一种储能电池箱故障自动弹出装置的制作方法

1.本发明属于电化学储能技术领域，具体涉及一种储能电池箱故障自动弹出装置。


背景技术：

2.电化学储能是能源互联网的重要组成部分和关键支撑技术，能够提供调峰、调频等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。利用储能的能量时间搬运功能，可以使得可再生能源发电对电网更加友好、可控，参与电网调峰、调频等辅助服务，为电网稳定运行提供支撑，还可以在用户侧为用户提供峰谷调节、提升供电能力、提升供电可靠性等多种需求。
3.电化学储能行业发展至今，国内外均陆续出现了多次储能电站内的电池起火、爆炸事故的案例。可以看出，电池组是一种能量密度很高的部件，具有高危险性的本质。
4.首先，电化学储能电站的火灾分为两类：一类是电气引发的火灾，如系统内变压器火灾、电缆火灾等，针对此类火灾，传统的消防系统及七氟丙烷灭火器可以有效扑灭；另一类是储能系统中电池引发的火灾，针对此类火灾以自动灭火方式为主，包括七氟丙烷自动灭火系统、气溶胶等，灭火效果不佳。一旦起火，危害大且不可控。鉴于以上技术现状和应用现状，有如下问题：
5.1、火灾事故发生的原因可能是由某个单体电池存在针状结构(树突或枝晶)，从而导致锂离子电池短路，致使电芯升温并起火。当火势蔓延到邻近的电芯时，灭火剂已经无法阻止越发猛烈的火势。而在模组内放置的电芯离得很近，导致火势从一个电芯迅速蔓延到另一个电芯，没有任何物理屏障或物理隔离来防止火势蔓延，也很难有效进行外围及时灭火；
6.2、目前电池系统的保护机制是设备正常运行的同时，实时监测电池运行参数，任何运行参数超出或低于保护阈值，系统根据超出或低于阈值的大小，做出相应保护动作，保护动作可分为三级(常规的)：1级预警：显示预警信息；2级告警：显示告警信息，储能系统进入待机状态；3级告警：显示告警信息，系统交流侧接触器、直流侧断路器跳闸，“系统停机”。以上三个级别的保护机制，就是实时监控储能电池运行情况并做出相应动作，可在实际事故案例中，以上三种保护机制在电池真正发生火情后，就再也起不到任何保护作用，不能有效的终止起火事故发生，缺少阻断起火源的有效措施；
7.3、电池箱是由多个单体电池或电池模块构成，其数量根据集成要求或电气要求等因素有所不同，但电池箱中的温度监测点的数量是有限的，往往单个电池箱中温度监测点的数量不会超过10个，甚至更少。经过分析分布在电池箱中，所以说并不是每一个电芯都能监测到实时温度。当电池箱中处于边缘位置的单体电池(未分布温度监测点的电池)发生故障导致温度升高时。电池管理系统和消防系统不能实时做出反映。只能等到高温度蔓延到监测点时，才能触发相关保护机制。而此时的电池箱中的火势已经形成了。损失已经变大。
8.4、关于储能电池起火的原因无论是产品因素、环境因素、安装因素或其他各种因素。一旦发生，起火速度之快，受损规模之大，我们是无法估量的。但就目前应用最广的灭火
方法而言，并不能够有效灭火，只能暂时控制火情。如不及时处理，火势会变的更大，任何人员难以靠近，失去了最佳灭火时间。如果想做到迅速灭火和彻底灭火，实施起来需要考虑成本和现场条件(例如大量灭火剂或高成本灭火剂)，基于以上考虑，更多的制造厂家选择优化层层设计，以来防止火灾事故的发生。如此，需要电池系统内部可控的安全设计。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种储能电池箱故障自动弹出装置，物理隔离异常或故障电池箱的目的，避免此电池箱起火造成更大规模的损失。
10.为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
11.一种储能电池箱故障自动弹出装置，所述弹出装置包括：电池箱、导轨、弹锁装置、采集模块单元和控制单元；
12.所述电池箱设置在柜体内；每个所述电池箱底部两侧设置有一对所述导轨，导轨布置在柜体两侧，所述电池箱安装在导轨上，所述弹锁装置与所述电池箱连接；
13.所述弹锁装置包括机械弹锁单元，所述控制单元和采集模块单元均设置在所述电池箱外部，所述采集模块单元和控制单元电连接，控制单元与机械弹锁单元电连接用于触发弹锁装置将异常或故障电池箱弹出所在柜体。
14.作为本发明的进一步改进，所述柜体自上而下设置有多层电池箱。
15.作为本发明的进一步改进，所述电池箱包括多个单体电池，多个单体电池阵列布置并依次串联，串联后的电池箱正/负极设置在所述电池箱弹出方向的外侧。
16.作为本发明的进一步改进，所有的所述单体电池的正、负极均向同一方向设置。
17.作为本发明的进一步改进，所述电池箱弹出方向的内侧设置有挡板。
18.作为本发明的进一步改进，所述弹锁装置还包括弹锁，所述弹锁一端与柜体侧壁连接，另一端与所述电池箱连接；所述机械弹锁单元驱动所述弹锁。
19.作为本发明的进一步改进，所述采集模块单元包括消防监测模块，消防监测模块用于多点采集电池箱中单体电池温度。
20.作为本发明的进一步改进，所述控制单元包括di模块、ai模块、电源模块、控制模块、do模块、干接点输出模块和通讯模块，di模块、ai模块、电源模块、do模块、干接点输出模块和通讯模块均和控制模块连接；
21.所述di模块与所述采集模块单元连接，所述ai模块与电池运行参数监测模块连接，所述电源模块与外部电源模块连接，所述do模块与所述弹锁装置连接，所述干接点输出模块消防系统连接，所述通讯模块与bms连接。
22.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
23.本发明通过监测储能电池箱故障情况，通过自动弹出装置切断与系统的连接，实现物理隔离起火源，有效防止起火事故扩大化的触发弹出装置。具体是弹出装置的监测模块监测到被测电池箱的温升、绝缘、电压电流、火灾气体浓度等具备触发条件后，弹出装置的控制单元触发弹锁装置，利用弹锁机械能和底部的聚四氟乙烯滑轨配合，将异常或故障电池箱弹出所在柜体或电池舱，最终达到物理隔离异常或故障电池箱的目的，避免此电池箱起火造成更大规模的损失。
附图说明
24.图1是本发明的俯视图。
25.图2是本发明的侧视图。
26.图3是本发明控制系统示意图。
具体实施方式
27.下面结合本发明的附图对本发明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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。
28.本发明出于储能系统运行安全目的，根据电池箱(电池簇的组成单元)的运行异常情况出现或有明显火灾趋势时，异常电池箱快速弹出，切断与系统的连接，实现物理隔离起火源，有效防止起火事故扩大化的触发弹出装置。
29.如图所示，本发明一种储能电池箱故障自动弹出装置，其特征在于，所述弹出装置124包括：电池箱120、导轨123、弹锁装置、采集模块单元和控制单元；
30.所述电池箱120设置在柜体100内；每个所述电池箱120底部两侧设置有一对所述导轨123，导轨123布置在柜体100两侧，所述电池箱120安装在导轨123上，所述弹锁装置与所述电池箱120连接；
31.所述弹锁装置包括机械弹锁单元，所述控制单元和采集模块单元均设置在所述电池箱120外部，所述采集模块单元和控制单元电连接，控制单元与机械弹锁单元电连接用于触发弹锁装置将异常或故障电池箱弹出所在柜体。
32.具体地，所述柜体100自上而下设置有多层电池箱120。电池箱120包括多个单体电池121，多个单体电池121阵列布置并依次串联，串联后的电池箱正/负极110设置在所述电池箱120弹出方向的外侧。
33.优选地，所有的所述单体电池121的正、负极均同一方向设置，便于串联设置。
34.为了防止电池箱弹出后掉落柜体，所述电池箱120弹出方向的内侧设置有挡板125。
35.作为本发明的核心结构，所述弹锁装置还包括弹锁，所述弹锁一端与柜体100侧壁连接，另一端与所述电池箱120连接；所述机械弹锁单元驱动所述弹锁。
36.其中，所述采集模块单元包括消防监测模块，消防监测模块用于多点采集电池箱中单体电池温度。
37.储能电池箱故障自动弹出装置原理及结构为：
38.储能电池箱故障自动出装置主要是为了防止异常或故障(有起火趋势)电池箱起火发生事故蔓延，及时自动实现自身物理隔离，以免造成更大范围的损失，主要是作为异常或故障电池箱的迅速隔离装置。其工作原理是弹出装置的监测模块监测到被测电池箱的温升、绝缘、电压电流、火灾气体浓度等具备触发条件后，弹出装置的控制单元触发弹锁装置，利用弹锁机械能和底部的聚四氟乙烯滑轨配合，将异常或故障电池箱弹出所在柜体或电池舱，最终达到物理隔离异常或故障电池箱的目的，避免此电池箱起火造成更大规模的损失。
39.自动弹出装置的原理是在电池箱底部安装导轨，导轨的材质选用聚四氟乙烯，具
备耐热、耐寒、不易变形，抗压、摩擦系数低等特性，每一个电池箱配置弹锁装置，当出现异常或有火灾趋势时，达到触发条件时，能够在触发解锁情况下利用弹簧外力使其向着电池柜前方弹出，将异常电池箱顺利快速地与电池柜实现物理分离，同时在电池箱退出电池柜时，进出电源接头插线拔开，隔绝避免事故。
40.电池箱故障自动弹出装置的控制部分主要是由采集模块单元、控制模块、机械弹锁单元、外警示单元组成，具体的如图3所示，所述控制单元包括di模块、ai模块、电源模块、控制模块、do模块、干接点输出模块和通讯模块，di模块、ai模块、电源模块、do模块、干接点输出模块和通讯模块均和控制模块连接；
41.所述di模块与所述采集模块单元连接，所述ai模块与电池运行参数监测模块连接，所述电源模块与外部电源模块连接，所述do模块与所述弹锁装置连接，所述干接点输出模块消防系统连接，所述通讯模块与bms连接。
42.通过实时监测各个电池箱的运行情况，设定弹锁系统触发条件，当电池箱达到或满足下述条件时，触发装置将触发，将异常电池箱快速弹出：
43.1.电芯温升过快，比正常温升快，设定限值；
44.2.瞬间电流过大，达到触发限值；
45.3.电压异常，达到触发限值；
46.4.电流异常，波动或电流过大，达到触发限值；
47.5.温度过高，实时温度达到触发限值；
48.6.绝缘异常，达到绝缘触发限值；
49.7.消防信号，消防信号启动，选择触发超限运行参数电池箱；
50.基于上述描述，本发明的储能电池箱故障自动弹出装置优点如下：
51.1.独立于电池管理系统的采集装置，之间不受影响，提高可靠性；
52.2.多点采集电池箱中单体电池温度，减少温度监测盲区，提升准确性；
53.3.结合电池箱内部和外部的运行情况和参数，快速做出处理动作，防止事故扩大化，实现快速隔绝；
54.4.异常电池箱弹出后，不会在集装箱内产生过多的可燃气体，减少发生爆燃或爆炸的几率，防止事故扩大；
55.5.合理利用电池箱结构原理，不占用过多箱内空间；
56.6.根据不同电池种类和使用条件，设置不同触发条件和阈值；
57.7.可与系统内的控制系统通讯，实时了解电池箱状态；
58.8.可远程手动启动弹出装置，将电池箱弹出。
59.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。