CN108744344A - 一种锂系动力电池的消防系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种锂系动力电池的消防系统包括：灭火管、压力传感器和灭火介质；其中，所述压力传感器设置于所述灭火管的一端，用于检测所述灭火管内的压力；所述灭火介质设置于所述灭火管内；当任意一处所述灭火管的管体温度高于第一预设温度时，所述管体在相对应的位置熔融形成喷口，用于释放所述灭火介质；当所述压力传感器检测到所述灭火管内的压力低于预设压力时，向车载电池管理系统发送消防系统异常信号。该消防系统是一种更为轻量化、智能化和高效化的锂系动力电池的消防系统。

Description

一种锂系动力电池的消防系统

技术领域

本发明涉及锂系动力电池的消防灭火技术领域，更具体地说，尤其涉及一种锂系动力电池的消防系统。

背景技术

近年来，在全球变暖和臭氧层破坏等环境问题日益严重和石油等不可再生能源逐渐枯竭的情况下，人类对新能源汽车的需求日益增加。

由于锂离子电池具有能量密度大、输出功率高、使用寿命长、自放电率低、工作温度范围宽和绿色无污染等优点，使其广泛应用于新能源汽车。电池包作为新能源汽车的核心部件之一，其子单元为电池模块，是新能源汽车的动力核心。锂离子电池虽然有优良的性能，但是若处于滥用状态下，热量的积累容易导致电池模块内电芯温度急剧升高并发生热失控，从而导致锂离子电池模块火灾爆炸事故的发生。如果电池包内电池模块发生热失控后防控不当或没有及时灭火降温，极有可能使火灾事故向电池包内其他的电池模块蔓延，从而引发大规模的电池包火灾爆炸事故，对新能源汽车的安全行驶造成了极大的威胁。因此，配置清洁高效的智能消防灭火系统对于新能源汽车的安全具有重大意义。

目前，针对锂系电动汽车电池单元的火灾消防扑救的研究存在着明显的不足，且相关的电池包消防预警系统严重缺乏。现有的消防系统大多是将电池火灾归于电气设备的火灾，而电池火灾实际上是一个A类、B类、C类、D类和E类火灾耦合的复杂火灾过程，现有的固定式气体全淹没消防灭火系统存在着很大的不足和缺陷，其一：现有的消防系统大多是带有储罐的消防灭火系统，体积大和重量大，严重影响了电池系统的能量密度；其二，结果比较复杂，控制方式繁琐，安装位置不灵活；其三：现在电动汽车车载的消防系统大多为手提式灭火剂二氧化碳和干粉灭火剂，使灭火效率极低，且对电动汽车电池包的损害较大；其四：由于电池包是密封的体系，灭火剂难以渗透到电池包内部进行灭火，无法实现精准的点对点灭火，因此难以实现对防护区电池火灾的有效控制，灭火效果差。

那么，如何提供一种更为轻量化、智能化和高效化的锂系动力电池的消防系统是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种锂系动力电池的消防系统，解决了现有技术中存在的问题，是一种更为轻量化、智能化和高效化的锂系动力电池的消防系统。

技术方案如下：

一种锂系动力电池的消防系统，所述消防系统包括：灭火管、压力传感器和灭火介质；其中，所述压力传感器设置于所述灭火管的一端，用于检测所述灭火管内的压力；所述灭火介质设置于所述灭火管内；

当任意一处所述灭火管的管体温度高于第一预设温度时，所述管体在相对应的位置熔融形成喷口，用于释放所述灭火介质；

当所述压力传感器检测到所述灭火管内的压力低于预设压力时，向车载电池管理系统发送消防系统异常信号。

优选的，在上述消防系统中，所述灭火管为热敏材料的热敏管。

优选的，在上述消防系统中，所述灭火介质为七氟丙烷气体或氟化酮气体。

优选的，在上述消防系统中，所述消防系统还包括：电磁阀、喷头、温度传感器、烟雾浓度传感器和控制器，所述喷头通过所述电磁阀设置在所述灭火管的另一端；

其中，当所述温度传感器检测到电池温度高于第二预设温度时，且所述烟雾浓度传感器检测到电池周围的烟雾浓度高于预设浓度时，所述控制器发送第一控制指令，以打开所述电磁阀，所述灭火介质通过所述喷头进行释放。

优选的，在上述消防系统中，所述消防系统还包括：电源模块；

其中，所述电源模块用于为所述温度传感器、所述烟雾浓度传感器和所述控制器供电。

优选的，在上述消防系统中，所述温度传感器、所述烟雾浓度传感器、所述控制器和所述电源模块集成设置在同一块电路板上。

优选的，在上述消防系统中，所述消防系统还包括：信号发送模块和报警装置；

其中，当所述温度传感器检测到电池温度高于第二预设温度时，且所述烟雾浓度传感器检测到电池周围的烟雾浓度高于预设浓度时，所述控制器通过所述信号发送模块向所述报警装置发送第二控制指令，以使所述报警装置进行报警。

优选的，在上述消防系统中，所述报警装置还包括：信号接收模块、报警指示灯和蜂鸣报警器；

所述信号接收模块用于接收所述第二控制指令；所述报警指示灯用于进行灯光报警；所述蜂鸣报警器用于声音报警。

以上本发明提供的一种锂系动力电池的消防系统包括：灭火管、压力传感器和灭火介质；其中，所述压力传感器设置于所述灭火管的一端，用于检测所述灭火管内的压力；所述灭火介质设置于所述灭火管内；当任意一处所述灭火管的管体温度高于第一预设温度时，所述管体在相对应的位置熔融形成喷口，用于释放所述灭火介质；当所述压力传感器检测到所述灭火管内的压力低于预设压力时，向车载电池管理系统发送消防系统异常信号。

也就是说，该消防系统在灭火管某处温度异常升高时，灭火管能快速熔融破裂形成喷口，以释放灭火介质实施点对点灭火，在锂离子电池火灾初期就进行快速高效的灭火，并形成抑制火灾蔓延的氛围；并且，通过压力传感器实时对消防系统进行检测，以时刻提醒驾驶员出现危险应该及时停车检查或采取必要的应急措施，极大程度的提高了安全驾驶性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种锂系动力电池的消防系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种锂系动力电池的消防系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种安装有消防系统的电池包的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种安装有消防系统的电池包的俯视图；

图5为本发明实施例提供的一种安装有消防系统的电池包的中轴线剖面图；

图6为本发明实施例提供的一种安装有消防系统的电池包的一端的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种报警指示灯的图案示意图；

图8为本发明实施例提供的一种消防系统异常标志示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种锂系动力电池的消防系统的结构示意图，并结合图4所示，所述消防系统包括：灭火管1、压力传感器2和灭火介质3；其中，所述压力传感器2设置于所述灭火管1的一端，用于检测所述灭火管1内的压力；所述灭火介质3设置于所述灭火管1内。

当任意一处所述灭火管1的管体温度高于第一预设温度时，所述管体在相对应的位置熔融形成喷口，用于释放所述灭火介质3。

当所述压力传感器2检测到所述灭火管1内的压力低于预设压力时，向车载电池管理系统20发送消防系统异常信号。

具体的，如图2、图3、图4和图5所示，当锂系动力电池模块21中电池22发生热失控或火灾时，电池22及电池模块21表面的温度会快速上升，当其温度超过灭火管1的熔融破裂阈值时，电池模块21表面附近灭火管1会破裂释放出灭火介质3，实现点对点灭火，以快速熄灭或抑制电池22和电池模块21的火灾。当随着灭火管1内灭火介质3的不断释放，灭火管1内部的压力快速降低到最小值，此时压力传感器2发出消防系统异常信号，该消防系统异常信号通过通信线路18传输至车载电池管理系统20，车载电池管理系统20可以将信号进一步传输到车载仪表盘显示终端，在仪表盘上显示特有的消防系统异常标志16如图8所示，以提醒驾驶员出现危险应该及时停车检查或采取必要的应急措施，极大程度的提高了安全驾驶性。

需要说明的是，若由于外界因素挤压或碰撞等不可控因素导致灭火管1内的灭火介质3发生泄漏或喷放，压力传感器2也同样会传输同样的异常信号至车载电池管理系统20，仪表盘上也会显示特有的消防系统异常标志16如图8所示，以保证消防系统的正常状态。

进一步的，在本发明实施例中，压力传感器2检测到所述灭火管1内的压力低于1MPa时，向车载电池管理系统20发送消防系统异常信号，仪表盘上显示消防系统异常标志16如图8所示。

进一步的，在本发明实施例中，所述灭火管1为热敏材料的热敏管，该热敏管的特性为当外界温度大于第一预设温度时，管体表面受热集中处变回熔融破裂形成喷口，实现点对点灭火，在火灾的初期变快速动作，熄灭火灾或及时进行降温冷却，延缓火灾的进一步蔓延，且该灭火管具有一定的耐压能力，其最大耐压压力约为5MPa。

具体的，热敏管为塑料材质，其可以根据需求灵活改变形状，受制约性小且体积较小，对电池包的整体结构和能量密度影响较小，具有更好的轻量化效果。

需要说明的是，热敏管的熔融破裂温度应根据锂离子电池的热失控温度确定，根据研究表明锂离子电池的热失控温度约为60℃-130℃，因此该热敏管的熔融破裂温度即第一预设温度可根据实际情况在该温度范围中进行选择。

进一步的，在本发明实施例中，所述灭火介质3包括但不限定于七氟丙烷气体或氟化酮气体等清洁高效的气体灭火剂。

具体的，灭火介质3需要用惰性气体进行驱动，在本发明实施例中包括但不限定于采用氮气作为驱动气体，按照NFPA2001标准，根据不同的使用工况在灭火管中填充2MPa-3MPa的压力。

需要说明的是，灭火介质3的用量根据电池包封闭空间的体积和灭火设计浓度进行计算，在本发明实施例中，并不作限定。例如，根据《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005，以七氟丙烷作为灭火介质时，其灭火浓度为6.2％-13.6％，且其“未见不良反应”浓度为9％，且对于七氟丙烷灭火系统，灭火设计浓度不应小于灭火浓度的1.3倍，根据以上条件综合考虑，若采用七氟丙烷气体作为灭火介质，在本发明实施例中，该灭火设计浓度优选采用8％；根据文献调研，以氟化酮作为灭火介质时灭火浓度为4％-6％，由于卤系灭火介质的灭火设计浓度为灭火浓度的1.2倍-1.3倍，因此若采用氟化酮气体作为灭火介质，在本发明实施例中，该灭火设计浓度优选采用7％。

由此可知，该消防系统采用的灭火介质绿色清洁且气体灭火介质对电池模块的破坏性小。

进一步的，基于本发明上述实施例，在本发明另一实施例中，如图1-图6所示，所述消防系统还包括：电磁阀4、喷头5、温度传感器6、烟雾浓度传感器7和控制器8，所述喷头5通过所述电磁阀4设置在所述灭火管1的另一端。

其中，当所述温度传感器6检测到电池温度高于第二预设温度时，且所述烟雾浓度传感器7检测到电池周围的烟雾浓度高于预设浓度时，所述控制器8发送第一控制指令，以打开所述电磁阀4，所述灭火介质3通过所述喷头5进行释放。

需要说明的是，所述第二预设温度稍大于第一预设温度，防止灭火管熔融破裂之前其内部的灭火介质已释放完毕。

具体的，温度传感器6、烟雾浓度传感器7和控制器8设置在电池包内电池模块21的表面，由于锂离子电池的热失控伴随着大量的烟雾和较高的温度，如上述所示，锂离子电池热失控的温度与电池的体系、形式和容量等有关，但大多在60℃-130℃的范围内。根据以上数据，为了防止温度传感器6阈值温度过低而产生误报，在本发明实施例中，温度传感器6的阈值温度范围为180℃-200℃，温度传感器6包括但不限定于新型红外温度传感器，其具有精度高、灵敏度高和反应时间短等优点。烟雾传感器7的烟雾浓度阈值根据密闭的电池包的体积计算得出，在本发明实施例中并不作限定。

通过设置电磁阀4、喷头5、温度传感器6、烟雾浓度传感器7和控制器8，用于针对灭火管1管体发生故障或起火点不在灭火管表面附近时，通过传感器控制的原理实现灭火。

也就是说，当锂系动力电池模块21中电池22发生热失控或火灾时，电池22会产生高温并伴随着大量的烟雾，若电池温度超过温度传感器6的阈值温度且电池包内部的烟雾浓度超过烟雾浓度传感器7的预设浓度时，向控制器8发送异常信号，控制器8依据异常信号生成第一控制指令，以打开电磁阀4，灭火介质通过喷头5进行释放。

进一步的，如图2所示，所述消防系统还包括：电源模块9。

其中，所述电源模块9用于为所述温度传感器6、所述烟雾浓度传感器7和所述控制器8供电。

具体的，电源模块9包括DC/DC转换器和输入输出滤波电路等，电源模块9为电磁阀4提供一个24V的高电平，电磁阀4的低电平端和控制器8的I/O口相连，当控制器8接收到温度传感器6和烟雾浓度传感器7的异常信号时，控制器8通过I/O口发出低电平信号，电磁阀4内形成电流通路，电磁阀4的密闭塞打开。

需要说明的是，电源模块9、温度传感器6、烟雾浓度传感器7和控制器8集成设置在一块电路板11上。

进一步的，如图2所示，所述消防系统还包括：信号发送模块10和报警装置12；

其中，当所述温度传感器6检测到电池温度高于第二预设温度时，且所述烟雾浓度传感器7检测到电池周围的烟雾浓度高于预设浓度时，所述控制器8通过所述信号发送模块10向所述报警装置12发送第二控制指令，以使所述报警装置12进行报警。

可选的，所述信号发送模块10包括但不限定于蓝牙发射器。

具体的，在控制器8控制电磁阀4打开的同时，还通过信号发送模块10将其第二控制指令通过车载CAN总线系统17发送至报警装置12，以使报警装置12进行报警。

进一步的，所述报警装置12还包括：信号接收模块、报警指示灯15和蜂鸣报警器13。

所述信号接收模块用于接收所述第二控制指令；所述报警指示灯15用于进行灯光报警；所述蜂鸣报警器13用于声音报警。

可选的，所述信号接收模块包括但不限定于蓝牙接收器，且如图2所示，所述信号接收模块也可以与CAN总线系统17集成设置在一起。

具体的，车载CAN总线系统17通过信号接收模块接收到信号后向汽车的LED控制终端14和驾驶舱内的报警器发出指令，以点亮报警指示灯15如图7所示和启动蜂鸣报警器13进行报警。

需要说明的是，如图2所示，该消防系统中各个通信线路18外侧包裹有耐温阻燃的外壳19，该外壳19采用双层结构，内层为玻璃纤维，其耐温为550℃，外层为锡铝箔材料，其对热辐射的反射率高达90％，在火灾发生后该外壳可以保证短时间内线路可正常工作。

通过上述描述可知，本发明提供的一种锂系动力电池的消防系统包括以下优点：

其一：灭火管为热敏材料的热敏管，其可以根据需求灵活改变形状，受制约性小且体积较小，对电池包的整体结构和能量密度影响较小，具有更好的轻量化效果。

其二：灭火管为热敏材料的热敏管，该热敏管的特性为当外界温度大于第一预设温度时，管体表面受热集中处变回熔融破裂形成喷口，实现点对点灭火且响应速度快，在火灾的初期变快速动作，熄灭火灾或及时进行降温冷却，延缓火灾的进一步蔓延。

其三：消防系统采用的灭火介质绿色清洁且气体灭火介质对电池模块的破坏性小。

其四：在结合温度传感器和烟雾浓度传感器，使消防系统覆盖范围更广，可实现对整个电池包的有效防护。

其五，实现了灭火和报警的有机结合，更进一步的提高了汽车的安全驾驶性和尽可能的减少财产损失以及人员伤亡。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种锂系动力电池的消防系统，其特征在于，所述消防系统包括：灭火管、压力传感器和灭火介质；其中，所述压力传感器设置于所述灭火管的一端，用于检测所述灭火管内的压力；所述灭火介质设置于所述灭火管内；

当任意一处所述灭火管的管体温度高于第一预设温度时，所述管体在相对应的位置熔融形成喷口，用于释放所述灭火介质；

当所述压力传感器检测到所述灭火管内的压力低于预设压力时，向车载电池管理系统发送消防系统异常信号。

2.根据权利要求1所述的消防系统，其特征在于，所述灭火管为热敏材料的热敏管。

3.根据权利要求1所述的消防系统，其特征在于，所述灭火介质为七氟丙烷气体或氟化酮气体。

4.根据权利要求1所述的消防系统，其特征在于，所述消防系统还包括：电磁阀、喷头、温度传感器、烟雾浓度传感器和控制器，所述喷头通过所述电磁阀设置在所述灭火管的另一端；

其中，当所述温度传感器检测到电池温度高于第二预设温度时，且所述烟雾浓度传感器检测到电池周围的烟雾浓度高于预设浓度时，所述控制器发送第一控制指令，以打开所述电磁阀，所述灭火介质通过所述喷头进行释放。

5.根据权利要求4所述的消防系统，其特征在于，所述消防系统还包括：电源模块；

其中，所述电源模块用于为所述温度传感器、所述烟雾浓度传感器和所述控制器供电。

6.根据权利要求5所述的消防系统，其特征在于，所述温度传感器、所述烟雾浓度传感器、所述控制器和所述电源模块集成设置在同一块电路板上。

7.根据权利要求5所述的消防系统，其特征在于，所述消防系统还包括：信号发送模块和报警装置；

其中，当所述温度传感器检测到电池温度高于第二预设温度时，且所述烟雾浓度传感器检测到电池周围的烟雾浓度高于预设浓度时，所述控制器通过所述信号发送模块向所述报警装置发送第二控制指令，以使所述报警装置进行报警。

8.根据权利要求7所述的消防系统，其特征在于，所述报警装置还包括：信号接收模块、报警指示灯和蜂鸣报警器；

所述信号接收模块用于接收所述第二控制指令；所述报警指示灯用于进行灯光报警；所述蜂鸣报警器用于声音报警。