电池与储能逆变器数据进行收集传输至数据中心，储能双向逆变器负责将电能在直流与三相电之间进行转换，消防系统是为了防止储能电池模组热管理失效后遏制火灾的最后手段。
4.在现有技术中，锂电池储能行业兴起的短短几年内，已经发生数起传播面比较广的火灾，这对整个行业带来了不可磨灭的负面影响，对于消费者还是行业投资者信心都会降低，因此开发出更有效更智能的消防系统成为储能系统中的重要任务。
5.分布式小型储能设备作为一个单独的储能系统，它体积小，运输方便以及电量低，安装存放方便，既可放在户外也可以放在小型建筑内部。基于成本考虑，小型储能系统的消防系统多采用手提式七氟丙烷灭火器或者温控悬挂式七氟丙烷灭火器以及探火管自动灭火装置，其灭火药剂基本都是采用七氟丙烷，其灭火原理是化学灭火与物理灭火兼有，排放后对臭氧层不会造成破坏，是目前行业认同的选择。但是，由于手提式灭火器需要人工操作，在无人值守的工况下，火灾现场又没有警报数据回馈，很容易造成更大的事故，因此不建议使用。对于小型储能系统，温控悬挂式灭火装置成本比较低，设计比较方便，但是会浪费比较大的内部空间。
6.现有小型储能系统的消防系统灭火原理是：灭火装置底部有一个自动触发的消防喷头，其触发温度是68℃和93℃。触发温度且感应位置固定，如果电池热失效位置与消防喷头的距离稍远，就会出现无法感应的情况，必然导致热失效进一步扩散，最终导致火灾。
7.火探管灭火装置其布置比较灵活，可能环绕锂电池本身，当电池热失效温度达到火探管的触发温度时，靠近失效点的火探管就会破裂，然后将装置内的七氟丙烷药剂就会通过裂口喷射，达到灭火的作用。对比温控悬挂式灭火装置，可以将柔性的火探管环绕电池模组，其触发感应位置比较全面。但是也有很明显的弱点，那就是其与温控悬挂式灭火装置均属于物理式被动灭火装置，需要一个较高的触发温度，其触发温度为140℃～170℃，同样无法在热失效早期触发。再则在复杂的箱内空间排布火探管工艺难度大。
8.结合锂电池热失效以及热扩散的特性，再首次明火熄灭后，伴随着化学反应释放可燃气体，极有可能造成二次复燃，被动式触发的消防装置，伴随着一次喷射完成后，无法应对后续复发的危机。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于提供一种可实现精准灭火的电池屉及其分布式储能设备，其能够具有高安全性，高效率性以及智能化的特点。
10.本实用新型的实施例是这样实现的：
11.一种可实现精准灭火的电池屉，该电池屉包括：电池屉箱体、横向移动机构、纵向移动机构和移动式消防组件，电池屉箱体的第一端板上设置有消防软管转接头，电池屉箱体底部固定安装有多个锂电池；横向移动机构固定设置于电池屉箱体的侧板上；纵向移动机构的两端分别与横向移动机构滑动连接；移动式消防组件安装于纵向移动机构上，移动式消防组件连接至消防软管转接头。
12.在本实用新型的较佳实施例中，上述移动式消防组件包括：消防喷头安装板、消防喷头和消防弹簧管，消防喷头安装板基于纵向移动机构可滑动；消防喷头安装于消防喷头安装板上；消防弹簧管的两端分别连接消防喷头和消防软管转接头。
13.在本实用新型的较佳实施例中，上述横向移动机构包括：第一横向导轨、第二横向导轨和横向驱动件，第一横向导轨固定安装在电池屉箱体的第一侧板上；第二横向导轨固定安装在电池屉箱体的第二侧板上；横向驱动件安装于第一横向导轨或第二横向导轨上，横向驱动件驱动纵向移动机构横向移动。
14.在本实用新型的较佳实施例中，上述纵向移动机构：纵向导轨和纵向驱动件，纵向导轨的两端分别滑动连接第一横向导轨和第二横向导轨；纵向驱动件安装于纵向导轨上，纵向驱动件驱动移动式消防组件纵向移动。
15.在本实用新型的较佳实施例中，上述电池屉箱体还包括：烟雾传感器和温度传感器，烟雾传感器安装于电池屉箱体的内壁，用于采集电池屉箱体内部烟雾信息；温度传感器分布于每个锂电池上，用于采集每个锂电池的温度信息。
16.在本实用新型的较佳实施例中，上述电池屉箱体还包括：第一泄压阀，第一泄压阀安装于电池屉箱体的侧壁。
17.在本实用新型的较佳实施例中，上述电池屉还包括电池屉顶盖，电池屉顶盖覆盖于电池屉箱体上。
18.一种可实现精准灭火的分布式储能设备，包括上述电池屉，该分布式储能设备还包括：储能设备柜体、固定消防支路、固定消防主路和灭火器，储能设备柜体设置有一个控制舱和多个电池舱，每个电池舱上设置有防水接头，通过消防软管连接至消防软管转接头；一条固定消防支路连接一个防水接头；多条固定消防支路汇入到固定消防主路；灭火器连接固定消防主路。
19.在本实用新型的较佳实施例中，上述控制舱包括：消防控制系统和备用电源，消防控制系统，烟雾信息和温度信息传输至消防控制系统；备用电源，连接消防控制系统。
20.在本实用新型的较佳实施例中，上述储能设备柜体还包括第二泄压阀，第二泄压阀安装于储能设备柜体的侧壁。
21.本实用新型实施例的有益效果是：在本实用新型中的电池屉箱体内的锂电池上方设置有横向移动机构和纵向移动机构，用于帮助移动式消防组件移动，采用移动式精确喷射装置，能根据温度监控反馈，运行至到失效的电池模组上方区域进行降温和灭火，精确定位失效位置，将失效在早期控制。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
23.图1为本实用新型实施例的分布式储能设备的整体结构示意图(正面)；
24.图2为本实用新型实施例的分布式储能设备的整体结构示意图(侧面)；
25.图3为本实用新型实施例的电池屉隐藏顶盖后的俯视结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例的电池屉的移动式消防组件结构示意图。
27.图标：100-储能设备柜体；110-电池舱；111-防水接头；112-第二泄压阀；120-控制舱；121-消防控制系统；122-驱动件控制器；123-电池管理系统；124-第二烟雾传感器；
28.200-固定消防组件；210-固定消防支路；220-固定消防主路；230-灭火器；212-直角不锈钢管；213-硅胶垫；214-表型直通螺母；211-支路电磁阀；215-不锈钢管支架；221-不锈钢总管；222-消防连接管；223-主路电磁阀；231-灭火器托架；
29.300-电池屉；310-电池屉箱体；311-第一端板；312-第一侧板；313
‑ꢀ
第二端板；314-第二侧板；315-烟雾传感器；316-第一泄压阀；320-锂电池；321-温度传感器；330-横向移动机构；331-第一横向导轨；332-第二横向导轨；333-横向传动丝杆；334-横向导轨步进电机；340-纵向移动机构；341-纵向导轨；342-纵向传动丝杆；343-纵向导轨步进电机；350-移动式消防组件；351-消防软管转接头；352-消防喷头安装板；353-消防喷头；354-消防弹簧管。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.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。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。
34.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而
是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
35.在本实用新型的描述中，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”、“相连”、“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实用新型中的具体含义。
36.第一实施例
37.请参见图1和图2，本实施例提供一种可实现精准灭火的分布式储能设备，包括储能设备柜体100和与储能设备柜体100连接的固定消防组件200，储能设备柜体100用于装配储能电池模块和系统控制件等电气件，固定消防组件200用于接收系统控制件的指令对储能设备柜体100内的某个热管理失效点进行灭火处理。
38.储能设备柜体100包括多个电池舱110和一个控制舱120，控制舱120 位于电池舱110的顶部。
39.电池舱110其中一侧壁设置有防水接头111，防水接头111将消防管道通往柜体内部，保证防水性，与防水接头111相对的一侧壁上还设置有第二泄压阀112，用于平衡整体内外压力。
40.请参见图3-4，每个电池舱110内配置有一个电池屉300。电池屉300 作为锂电池安装固定装置，其包括：电池屉箱体310、设置于电池屉箱体 310底部的多个锂电池320；位于锂电池320上部与电池屉箱体310连接的横向移动机构330；安装于横向移动机构330上的纵向移动机构340；安装于纵向移动机构340上的移动式消防组件350，以及覆盖电池屉箱体310的电池屉300顶盖。
41.具体的，电池屉箱体310包括底板和依次围绕底板设置的第一端板311、第一侧板312、第二端板313和第二侧板314。
42.锂电池320安装在底板上，多个锂电池320有序等间隙排列，每个锂电池320上还分布有温度传感器321，用于采集每个锂电池320的温度信息，作为判定锂电池320热管理是否失效的参数之一。第一端板311上设置有消防软管转接头351，用于通过消防软管连接电池舱110上的防水接头111，从而与外部的固定消防组件200连接。第一侧板312和第二侧板314用于安装横向移动机构330。第二端板313上安装有烟雾传感器315和第一泄压阀316，电池管理系统会采集电池电压温度实时数据，烟雾传感器315用于在电池热失控产生化学反应生成烟雾时，启动烟雾报警装置。本实施例中，为防止电池舱110内释放灭火药剂时压力过大，本实施例中柜体与电池屉 300上都安装了泄压阀。
43.具体的，横向移动机构330包括：第一横向导轨331、第二横向导轨 332和横向驱动件，第一横向导轨331固定安装在电池屉箱体310的第一侧板312上；第二横向导轨332固定安装在电池屉箱体310的第二侧板314 上；横向驱动件安装于第一横向导轨331或第二横向导轨332上，横向驱动件驱动纵向移动机构340横向移动。更为具体的，在本实施例中的横向驱动件采用横向传动丝杆333和控制横向传动丝杆333转动的横向导轨步进电机334，使得连接在横向传动丝杆333上的纵向移动机构340在横向传动丝杆333的正转反转下左右移动。在其他实施例中，也可以采用导杆、气缸或电动缸等方式驱动纵向移动机构340左右移
动。
44.具体的，纵向移动机构340：纵向导轨341和纵向驱动件，纵向导轨 341的两端分别滑动连接第一横向导轨331和第二横向导轨332；纵向驱动件安装于纵向导轨341上，纵向驱动件驱动移动式消防组件纵向移动。更为具体的，在本实施例中的纵向驱动件采用纵向传动丝杆342和控制纵向传动丝杆342转动的纵向导轨步进电机343，使得纵向导轨步进电机343控制纵向传动丝杆342正转和反转的过程中，连接在纵向传动丝杆342上的移动式消防组件350能够前后移动，电池屉300的电动导轨装置，能将消防喷嘴准确移动到热失控电池位置，进行精准降温和灭火。在其他实施例中，同样可以采用导杆、气缸或电动缸等方式移动式消防组件350前后移动。
45.具体的，移动式消防组件350包括：消防喷头安装板352、消防喷头 353和消防弹簧管354，消防喷头安装板352安装在纵向传动丝杆342上，基于纵向移动机构340可前后滑动；消防喷头353安装于消防喷头安装板 352上，更为具体的消防喷头353由依次连接的消防喷头公头和消防喷头母头组成，消防喷头母头用于连接消防弹簧管354，消防喷头公头喷出药剂；消防弹簧管354的另一端连接消防软管转接头351。
46.控制舱120内配置有分布式储能设备的控制器等电气件如：消防控制系统121、驱动件控制器122和电池管理系统123、控制舱120的顶部还设置有第二烟雾传感器124。
47.具体的，消防控制系统121，将采集的烟雾信息和温度信息传输至消防控制系统121，然后由消防控制系统121做出判定是否启动灭火功能，在本实施例中的消防控制系统121还配置有直流电、市电、备用电源，三种电源共同给消防控制系统121供电，避免火情发生时，单种电源断电。分布式储能设备的电池管理系统123、烟雾传感器315、消防控制系统121、步进电机控制器、消防瓶上的七氟丙烷电磁阀、消防管道上的支路电磁阀和电池屉300里的电动导轨装置实现了火情的自动采集，自动传输，智能控制。
48.具体的，驱动件控制器122，用于接受消防控制系统121发出的信号，控制电池屉中步进电机的运动，控制横/纵向导轨步进电机转动，使得电池舱110内部的移动式消防组件350在锂电池320上方移动，实现精准灭火。
49.具体的，电池管理系统123，检测系统中锂电池320的电性能以及温度。
50.固定消防组件200包括：固定消防支路210、固定消防主路220和灭火器230。
51.具体的，一条固定消防支路210连接一个防水接头111，在本实施例中的固定消防支路210包括依次连接的直角不锈钢管212、硅胶垫213、表型直通螺母214、支路电磁阀211、不锈钢管支架215。直角不锈钢管212：实现不锈钢管的直角转弯；硅胶垫213：管道中间密封；表型直通螺母214：连接支路电磁阀211的两端，起转接作用；支路电磁阀211：控制支路七氟丙烷管路的通断；不锈钢管支架：固定不锈钢管。
52.具体的，多条固定消防支路210汇入到固定消防主路220，固定消防主路220包括依次连接的不锈钢总管221、消防连接管222、灭火器230，不锈钢总管221：将七氟丙烷通道一路分为四路，消防连接管222：连接七氟丙烷灭火装置与消防管道。在本实施例中的灭火器230位置设置有灭火器托架231，将灭火器230固定在储能设备柜体100的外壁；在本实施例中的灭火器230采用七氟丙烷灭火器230，在灭火器230上配置有主路电磁阀 223。采用电磁阀，便于消防控制系统121控制，且可重复开启与关闭的消防阀，其有效应对初次热失控和后续可能的火情复燃。
53.更为具体的，整个消防系统包括固定消防组件200和移动式消防组件 350，灭火器230带有一个转接头，与消防连接管222通过螺纹连接，中间加装硅胶垫213，不锈钢总管221与消防连接管222通过螺纹连接，中间加装硅胶垫213，支路电磁阀211两个端与表型直通螺母214相连接，螺纹周边涂液体生料带，然后部件两端分别与用直角不锈钢管212不锈钢总管221 连接，中间加装硅胶垫213；不锈钢管支架将消防总管固定在储能柜侧面上，消防软管分别与直角不锈钢管212连接和电池屉300的消防弹簧管转接头连接，中间加装硅胶垫213，消防弹簧管354一端和消防弹簧管转接头加液体生料带连接，另一端消防母头直接安装在消防公头上端；消防公头通过螺纹与消防喷头353连接在一起，消防喷头353通过螺栓连接在纵向导轨 341上，纵向导轨341通过螺栓安装在横向导轨滑块上端，横向导轨通过螺栓安装在电池屉300上。
54.在本实施例中的分布式储能设备的使用方法如下：
55.在电池屉300内通过烟雾传感器315与分布在电池模组上的温度传感器321作为火情探测，电池管理系统123(bms,battery management system) 会实时采集锂电池320温度，当锂电池320温度达到电池管理系统123预设的阈值(该阈值根据电池热失控特性分析得出，大于电池允许使用得最大温度值t1)，电池管理系统123会传输信号给消防控制系统121(消防控制系统121，fire control system)，消防控制系统121会根据反馈热失效的电池问题，打开七氟丙烷灭火器230的主路电磁阀223与对应电池屉300 的支路电磁阀211，步进电机控制器控制横纵向导轨341将消防喷头353移动到温度失控区域，药剂通过七氟丙烷电磁阀依次经过消防连接管222、消防总管、表型直通螺母214与对应电池屉300的支路电磁阀211、表型直通螺母214和消防软管进入电池屉300内部，再通过与消防弹簧管354运输到消防喷嘴，进行精准灭火处理。
56.在使用中喷射的药剂量与电池燃烧释放热能、药剂灭火浓度有关，不同电池其值各不相同，根据实验进行实际测试，以获取不同锂电池320所用的不同药剂量。
57.烟雾传感器315作为火情探测备用渠道，待电池热失控产生烟雾后，开始工作，传输信号至消防控制系统121，再由消防控制系统121判断失控部位，进而开始灭火，消防控制系统121中含有备用电源以及控制板，可在电池热失控时为电磁阀、步进电机控制器以及步进电机供电。
58.在电池屉300内部，设置电动导轨，当消防控制系统121在开启药剂瓶时同步给予步进电机控制器信号，步进电机控制器控制各步进电机将喷头移动到失控电池正上方区域，进行精准降温与灭火。
59.在喷射预定的药剂后，支路电池阀会重新关闭，如果热失效再次出现，消防装置会再次启动进行二次降温和灭火，因此药剂应该是满足至少2次灭火所需量。
60.由于整套消防系统由电力驱动，为防止电力供应中断。消防系统共包含三套电源，其一为系统电池pack提供的直流电，其二为电网提供的交流电，其三为消防控制系统121内备用电源。三套并行的电源为消防系统的安全可靠性提供了能源保障。
61.综上所述，本发明的优势如下：1.包含温感、烟感双探测装置，判断电池热失控状态，减少电子信号传输失效与误判的风险。2.根据电池特性设置阀值的消防控制中心，根据热失效的具体情况开启和关闭灭火器230 装置的电磁阀，有效控制电池复燃的情况。3.电池屉300内部的移动式精确喷射装置，能根据温度监控反馈，运行至到失效的电池模组上方
区域进行降温和灭火，精确定位失效位置，将失效在早期控制。4.多电源并行供电灭火装置，避免出现装置缺失电源不工作的状况。
62.本说明书描述了本实用新型的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型的所有可能形式。应理解，说明书中的实施例可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。公开的具体结构和功能细节不应当作限定解释，仅仅是教导本领域技术人员以多种形式实施本实用新型的代表性基础。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本实用新型的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。
63.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本主路电磁阀223可以有各种更改和变化。凡在本主路电磁阀223的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本主路电磁阀223的保护范围之内。