CN112038728B - 一种储能装置用冷却消防混合系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能装置用冷却消防混合系统，包括箱体，内部设有多个储能装置，所述储能装置上设有冷却通路；冷却循环回路，包括多条与冷却通路连通的冷却支路，所述冷却循环回路上依次连接有压缩机、冷凝器、储液罐和节流阀，以及用于控制冷却循环回路通断的第一开关阀，所述储液罐内储存有阻燃型制冷剂；所述箱体内设有至少一条喷淋支路，所述喷淋支路设于储能装置上方且与冷却循环回路连通，所述喷淋支路上设有多个喷头，以及用于控制喷淋支路通断的第二开关阀；还包括与冷却循环回路连通的第一灭火支路，所述第一灭火支路的另一端连接有灭火剂罐，所述第一灭火支路上设有用于控制第一灭火支路通断的第三开关阀，所述箱体内设有温度传感器。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种储能装置用冷却消防混合系统及其控制方法。
背景技术
储能装置具有安装方便、占地少、便于模块化扩容、环境适应性强等优点，可以应用在调峰储能、调频储能、光伏发电储能、风电储能等场合。但是，储能装置是在有限空间内放置了大量的电池，电池会在工作中释放热量，若散热不及时，热量会积聚在储能装置内，造成装置内温度不断升高。温度过高对电池各方面性能都有很大的影响，轻则影响电池性能和循环寿命，重则引发热失控，造成火灾、爆炸等事故。
现有技术中，电池储能装置用冷却系统主要有风冷系统和水冷系统，风冷系统具有结构简单、冷却介质安全、易维护及成本低等优点，但是，现有的风冷系统风道和流向较为单一，冷却风温度会沿流动路径逐步升高，造成电池储能模组内部温差大，并且，在大容量电池储能系统中，风冷系统易出现风量分配不均匀的问题，无法将冷却风均匀地送入每个储能模组，造成局部电池储能模组的温度始终较高，严重时会引发热失控；与风冷系统相比，水冷系统冷却效果好，但成本高、系统复杂，并且有一定的安全隐患，水冷系统中的水泄露到电池系统中，易造成电芯短路，引发电芯热失控，造成安全事故，不适合使用于大容量电池储能系统。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有技术中储能装置散热效果差、安全性能无法得到保障的技术问题，本发明提供了一种储能装置用冷却消防混合系统及其控制方法，它可以在提高对储能装置散热效果的同时保障储能装置使用时的安全性能。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种储能装置用冷却消防混合系统，包括箱体，内部设有多个储能装置，所述储能装置上设有冷却通路；冷却循环回路，包括多条与冷却通路连通的冷却支路，所述冷却循环回路上依次连接有压缩机、冷凝器、储液罐和节流阀，以及用于控制冷却循环回路通断的第一开关阀，所述储液罐内储存有阻燃型制冷剂；所述箱体内设有至少一条喷淋支路，所述喷淋支路设于储能装置上方且与冷却循环回路连通，所述喷淋支路上设有多个喷头，以及用于控制喷淋支路通断的第二开关阀；还包括与冷却循环回路连通的第一灭火支路，所述第一灭火支路的另一端连接有灭火剂罐，所述第一灭火支路上设有用于控制第一灭火支路通断的第三开关阀，所述箱体内设有温度传感器；所述压缩机、冷凝器、储液罐、节流阀、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、温度传感器均与控制器电连接。
可选地，所述储液罐上连接有灭火旁路，所述灭火旁路的另一端绕经节流阀与冷却循环回路连通，所述灭火旁路上设有用于控制灭火旁路通断的第四开关阀，所述第四开关阀与控制器电连接。
可选地，还包括与冷却循环回路连通的第二灭火支路，所述第二灭火支路的另一端连接有消防供水管，所述第二灭火支路上设有用于控制第二灭火支路通断的第五开关阀，所述第五开关阀与控制器电连接。
可选地，所述箱体内设有至少一个第一分流器和至少一个第一集流器，所述第一分流器和第一集流器均设于冷却循环回路上，多条冷却支路分别设于第一分流器和第一集流器之间。
可选地，所述第一分流器和第一集流器均设有两个及以上，所述冷却循环回路上设有第二分流器和第二集流器，多个第一分流器均与第二分流器连通，多个第一集流器均与第二集流器连通。
可选地，所述储能装置包括储能壳体、电池模组、导热板、导热材料层和冷板，所述电池模组设于储能壳体内，所述冷板设于储能壳体外，所述冷却通路位于冷板内，所述导热材料层用于导热板和冷板之间的热量交换。
可选地，所述阻燃型制冷剂为R134a、R245fa、R402A、R404A、R405A、R407C、七氟丙烷、全氟己酮中的一种。
可选地，所述灭火剂罐中的灭火剂为水基型灭火剂、泡沫灭火剂、干粉灭火剂、七氟丙烷灭火剂、全氟己酮灭火剂中的一种。
可选地，所述导热材料层为导热灌封胶、导热垫片、导热硅脂以及导热凝胶中的一种。
一种用于上述储能装置用冷却消防混合系统的控制方法，包括以下步骤，S1：温度传感器实时监测箱体内的温度，根据测得的温度值判断是否超出控制器内的预设值；若温度值未超出预设值，则执行S2；若温度值超出预设值，则执行S3；S2：控制器开启第一开关阀，关闭第二开关阀和第三开关阀；S3：控制器开启第二开关阀，关闭第一开关阀，当储液罐内制冷剂的量低于控制器内的预设值时，执行S4；S4：控制器开启第三开关阀；上述步骤中，压缩机、冷凝器、储液罐和节流阀均处于常开状态。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)封闭模块化的储能装置，以及储能装置和冷却通路的间接导热设计，既能对储能装置进行热管理，又能防尘防水，以储能装置为单位进行维护和更换，便于后续进行梯次利用。
(2)制冷剂为阻燃型制冷剂，制冷模式下，进行制冷，灭火模式下，能快速进行灭火，使制冷剂在发生火情的情况下具有灭火的功能，同时避免了制冷剂助燃的风险。
(3)冷却模式和灭火模式共用冷却循环回路，共用管路、共用压缩机、共用控制器，制冷剂也能当灭火剂用，可以大大降低系统成本。
(4)三级灭火剂喷放设计：第一级，使用制冷剂进行灭火，制冷剂经喷头节流降压后，变成低温小液滴，向四周扩散，在各处相变吸热，能快速降低储能装置各处温度，快速降温灭火，同时抑制电池热扩散。第二级，使用后备灭火剂进行持续抑制，防止复燃；第三级，若电池热失控火灾仍不受控制，接通市政消防水，使用大量水进行冷却灭火。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种储能装置用冷却消防混合系统的模块示意图。
a、冷却循环回路；a1、冷却支路；b、喷淋支路；c、第一灭火支路；d、灭火旁路；e、第二灭火支路；1、箱体；2、储能装置；20、冷却通路；21、储能壳体；22、电池模组；23、导热板；24、导热材料层；25、冷板；3、压缩机；4、冷凝器；5、储液罐；6、节流阀；7、第一开关阀；8、喷头；9、第二开关阀；10、灭火剂罐；11、第三开关阀；12、控制器；13、第四开关阀；14、消防供水管；15、第五开关阀；16、第一分流器；17、第一集流器；18、第二分流器；19、第二集流器。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图1及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合附图1，本实施例的一种储能装置用冷却消防混合系统，包括箱体1，内部设有多个储能装置2，所述储能装置2上设有冷却通路20；冷却循环回路a，包括多条与冷却通路20连通的冷却支路a1，所述冷却循环回路a上依次连接有压缩机3、冷凝器4、储液罐5和节流阀6，以及用于控制冷却循环回路a通断的第一开关阀7，第一开关阀7、压缩机3、冷凝器4、储液罐5和节流阀6依次通过管路连接且设置于箱体1的外部，所述储液罐5内储存有阻燃型制冷剂；所述箱体1内设有至少一条喷淋支路b，所述喷淋支路b设于储能装置2上方且与冷却循环回路a连通，所述喷淋支路b上设有多个喷头8，以及用于控制喷淋支路b通断的第二开关阀9，冷却循环回路a内的介质可进入喷淋支路b内并通过喷淋支路b上的喷头8喷出；还包括与冷却循环回路a连通的第一灭火支路c，所述第一灭火支路c的另一端连接有灭火剂罐10，灭火剂罐10内储存有灭火剂，灭火剂可通过第一灭火支路c进入冷却循环回路a内，所述第一灭火支路c上设有用于控制第一灭火支路c通断的第三开关阀11，所述箱体1内设有温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器设于箱体1内部且设有一个及以上，温度传感器用于实时监测箱体1内的温度并上传至控制器，温度传感器为现有技术，故不在此赘述；所述压缩机3、冷凝器4、储液罐5、节流阀6、第一开关阀7、第二开关阀9、第三开关阀11、温度传感器均与控制器12电连接，控制器12可为PLC控制电路或者单片机或微型处理芯片，于本实施例中，控制器12为微型处理芯片。
本实施例中的冷却循环回路a具有两种使用模式，一种是冷却模式，该模式下主要对储能装置2起到降温冷却的目的，其工作方式为，开启第一开关阀7，关闭第二开关阀9和第三开关阀11，压缩机3启动使冷却循环回路a内的制冷剂流动起来，储液罐5内的制冷剂通过冷却支路a1进入冷却通路20内与储能装置2进行热量交换后回流至冷却循环回路a，并通过压缩机3进入冷凝器4冷凝成液态制冷剂，从而使得制冷剂可重复的用于对储能装置2的降温冷却，节流阀6将制冷剂降压节流成低温低压液态制冷剂；另一种是灭火模式，该模式在温度传感器监测到箱体1内的温度超出控制器12内的预设值时启动，该模式下分两步灭火步骤，第一步是在保持其他部件工作状态保持与冷却模式一致时，开启第二开关阀9，关闭第一开关阀7，此时冷却循环回路a断开，制冷剂无法继续在冷却循环回路a内循环流动，随着冷却循环回路a内的管道压力在压缩机的驱动下增加，制冷剂会通过第二开关阀9进入喷淋支路b内并通过喷头8雾化后喷向储能装置2，由于制冷剂为阻燃型制冷剂，通过制冷剂的喷淋可快速扑灭明火并短时间的抑制火情，当储液罐5内液相制冷剂只剩5％时，启动第二步，开启第三开关阀11，此时灭火剂罐10内的灭火剂可通过第一灭火支路c进入冷却循环回路a中用于消防灭火。
本实施例中，制冷剂为阻燃型制冷剂，制冷模式下，进行制冷，灭火模式下，能快速进行灭火，使制冷剂在发生火情的情况下具有灭火的功能，同时避免了制冷剂助燃的风险；冷却模式和灭火模式共用冷却循环回路a，共用管路、共用压缩机3、共用控制器12，制冷剂也能当灭火剂用，可以大大降低系统成本；二级灭火剂喷放设计：第一级，使用制冷剂进行灭火，制冷剂经喷头8节流降压后，变成低温小液滴，向四周扩散，在各处相变吸热，能快速降低储能装置2各处温度，快速降温灭火，同时抑制热扩散；第二级，使用灭火剂进行持续抑制，防止复燃，提高灭火效果。
于本实施例中，所述阻燃型制冷剂为R134a、R245fa、R402A、R404A、R405A、R407C、七氟丙烷、全氟己酮中的一种；可选地实施方式之一为，阻燃型制冷剂为R134a；可选地实施方式之二为，阻燃型制冷剂为R245fa；可选地实施方式之三为，阻燃型制冷剂为R402A；可选地实施方式之四为，阻燃型制冷剂为R404A；可选地实施方式之五为，阻燃型制冷剂为R405A；可选地实施方式之五为，阻燃型制冷剂为R407C；可选地实施方式之六为，阻燃型制冷剂为七氟丙烷；可选地实施方式之六七为，阻燃型制冷剂为全氟己酮。
于本实施例中，所述灭火剂罐10中的灭火剂为水基型灭火剂、泡沫灭火剂、干粉灭火剂、七氟丙烷灭火剂、全氟己酮灭火剂中的一种；可选地实施方式之一为，灭火剂为水基型灭火剂；可选地实施方式之二为，灭火剂为泡沫灭火剂；可选地实施方式之三为，灭火剂为干粉灭火剂；可选地实施方式之四为，七氟丙烷灭火剂；可选地实施方式之五为，全氟己酮灭火剂。
作为本发明的可选方案，所述储液罐5上连接有灭火旁路d，所述灭火旁路d的另一端绕经节流阀6与冷却循环回路a连通，所述灭火旁路d上设有用于控制灭火旁路d通断的第四开关阀13，所述第四开关阀13与控制器12电连接；在灭火模式下，第四开关阀13开启，此时冷却循环回路a内的流体可通过灭火旁路d绕过节流阀6在冷却循环回路a内流动，如果先通过节流阀6件，会增加阻力降低流体流速，无法将流体快速喷出，采用上述结构设计使得喷头8处喷出的流体为常压低温高速雾化流体，从而使得流体可喷向更远的位置以扩大灭火范围。
作为本发明的可选方案，还包括与冷却循环回路a连通的第二灭火支路e，所述第二灭火支路e的另一端连接有消防供水管14，所述第二灭火支路e上设有用于控制第二灭火支路e通断的第五开关阀15，所述第五开关阀15与控制器12电连接；采用上述结构设计，实现了本实施的第三步灭火步骤，该步骤在灭火剂罐10中的灭火剂的量少于5％且箱体1内的温度仍然超过50℃时启动，具体方式为，第五开关阀15开启，消防供水管14内的市政消防用水通过第二灭火支路e和冷却循环回路a喷满整个箱体1，进行浸没式灭火，彻底杜绝了复燃的可能性，及时控制住火势。
作为本发明的可选方案，所述箱体1内设有至少一个第一分流器16和至少一个第一集流器17，所述第一分流器16和第一集流器17均设于冷却循环回路a上，多条冷却支路a1分别设于第一分流器16和第一集流器17之间；通过第一分流器16和第一集流器17的设置，使得冷却循环回路a可在箱体1内分散出多条冷却支路a1用于对多个储能装置2的降温冷却，喷淋支路b为安装于第一分流器16侧面上的呈水平设置的管道。
作为本发明的可选方案，所述第一分流器16和第一集流器17均设有两个及以上，所述冷却循环回路a上设有第二分流器18和第二集流器19，多个第一分流器16均与第二分流器18连通，多个第一集流器17均与第二集流器19通过管道连通实现汇流；第一分流器16和第一集流器17均设有两个及以上，使得冷却支路a1和喷淋支路b可在箱体1内设置更多的数量，从而满足高功率、大体积储能装置的冷却和灭火需求。
作为本发明的可选方案，所述储能装置2包括储能壳体21、电池模组22、导热板23、导热材料层24和冷板25，所述电池模组22设于储能壳体21内，所述导热板23与电池模组22一体密封成型，所述导热板23伸出至储能壳体21外，所述冷板25设于储能壳体21外，所述冷却通路20位于冷板25内，冷却通路20为冷板25内部的流道，所述导热材料层24用于导热板23和冷板25之间的热量交换，所述导热材料层24一端面抵在导热板23伸出储能壳体21的外壁上，另一端面抵在冷板25的端面上，导热板23通过导热材料层24、冷板25进行换热，电池模组22传热给导热板23、导热板23传热给导热材料层24，导热材料层24传给冷板25，冷板25通过冷却通路20传热给制冷剂以实现降温的目的；封闭模块化的储能装置2，以及储能装置2和冷却通路20的间接导热设计，既能对储能装置2进行热管理，又能防尘防水，以储能装置2为单位进行维护和更换，便于后续进行梯次利用。
于本实施例中，冷板25可为吹胀冷板、埋管式冷板、真空钎焊式冷板、搅拌摩擦焊式冷板、腔体式冷板中的一种；可选地实施方式之一为，冷板25为吹胀冷板；可选地实施方式之二为，冷板25为埋管式冷板；可选地实施方式之三为，冷板25为真空钎焊式冷板；可选地实施方式之四为，搅拌摩擦焊式冷板；可选地实施方式之五为，腔体式冷板。
于本实施例中，所述导热材料层24为导热灌封胶、导热垫片、导热硅脂以及导热凝胶中的一种；可选地实施方式之一为，导热材料层24为导热灌封胶；可选地实施方式之二为，导热材料层24为导热垫片；可选地实施方式之三为，导热材料层24为导热硅脂；可选地实施方式之四为，导热材料层24为导热凝胶。
本实施例中提及的分流器材质可以是不锈钢、铜、铁或者塑料，可以是二头分流器、三头分流器、四头分流器、六头分流器；集流器可以是不锈钢、铜、铁或者塑料，可以是二头集流器、三头集流器、四头集流器、六头集流器。
实施例2
结合附图1，一种用于实施例一所述的储能装置用冷却消防混合系统的控制方法，包括以下步骤，S1：温度传感器实时监测箱体1内的温度，根据测得的温度值判断是否超出控制器12内的预设值；若温度值未超出预设值，则执行S2；若温度值超出预设值，则执行S3；S2：控制器12开启第一开关阀7，关闭第二开关阀9和第三开关阀11；S3：控制器12开启第二开关阀9，关闭第一开关阀7，当储液罐5内制冷剂的量低于控制器12内的预设值时，执行S4；S4：控制器12开启第三开关阀11；上述步骤中，压缩机3、冷凝器4、储液罐5和节流阀6均处于常开状态。
于本实施例中，步骤S1中控制器12内的温度预设值为70℃。
于本实施例中，步骤S3中控制器12内的制冷剂的量的预设值为2％，判定参数是储液罐内压力低于2％存量对应的压力，制冷剂不同，压力不同，可根据实际情况设定。
作为本实施的可选方案，当灭火剂罐10中的灭火剂的量低于控制器12内的预设值且温度传感器仍高于制器12内的预设值时，第五开关阀15开启，消防供水管14内的市政消防用水通过第二灭火支路e和冷却循环回路a喷满整个箱体1，进行浸没式灭火，彻底杜绝了复燃的可能性，及时控制住火势；于本实施例中，控制器12内的预设的灭火剂的量的值为5％，不同类型的灭火剂，对应的压力值不一样，可根据实际情况设定。
本实施例中采用三级灭火剂喷放设计，使得灭火的效率大大提高，火势可被有效的控制住；第一级，使用制冷剂进行灭火，制冷剂经喷头节流降压后，变成低温小液滴，向四周扩散，在各处相变吸热，能快速降低储能装置各处温度，快速降温灭火，同时抑制电池热扩散。第二级，使用后备灭火剂进行持续抑制，防止复燃；第三级，若电池热失控火灾仍不受控制，接通市政消防水，使用大量水进行冷却灭火。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：包括
箱体，内部设有多个储能装置，所述储能装置上设有冷却通路；
冷却循环回路，包括多条与冷却通路连通的冷却支路，所述冷却循环回路上依次连接有压缩机、冷凝器、储液罐和节流阀，以及用于控制冷却循环回路通断的第一开关阀，所述储液罐内储存有阻燃型制冷剂；
所述箱体内设有至少一条喷淋支路，所述喷淋支路设于储能装置上方且与冷却循环回路连通，所述喷淋支路上设有多个喷头，以及用于控制喷淋支路通断的第二开关阀；还包括与冷却循环回路连通的第一灭火支路，所述第一灭火支路的另一端连接有灭火剂罐，所述第一灭火支路上设有用于控制第一灭火支路通断的第三开关阀，所述箱体内设有温度传感器；所述压缩机、冷凝器、储液罐、节流阀、第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、温度传感器均与控制器电连接；
所述储液罐上连接有灭火旁路，所述灭火旁路的另一端绕经节流阀与冷却循环回路连通，所述灭火旁路上设有用于控制灭火旁路通断的第四开关阀，所述第四开关阀与控制器电连接；还包括与冷却循环回路连通的第二灭火支路，所述第二灭火支路的另一端连接有消防供水管，所述第二灭火支路上设有用于控制第二灭火支路通断的第五开关阀，所述第五开关阀与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：所述箱体内设有至少一个第一分流器和至少一个第一集流器，所述第一分流器和第一集流器均设于冷却循环回路上，多条冷却支路分别设于第一分流器和第一集流器之间。
3.根据权利要求2所述的一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：所述第一分流器和第一集流器均设有两个及以上，所述冷却循环回路上设有第二分流器和第二集流器，多个第一分流器均与第二分流器连通，多个第一集流器均与第二集流器连通。
4.根据权利要求1所述的一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：所述储能装置包括储能壳体、电池模组、导热板、导热材料层和冷板，所述电池模组设于储能壳体内，所述冷板设于储能壳体外，所述冷却通路位于冷板内，所述导热材料层用于导热板和冷板之间的热量交换。
5.根据权利要求1所述的一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：所述阻燃型制冷剂为R134a、R245fa、R402A、R404A、R405A、R407C、七氟丙烷、全氟己酮中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：所述灭火剂罐中的灭火剂为水基型灭火剂、泡沫灭火剂、干粉灭火剂、七氟丙烷灭火剂、全氟己酮灭火剂中的一种。
7.根据权利要求4所述的一种储能装置用冷却消防混合系统，其特征在于：所述导热材料层为导热灌封胶、导热垫片、导热硅脂以及导热凝胶中的一种。
8.一种用于上述权利要求1-6任意一项所述的储能装置用冷却消防混合系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
S1：温度传感器实时监测箱体内的温度，根据测得的温度值判断是否超出控制器内的预设值；
若温度值未超出预设值，则执行S2；
若温度值超出预设值，则执行S3；
S2：控制器开启第一开关阀，关闭第二开关阀和第三开关阀；
S3：控制器开启第二开关阀，关闭第一开关阀，当储液罐内制冷剂的量低于控制器内的预设值时，执行S4；
S4：控制器开启第三开关阀；
上述步骤中，压缩机、冷凝器、储液罐和节流阀均处于常开状态。
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