1.本实用新型涉及储能电池柜消防技术领域，具体涉及一种电池柜通气结构、检测系统、消防系统与储能系统。


背景技术：

2.近些年来，锂电池储能系统由于能量密度高、循环寿命长、响应速度快和模块化等优点，广泛应用于用户侧、发电侧、电网侧、新能源并网及微电网等各个领域。锂离子电池在充放电过程中由于受自身化学反应或外界影响，易产生热失控导致火灾，因此需要采用特殊的消防措施保障储能系统的安全，避免造成事故伤亡和财产损失。
3.目前锂电池储能系统的消防方案多采用气体灭火消防系统或细水雾消防系统。气体灭火系统是在电池柜中放置灭火气体储罐，当火焰将火探管烧破后，或烟雾传感器动作后，大量灭火气体从破裂处或气嘴中喷出，充斥于储能电池柜内，当灭火气体浓度达到一定程度时可以实现灭火，此方法灭火范围广，无法有针对性地灭火，灭火效率较低，且有些气体在灭火时易产生有毒气体，对设备和人体造成损害。细水雾消防系统是在电池柜上方安装喷淋头，当发生火情时，大量水喷出进行灭火或降温，此方法反应速度慢，且对安装在高处的电池包灭火效果较差。
4.当电池包的防护等级较高，例如达到ip66或更高时，上述消防系统均无法及时发现火情，且灭火气体或细水雾无法直接进入电池包内，导致当电池包烧透或爆炸后，以上消防系统才开始有灭火效果。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个目的是提供一种电池柜通气结构，用于快速检测高防护等级电池包的火情。
6.为实现所述目的的电池柜通气结构，所述电池柜包括柜体和内置于所述柜体的电池包，所述电池柜通气结构包括气体通道和防水透气阀，所述气体通道在所述柜体中上下贯通并经过每个所述电池包的部分表面；所述防水透气阀位于所述气体通道中，所述防水透气阀设置在每个所述电池包的表面，用于释放所述电池包内的气体或/和烟雾。
7.在所述的电池柜通气结构的一个或多个实施方式中，所述气体通道包括凸筋和两个隔板；其中：所述柜体内置有一个所述电池包，所述电池包的上表面密封连接有所述凸筋，或所述柜体内置有多个所述电池包，每两个上下相邻的所述电池包之间设置有所述凸筋，并且所述两个相邻的电池包分别与所述凸筋的上下两侧密封连接，在最上方的所述电池包的上表面也密封连接有所述凸筋，每个所述凸筋包括与所述柜体的侧壁相对的两个外端；所述两个隔板分别设置在所述柜体的侧壁和与所述柜体的侧壁相对的所述电池包之间的空间中，与各所述凸筋的所述两个外端、各所述电池包、所述柜体的侧壁分别密封连接，进而限定出所述气体通道。
8.在所述的电池柜通气结构的一个或多个实施方式中，每个所述凸筋包括垂直相交
的第一段凸筋和第二段凸筋，所述第一段凸筋和所述第二段凸筋的交点位于所述电池包的上表面或下表面的非边界区域，所述第一段凸筋和所述第二段凸筋分别垂直于所述柜体的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁与所述第二侧壁互相垂直，所述两个隔板分别垂直连接在所述第一侧壁和所述第二侧壁。
9.在所述的电池柜通气结构的一个或多个实施方式中，所述凸筋为直线形，所述两个外端分别与所述柜体的第一侧壁和第二侧壁相对，所述第一侧壁与所述第二侧壁互相垂直，所述两个隔板分别垂直连接在所述第一侧壁和所述第二侧壁。
10.该电池柜通气结构的体积远小于电池柜的体积，且与电池柜的各电池包的内部通过防水透气阀相连通，当其中一个或多个电池包内的锂电池发生燃烧时，所产生的高温可燃气体或/和烟雾通过防水透气阀进入气体通道，并沿该气体通道向上流动，在该气体通道的顶部快速达到气体检测器能够检测到的浓度，从而可以快速、及时、准确地检测到高防护等级电池包的火情。该电池柜通气结构的结构简单，易于加工制造，成本较低。
11.本实用新型的另一个目的是提供一种检测系统，可以快速检测高防护等级电池包的火情。
12.为实现所述目的的检测系统，用于储能系统，所述储能系统包括电池柜，所述电池柜包括电池包，所述电池包内设置有温度传感器，所述检测系统包括前述的电池柜通气结构、所述温度传感器、气体检测器以及控制系统，所述气体检测器设置在所述电池柜通气结构的顶部，且不低于设置在最上方的所述防水透气阀，所述气体检测器用于检测可燃气体或/和烟雾；所述控制系统与所述温度传感器和所述气体检测器信号连接，用于实时检测所述电池柜内的可燃气体或/和烟雾以及所述电池包内的温度，并判断是否发生燃烧。
13.该检测系统通过在该电池柜通气结构内设置一个或两个气体检测器，对可燃气体或/和烟雾进行实时检测，结合电池包内的温度传感器的实时检测结果，可以快速、及时、准确地检测到火情，以便及时采取灭火措施，在第一时间防止火情恶化，避免发生更严重的事故伤亡和财产损失。该检测系统需要的气体检测器数量较少，且不需要在电池包内设置气体检测器，结构简单，易于实现，成本较低。
14.本实用新型的又一个目的是提供一种消防系统，可以快速检测高防护等级电池包的火情并高效地灭火。
15.为实现所述目的的消防系统，用于储能系统，所述消防系统包括前述的检测系统，以及灭火系统，所述灭火系统包括储液箱、消防管路、消防泵和控制阀；所述储液箱用于储存液体消防介质；所述消防管路包括主管路和支管路，所述主管路与所述储液箱流体连接，所述支管路位于所述电池柜内，并与每个所述电池包流体连接；所述消防泵用于将所述液体消防介质从所述储液箱中抽吸至所述主管路；所述控制阀设置于所述消防管路，用于控制所述主管路或/和所述支管路的开启或关闭；其中，所述检测系统的所述控制系统与所述消防泵、所述控制阀信号连接，用于控制所述消防泵和所述控制阀的开启或关闭。
16.在所述的消防系统的一个或多个实施方式中，所述支管路对应每个所述电池包设置有一个所述控制阀。
17.在所述的消防系统的一个或多个实施方式中，所述气体通道的顶部还设置有风扇，用于将所述气体通道内的气体或/和烟雾排出所述电池柜，所述风扇与所述控制系统信号连接。
18.在所述的消防系统的一个或多个实施方式中，所述灭火系统还包括消防控制器，所述控制系统与所述消防控制器信号连接，并通过所述消防控制器控制所述消防泵和所述控制阀。
19.该消防系统通过检测系统和灭火系统的配合作用，可以快速、及时、准确地检测到高防护等级电池包的火情，并及时采取高效的灭火措施，响应速度快，灭火效果好，能在第一时间防止火情恶化，避免发生更严重的事故伤亡和财产损失，并可以大大减少液体消防介质的用量，降低储液箱的占地空间，节约消防成本，且灭火过程中不产生有害气体。
20.本实用新型的再一个目的是提供一种储能系统，可以快速检测高防护等级电池包的火情并进行高效地灭火。
21.为实现所述目的的储能系统，包括前述的消防系统。
22.在所述的储能系统的一个或多个实施方式中，所述储能系统包括电池管理系统，所述电池管理系统提供所述控制系统。
23.该储能系统通过采用前述消防系统，可以快速、及时、准确地检测到高防护等级电池包的火情，并及时采取高效的灭火措施，响应速度快，灭火效果好，能在第一时间防止火情恶化，避免发生更严重的事故伤亡和财产损失，且消防成本较低，灭火过程中不产生有害气体。
附图说明
24.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
25.图1是根据一个实施方式的消防系统的局部示意图。
26.图2是根据一个实施方式的隔板与柜体的省略部分结构的示意图。
27.图3是根据一个实施方式的电池柜通气结构的横截面示意图。
28.图4是根据又一个实施方式的电池柜通气结构的横截面示意图。
29.图5是根据一个实施方式的凸筋和防水透气阀设置在电池包上的示意图。
30.图6是根据一个实施方式的灭火系统的流通路径示意图。
31.图7是根据一个实施方式的消防系统的控制逻辑示意图。
具体实施方式
32.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。此外，本技术的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
33.根据本实用新型的一个或多个实施方式的储能系统包括消防系统100以及一个或多个电池柜，电池柜可以设置在集装箱内或设置在户外。图1至图5示意性地示出了消防系统100和电池柜的部分结构。
34.每个电池柜包括柜体200和内置于柜体200的多个电池包1，多个电池包1一一对应地放置在柜体200内的多个托板205上，多个电池包1之间留有空隙，例如间隔5mm，并通过前
支架(未图示)或其他方式将电池包1固定在柜体200内。每个电池包1内设置有温度传感器(未图示)和多个锂电池(未图示)。各电池包1的防护等级较高，例如达到ip66及以上。
35.消防系统100包括检测系统300和灭火系统400。检测系统300用于实时检测并判断是否有电池包1发生燃烧，灭火系统400用于灭火和降温，详见后述。
36.继续参照图1至图5，检测系统300包括设置在柜体200内的电池柜通气结构500、前述的电池包1内的温度传感器、气体检测器2以及控制系统(未图示)。
37.电池柜通气结构500包括气体通道501和位于该气体通道501中的多个防水透气阀4。该气体通道501在柜体200中上下贯通并经过每个电池包1的部分表面。每个电池包1的上表面11设置有一个或多个防水透气阀4，用于释放电池包1内的锂电池燃烧时所产生的气体或/和烟雾。在另一些实施方式中，防水透气阀4设置在电池包1的其他表面，例如设置在电池包1的侧表面14。
38.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于图1和图2所示的方位或位置关系。
39.继续参照图1至图5，气体通道501包括凸筋3和两个隔板5。其中，每两个上下相邻的电池包1之间设置有凸筋3，并且两个相邻的电池包1分别与凸筋3的上下两侧密封连接(可以容许存在少量的气体泄漏)，例如通过电池包1的壳体与凸筋3之间的紧密配合、或在电池包1的壳体与凸筋3之间加密封件等方式，详见后述。类似地，在最上方的电池包1的上表面11也密封连接有凸筋3。每个凸筋3包括与柜体200的侧壁201相对的两个外端30，用于与隔板5相连接。
40.每个凸筋3的下侧固定且密封地连接在其中一个电池包1的上表面11，例如凸筋3与电池包1的外壳一体成型、或通过焊接、或粘接或其他方式连接到电池包1的外壳。每个凸筋3的上侧与上方相邻的电池包1或柜体200的顶壁202之间通过密封件(未图示)连接。在一个替换性实施方式中，凸筋3通过一体成型、或通过焊接、或粘接或其他方式连接在电池包1的下表面11(最下方的电池包1的下表面11可以不连接凸筋3)以及最上方的电池包1的上表面11，并对应设置密封件的位置。
41.在又一个实施方式中，凸筋3通过一体成型、或通过焊接、或粘接或其他方式连接到隔板5，凸筋3的上下两侧与电池包1的壳体之间通过紧密配合或设置密封件等方式密封连接。
42.可选地，多个凸筋3的形状相同，且各凸筋3相对于对应的电池包1的位置相同，即各凸筋3的同侧的外端30分别纵向对齐，以便于加工制造以及与隔板5相连接。
43.在一些实施方式中，凸筋3设置为密封件的形式，例如凸筋3采用橡胶或挡风泡棉制成，每个凸筋3的上下两侧通过压紧或粘接与相邻的电池包1或柜体200的顶壁202密封连接。
44.在另一个实施方式中，内置于柜体200的电池包1仅为一个，与之相匹配的托板205也仅设置一个，凸筋3固定且密封地连接在该电池包1的上表面11。
45.参照图2，两个隔板5分别设置在柜体200的侧壁201和与侧壁201相对的电池包1之间的空间中，隔板5还设置有缺口51，用于避让电池包1的外壳上的连接边13。隔板5可以为整体结构，或由多段组成，例如当其中一个隔板5的位置经过柜体200内的多层托板205时，该隔板5由托板205分割成多段。隔板5与各凸筋3的外端30、各电池包1以及侧壁201分别密
封连接，例如采用与前述的电池包1与凸筋3之间的密封连接相似的方式，进而限定出该气体通道501。通过隔板5与各凸筋3的外端30、各电池包1以及侧壁201之间的密封连接(可以容许存在少量的泄漏)、以及电池包1与凸筋3之间的密封连接(可以容许存在少量的泄漏)可以引导气体通道501内的大部分气体沿该气体通道501流动。
46.在一些实施方式中，隔板5由挡风泡棉或橡胶制成，隔板5的一侧粘接在柜体200的侧壁201，隔板5的其他部位通过压紧或粘接与其他零部件密封连接。
47.在另一些实施方式中，隔板5由钣金件制成，通过焊接与柜体200的侧壁201相连接，通过设置密封件与凸筋3的外端30以及电池包1的外壳密封连接，并通过压紧或粘接与各密封件密封连接。
48.参照图3和图5，在一个实施方式中，每个凸筋3包括垂直相交的第一段凸筋31和第二段凸筋32，第一段凸筋31和第二段凸筋32的交点位于电池包1的上表面11的非边界区域，即凸筋3的横截面为l形，该l形的夹角位于上表面11的非边界区域。第一段凸筋31和第二段凸筋32分别垂直于柜体200的第一侧壁2011和第二侧壁2012。对应地，两个隔板5分别垂直连接到第一侧壁2011和第二侧壁2012。第一侧壁2011和第二侧壁2012互相垂直。由此，可以简化该电池柜通气结构500的结构，以便于加工制造。在另一个替换性实施方式中，l形的凸筋3设置在电池包1的下表面12，第一段凸筋31和第二段凸筋32的交点位于下表面12的非边界区域。
49.防水透气阀4设置在电池包1的上表面11，以便快速且充分地将电池包1内的气体或/和烟雾排出电池包1。在保证留有足够设置防水透气阀4的空间的前提下，第一段凸筋31和第二段凸筋32分别尽量靠近第二侧壁2012和第一侧壁2011，从而使该电池柜通气结构500具有尽量小的横截面积。
50.参照图4，在又一个实施方式中，凸筋3为直线形，两个外端30分别与柜体200的第一侧壁2011和第二侧壁2012相对。对应地，两个隔板5分别垂直连接到第一侧壁2011和第二侧壁2012。第一侧壁2011和第二侧壁2012互相垂直。
51.在另一些实施方式中，凸筋3设置为圆弧形或其他形状，凸筋3的两个外端30可以与柜体200的同一侧壁相对，或分别与两个相邻的侧壁相对，或分别与两个平行的侧壁相对。
52.该电池柜通气结构500的体积远小于柜体200的体积，且与柜体200的各电池包1的内部通过防水透气阀4相连通，当其中一个或多个电池包1内的锂电池发生燃烧时，所产生的高温可燃气体或/和烟雾通过防水透气阀4进入气体通道501，并沿该气体通道501向上流动，在该气体通道501的顶部快速达到气体检测器能够检测到的浓度，从而可以快速、及时、准确地检测到高防护等级电池包的火情，详见后述。该电池柜通气结构500的结构简单，易于加工制造，成本较低。
53.可选地，在柜体200内，气体通道501内部和外部的气体相互隔离，即气体通道501内部的气体与柜体200其余部分的气体不相流通，以将锂电池燃烧所产生的气体或/和烟雾限制在该气体通道501内，进一步提高可燃气体或/和烟雾的检测时效性和准确性。例如，两个隔板5从柜体200的顶壁202延伸到底壁203，且分别与顶壁202和底壁203密封连接，最上方的凸筋3与顶壁202之间密封连接，最下方的电池包1与底壁203之间通过密封件密封连接，或者也可以在气体通道501内设置横向的隔板，以密封气体通道501的顶部或/和底部。
54.可选地，气体通道501的顶部还设置有风扇9，用于将气体或/和烟雾排出电池柜，风扇9与检测系统300的控制系统信号连接。
55.参照图1，检测系统300的气体检测器2设置在该电池柜通气结构500的顶部，且不低于最上方的防水透气阀4，即设置在最上方的电池包1的防水透气阀4，气体检测器2的数量可以为一个，用于检测锂电池燃烧所产生的可燃气体或烟雾，或者气体检测器2的数量也可以为两个，分别用于检测锂电池燃烧所产生的可燃气体和烟雾。
56.检测系统300的控制系统与气体检测器2以及电池包1内的温度传感器信号连接，用于实时检测电池柜内的可燃气体或/和烟雾以及电池包1内的温度，并根据检测结果判断是否发生燃烧。
57.相比于高温，锂电池刚开始燃烧时所产生的可燃气体或/和烟雾有时能够更早地反映出锂电池的异常情况，该检测系统300通过在该电池柜通气结构500内设置一个或两个气体检测器2，对可燃气体或/和烟雾进行实时检测，结合电池包1内的温度传感器的实时检测结果，可以快速、及时、准确地检测到火情，以便及时采取灭火措施，在第一时间防止火情恶化，避免发生更严重的事故伤亡和财产损失。该检测系统300需要的气体检测器2数量较少，且不需要在电池包1内设置气体检测器2，结构简单，易于实现，成本较低。
58.继续参照图1，灭火系统400包括储液箱6、消防管路7、消防泵8和控制阀(未图示)。其中消防泵8和控制阀与检测系统300的控制系统信号连接，以通过该控制系统控制消防泵8和控制阀的开启或关闭。可选地，控制阀为电磁阀，以便于通过控制系统对其进行控制。
59.储液箱6用于储存液体消防介质，例如水或其他可降温阻燃、不易挥发且无毒的液体。储液箱6设置于电池柜的外部，例如可以埋于地下，或设置为露天水池、水槽或其他形式。
60.消防管路7包括主管路71和支管路72。主管路71与储液箱6之间通过消防泵8流体连接，消防泵8用于将液体消防介质从储液箱6中抽吸至主管路71。支管路72位于电池柜内，并与每个电池包1流体连接，用于向电池包1内注入液体消防介质，以进行灭火和降温。
61.参照图2，柜体200设置有一个接口204，主管路71穿过接口204与支管路72流体连接，通过将支管路72设置在电池柜内，可以减少柜体200上的接口数量。
62.控制阀设置于主管路71或/和支管路72，用于控制主管路71或/和支管路72的开启或关闭。根据消防需求以及液体消防介质的存储量，可以灵活设置控制阀的数量及位置，例如可以仅在主管路71上设置控制阀，当发生危险时，对该电池柜内的所有电池包1均注入液体消防介质进行灭火和降温，或者也可以在支管路72上对应每个电池包1各设置一个控制阀，以针对起火的或有起火风险的电池包1实施快速定点灭火措施，且对未发生异常的电池包1不产生影响，从而保障其他电池包1仍能正常使用，并减少液体消防介质的用量。
63.下面结合一个实施方式说明消防系统100的控制逻辑和工作过程：
64.1、参照图7，检测系统300通过气体检测器2和电池包1内的温度传感器实时检测电池柜内的可燃气体和烟雾，以及电池包1内的温度t，当电池柜内的一个或多个电池包1发生异常时，发生异常的电池包1内温度t升高，可燃气体或/和烟雾从防水透气阀4溢出电池包1，进入电池柜通气结构500的气体通道501，检测系统300检测到气体通道501内有可燃气体或烟雾，或/和检测到发生异常的电池包1内的温度t≥预设温度t
max
，控制系统根据检测结果判断发生异常的电池包1；
65.2、参照图6和图7，控制系统启动消防泵8，并开启对应的控制阀以及风扇9，将液体消防介质从储液箱6中抽吸至主管路71，继而输送至电池柜内的支管路72，在控制阀的控制下，将液体消防介质注入发生异常的电池包1内进行灭火和降温，并使剩余气体从防水透气阀2排出电池包1，进入气体通道501，进而通过风扇9将气体或/和烟雾排出电池柜。
66.由于电池包1的防护等级较高，密封性良好，液体消防介质进入电池包1后，可以快速充满整个电池包1，使电芯及所有电连接件完全浸没在液体消防介质中，从而快速有效地进行灭火和降温，防止锂电池发生复燃，且灭火过程中不产生有害气体。
67.由此，该消防系统100通过检测系统300和灭火系统400的配合作用，可以快速、及时、准确地检测到高防护等级电池包1的火情，并及时采取高效的灭火措施，响应速度快，灭火效果好，能在第一时间防止火情恶化，避免发生更严重的事故伤亡和财产损失。此外，由于液体消防介质仅需填满一个或多个电池包1内的空间，不需要充满整个电池柜，可以大大减少液体消防介质的用量，降低储液箱6的占地空间，节约消防成本，且灭火过程中不产生有害气体。
68.可选地，电池柜设置于集装箱内，消防系统100还包括系统风道(未图示)，系统风道设置在集装箱内并连通集装箱的外部。燃烧所产生的气体或/和烟雾进入气体通道501后，通过风扇9被抽入系统风道，进而通过系统风道排入大气，或排入空气处理系统。
69.可选地，灭火系统400还包括消防控制器(未图示)，用于控制消防泵8和控制阀，检测系统300的控制系统与消防控制器信号连接，以通过消防控制器控制消防泵8和控制阀。消防控制器与储液箱6、消防管路7、消防泵8和控制阀等可由供应商一并提供，从而充分利用技术成熟的商业化产品，以简化消防系统100的制造过程。
70.根据本实用新型实施方式的储能系统通过采用前述消防系统100，可以快速、及时、准确地检测到高防护等级电池包的火情，并及时采取高效的灭火措施，响应速度快，灭火效果好，能在第一时间防止火情恶化，避免发生更严重的事故伤亡和财产损失，且消防成本较低，灭火过程中不产生有害气体。
71.该储能系统根据电池柜的数量、消防需求以及液体消防介质的存储量等，可以设置一个或多个储液箱6，每个储液箱6可以与多个电池柜流体连接，即每个储液箱6通过一个消防泵8与多个主管路71流体连接，多个主管路71分别与多个电池柜内的支管路72流体连通。
72.可选地，该储能系统包括电池管理系统，该电池管理系统提供检测系统300的控制系统，从而可以简化该储能系统的控制结构。
73.本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。