一种紧凑型集装箱式电池储能系统及消防方法与流程

本发明属于储能设备领域，涉及消防系统，特别地，涉及一种紧凑型集装箱式电池储能系统及一种紧凑型集装箱式电池储能系统消防方法。

背景技术：

1、集装箱式电池储能系统在大规模储能领域对解决电网用峰谷调节以及缓解能源紧缺现状方面，有着良好的应用前景。同时，随着电池储能应用需求的不断增加，建设快，可移动等特点成为需求方对储能系统的新要求，集装箱式锂离子电池储能系统应运而生。虽然储能市场发展迅速，但由于电池本身就是含能物质，其热失控风险不容忽视，尤其是电池储能柜这样的能力密集场所，一旦发生热失控，可能造成热失控的快速蔓延，将对生命财产造成重大损失。因此，亟需研发一种紧凑型集装箱式电池储能系统及一种紧凑型集装箱式电池储能系统消防方法，该系统能及时对储能系统进行预警和冷却和隔离，从而有效控制箱体内部温度及防止热失控的扩散。

2、现阶段，针对集装箱式锂离子电池储能系统的消防策略较少。现有的针对集装箱式电池储能系统的消防策略主要存在很多缺陷和不足：（1）目前绝大多数集装箱内电池储能柜排布得比较稀疏，以防止电池发生热失控时蔓延到其他储能柜，且由于集装箱为封闭设计，集装箱内往往预留大量空间作为人行通道才能对电池组进行检修和围护，然而由于电池储能柜的稀疏排列及人行通道对空间的占用，单位体积的集装箱储能密度大大降低，即同样数量的电池储能柜需要更大的集装箱空间来容纳，造成了集装箱运输困难和大量空间的浪费。（2）现阶段大多数集装箱式电池储能系统的消防策略比较简单，没有根据电池温度的不同阶段实施不同的消防策略，且由于电池储能柜大多采用固定设计，所以电池的消防灭火均采用在集装箱内完成，导致外部人员难以介入灭火，灭火效率低且热失控容易蔓延到其他电池储能柜单元。

3、现有技术中，如公布号为cn 109432634 a的名为一种集装箱式锂离子电池储能系统的消防方法，针对电池单体、电池模块、储能系统发生火灾分别启动三级灭火响应，且火灾集装箱临近的储能单元向背离火源的方向移动。这种消防响应方式是在电池发生热失控后才启动灭火响应，并不能在电池发生热失控前对电池进行检测和冷却，不能对电池热失控的发生进行预防；另外，该技术采用火灾集装箱临近的储能单元向背离火源的方向移动的方式，本质上集装箱仍然是在集装箱内移动，该种方式本质上并不能有效隔离危险源，外部人员难以第一时间介入灭火，加之由于集装箱为封闭设计，集装箱内需预留人行通道，该方式会造成集装箱单位体积的储能密度降低。

4、本发明针对目前集装箱式电池储能系统消防策略存在的问题，提出了一种更为高效智能化、紧凑型的集装箱式电池储能系统和消防方法，能有效防止热失控的蔓延且能有效解决传统电池储能集装箱空间大、单位体积储能密度低的问题。另外根据电池的不同温度，本系统可采取不同的消防策略，有效保证降低经济损失。

技术实现思路

1、本发明首先要解决的技术问题是：提供一种紧凑型集装箱式电池储能系统，解决传统集装箱式电池储能系统空间大、单位体积储能密度低、难以阻断电池组热失控蔓延的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种紧凑型集装箱式电池储能系统，包括集装箱箱体、储能单元、预警系统和逃逸系统。

3、所述储能单元为多个电池储能柜；任一电池储能柜具有多层电池组存放单元；多个电池储能柜对称分布在集装箱箱体两侧。

4、所述预警系统包括主控单元与多个温度探测器；所述温度探测器与电池组存放单元一一对应，任一温度探测器伸入对应电池组存放单元内，用于检测所在电池组存放单元内的温度情况。

5、所述逃逸系统包括多条滑轨、多台电机以及与电机一一对应的电机控制器；任一滑轨垂直于集装箱侧壁设置在集装箱箱体内，任一电池储能柜通过至少一根滑轨滑动连接在集装箱箱体内，电池储能柜可沿滑轨滑出集装箱箱体外，；每个电池储能柜对应设置至少一台电机，电机与连接对应电池储能柜的滑轨通过齿轮齿条传动连接，驱动电池储能柜沿滑轨滑动。

6、所述主控单元与各温度探测器连接并与电机控制器通信连接，用于根据所述温度探测器的温度信号控制相应电机的开关。

7、作为一种优选方案，所述逃逸系统还包括电子锁和逃逸门，所述集装箱箱体两侧壁上分别开设有与电池储能柜一一对应的逃逸口，所述逃逸门一一对应地连接在逃逸口上，逃逸门的一侧边缘与逃逸口边缘铰接，另一侧边缘通过固定连接在集装箱箱体上的电子锁锁住，电子锁数量有多个，每个逃逸门至少配置一个电子锁，电子锁与主控单元通讯连接，受控于主控单元。

8、作为一种优选方案，紧凑型集装箱式电池储能系统还包括冷却系统，所述冷却系统包括存储冷却剂的冷却剂储罐、主路管、次路管、支路管、电磁阀、电磁阀plc控制器、喷头、空调、电池组接线板；所述主管路设置在集装箱箱体两侧的电池储能柜之间且沿集装箱箱体的长度方向延伸，主管路的一端连接冷却剂储罐，另一端封闭或连接一根次路管，每两个对称设置的电池储能柜之间设置有一根竖向设置的次路管，次路管顶端与主路管连通，下端封闭，任一电池储能柜的每个电池组存放单元内均插入有一根支路管，支路管一端与次路管连通，每根支路管上设置有至少一个喷头，所述电池组接线板一一对应地设置在次路管一侧，电池组接线板顶端与主路管固定连接。

9、所述电磁阀与支路管一一对应，电磁阀安装于支路管与次路管连接处；所述电磁阀plc控制器与电磁阀一一对应相连；所述温度探测器一一对应地连接在支路管上，任一支路管上的温度探测器与所在支路管路上的电磁阀plc控制器连接形成局部控制回路。

10、所述空调与主控单元连接，受控于主控单元，空调用于对集装箱箱体内部进行制冷。

11、作为一种优选方案，每层电池组存放单元内设置有干粉灭火球，所述干粉灭火球放在电池组旁边。

12、作为一种优选方案，所述电池储能柜内由多个上下排列的隔板隔开，隔板为阻燃隔热三层复合材料，中间层为金属材料，用于支撑作用，上下层为碳气凝胶材料用于阻燃隔热作用。

13、作为一种优选方案，用于连接电池组接线板和电池组的连接线长度大于滑轨组的长度。

14、作为一种优选方案，所述电池储能柜背面设有与电池组存放单元一一对应连通的通风口，用于电池储能柜内部通风和散热。

15、作为一种优选方案，所述冷却剂选用七氟丙烷高效洁净的气体冷却剂。

16、本发明进一步要解决的技术问题是：提供一种紧凑型集装箱式电池储能系统的消防方法，解决传统集装箱式电池储能系统温控策略单一、能耗大、难以阻断电池组热失控蔓延的技术问题。

17、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于上述紧凑型集装箱式电池储能系统的消防方法，根据电池组热失控发展的不同阶段设置一级预警温度和二级预警温度；一级预警温度对应一级预警和一级响应；二级预警温度对应二级预警和二级响应。

18、所述一级预警为对电池组温度的监测与预警；一级预警的主要作用是为了当电池组温度达到一级预警温度时，启动一级响应。

19、所述一级响应为当电池组达到一级预警温度后对该电池组进行降温和冷却；一级响应的主要目的是当某一电池组温度达到一级预警温度时，主控单元控制集装箱箱体内的空调开启制冷，与该电池组对应的支路管上的电磁阀在电磁阀plc控制器的控制下打开，对温度异常的该电池组进行喷淋冷却剂降温，同时降低该电池组的充放电速率，保证电池组的正常运行。

20、所述二级预警为对电池组热失控的监测与预警；二级预警的主要作用是为了当电池组温度达到二级预警温度时，启动二级响应。

21、所述二级响应为对电池组达到二级预警温度后对该电池组所在电池储能柜进行逃逸和隔离；主要的目的是当某电池组达到二级响应温度时，切断电池组所在电池储能柜的充放电电流，逃逸门电子锁打开使逃逸门弹开，同时主控单元将信号传递给对应电池储能柜的电机控制器，电机控制器控制启动电机，将电池储能柜移出集装箱使其隔离在集装箱外，电池储能柜逃逸出集装箱后可在集装箱外人工辅助精确灭火。

22、作为一种优选方案，所述电池储能柜逃逸的发生有两种触发模式，包括被动触发和主动触发模式；所述被动触发为电池组温度异常通过主控单元控制电机使电池储能柜逃逸弹出；所述主动触发为工作人员在集装箱外控制主控单元，使电池储能柜逃逸弹出。

23、本发明的有益效果是：1、本发明所述电池储能系统内的各电池储能柜采用可逃逸式设计，可在电池组温度达到二级预警温度时或操作人员主动控制时，电池储能柜由电机带动逃逸出集装箱箱体，从而可有效防止电池组热失控蔓延到相邻电池储能柜。同时，电池储能柜移出集装箱箱体后，便于人工介入进行精确快速灭火。

24、2、由于电池储能柜的可逃逸式设计，集装箱箱体内部无需预留人工检修通道且无需对电池储能柜进行稀疏排列，对电池组的检修和维护均通过电池储能柜逃逸出后在集装箱箱体外进行，因此使得集装箱箱体内的空间得到充分利用，同样大小和数量的电池储能柜所需要的集装箱箱体体积更小，便于集装箱箱体的搬运和管理。

25、3、本发明所述电池储能系统提出了针对不同温度情况的消防策略，实现对电池充放电过程的合理防护，包括两级预警温度和两级消防响应，一级响应为降低电池组充放电功率并在集装箱内通过冷却系统对电池组进行冷却降温；二级响应为切断电池组充放电电流，并启动逃逸系统对温度达到二级预警温度的电池组所在的电池储能柜进行逃逸隔离，从而降低了电池温度管理的能耗，提高电池醋能系统的能源利用率。

26、4.每个独立的电池组存放单元中放置独立的干粉灭火球，受明火烘烤可爆炸释放出干粉进行灭火，相比于人工主动灭火，此类灭火方式具有被动触发性，在消防员介入灭火之前可一定程度上抑制电池热失控的加剧，降低电池热失控造成的危害和损失。

27、5.本发明所述电池储能系统中的电池储能柜隔板采用气凝胶-金属-气凝胶式设计，同时兼具了支撑与阻燃隔热作用。为同一电池储能柜中的其他电池提供有效的防护，将热失控损失降到最低。

28、6.本发明所述电池储能系统的电池储能柜逃逸的发生有两种触发模式，包括被动触发和主动触发，使得保障系统消防的同时也便于工作人员随时介入维护和检修，极大地提高了电池储能系统的使用便捷性。