一种防止热扩散的储能电池柜

技术领域

本发明属于电池柜主体技术领域，具体涉及一种防止热扩散的储能电池柜。

背景技术

随着社会的发展，储能系统规模变得越来较大，控制策略也变得更加复杂，在各种控制策略中安全控制非常重要，在复杂储能系统中每个储能单元的健康状态都会对整个系统产生重大影响，中小型储能系统以其高集成度、可移动性和高环境适应性等优势成为关注的焦点。

但是，目前的储能电池柜却屡发热扩散事件，主要原因是：电池工作状态产热、电池自短路产热、热量难以快速排出，电芯之间、电池模组之间、都会出现热量积聚的现象，导致电池温度和温差较大，在长时间高强度的运行要求下，将对储能系统的工作效率、安全性能和循环寿命产生极大的影响，严重情况下发生热扩散，造成严重的安全事故。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止热扩散的储能电池柜，以解决上述的问题。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种防止热扩散的储能电池柜，包括：

箱体主体，所述箱体主体内安装有液冷模块和第一电池模组，所述第一电池模组包括多个电芯，所述液冷模块位于第一电池模组的下端；

上盖，所述上盖盖在箱体主体的上端，所述上盖的下端面涂有隔热涂层，所述上盖的上端面开设有弧面；

通烟道，所述通烟道安装于箱体主体的内部，所述箱体主体上安装有与通烟道相匹配的阀门；

防护层，所述防护层安装于上盖和第一电池模组之间；

传感组件，所述传感组件安装于箱体主体远离阀门的一端；

电池柜主体，所述电池柜主体内安装有PCS模组、电控系统和多个均匀分布的第二电池模组，所述电池柜主体内还设置有从板模块组。

作为本发明的进一步改进，所述通烟道的数量最少为3个，一个所述通烟道安装于相邻第一电池模组之间，其余所述通烟道均安装于第一电池模组和箱体主体的内壁之间。

作为本发明的进一步改进，所述通烟道上开设有多个均匀分布的第二通孔。

作为本发明的进一步改进，所述箱体主体上开设有与通烟道相匹配的第一安装孔，所述阀门安装于第一安装孔内。

作为本发明的进一步改进，所述箱体主体远离阀门的一端开设有第二安装孔，所述传感组件安装于第二安装孔内。

作为本发明的进一步改进，所述上盖上开设有第一通孔，所述箱体主体上开设有与第一通孔相匹配的第三通孔，所述第三通孔内插接有固定件。

作为本发明的进一步改进，所述从板模块组包括从板模块一和从板模块二，所述从板模块一和从板模块二位于相邻的两个第二电池模组之间。

作为本发明的进一步改进，所述上盖的厚度为2mm～2.5mm。

作为本发明的进一步改进，所述传感组件为高温压力传感器。

作为本发明的进一步改进，所述箱体主体上固定连接有把手，所述箱体主体靠近把手的一端固定连接有多个连接耳。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过位于上盖和电池模组之间的防护层，防止高温导电物质引发内部拉弧，从而防止热失控导致的热扩散。通过多个烟通道和防爆阀配合使用，储能电池柜产生的烟气从通烟道沿箭头方向流向防爆阀区域，当气体压力大于临界值时，气体从防爆阀排出。通过上盖上设置的弧面，能够增强上盖的回弹力，一定程度上能够防止热扩散的效果，通过多种结构设计，防止电池柜主体热扩散。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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。

图1为本发明一实施例中一种防止热扩散的储能电池柜的爆炸图；

图2为本发明一实施例中防护层结构示意图；

图3为本发明一实施例中通烟道处结构示意图；

图4为本发明一实施例中一种防止热扩散的储能电池柜的半剖图一；

图5为图4中A处结构示意图；

图6为本发明一实施例中一种防止热扩散的储能电池柜的半剖图二；

图7为本发明一实施例中一种防止热扩散的储能电池柜的第一状态示意图；

图8为本发明一实施例中一种防止热扩散的储能电池柜的半剖图三。

图中：1.箱体主体、101.第一安装孔、102.第二安装孔、103.第三通孔、2.上盖、201.弧面、202.第一通孔、3.通烟道、301.第二通孔、4.液冷模块、5.第一电池模组、6.防护层、7.阀门、8.传感组件、9.隔热涂层、10.电池柜主体、11.固定件、12.PCS模组、13.电芯、14.第二电池模组、15.从板模块一、16.从板模块二、17.电控系统、18.把手、19.连接耳。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明一实施例公开的一种防止热扩散的储能电池柜，参照图8所示，储能电池柜包括电池柜主体10。电池柜主体10内安装有PCS模组12、电控系统17和多个均匀分布的第二电池模组14。电池柜主体10内还设置有从板模块组，从板模块组位于第二电池模组14之间。

具体的，参图8所示，从板模块组包括从板模块一15和从板模块二16，从板模块一15和从板模块二16位于相邻的两个第二电池模组14之间。

参照图1所示，储能电池柜还包括箱体主体1，箱体主体1一般为具有一定的强度的箱体，具有一定的载重能力，同时还能够对箱体主体1内部电子元件起到保护的作用。箱体主体1内安装有液冷模块4和第一电池模组5，第一电池模组5包括多个电芯13，液冷模块4位于第一电池模组5的下端。第一电池模组5在运行的过程中会产生大量的热量。液冷模块4能够提升第一电池模组5的散热性能，减少因第一电池模组5产生的热量过多，造成箱体主体1的内部的温度过热，进而造成第一电池模组5损坏的情况。通过液冷模块4能够减少第一电池模组5的热量，增强第一电池模组5使用寿命的同时还能够增强安全性。

优选的，箱体主体1的和第一电池模组5之间可以安装导热性较好的导热轨道，导热轨道与地面相接触，导热轨道的下端与箱体主体1的下端面相重合。第一电池模组5产生的热量会通过导热轨道传输，热量与地面接触。具体的，导热轨道上的温度与地面的温度通过导热轨道进行热交换，能够减少第一电池模组5内的温度。导热轨道远离箱体主体1的一端还可以设置水箱，水箱内填充有水，水箱内设置有循环泵和制半导体制冷片。导热轨道为中空导热轨道，通过循环泵，能够将水箱中的水抽入导热轨道的内部。

使用时，导热轨道首先伸入水箱中，水箱中的冷水与导热轨道导热相接触，导热轨道与冷水进行热交换，能够提升箱体主体1的散热效果。导热轨道中的冷水能够进一步提升导热轨道的导热效果，尽可能避免第一电池模组5产生的温度过热，造成第一电池模组5内的电子元件受损。尽可能避免甚至发生爆炸、火灾的情况。

参考图1所示，液冷模块4上还开设有进液口和出液口，通过水泵使液体流动在液冷模块4中。其中，液冷模块4中的液体可以为持续流动，也可以为间接性流动。当液体持续流动时，第一电池模组5产生的热量传输到液冷模块4中，液冷模块4中的液体将热量带走，能够对第一电池模组5产生的热量进行散热。当液体间接性流动时，液冷模块4内还需要设置温度监测模块，温度监测模块与水泵之间通过物联网模块进行通信。

首先在温度监测模块上设置临界点，如果液体的温度过高，超过设置的临界点时。温度监测模块启动水泵，水泵将液冷模块4内的液体抽出，同时通过进液口将新的液体输送到液冷模块4中。液冷模块4抽出的液体可以通过半导体制冷片进行降温，降温完毕后，当下一次传输液体时，将制冷过后的液体输送到液冷模块4内。将液冷模块4抽出的液体进行降温，进行循环利用，半导体制冷片进行降温处理。能够增强液体循环利用速度的同时，还能够降低液体流失的问题；

当液冷模块4与第一电池模组5接触，液体的温度传输给液冷模块4，液冷模块4的温度更低。液冷模块4与第一电池模组5相接触，能够大幅度提升液冷模块4的散热效果。同时液体间接性在液冷模块4中流动，也能够减小电能的损耗。

参考图1所示，防止热扩散的储能电池柜还包括上盖2，上盖2的厚度为2mm～2.5mm，为提升上盖2的强度，上盖2的厚度一般为2.5mm，上盖2为铝壳。

参图1～图8所示，上盖2盖在箱体主体1的上端，上盖2能够对第一电池模组5进行防护。减少灰尘从箱体主体1的上端落到第一电池模组5上，灰尘附着在第一电池模组5上，不便于对第一电池模组5上的灰尘进行清理。

具体的，灰尘长期附着在第一电池模组5的上端，影响第一电池模组5正常使用的同时，还影响第一电池模组5的散热性能。上盖2很大程度上能够避免灰尘对第一电池模组5造成影响的情况。

具体的，参图1～图5所示，上盖2的下端面涂有隔热涂层9，隔热涂层9涂在上盖2的内侧，即隔热涂层9位于上盖2和第一电池模组5之间。隔热涂层9的主要材料为无机有机硅杂化材料，隔热涂层9的固含量为70％，隔热涂层9为水性材料，产品密度为1.8克每立方米。隔热涂层9具有较好的隔热性能以及阻燃性能，隔热涂层9很大程度上能够保证上盖2不会受到损坏，尽可能避免因第一电池模组5产生的温度过高，导致上盖2产生形变的情况。上盖2发生形变有可能会导致上盖2不能够密封盖在箱体主体1的上端，造成箱体主体1和上盖2之间有缝隙。

此外，上盖2很大程度上能够避免灰尘等杂物从上盖2的上端和箱体主体1之间进入到箱体主体1内部，最终附着在第一电池模组5上，对第一电池模组5造成影响的情况。

参图4～图5所示，上盖2上开设有第一通孔202，箱体主体1上开设有与第一通孔202相匹配的第三通孔103，第三通孔103内插接有固定件11，固定件11通过重力的原因卡接在第三通孔103内。

当上盖2承受一定的冲击力时，上盖2能够将固定件11从第三通孔103处顶开，固定件11不会与第三通孔103脱离，上盖2和箱体主体1之间有一定的缝隙，箱体主体1内的高温烟气从箱体主体1和上盖2之间的缝隙处流出。

参图4～图7所示，上盖2的上端面开设有弧面201，弧面201采用铝壳激光焊，铝壳激光焊处形成加强筋，熔深为700μm，熔宽为1200μm，即上盖2采用内凹的结构。第一电池模组5高强度工作的过程中，会产生大量的热量，热量排不出去，箱体主体1和上盖2会承受一定的冲击力，上盖2受到冲击力会产生形变，参图7所示，依据胡克定律，加强筋的一圈会让本身上盖塑性形变的回弹的力提升。

具体的，参图7中F1处所示，产生箭头方向的反作用力使箱体上盖内外外力达到一个平衡，反作用力为图中F2处所示，从而实现防止热扩散的效果。由于上盖2的内侧涂有隔热涂层9，隔热涂层9能够防止热空气造成的冲击力造成上盖2损坏或产生形变的情况。

当内部烟气压力过大时，上盖2会被顶开，烟气从上盖2和箱体主体1之间的缝隙处散出。当烟气不足以将上盖2顶开时，上盖2会因为重力的原因与箱体主体1贴合，对箱体主体1内的电子元件进行防护。

相邻的两个第一电池模组5间隔在4.6mm以上，相邻的两个第一电池模组5之间还可以通过气凝胶毡隔绝，减少一个第一电池模组5发生损坏对相邻的第一电池模组5造成损坏的情况。第一电池模组5间隙46mm以上，相邻第一电池模组5大面温度可以保持在150℃左右，开启液冷后，35min左右相邻第一电池模组5温度降至125℃以下，125℃为安全温度。

参考图1～图3所示，通烟道3安装于箱体主体1的内部，第一电池模组5工作的过程中也会产生大量的烟气，第一电池模组5工作产生的烟气进入到通烟道3中，当通烟道3能够承受一定压力。箱体主体1上安装有与通烟道3相匹配的阀门7，当通烟道3承受的压力过大时，烟气会将阀门7顶开，通烟道3内的烟气从阀门7中排出。

具体的，参考图1所示，通烟道3的数量最少为3个，第一电池模组5安装在箱体主体1内一般有多组，相邻的一组之间安装有一个通烟道3。即一个通烟道3安装于相邻第一电池模组5之间，通烟道3为能够承受一定压力的金属。通烟道3具体可以为钢，通烟道3为一体成型，能够进一步提升通烟道3的承压能力，当箱体主体1内的压力过大，烟气进入到通烟道3内部对通烟道3造成挤压，通烟道3需要一定的强度，才能够避免通烟道3因压力过大造成通烟道3产生形变的情况，进而避免通烟道3对第一电池模组5造成挤压，避免通烟道3被压力挤压后产生形变影响第一电池模组5的正常使用的情况。

具体的，参图3所示，一个通烟道3安装于第一电池模组5和箱体主体1的内壁之间，即其余的两个通烟道3均安装在第一电池模组5和箱体主体1的内壁之间。即每个第一电池模组5有两组通烟道3有效均衡进行排烟处理，能够将箱体主体1内的烟气有效地排出。多个通烟道3能够保证通烟道3内进入烟气的质量，尽可能多的使烟气进入到通烟道3中，减少烟气对第一电池模组5造成影响的情况。

参考图1所示，通烟道3上开设有多个均匀分布的第二通孔301，通过第二通孔301烟气能够进入到通烟道3内，烟气堆积在通烟道3中。

参考图3所示，烟气从通烟道3沿箭头方向流向阀门7，当通烟道3通过的平均气体压力大于4KP压力时，内部的有害气体通过阀门7从内排出至外部直到内部压力小于4KP压力时停止气体往外排出。

更进一步的，箱体主体1上开设有与通烟道3相匹配的第一安装孔101，阀门7安装于第一安装孔101内，阀门7可以通过螺纹连接的方式安装在第一安装孔101内，当阀门7发生损坏后，便于对阀门7进行更换。

阀门7还可以通过焊接的方式安装在箱体主体1上，焊接的方式能够增强箱体主体1和阀门7连接的稳定性，避免因烟气产生的压力过大造成阀门7和箱体主体1脱离的情况，影响储能电池柜的正常使用。阀门7的面积越大越好，在确保顶盖强度的前提下增大阀门7与箱体主体1的接触面积。

参图1～图2所示，储能电池柜包括防护层6，防护层6安装于上盖2和第一电池模组5之间，防护层6为陶瓷隔膜层，防护层6具有较好的隔热性能以及绝缘性能，防护层6能够防止高温导电物质引发内部拉弧，从而防止热失控导致的热扩散。

具体的，第一电池模组5热扩散之后从阀门7喷出的高温物质，喷出的高温物质是导电的，高温物质的温度在1100℃左右，高温物质如果落在第一电池模组5和第一电池模组5之间的高压连接结构铜牌上或第一电池模组5的直接表面上，会让我们的铜牌引发拉弧或直接击穿相邻的第一电池模组5引发其他第一电池模组5的热扩散；

通过防护层6形成绝缘保护，大范围的覆盖高温物质散落的这种场景，即通过防护层6很大程度上能够防止第一电池模组5热扩散的情况发生。优选的，防护层6内设置有降温气体球，降温气体球遇到高温时会融化，融化后降温气体流出，降温气体迅速对高温热气进行降温，进而对箱体主体1内的温度进行快速降温。具体的，惰性气体球的融化温度在900℃左右，当惰性气体球承受的温度大于900℃时，惰性气体球融化后，降温气体流出起到降温的作用；

更进一步的，降温气体可以为氮气、二氧化碳等具有降温效果的惰性气体。

优选的，还能够设置与降温气体球相匹配的监测组件，如果降温气体球破裂后，通过声音、灯光等方式提示，便于提醒工作人员对降温气体球进行更换和对储能电池柜进行进一步降温处理。

优选的，在箱体主体1靠近阀门7的一端设置管道，管道远离箱体主体1的一端连接水箱，当阀门7中喷射高温物质时，高温物质会顺着管道滑动，最终滑动到水箱中，水箱中填充有水或其他能够帮助高温物质快速降温的液体，当高温物质进入到水箱中时，能够进行快速降温。快速降温的同时还能够防止高温物质喷射到其他的第一电池模组5上，避免高温物质对其他的第一电池模组5造成损坏。

优选的，可以在第一电池模组5的上端设置云母片，云母片能够防止高温物质喷射回落影响相邻的电芯，避免极柱跟电芯顶盖拉弧，阀门7上方云母片做薄处理，减少云母片对电芯喷射的影响。

参图1所示，箱体主体1远离阀门7的一端安装有传感组件8，传感组件8为高温压力传感器，传感组件8能够对烟气的压力实时监测，当烟气的压力超过4KP时，传感组件8控制阀门7打开，将烟气排出。

具体的，箱体主体1远离阀门7的一端开设有第二安装孔102，传感组件8安装于第二安装孔102内。优选的，传感组件8内置有物联网模块，通过物联网模块能够将数据进行传输，还可以设置显示端，物联网模块将数据传输至云端服务器，云端服务器对数据进行分析和存储。通过显示端能够对物联网模块将传输的数据进行实时查看，并能够对烟气的压力值进行预测，通过显示端观察到数据后，能够对储能电池柜进行相应的操作，尽可能避免储能电池柜产生不必要的安全隐患。

参图1所示，箱体主体1上固定连接有把手18，把手18的导热性能差，即使箱体主体1的温度较高，高温也不易传输至把手18上。箱体主体1内具有较高的热量，箱体主体1的热量不易传输到把手18上即可。箱体主体1靠近把手18的一端固定连接有多个连接耳19，通过连接耳19能够便于对箱体主体1进行安装。连接耳19上开设有多个安装孔，通过螺栓能够对与安装孔配合能够将箱体主体1安装在储能电池柜中。

第一电池模组5高强度工作时，第一电池模组5产生大量的高温烟气，高温烟气堆积在箱体主体1内，烟气进入到通烟道3中，通烟道3能够临时对高温烟气进行存储。当通烟道3中存储蛮高温烟气时，高温烟气会存储在箱体主体1中，箱体主体1中高温烟气压力过大，会将上盖2顶开，高温烟气从上盖2和箱体主体1之间的缝隙流出，传感组件8能够对箱体主体1内的温度和压力进行实时监测。当箱体主体1内的温度和压力过高时，上盖2排出不足满足需求时，传感组件8控制阀门7打开，阀门7打开后，高温烟气排出，减少箱体主体1内部的温度。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：本发明通过位于上盖和电池模组之间的防护层，防止高温导电物质引发内部拉弧，从而防止热失控导致的热扩散，通过多个烟通道和防爆阀配合使用，储能电池柜产生的烟气从通烟道沿箭头方向流向防爆阀区域，当气体压力大于临界值时，气体从防爆阀排出，通过上盖上设置的弧面，能够增强上盖的回弹力，一定程度上能够防止热扩散的效果，通过多种结构设计，防止电池柜主体热扩散。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。