一种用于电池簇的隔热材料的选取方法、电池簇及电池
阅读说明：本技术 一种用于电池簇的隔热材料的选取方法、电池簇及电池 (Selection method of thermal insulation material for battery cluster, battery cluster and battery ) 是由 高飞 陈浩 汪书苹 刘皓 张明杰 杨凯 范茂松 李昌豪 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：一种用于电池簇的隔热材料的选取方法、电池簇及电池,在与电池簇内电池模块相同规格的电池模块上方设置托架材料,对电池模块进行燃烧试验,测量电池模块燃烧持续时间t1以及托架材料上表面的最高温度T1；若待选取材料燃烧时,能够以大于等于温度T1的温度持续燃烧,持续燃烧时间大于等于燃烧持续时间t1,则选择所述待选取材料作为隔热材料。将选取的隔热材料放置在相邻的电池模块之间,能够起到隔热的作用,并且能够避免下方的电池模块起火燃烧时,往往会把位于上方的电池模块引燃的问题。本发明选择效率高且有效,电池簇的热防护选取提供了依据。(A method for selecting a heat insulating material for a battery cluster, the battery cluster and a battery are provided, wherein a bracket material is arranged above a battery module with the same specification as the battery module in the battery cluster, a combustion test is carried out on the battery module, and the combustion duration T1 of the battery module and the highest temperature T1 of the upper surface of the bracket material are measured; and if the to-be-selected material can be continuously combusted at a temperature of more than or equal to T1 when the to-be-selected material is combusted, and the continuous combustion time is more than or equal to T1, selecting the to-be-selected material as a heat insulation material. The selected heat insulation materials are placed between the adjacent battery modules, so that the heat insulation effect can be achieved, and the problem that the battery modules positioned above are often ignited when the battery modules positioned below are ignited can be avoided. The invention has high and effective selection efficiency, and provides a basis for the thermal protection selection of the battery cluster.)
技术领域
本发明属于储能系统技术领域，具体涉及一种用于电池簇的隔热材料的选取方法、电池簇及电池。
背景技术
近年来，随着我国能源改型升级步伐的加快，以储能技术与系统为核心的现代智能电网体系的建设与规划日渐引起重视，储能技术被大规模的应用于电力系统的发电、输电、配电、用电的各个环节，不仅推动我国能源供给革命，而且是实现智能电网必不可少的核心技术。
锂离子电池为代表的电化学储能技术由于其灵活、快速的优点，成为目前电力储能领域装机容量增长最快的储能技术。特别是近些年来，随着电动汽车渗透率的提升，锂电池规模效应显现，成本快速降低，在可再生能源消纳和交通电气化产业链上的作用日益重要。在全球范围内，电化学储能行业市场的规模日益扩大，商业化的拐点加速到来。电化学储能装机规模跨越式发展将极大推动电网高质量，对未来电网的建设和发展发挥着重要作用。
在国家政策与社会发展需要的双重推力下，电化学储能市场快速发展，锂离子电池的总体保有量逐年递增，据CNESA统计，截止2019年底锂离子电池储能保有量达到8454MW。
近来，国内外发生的电力储能系统火灾引起大家对锂电池储能系统的普遍关注。据不完全统计，全世界范围内锂电池储能火灾安全事故在过去的一年内发生超过30起，造成了重大的财产损失。因此，锂离子电池的安全问题就成为制约锂离子电池电力储能大规模推广的关键瓶颈。
锂离子电池储能系统中含有大量的锂离子电池，在运行时电池会发热，这样电池温度会上升，电池温度上升会引起很多问题，比如容量下降、局部过热导致热失控等等。另外，电池出现其它异常情况，比如过充电时，电池也会发热，也可能触发热失控；在比如电池系统出现某些电气故障，会导致整个模块瞬间承受大电压、大电流，也会导致模块内的电池热失控。电池热失控后，可能会起火燃烧爆炸，使模块内其它电池也发生连锁反应，造成整个模块起火燃烧。而电池及模块的起火燃烧，产生的热量的大部分都是向上的，因此模块上方的相邻模块是最容易受到热冲击的。
目前，储能用锂离子电池簇的电池模块，上下电池模块之间是没有隔热材料或其它的热防护设计的，只有电池模块本身的外部壳体起到防水防尘的作用，不会起到隔热的作用，引起当位于下方的电池模块起火燃烧时，往往会把位于上方的电池模块引燃。
发明内容
为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提出一种用于电池簇的隔热材料的选取方法、电池簇及电池，该方法确定的隔热材料能够设置在电池模块之间起到隔热的作用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电池簇的隔热材料的选取方法，在与电池簇内电池模块相同规格的电池模块上方设置托架材料，对电池模块进行燃烧试验，测量电池模块燃烧持续时间t1以及托架材料上表面的最高温度T1；
若待选取材料燃烧时，能够以大于等于最高温度T1的温度持续燃烧，持续燃烧时间大于等于燃烧持续时间t1，则选择所述待选取材料作为隔热材料。
进一步的，具体包括以下步骤：
在与电池簇内电池模块相同规格的电池模块上方放置托架材料，对电池模块进行燃烧试验，测量电池模块持续燃烧时间t1以及托架材料上表面的最高温度T1；
对与电池簇内电池模块中的电池相同规格的电池进行底部加热试验，使电池热失控起火，测定热失控时电池底部温度T2；
待选取材料燃烧时，若一面能够以大于等于最高温度T1的温度持续燃烧，持续燃烧时间大于等于燃烧持续时间t1，另一面燃烧温度不超过T2，则选择所述待选取材料作为隔热材料。
进一步的，电池簇中的电池模块底部设置在机架的托架上，托架材料的材质与机架的托架材质相同。
进一步的，托架材料的尺寸与厚度均与机架的托架相同。
进一步的，在与电池簇内电池模块相同规格的电池模块上表面到托架材料的距离与电池簇内电池模块上表面到电池簇内电池模块上方最近的托架的距离相同。
进一步的，隔热材料的厚度根据电池簇内相邻的电池模块之间的距离确定。
进一步的，隔热材料的厚度为3mm-1cm。
一种电池簇，包括设置在相邻电池模块之间的如上所述方法选取的隔热材料。
一种电池，包括如上所述的电池簇。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明通过测量电池簇内电池模块热失控起火的最高温度以及起火燃烧持续时间；若待选取材料燃烧时，一个表面温度大于等于最高温度，燃烧时间大于等于电池模块的燃烧持续时间，则该待选取材料能够作为隔热材料。将选取的隔热材料放置在相邻的电池模块之间，能够起到隔热的作用，并且能够避免下方的电池模块起火燃烧时，往往将位于上方的电池模块引燃的问题。本发明以电池簇内电池模块的燃烧热和电池热失控起火的临界温度为依据，选取电池簇的隔热材料，选择效率高且有效，为电池簇的热防护选取提供了依据。
电池簇包括隔热材料时，若一个或多个电池模块失控着火，隔热材料起到隔热的作用，避免引燃其他电池模块，提高电池簇以及电池的安全性。
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述。
本发明中涉及以下技术术语：电池簇、电池模块以及电池热失控；具体的术语含义如下：
电池模块：很多个电池构成一个电池模块，是一个方形物体，有进风口，有出风口，这是采用风冷散热的电池模块，本发明也是针对风冷散热的模块；另一种是液冷散热的模块，不是本发明的范围。
电池簇：每个电池模块都很重，需要放在机架上来支撑，类似于上下多层的托架，每个电池模块放置在一层托架上，上下有很多层，这样摆满一个机架，就是一个电池簇，一般一个电池簇有5-9个电池模块。
电池热失控：电池在过充、过放、外部短路、高温条件下，电池内部会发生大量的放热副反应，使电池内部的温度不可控的迅速上升，其结果是电池内部压力迅速增大，电池安全阀破开，向外喷射大量高温易燃易爆气体，这些气体充满电池模块以及附近区域会触发其它电池的热失控，造成热失控连锁反应，最终造成火灾。
现有技术是电池簇的电池模块的上下之间没有隔热材料以及其它的热防护措施，很容易造成上下模块之间的热失控连锁反应，造成火势的扩大。
本发明的目的是综合考虑电池簇内某个电池模块发生热失控起火，为了避免相邻电池模块受热灼烧也发生热失控起火，提出一种隔热材料用在电池簇内的热防护选取方法。
本发明的基本方案为：首先估算电池簇内一个电池模块热失控起火的最高温度以及起火燃烧持续时间；其次，根据最高温度和起火燃烧持续时间，选择合适的隔热材料。
具体的，本发明提供一种电池簇的隔热材料的选取方法，包括以下步骤：
(1)选取一个与电池簇中的同样规格型号的电池模块，进行燃烧试验，引燃该电池模块；
(2)在电池模块上方，放置一个与电池模块底部的托架相同材质的托架材料，托架材料的尺寸与厚度均与电池模块底部的托架相同，该托架材料距离下方电池模块的距离与电池簇内电池模块上表面与该电池模块正上方且与电池模块距离最近的托架间的距离一致；具体的，两个相邻的电池模块分为第一电池模块与第二电池模块，第一电池模块位于第二电池模块上方，并且第一电池模块设置在第一托架上，第二电池模块设置在第二托架上，托架材料的设置位置为第一托架的位置。
(3)记录电池模块持续燃烧时间，记为t1，记录托架材料上表面的最高温度，记为T1；
(4)选取一个与电池簇中电池模块中的电池同样规格型号的电池，进行底部加热试验，使电池热失控起火，记录电池热失控时的底部温度，记为T2；
(5)选择合适的隔热材料，选择依据为：待选取材料的一面以火焰温度大于等于最高温度T1，持续燃烧时间大于等于持续燃烧时间t1，待选取材料的另一面燃烧时温度小于等于T2，不满足温度要求和持续燃烧时间要求的则不能作为隔热材料，能够满足温度要求和持续燃烧时间要求的待选取材料作为隔热材料。隔热材料的厚度以电池簇内相邻的上下电池模块间的距离测算，且以不影响电池簇结构为前提，隔热材料的厚度一般为3mm-1cm。
实施例1
(1)选取一个10kWh的磷酸铁锂电池模块，该电池模块采取风冷散热结构，电池模块外部安装有一个2mm厚金属外壳，电池模块前后留有散热窗口，模块底部为铝合金托架。
(2)在10kWh磷酸铁锂电池模块上方，放置一个与电池模块底部的铝合金托架相同材质的托架材料，托架材料尺寸与厚度均与电池模块底部的铝合金托架相同，该托架材料距离下方电池模块的距离与电池簇内模块上表面与上面机架的托架间的距离一致，距离为5cm；
(3)在电池模块内部放入加热板，通过加热的方式引燃该电池模块；记录电池模块持续燃烧时间，为6h，记录6h内燃烧电池模块上方放置的材料上表面的最高温度，为700℃；
(4)选取一个与电池模块中的电池同样规格型号的电池，进行底部加热试验，使电池热失控起火，记录电池热失控时的底部温度，记为200℃；
(5)选择合适的隔热材料，选择依据为：材料的一面以火焰温度700℃持续燃烧5h，材料的另一面温度不超过200℃，材料的厚度在3mm-1cm，且不燃，满足这个要求的隔热材料，可以用于储能系统中降低模块间热失控蔓延的风险。
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