CN107320872A - 一种被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置及方法 - Google Patents

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张磊
张永丰
曹丽英
顾海昕
包任烈
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Abstract

本发明涉及一种被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，包括动力电池箱，动力电池箱的外壁上设有空气透气阀、闭路阀、压力传感器、控制单元；所述闭路阀用于与抽真空装置和灭火剂装置连接，使动力电池箱内保持常压，且注入设定量的大分子灭火剂；所述压力传感器、灭火剂装置、抽真空装置分别与所述控制单元信号连接；所述空气透气阀的可以透过氮气、氧气、二氧化碳，但能够对大分子灭火剂气体形成阻隔。本发明对电动汽车动力电池箱的安全防护措施应在具备较高防护效率的同时，不降低或尽可能的少降低动力电池箱的比能量，同时避免由于过高提升电池箱IP等级带来的成本上升。

Description

一种被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置及方法
技术领域
本发明涉及一种被动式电动汽车动力电池包保护装置及方法，属于动力电池安全防护技术领域。
背景技术
在新能源汽车的应用推广过程中，发生了一系列着火事故，给新能源汽车的发展蒙上了深深阴影。根据公安、消防、车管等部门联合对新能源汽车火灾事故展开调查后发现，由于车辆自燃而引发的事故最多，约占起火事故总数的30％，可见由动力电池原因导致的自燃已是新能源汽车起火事故的首要原因。
锂电池火灾具有燃烧速度快，燃烧温度高，不同体系燃烧差异大，产生大量有毒有害烟气等特点，且在封闭的电池箱环境中，存在爆炸的风险。目前，电动汽车动力电池主要采取增强电池箱IP等级、增设电池箱冷却系统、填充电池箱降温材料等防护形式，主要存在以下几个问题：
(1)防护效率低：电池箱内增设的冷却系统仅能将电池箱内温度维持在有限的温度范围内，而电池的热失控原因除了温度，还有过充、碰撞等多种其他因素，该系统无法应对温度以外的其他诱因；
(2)防护能力差：增强电池箱IP等级在一定程度上减少了外部因素对动力电池的危害，如浸水造成的电池短路等问题，但其无法消除由于电池本身造成的灾害事故，如过充、过热等，而且成本较高；
(3)降低了电池箱比能量：在电池箱内填充降温材料可在一定程度上阻止或减缓动力电池热失控的蔓延，但其增加了电池箱的整体重量，降低了比能量，这与电动汽车动力电池箱高比能量的技术要求不相符。
发明内容
本发明的目的是，提供一种被动式电动汽车动力电池包保护装置及方法，对电动汽车动力电池箱的安全防护措施应在具备较高防护效率的同时，不降低或尽可能的少降低动力电池箱的比能量，同时避免由于过高提升电池箱IP等级带来的成本上升。
本发明采取以下技术方案：
一种被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，包括动力电池箱1，动力电池箱1的外壁上设有空气透气阀3、闭路阀7、压力传感器6、控制单元；所述闭路阀7用于与抽真空装置和灭火剂装置连接，使动力电池箱1内保持常压，且注入设定量的大分子灭火剂；所述压力传感器6、灭火剂装置、抽真空装置分别与所述控制单元信号连接；所述空气透气阀3的可以透过氮气、氧气、二氧化碳，但能够对大分子灭火剂气体形成阻隔。
进一步的，所述动力电池箱1上还设有风冷系统进风口4和风冷系统出风口5，用于对锂电池风冷冷却。
进一步的，所述动力电池箱1上还设有液冷系统进口和液冷系统出口，用于对锂电池液冷冷却。
更进一步的，所述风冷系统进风口4设有一个，风冷系统出风口5设有两个。
一种上述被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置的工作方法，包括以下步骤:
A)空气透气阀3关闭，闭路阀7与抽真空装置连接，从动力电池箱1中抽出第一单位气体量，移去抽真空系统；
B)闭路阀7与灭火剂供应装置连接，向动力电池箱1中注入第二单位气体量的大分子灭火剂，所述第一气体量大于等于第二气体量，移去灭火剂供应装置；
C)闭路阀7与空气泵连接，注入定量空气，使动力电池箱1内处于常压或正压；
D)打开空气透气阀3，空气从空气透气阀3排出，大分子灭火剂气体保留在动力电池箱1内部。
进一步的，所述控制单元根据压力传感器6的压力，自动控制抽真空装置、灭火剂装置、空气泵的开启和关闭。
本发明的有益效果在于：
1)对电动汽车动力电池箱的安全防护措施在具备较高防护效率的同时，不降低或尽可能的少降低动力电池箱的比能量；
2)避免由于过高提升电池箱IP等级带来的成本上升；
3)仅设计一个闭路阀作为动力电池箱的抽真空和气体注入口，密封性较好，可靠性高；
4)空气透气阀设计巧妙，确保电池箱内为常压，同时保持大分子灭火剂气体保留在电池箱内。
5)可风冷、液冷系统配合使用，设备改造程度较小，具有广泛推广应用的前景。
6)无需大幅提升电池箱IP等级，成本有所可降低。
附图说明
图1是本发明被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置的整体示意图。
图2是空气透气阀的示意图。
图中，1.动力电池箱，2.锂电池，3.空气透气阀，4.风冷系统进风口，5.风冷系统出风口，6.压力传感器，7.闭路阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
参见图1-图2，一种被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，包括动力电池箱1，动力电池箱1的外壁上设有空气透气阀3、闭路阀7、压力传感器6、控制单元；所述闭路阀7用于与抽真空装置和灭火剂装置连接，使动力电池箱1内保持常压，且注入设定量的大分子灭火剂；所述压力传感器6、灭火剂装置、抽真空装置分别与所述控制单元信号连接；所述空气透气阀3的可以透过氮气、氧气、二氧化碳，但能够对大分子灭火剂气体形成阻隔。
参见图1，所述动力电池箱1上还设有风冷系统进风口4和风冷系统出风口5，用于对锂电池风冷冷却。
参见图1，所述风冷系统进风口4设有一个，风冷系统出风口5设有两个。
实施时：在动力电池箱上安装压力传感器、闭路阀及分子透气膜，首先关闭分子透气膜，将真空泵接入闭路阀，开启闭路阀，打开真空泵，将动力电池箱抽至一定真空度，关闭闭路阀，撤下真空泵，将灭火剂瓶接入闭路阀，开启闭路阀，打开灭火剂瓶，通过压力传感器实时监测电池箱内的压力，并以压力为指标在电池箱内充入预设浓度的灭火剂，撤下灭火剂瓶，通过闭路阀充入大气至常压，最后关闭闭路阀，打开分子透气膜，实现电池箱内的惰化目的，并通过分子透气膜实现电池箱内外压力的平衡。本发明提供了一种快速，简单，高效的电动汽车动力电池箱的保护装置及方法，可有效抑制或延缓动力电池箱内的燃烧或爆炸等次生灾害。
以下对具体操作步骤进行详细描述：
A)空气透气阀3关闭，闭路阀7与抽真空装置连接，从动力电池箱1中抽出第一单位气体量，移去抽真空系统；
B)闭路阀7与灭火剂供应装置连接，向动力电池箱1中注入第二单位气体量的大分子灭火剂，所述第一气体量大于等于第二气体量，移去灭火剂供应装置；灭火剂储存状态为液态，进入动力电池箱后由于压力降低变为气态；
C)闭路阀7与空气泵连接，注入定量空气，使动力电池箱1内处于常压或正压；
D)打开空气透气阀3，空气从空气透气阀3排出，大分子灭火剂气体保留在动力电池箱1内部。
控制单元根据压力传感器6的压力，自动控制抽真空装置、灭火剂装置、空气泵的开启和关闭，实现自动控制。
在此实施例中，所述压力传感器的量程至少为0-10atm。
在此实施例中，所述闭路阀关闭时至少应达到IP67要求。
在此实施例中，所述空气透气膜为多孔介质。
在此实施例中，空气小分子可自由通过分子透气膜，而HFC-227、HFC-236及FK-5-1-12等灭火剂大分子无法通过。
本发明以压力为指标，在动力电池箱内充入一定浓度的灭火剂，并通过分子透气阀维持电池箱内的灭火剂浓度，且保证电池箱内外压力的平衡。通过在动力电池箱内填充灭火药剂，并使其维持在惰化浓度以上，可有效抑制动力电池火灾，保障电动汽车的消防安全。
实施例二：
与实施例一不同之处是：动力电池箱1上设有液冷系统进口和液冷系统出口，用于对锂电池液冷冷却。附图中未有标示。
实施例三：
与实施例一不同之处是：自闭路阀7向动力电池箱1内注入的灭火剂为液态灭火剂，根据动力电池箱1内容积，以及气-液态灭火剂之间的体积换算，预先通过计算获得需注入的灭火剂的量，液态灭火剂进入动力电池箱1后自动转换为气态。
以上是本发明的两个优选实施例本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，其特征在于：
包括动力电池箱(1)，动力电池箱(1)的外壁上设有空气透气阀(3)、闭路阀(7)、压力传感器(6)、控制单元；
所述闭路阀(7)用于与抽真空装置和灭火剂装置连接，使动力电池箱(1)内保持常压，且注入设定量的大分子灭火剂；
所述压力传感器(6)、灭火剂装置、抽真空装置分别与所述控制单元信号连接；
所述空气透气阀(3)的可以透过氮气、氧气、二氧化碳，但能够对大分子灭火剂气体形成阻隔。
2.如权利要求1所述的被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，其特征在于：所述动力电池箱(1)上还设有风冷系统进风口(4)和风冷系统出风口(5)，用于对锂电池风冷冷却。
3.如权利要求1所述的被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，其特征在于：所述动力电池箱(1)上还设有液冷系统进口和液冷系统出口，用于对锂电池液冷冷却。
4.如权利要求2所述的被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置，其特征在于：所述风冷系统进风口(4)设有一个，风冷系统出风口(5)设有两个。
5.一种权利要求1所述的被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤:
A)空气透气阀(3)关闭，闭路阀(7)与抽真空装置连接，从动力电池箱(1)中抽出第一单位气体量，移去抽真空系统；
B)闭路阀(7)与灭火剂供应装置连接，向动力电池箱(1)中注入第二单位气体量的大分子灭火剂，所述第一气体量大于等于第二气体量，移去灭火剂供应装置；
C)闭路阀(7)与空气泵连接，注入定量空气，使动力电池箱(1)内处于常压或正压；
D)打开空气透气阀(3)，空气从空气透气阀(3)排出，大分子灭火剂气体保留在动力电池箱(1)内部。
6.如权利要求5所述的被动式电动汽车动力电池包防火灾保护装置的工作方法，其特征在于：所述控制单元根据压力传感器(6)的压力，自动控制抽真空装置、灭火剂装置、空气泵的开启和关闭。
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