一种兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统

技术领域

本发明属于电力储能技术领域，涉及一种兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统。

背景技术

电池储能系统(Battery Energy Storage System，简称BESS)是一种利用采锂电池/铅电池作为能量储存载体，存储电能和供应电能的系统。这种系统技术相对成熟，具有容量大、安全可靠、噪声低、环境适应性强、便于安装等优点。但是，外界温度严重影响这种系统的性能及寿命，工作温度过高及过低，以及电池组内部温差较大都不利于储能电池的正常工作，严重时还可能引发安全事故。

由于电池储能系统在正常使用过程中会产生大量的热，而其内部空间有限，电池的排列紧密，因此电池组内部的热量散发速度慢，造成热量的积累，电池组温度的升高。如果不及时进行冷却降温，电池的容量保持、能量输出以及循环寿命都会受到影响，甚至会出现电解液分解，产生大量有害气体，电池膨胀爆炸的现象。

为了控制电池储能系统中电池组温度，避免发生火灾，目前电池储能系统中通常会设置相互独立的热管理系统和消防系统。其中，热管理系统用于日常控制电池温度，根据传热介质的不同，现有技术中的电池热管理系统可分为三类，即基于空气的电池热管理(ACS)、基于液体介质的电池热管理(LCS)和基于相变材料的电池热管理(PCM)。然而，在热管理过程中，这三类电池热管理系统中传热介质的用量是恒定的，使得其对电池组的控温过程均是相对温和的，控温速度较慢，当发生热失控(电池过热)时，传热介质的吸热量已经饱和，难以继续控温。

而消防系统则用于在电池组发生电气火灾时迅速将储能电池和空气隔绝，达到灭火的目的。然而，在电池组热失控初期，消防系统的火灾探测器无法快速感知，难以准确、及时地灭火；即使在灭火后，电池组的自身热失控仍然在继续，极易发生复燃和爆炸；而此时热管理系统已难以快速控温，导致热管理系统和消防系统之间无法快速衔接。

随着电池储能系统的大规模开发和利用，电池密度和单体容量越来越大，对电池储能系统的散热功能以及消防安全提出更高的要求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统，包括循环设置在供液单元和电池柜之间的喷淋管路，该喷淋管路用于向电池柜内的电池组喷淋液体介质；所述的喷淋管路上设有用于控制喷淋量的温控阀，该温控阀具有设于电池柜内的温度传感器；

所述的温控阀具有将喷淋管路的喷淋量控制在小流量的热控位，以及将喷淋管路的喷淋量控制在大流量的消防位。

本发明采用温控阀控制喷淋管路向电池组液体介质的喷淋量，确保电池组保持在适应的工作温度。具体地，温控阀具有两档开度，如半开和全开；当温度传感器监测到温度较高(但低于阈值)时，温控阀将其开度调节为半开，将喷淋管路的喷淋量控制为小流量，以及时导出电池组运行过程中产生的热量，确保电池组处于适宜的工作温度，此时温控阀处于热控位；而当温度传感器监测到温度达到阈值或发生过热时，温控阀将其开度调节为全开，喷淋管路的喷淋量调整为大流量，以起到冷却和灭火的作用，避免电池热失控过程中链式反应的发生，此时温控阀处于消防位。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的电池柜具有处于顶部的进液口和处于底部的集液口，所述的喷淋管路包括连通供液单元和进液口的供液管道和连通集液口和供液单元的回流管道。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的供液管道包括：

与供液单元相连通的供液总管；

与该供液总管相连的若干供液支管，所述的供液支管自进液口延伸至相应的电池柜内，且其管壁上开设有若干喷淋口；

所述的温控阀与各供液支管一一对应设置。本发明采用温控阀控制喷头中液体介质的喷淋量，确保电池组所处的环境能够达到工作温度。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，至少与不同电池柜相连的供液支管并联设置。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的喷淋口沿供液支管的长度延伸方向均匀布置，且各喷淋口处均安装有布液喷头。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的供液支管具有延伸至电池柜内的多根供液分管，所述的供液分管均匀布置在电池组上方，所述的喷淋口开设在各供液分管上。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的回流管道包括：

与供液单元相连通的回流总管；

与该回流总管相连通的若干回流支管，所述回流支管与集液口的数量一一对应，至少与不同电池柜相连的回流支管并联设置。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的供液单元包括：

与回流管道相连通的集液箱；

与供液管道相连通的温度调节模块；

所述的温度调节模块通过具有供液泵的连接管与集液箱相连通。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的温度调节模块和所述的温度传感器均与控制单元相连，所述的温度调节模块具有用于冷却液体介质的制冷位和用于加热液体介质的制热位，所述的控制单元根据温度传感器的输出信号控制该温度调节模块工作。

本发明中，温度传感器测量电池组所处环境的温度，控制单元根据温度传感器的输出信号控制该温度调节模块工作。具体控制过程为：正常使用状态下或电池组所处的温度高于阈值时，将温度调节模块切换成制冷位。温度调节模块将液体介质冷却，接着将冷却的液体介质喷淋到电池组表面对其起到降温的作用，避免电池热失控过程中链式反应的发生。当电池组所处的温度过低时，将温度调节模块切换成制热位。温度调节模块对液体介质进行加热，确保电池组所处的环境能够达到工作温度。

在上述的兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统中，所述的温度调节模块包括并联设置的冷却器和加热器，该冷却器和加热器均通过三通电控阀与连接管及供液管道相连，

所述的连接管、冷却器和供液管道之间形成制冷通路，所述的连接管、加热器和供液管道之间形成制热通路；两个三通电控阀、冷却器、加热器和所述的温度传感器均与控制单元相连，所述的控制单元根据温度传感器的输出信号控制冷却器和加热器的工作以及制冷通路和制热通路的通断。

正常使用状态下或电池组所处的温度高于阈值时，通过控制三通电控阀将温度调节模块切换成制冷通路，冷却器对液体介质进行降温，接着将液体介质喷淋到电池组表面降温，避免电池热失控过程中链式反应的发生，起到消防的作用。当电池组所处的温度过低时，通过控制三通电控阀将温度调节模块切换成制热通路，加热器对液体介质进行加热，确保电池组所处的环境能够达到工作温度。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用温控阀控制喷淋管路向电池组液体介质的喷淋量，确保电池组保持在适应的工作温度。具体地，温控阀具有两档开度，如半开和全开；当温度传感器监测到温度较高(但低于阈值)时，温控阀将其开度调节为半开，将喷淋管路的喷淋量控制为小流量，以及时导出电池组运行过程中产生的热量，确保电池组处于适宜的工作温度，此时温控阀处于热控位；而当温度传感器监测到温度达到阈值或发生过热时，温控阀将其开度调节为全开，喷淋管路的喷淋量调整为大流量，以起到冷却和灭火的作用，避免电池热失控过程中链式反应的发生，此时温控阀处于消防位。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统的结构示意图。

图2是本发明兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统的另一结构示意图。

图3是图2中A部分的局部放大图。

图4是本发明兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统在电池柜内的管路布置示意图。

图5是图1中供液支管的结构示意图。

图6是本发明兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统的模块连接图。

图7是本发明兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统的另一模块连接图。

图中：供液单元1、电池柜2、喷淋管路3、电池组4、温控阀5、温度传感器6、进液口7、集液口8、供液管道9、回流管道10、供液总管11、供液支管12、布液喷头13、供液分管14、回流总管15、回流支管16、集液箱17、温度调节模块18、供液泵19、冷却器20、加热器21、三通电控阀22、连接管23。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

如图1-4所示，本实施例一种兼具热控和消防功能的储能电池液冷系统，包括循环设置在供液单元1和电池柜2之间的喷淋管路3，该喷淋管路3用于向电池柜2内的电池组4喷淋液体介质以调节电池组4温度。

本实施例对液体介质的种类没有特别限制，可以采用氟化液或其他具有消防灭火功能的液体。

具体而言，电池柜2具有处于顶部的进液口7和处于底部的集液口8，喷淋管路3包括连通供液单元1和进液口7的供液管道9和连通集液口8和供液单元1的回流管道10。

其中，供液单元1通过供液管道9向喷淋管路3供液，可将液体介质喷淋到电池组4的表面，对电池组4表面进行均匀的降温或预热，保证电池内部的温度均匀性。

本实施例中，供液管道9包括与供液单元1相连通的供液总管11，以及与该供液总管11相连的若干供液支管12。本实施例中，供液支管12的数量与电池柜2的数量是一一对应设置的(也可以针对一个电池柜2设置多根供液支管12)，并且，与不同电池柜2相连的供液支管12是并联设置的，使每根供液支管12送往电池柜2的液体介质均保持相同温度，提高温控效率。

除了将各供液支管12直接延伸至各电池柜2内外，还可以在电池柜2顶部布置多根与供液支管12相连通的多根供液分管14，以扩大喷淋范围；这种情况较为适用于体积较大的电池柜2。

各供液支管12均自进液口7延伸至相应的电池柜2内，且其管壁上开设有若干喷淋口，通过喷淋口向电池组4喷淋液体介质。如图4和5所示，喷淋口沿供液支管12的长度延伸方向均匀布置，且各喷淋口处均安装有布液喷头13。布液喷头13能够扩大每个喷淋口的喷淋范围，以将液体介质充分喷淋到整个电池柜2空间内。

本实施例中，喷淋口向电池组4喷淋液体介质的喷淋量是可以调节的。调节方式为：在各供液支管12上均安装了温控阀5，该温控阀5具有两档开度，如半开和全开；该温控阀5具有设于相应电池柜2内的温度传感器6，温度传感器6能够实时监测电池柜2内温度，根据温度传感器6的监测情况，温控阀能够对其开度进行调节，进行实现对喷淋量的调节。

具体地，当温度传感器6监测到温度较高(但低于阈值)时，温控阀5将其开度调节为半开，将喷淋管路3的喷淋量控制为小流量，以及时导出电池组4运行过程中产生的热量，确保电池组4处于适宜的工作温度，此时温控阀5处于热控位；而当温度传感器6监测到温度达到阈值或发生过热时，温控阀5将其开度调节为全开，喷淋管路3的喷淋量调整为大流量，以起到冷却和灭火的作用，避免电池热失控过程中链式反应的发生，此时温控阀5处于消防位。

与电池组4换热后，喷淋介质即通过集液口8排出到回流管道10中。本实施例中，回流管道10包括与供液单元1相连通的回流总管15，以及与该回流总管15相连通的若干回流支管16。

同理，本实施例中，集液口8的数量可以按需设置，回流支管16与集液口8的数量也是一一对应的，且至少与不同电池柜2相连的回流支管16并联设置。

喷淋介质从供液单元1流出，经供液管道9进入电池柜2，又从回流管道10返回供液单元1，以实现喷淋介质的循环利用。由于电池组可能出现过热情况，也可以出现温度过低的情况，因此本实施例中的供液单元1向电池柜2输送的喷淋介质既可以是热介质，也可以是冷介质。

具体地，该供液单元1可以是如图1所示，包括与回流管道10相连通的集液箱17，以及与供液管道9相连通的温度调节模块18；该温度调节模块18通过具有供液泵19的连接管23与集液箱17相连通。

如图1和图6所示，该温度调节模块18和温度传感器6均与控制单元相连，温度调节模块18具有用于冷却液体介质的制冷位和用于加热液体介质的制热位，控制单元根据温度传感器6的输出信号控制该温度调节模块18工作。即，当温度传感器6监测到电池组温度较高时，控制单元即将温度调节模块18调节为制冷位，以向电池柜2输送低温的液体介质；当温度传感器6监测到电池组温度较低时，控制单元即将温度调节模块18调节为制热位，以向电池柜2输送温度较高的液体介质。

另外，该供液单元1还可以是如图2和图7所示，利用并联设置的冷却器20和加热器21来代替上述的温度调节模块18，该冷却器20和加热器21均通过三通电控阀22与连接管23及供液管道9相连；其中，连接管23、冷却器20和供液管道9之间形成制冷通路，连接管23、加热器21和供液管道9之间则形成制热通路；两个三通电控阀22、冷却器20、加热器21和温度传感器6均与控制单元相连，控制单元根据温度传感器6的输出信号控制冷却器20和加热器21的工作以及制冷通路和制热通路的通断。

即，当温度传感器6监测到电池组温度较高时，控制单元即打开制冷通路，启动冷却器20，以向电池柜2输送低温的液体介质；当温度传感器6监测到电池组温度较低时，控制单元即打开制热通路，启动加热器21，以向电池柜2输送温度较高的液体介质。

本实施例的工作原理为：

当温度传感器6监测到电池组温度较高时，控制单元即控制供热单元1经供液管道9向电池柜2输送低温的液体介质以对电池组4实施冷却操作；其中，当温度传感器6监测到温度较高(但低于阈值)时，温控阀5将其开度调节为半开，将供液支管12的喷淋量控制为小流量，以及时导出电池组4运行过程中产生的热量，确保电池组4处于适宜的工作温度，此时温控阀5处于热控位；而当温度传感器6监测到温度达到阈值或发生过热时，温控阀5将其开度调节为全开，将供液支管12的喷淋量调整为大流量，以起到冷却和灭火的作用，避免电池热失控过程中链式反应的发生，此时温控阀5处于消防位；

当温度传感器6监测到电池组温度较低时，控制单元即控制供热单元1经供液管道9向电池柜2输送温度较高的液体介质，以对电池组4实施加热操作；此时，温控阀5保持在半开或全开均可，半开为佳；

与电池组4换热后，喷淋介质即通过集液口8排出到回流管道10中，并返回供液单元1，循环使用。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。