一种基于标准集装箱的拼装式液冷储能系统的制作方法

1.本发明涉及电池储能技术领域，具体为一种基于标准集装箱的拼装式液冷储能系统。


背景技术：

2.随着国内储能市场需求不断增大，储能产业规模快速扩大，项目对储能系统能量密度、集成度、电池一致性等性能要求逐渐提升。电化学储能电池单元设计主要以集装箱预制舱为主，集装箱预制舱电池单元能量密度、一致性受舱体内电池布局结构、热管理方式影响。
3.当前为满足储能需求，需要对电池舱单元能量密度进行提升，但随着对电池舱单元能量密度的提升，电池产生的热量也相应升高，在电池舱的散热能力不足的情况下极易发生火灾。


技术实现要素：

4.本发明为了克服因电池舱单元能量密度的提升，所带来的火灾隐患，特此提供一种基于标准集装箱的拼装式液冷储能系统，包括：集装箱；所述集装箱内设有电池舱、消防主机、灭火器、消防探测器、配电柜自动转换开关和控制柜；控制柜内设有电控板和控制器；控制器与消防主机连接；控制器通过消防探测器获取集装箱内烟雾量；当仓库内烟雾量超过设定值时，控制器通过灭火器释放灭火气体进行灭火，并控制消防主机通过配电柜自动转换开关切断电池舱配电。
5.优选地，还包括：行程开关和防爆风机；所述集装箱设有箱门；控制器通过行程开关获取箱门行程位置，依据箱门行程位置判断集装箱是否为封闭状态；当集装箱为封闭状态且灭火器释放灭火气体时，控制器通过防爆风机进行泄压。
6.优选地，电池舱包括多个电池柜，电池柜内设有电池柜架；电池柜架内放置多台液冷电池箱。
7.优选地，所述灭火器包括全氟己酮气体柜和全氟己酮灭火喷头。
8.优选地，所述电池舱还包括高压配电箱；高压配电箱设置在电池柜底部，高压配电箱与电池柜之间设有挡水板；高压配电箱上设有水浸传感器；控制器通过水浸传感器获取高压配电箱上的积水量；当积水量超过设定值，控制器通过配电柜自动转换开关切断电池舱配电。
9.优选地，集装箱内设有温湿度传感器和除湿机；控制器通过温湿度传感器获取集装箱内温湿度值；当温湿度值超过设定值，控制器控制除湿机运行。
10.优选地，所述集装箱内还设有摄像头和照明灯；控制器与摄像头连接；控制器通过摄像头对电池舱进行拍摄，并记录着火部位；控制器与照明灯连接，通过照明灯提供拍摄照明。
11.优选地，所述集装箱内还设有液冷设备舱、液冷主管路和液冷分支管路；液冷设备舱内安装有液冷机组；液冷机组通过液冷主管路将冷却液输送至电池舱内；电池舱通过液冷分支管路输送至每个电池箱。
12.优选地，所述控制柜上设有多组指示灯；指示灯与控制器连接，用于显示消防主机、液冷机组和除湿机运行状态。
13.优选地，所述控制器采用工业控制计算机，或嵌入式计算机；所述液冷主管路采用不锈钢材质；所述液冷分支管路尼龙材质；所述液冷电池箱采用磷酸铁锂电池。
14.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明在集装箱预制舱内设置消防主机、消防探测器和灭火器，在检测到集装箱内烟雾量超过设定值，及时释放灭火气体。在集装箱一侧设置泄压口，在释放灭火气体的同时，通过防爆风机及时对封闭状态的集装箱进行泄压。本发明采用液冷电池箱，并配备液冷设备舱和液冷管路，通过循环液冷的方式减少电池的散热，进而降低火灾风险。为了防止冷却液的泄露或电池漏液的对电池柜底部的高压配电箱造成影响，本发明在高压配电箱与电池柜之间设置挡水板，并通过水浸传感器检测是否液体流经高压配电箱，在检测到有液体流经高压配电箱，及时切断电池舱配电，进而保证电源安全。本发明的液冷设备舱所提供的热管理方式，能够有效提升储能电池单元能量密度及温度一致性。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对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。
16.图1为集装箱内部布局图。
17.图2为两个集装箱拼箱安装示意图。
18.图3为集装箱三维结构图。
19.图4为基于标准集装箱的拼装式液冷储能系统的通信框图。
20.图5为液冷储能系统接线图。
21.图中：1.照明灯、2.控制柜、3.电池柜、4.液冷设备舱、5.消防主机、6.液冷电池箱、7.防爆风机、8.高压配电箱、9.挡水板、10.控制器、11.配电柜自动转换开关、12.可燃气体传感器、13.bms电池管理装置、14.第一水浸传感器、15.第二水浸传感器、16.第一温湿度传
感器、17.第二温湿度传感器、18.除湿机、19、行程开关、20.配电柜自动转换开关常用合闸指示、21.配电柜自动转换开关备用合闸指示、22.急停开关、23.指示灯、24.直流汇流柜、25.配电负荷柜。
具体实施方式
22.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，都属于本发明保护的范围。
23.本发明提供一种基于标准集装箱的拼装式液冷储能系统，如图1至图5所示，拼装式液冷储能系统采用非步入式方案，内部可安装9个电池簇，总容量为3.35mwh，总重量35吨。拼装式液冷储能系统包括标准集装箱、电池簇、电池柜架、电池管理系统、控制柜2、汇流柜、气体灭火系统、配电照明和环境监控等。标准集装箱采用20英尺长的标准集装箱为集装箱预制舱。集装箱设有箱门，控制器10通过行程开关19获取箱门行程位置，依据箱门行程位置判断集装箱是否为封闭状态。集装箱一侧开设有泄压口，泄压口处安装有防爆风机7，防爆风机7设置在集装箱外侧，当集装箱内气压值超过设定值或通过可燃气体传感器12检测到集装箱内可燃气体量超过预设阈值，则控制防爆风机7运行，通过泄压口进行通风。集装箱内设有温湿度传感器和除湿机18，控制器10通过温湿度传感器获取集装箱内温湿度值，当温湿度值超过设定值，控制器10控制除湿机18运行。集装箱内还设有摄像头和照明灯1，控制器10与摄像头连接，控制器10通过摄像头对电池舱进行拍摄，并记录着火部位。控制器10与照明灯1连接，通过照明灯1提供拍摄照明。照明灯1包括应急灯和led防爆灯。
24.舱体分为电池舱、电气舱、液冷设备舱4。
25.电池舱包括9个电池柜3，采用储能系统主回路接线方式，每个电池柜3为1个回路，9个回路并联接入直流汇流柜24。电池柜3采用电池簇，电池簇由电池单体采用串联、并联或串并联连接方式，且与储能变流器及附属设施连接后实现独立运行的电池组合体，还包括电池管理系统、监测和保护电路、电气和通讯接口等部件。9个电池柜3各安装8台液冷电池箱6，电池箱是由若干单体电池、箱体、电池管理系统及相关安装结构件等组成，并相应配备电池箱监控设备、电池箱接插件、电池箱环控设备和符合标准的电池箱结构。本技术中液冷电池箱6内的单体电池采用磷酸铁锂电池做为电能储存的主要部件。电池舱内安装、消防探测器、全氟己酮灭火喷头、照明灯1、防爆风机7等。
26.电气舱内安装控制柜2、直流汇流柜24、全氟己酮气体柜、消防主机5、摄像头、照明灯1等。其中，控制柜2包含储能单元内电气控制、电路保护控制、控制器10等部分。控制柜2内部设置控制器10，控制器10采用工业控制计算机，或嵌入式计算机，嵌入式计算机采用stm32单片机或pic单片机，并安装有储能系统内部通信集成电控板和bms电池管理装置13，控制器10接入bms电池管理装置13，bms为电池管理系统。控制器10采用iec61850通讯规约统一上传数据，能够实现储能单元通信的高度集成及内部本地控制保护。此外，控制器10通过rs485通讯接口分别与消防主机5、可燃气体传感器12、液冷机组、第一温湿度传感器16、第二温湿度传感器17、除湿机18等建立通信连接，并通过rs485通讯接口实现数据的传输。
27.控制柜2内部集成度高，通过rs485通讯接口能够实现系统内部通讯模块、控制模
块和保护集成模块之间数据稳定传输，并统一数据上传的接口、规约以及内部消防、电池、配电保护联动。当出现告警、故障时，控制器10能快速切断配电负荷柜25、电池主回路开关，将事故范围降低至最低。
28.其中，直流汇流柜24包括电池主回路控制开关和急停开关22。指示灯23包括绿、青、红三种颜色的指示灯。指示灯23与控制器10连接，用于显示消防主机5、液冷机组和除湿机18运行状态。
29.为了降低电池向集装箱的散热量，本技术在液冷设备舱4内安装有液冷机组，为防止液冷机组漏液对电池造成影响。液冷设备舱4相对于电池舱和电气舱属于外部结构。液冷机组通过不锈钢主管路输送冷却液至电池舱内，再经过尼龙材质分支管路至每个电池箱，实现电池箱内的热管理。本发明中液冷机组选型以及管路设计用于将电池电芯间温差控制在3℃以内，能够满足电池一致性的要求，常规风冷系统仅将电池电芯间温差控制在5℃。
30.此外，本发明的液冷设备舱4设计能够满足当前电池舱单元能量密度高的特点，且相比于常规风冷系统，液冷设备舱4占地面积小，比常规风冷系统节省占地面积约50%左右。不锈钢主管路是保证输送回路的牢固性、稳定性。而尼龙材质分支管路是提高绝缘等级，防止短路。
31.本发明为了有效规避液冷系统漏液的风险，控制器10进行液冷机组的信息采集，上传ems系统，如若出现漏液问题，电池舱可自动完成舱内的闭锁保护，并上报告警信息，避免风险的进一步加剧。此外，高压配电箱8设置在电池柜3底部，方便维护操作，高压配电箱8上部安装挡水板9及吸水棉，防止电池漏液对高压配电箱8造成影响，并在高压配电箱8上设有水浸传感器，水浸传感器包括第一水浸传感器14和第二水浸传感器15。第一水浸传感器14和第二水浸传感器15分别对两个20尺标准集装箱拼箱安装后的两个高压配电箱8进行检测。同理，本发明的温湿度传感器相应还设有第一温湿度传感器16和第二温湿度传感器17，分别对拼箱安装的两个20尺标准集装箱内部温湿度进行检测，进而防止电气设备长时间处于高温高湿环境，影响设备寿命或引发安全事故。
32.当积水量超过设定值，控制器10控制配电柜自动转换开关11脱扣，并停机下电。本发明相应的配置配电柜自动转换开关常用合闸指示20对配电柜自动转换开关11状态进行提示，并设置配电柜自动转换开关备用合闸指示21在配电柜自动转换开关常用合闸指示20故障时，做备用替换。
33.配电柜自动转换开关11用于当一路电源故障时，将在此电源上的一个或多个负载自动切换到另一路电源上。脱扣是由脱扣器实现脱扣动作，脱扣器与断路器机械上相连的，用以释放保持机构并使断路器自动断开的装置。脱扣器作用是当线路有漏电或发生短路时通过零序电流互感器的电流的矢量和不等于零，互感器二次线圈的二侧产生电压，并经集成电路放大，当达到整定值时，通过漏电脱扣器在0.1秒内切断电源，从而起到触电和漏电保护作用。
34.本发明为了提高灭火性能，本技术由消防主机5、消防探测器、全氟己酮气体柜、气体灭火喷头组成气体自动灭火子系统。由防爆风机7、水浸传感器、温湿度探测器、摄像头组成环境监控子系统。其中，全氟己酮气体柜包括：灭火瓶组、高压软管、灭火剂单向阀、启动瓶组、安全泄压装置、选择阀、压力信号器。气体灭火喷头包括喷头、高压管道、高压管件等。消防探测器采用消防烟感探测器，消防烟感探测器用于监测感应到烟雾的浓度。消防主机5
采用火灾报警器，用于向探测器供电，并用于接收火灾信号并启动火灾报警装置。消防主机5也用于指示着火部位和记录有关信息，并通过火警发送装置启动火灾报警信号或通过自动消防灭火控制装置启动自动灭火设备和消防联动控制设备。消防主机5通过与环境监控子系统连接，能够实现自动的监视系统的正确运行和对特定故障给出声、光报警。
35.本发明提供一个具体实施方式进一步解释本系统的灭火过程，控制器10通过消防探测器获取集装箱内烟雾量，当仓库内烟雾量超过设定值时，控制器10通过灭火器释放灭火气体进行灭火，并控制消防主机5通过配电柜自动转换开关11切断电池舱配电，并由配电柜自动转换开关常用合闸指示20进行提示是否断电成功。在释放灭火气体的同时，控制器10通过防爆风机7进行泄压。集装箱内设有气压传感器，当集装箱为封闭状态时，当集装箱内因火灾产生高温气体导致集装箱内增大时，通过集装箱一侧开设的泄压口在防爆风机7疏导下进行通风泄压。
36.此外，系统采用冷却液循环，由液冷板直接接触电芯，提升了热交换效率，电芯间温差控制在3℃以内，改善了电池运行温度条件，能够提升电池一致性及循环寿命。
37.针对高能量密度电池单元超重运输、吊装困难等问题，本发明的20尺集装箱单元总容量为35吨，20尺标准集装箱结构可将单舱重量限制在正常运输重量范围，进而实现降低现场单舱吊装难度。为避免了特种运输的问题，由图2所示，本发明能够将两个20尺单元运输至现场进行拼箱安装，组成一个40尺6.709mwh液冷储能系统单元，本发明的拼装式液冷储能系统既能单独对20尺标准集装箱内部气体自动灭火子系统和环境监控子系统控制，也能在两个20尺标准集装箱拼箱安装后，进行建立系统通信，同一控制。
38.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。