CN110075448A - 一种乘用车动力电池系统自动灭火系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了汽车安全消防技术领域的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统及控制方法，包括空调冷却子系统和连接于空调子系统内部的自动灭火子系统，自动灭火子系统，包括控制器、电磁阀、传感器、报警器和电池包，控制器，对接收的信号数据进行处理，并根据处理信息输出指令，电磁阀，其输入端与控制器的输出端连接，用于接收控制器输出的灭火信号，启动灭火，传感器，其输出端与控制器的输入端连接，用于检测电池包内部的环境数据，报警器，其输入端与控制器的输出端连接，用于接收控制器输出的报警信号，启动报警，所述电池包还连接有BMS，不占据额外体积，方便布置，提高整车轻量化水平。

Description

一种乘用车动力电池系统自动灭火系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车安全消防技术领域，具体为一种乘用车动力电池系统自动灭火系统及控制方法。
背景技术
新能源汽车是我国七大战略性新兴产业之一，其动力来源是电池包，电池包的安全性和可靠性作为整车动力源尤为关键。当电池包内部发生短路、热失控、高温、受外力挤压、穿刺等都容易引起电池或电容器的热膨胀而导致爆炸和燃烧。
传统解决方案是在新能源汽车上装载动力电池系统自动灭火装置，采用自动灭火装置主机与传感器、灭火管相结合的形式，布置方式复杂，占据空间较大，且质量较大，影响了整车的轻量化水平。
基于此，本发明设计了一种乘用车动力电池系统自动灭火系统及控制方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乘用车动力电池系统自动灭火系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的在新能源汽车上装载动力电池系统自动灭火装置，占据空间较大，且质量较大，影响了整车的轻量化水平的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，包括空调冷却子系统和连接于空调冷却子系统内部的自动灭火子系统。
自动灭火子系统，包括控制器、电磁阀、传感器、报警器和电池包，所述控制器包括PIC单片机、数据处理模块、信号滤波调理模块和A/D信号采集模块，所述信号滤波调理模块通过A/D信号采集模块与PIC单片机的输出端连接，所述PIC单片机电信号连接数据处理模块，所述传感器的输出端与信号滤波调理模块的输入端连接，所述电磁阀和报警器的输入端与信号滤波调理模块的输出端连接，所述控制器与电池包连接，所述电池包接于空调冷却子系统内，所述电池包包括BMS和电池单元，所述电池单元的一侧设有PIC电路板，所述传感器和控制器均安装于PIC电路板上，所述报警器的输入端通过信号线与PIC单片机的输出端连接；
所述空调冷却子系统包括用于连接的高压液体管，所述高压液体管通过三通阀分别连接有进液管和回液管，所述进液管和回液管的输出端连接有灭火剂管，所述灭火剂管的底部均匀安装有喷嘴，所述喷嘴位于电池单元的上方，所述电磁阀安装在进液管和回液管的外壁上。
优选的，空调冷却子系统包括蒸发箱、电动压缩机、冷凝器、储液干燥器、风扇和空调控制器，蒸发箱的输出端通过低压气体管与所述电动压缩机输入端连接，电动压缩机的输出端通过高压气体管与冷凝器输入端连接，冷凝器的输出端与储液干燥器的输入端连接，储液干燥器的输出端通过高压液体管和H型膨胀阀与蒸发箱输入端连接，风扇包括冷凝风扇和蒸发风扇，空调控制器与所述电动压缩机、冷凝器、储液干燥器、蒸发箱、风扇双向连接。
优选的，所述电动压缩机和高压气体管的连接处设有安全阀，所述储液干燥器与高压液体管的连接处设有压力开关。
优选的，所述传感器为PT100温度传感器、GQQ0.1烟雾浓度传感器和MS2200气体浓度传感器。
优选的，所述报警器采用蜂鸣器或者声光报警器。
一种乘用车动力电池系统自动灭火系统的控制方法，该种控制方法具体步骤如下：
S1：将自动灭火系统接通电源，通过BMS进行自检，BMS检测电池单元的电压和电流信号，若检测到故障则执行S6，否则执行S2；
S2：通过传感器对电池包的温度数据、气体浓度数据和烟雾浓度数据进行检测，PIC单片机通过信号滤波调理模块和A/D信号采集模块共同完成信号数据的采集和数字滤波，并通过数据处理模块进行处理，执行S3；
S3：PIC单片机控制数据处理模块将采集到的温度、气体浓度、烟雾浓度数据与预设一级阈值进行比较，若检测数值到达一级阈值，执行S4，否则重复执行S2和S3；
S4：PIC单片机输出报警指令，控制报警器进行报警，并继续采集温度、气体浓度、烟雾浓度数据；
S5：PIC单片机控制数据处理模块将采集到的温度、气体浓度、烟雾浓度数据与预设二级阈值进行比较，若检测数值到达二级阈值，执行S6，否则返回执行S4；
S6：PIC单片机输出报警和灭火指令，控制报警器进行报警，并同时启动电磁阀，将位于高压液体管内的冷媒介质通过进液管和回液管，并通过灭火剂管向电池包内进行灭火。
优选的，所述冷媒介质为添加了灭火药剂的新型冷媒介质，具有制冷效果好、灭火能力强的特点。
优选的，所述数据处理模块处理的具体步骤如下：
S2.1：对传感器所采集的温度数据、气体浓度数据或者烟雾浓度数据分别进行变化率运算，获得温度数据t、气体浓度数据g和烟雾浓度数据y；
S2.2：对温度数据t、气体浓度数据g和烟雾浓度数据y分别进行微分运算，得到温度变化率a(t)、气体浓度变化率a(g)和烟雾浓度变化率a(y)；
S2.3：将温度变化率a(t)、气体浓度变化率a(g)和烟雾浓度变化率a(y)与一级阈值t1、g1和y1和二级阈值t2、g2和y2进行比较，判断是否发生报警或者灭火。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在整车空调的基础上形成的自动灭火系统，在整车空调系统中采用的冷媒介质为制冷剂，用于制冷和灭火，该冷媒介质具有瞬间吸热的功能，可以在常规制冷剂的基础上添加一些阻燃剂，将空调管路高压液体管一端预埋在电池包内，用电磁阀控制，同时电池包内布置采集电池热失控特征信息的传感器，如PT100温度传感器、气体传感器和烟雾传感器，检测无故障时，整车正常工作，检测有故障时，灭火系统设置二级阈值，一级阈值用以预警，二级阈值用以灭火，当检测到电池包内需要灭火时，打开电磁阀，让冷媒介质流入电池包进行灭火，不占据额外体积，方便布置，提高整车轻量化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自动灭火系统结构示意图；
图2为本发明电池包局部放大图；
图3为本发明电池包内部结构示意图；
图4为本发明自动灭火系统工作原理图；
图5为本发明控制器电路图；
图6为本发明工作流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-蒸发箱，2-电动压缩机，3-冷凝器，4-储液干燥器，5-电池包，6-低压气体管，7-安全阀，8-高压气体管，9-高压液体管，10-压力开关，11-H型膨胀阀，12-三通管，13-进液管，14-回液管，15-电磁阀，16-灭火剂管，17-传感器，18-BMS，19-报警器，20-控制器，21-喷嘴，22-电池单元，23-PIC电路板，24-信号线，25-数据处理模块，26-PIC单片机，27-信号滤波调理模块，28-A/D信号采集模块。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，包括空调冷却子系统和连接于空调子系统内部的自动灭火子系统，
自动灭火子系统，包括控制器20、电磁阀15、传感器17、报警器19和电池包5，控制器20，对接收的信号数据进行处理，并根据处理信息输出指令，电磁阀15，用于接收控制器20输出的灭火信号，启动灭火，传感器17，用于检测电池包5内部的温度数据、气体浓度数据或者烟雾浓度数据，报警器19，用于接收控制器20输出的报警信号，启动报警，电池包5，用于提供汽车的动力源，所述控制器20包括PIC单片机26、数据处理模块25、信号滤波调理模块27和A/D信号采集模块28，所述信号滤波调理模块27通过A/D信号采集模块28与PIC单片机26的输出端连接，所述PIC单片机26电信号连接数据处理模块25，所述传感器17的其输出端与信号滤波调理模块27的输入端连接，所述电磁阀15和报警器19的输入端与信号滤波调理模块27的输出端连接，所述控制器20与电池包5连接，所述电池包5接于空调冷却子系统内，所述电池包5包括BMS18和电池单元22，所述电池单元22的一侧设有PIC电路板23，所述传感器17和控制器20均安装于PIC电路板23上，所述报警器19的输入端通过信号线24与PIC单片机26的输出端连接；
所述空调冷却子系统包括用于连接5的高压液体管9，所述高压液体管9通过三通管12分别连接有进液管13和回液管14，所述进液管13和回液管14的输出端连接有灭火剂管16，所述灭火剂管16的底部均匀安装有喷嘴21，所述喷嘴21位于电池单元22的上方，所述电磁阀15安装在进液管13和回液管14的外壁上。
其中，所述传感器17为PT100温度传感器、GQQ0.1烟雾浓度传感器和MS2200气体浓度传感器，用于检测电池包5的温度数据、烟雾浓度数据和气体浓度数据。
所述报警器19采用蜂鸣器或者声光报警器，能够通过声音或者视觉形式及时通知相关人员前往现场进行处理。
空调冷却子系统包括蒸发箱1、电动压缩机2、冷凝器3、储液干燥器4、风扇和空调控制器，蒸发箱1的输出端通过低压气体管6与所述电动压缩机2输入端连接，用于将高压液体转换为低压气体并吸取周围的热量，电动压缩机2的输出端通过高压气体管8与冷凝器3输入端连接，用于将低压气体转换为高压气体并传送给冷凝器3；冷凝器3的输出端与储液干燥器4的输入端连接，用于将高压气体转换为高压液体并传送给储液干燥器4进行存储；储液干燥器4的输出端通过高压液体管9和H型膨胀阀11与蒸发箱1输入端连接，用于将存储的高压液体并传送给蒸发箱；风扇包括冷凝风扇和蒸发风扇，所述冷凝风扇与所述冷凝器3连接用于吸入室外空气并传送给冷凝器3带走制冷剂放出的热量，所述蒸发风扇与所述蒸发箱1连接用于对蒸发箱1进行热交换并将放热后的冷空气送向汽车内；空调控制器与所述电动压缩机2、冷凝器3、储液干燥器4、蒸发箱1、风扇双向连接，用于驱动所述电动压缩机2、冷凝器3、储液干燥器4、蒸发箱1、风扇运行并接收运行的反馈数据。
其中，所述电动压缩机2和高压气体管8的连接处设有安全阀7，所述储液干燥器4与高压液体管9的连接处设有压力开关10。
一种乘用车动力电池系统自动灭火系统的控制方法，该种控制方法具体步骤如下：
S1：将自动灭火系统接通电源，通过BMS18进行自检，BMS18检测电池单元的电压和电流信号，若检测到故障则执行S6，否则执行S2；
S2：通过传感器17对电池包5的温度数据、气体浓度数据或者烟雾浓度数据进行检测，PIC单片机通26过信号滤波调理模块27和A/D信号采集模块28共同完成信号数据的采集和数字滤波，并通过数据处理模块25进行处理，执行S3；
所述数据处理模块25处理的具体步骤如下：
S2.1：对传感器17所采集的温度数据、气体浓度数据或者烟雾浓度数据分别进行变化率运算，获得温度数据t、气体浓度数据g和烟雾浓度数据y；
S2.2：对温度数据t、气体浓度数据g和烟雾浓度数据y分别进行微分运算，得到温度变化率a(t)、气体浓度变化率a(g)和烟雾浓度变化率a(y)；
S2.3：将温度变化率a(t)、气体浓度变化率a(g)和烟雾浓度变化率a(y)与一级阈值t1、g1和y1和二级阈值t2、g2和y2进行比较，判断是否发生报警或者灭火。
S3：PIC单片机26控制数据处理模块25将采集到的温度、气体浓度、烟雾浓度数据与预设一级阈值进行比较，若检测数值到达一级阈值，执行S4，否则重复执行S2和S3；
S4：PIC单片机26输出报警指令，控制报警器19进行报警，并继续采集温度、气体浓度、烟雾浓度数据；
S5：PIC单片机26控制数据处理模块25将采集到的温度、气体浓度、烟雾浓度数据与预设二级阈值进行比较，若检测数值到达二级阈值，执行S6，否则返回执行S4；
S6：PIC单片机26输出报警和灭火指令，控制报警器19进行报警，并同时启动电磁阀15，将位于高压液体管9内的冷媒介质通过进液管13和回液管14，并通过灭火剂管16向电池包5内进行灭火。
位于高压液体管9内的冷媒介质通过进液管13和回液管14，并通过灭火剂管16向电池包5内进行灭火，冷媒介质为制冷剂，即在常规冷凝剂添加了电池灭火剂，用于制冷和灭火，能够对整车空调起到制冷的作用，用于在电动压缩机2、冷凝器3、储液干燥器4、蒸发箱1之间循环流通以进行压缩热交换，冷媒介质流通状态为下述低压气体、高压气体和高压液体，又能够对电池包5起到很好的灭火作用。
通过取消了传统自动灭火装置的布置形式，不采用主机与传感器、灭火管相结合的形式，而是在整车空调的基础上形成的自动灭火系统，在整车空调系统中采用的冷媒介质为制冷剂，用于制冷和灭火，该冷媒介质具有瞬间吸热的功能，可以在常规制冷剂的基础上添加一些阻燃剂，将空调管路高压液体管9一端预埋在电池包5内，用电磁阀15控制，同时电池包5内布置采集电池热失控特征信息的传感器17，如PT100温度传感器、气体传感器和烟雾传感器，检测无故障时，整车正常工作，检测有故障时，灭火系统设置二级阈值，一级阈值用以预警，二级阈值用以灭火，当检测到电池包内需要灭火时，打开电磁阀15，让冷媒介质流入电池包5进行灭火，不占据额外体积，方便布置，提高整车轻量化水平。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，包括空调冷却子系统和连接于空调子系统内部的自动灭火子系统，其特征在于，
自动灭火子系统，包括控制器（20）、电磁阀（15）、传感器（17）、报警器（19）和电池包（5），所述控制器（20）包括PIC单片机（26）、数据处理模块（25）、信号滤波调理模块（27）和A/D信号采集模块（28），所述信号滤波调理模块（27）通过A/D信号采集模块（28）与PIC单片机（26）的输出端连接，所述PIC单片机（26）电信号连接数据处理模块（25），所述传感器（17）的其输出端与信号滤波调理模块（27）的输入端连接，所述电磁阀（15）和报警器（19）的输入端与信号滤波调理模块（27）的输出端连接，所述控制器（20）与电池包（5）连接，所述电池包（5）接于空调冷却子系统内，所述电池包（5）包括BMS（18）和电池单元（22），所述电池单元（22）的一侧设有PIC电路板（23），所述传感器（17）和控制器（20）均安装于PIC电路板（23）上，所述报警器（19）的输入端通过信号线（24）与PIC单片机（26）的输出端连接；
所述空调冷却子系统包括用于连接电池包（5）的高压液体管（9），所述高压液体管（9）通过三通管（12）分别连接有进液管（13）和回液管（14），所述进液管（13）和回液管（14）的输出端连接有灭火剂管（16），所述灭火剂管（16）的底部均匀安装有喷嘴（21），所述喷嘴（21）位于电池单元（22）的上方，所述电磁阀（15）安装在进液管（13）和回液管（14）的外壁上。
2.根据权利要求1所述的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，其特征在于：空调冷却子系统包括蒸发箱（1）、电动压缩机（2）、冷凝器（3）、储液干燥器（4）、风扇和空调控制器，蒸发箱（1）的输出端通过低压气体管（6）与所述电动压缩机（2）输入端连接，电动压缩机（2）的输出端通过高压气体管（8）与冷凝器（3）输入端连接，冷凝器（3）的输出端与储液干燥器（4）的输入端连接，储液干燥器（4）的输出端通过高压液体管（9）和H型膨胀阀（11）与蒸发箱（1）输入端连接，风扇包括冷凝风扇和蒸发风扇，空调控制器与所述电动压缩机（2）、冷凝器（3）、储液干燥器（4）、蒸发箱（1）、风扇双向连接。
3.根据权利要求2所述的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，其特征在于：所述电动压缩机（2）和高压气体管（8）的连接处设有安全阀（7），所述储液干燥器（4）与高压液体管（9）的连接处设有压力开关（10）。
4.根据权利要求1所述的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，其特征在于：所述传感器（17）为PT100温度传感器、GQQ0.1烟雾浓度传感器和MS2200气体浓度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统，其特征在于：所述报警器（19）采用蜂鸣器或者声光报警器。
6.根据权利要求1所述一种乘用车动力电池系统自动灭火系统的控制方法，其特征在于：该控制方法具体步骤如下：
S1：将自动灭火系统接通电源，通过BMS（18）进行自检，BMS（18）检测电池单元的电压和电流信号，若检测到故障则执行S6，否则执行S2；
S2：通过传感器（17）对电池包（5）的温度数据、气体浓度数据和烟雾浓度数据进行检测，PIC单片机（26）通过信号滤波调理模块（27）和A/D信号采集模块（28）共同完成信号数据的采集和数字滤波，并通过数据处理模块（25）进行处理，执行S3；
S3：PIC单片机（26）控制数据处理模块（25）将采集到的温度、气体浓度、烟雾浓度数据与预设一级阈值进行比较，若检测数值到达一级阈值，执行S4，否则重复执行S2和S3；
S4：PIC单片机（26）输出报警指令，控制报警器（19）进行报警，并继续采集温度、气体浓度、烟雾浓度数据；
S5：PIC单片机（26）控制数据处理模块（25）将采集到的温度、气体浓度、烟雾浓度数据与预设二级阈值进行比较，若检测数值到达二级阈值，执行S6，否则返回执行S4；
S6：PIC单片机（26）输出报警和灭火指令，控制报警器（19）进行报警，并同时启动电磁阀（15），将位于高压液体管（9）内的冷媒介质通过进液管（13）和回液管（14），并通过灭火剂管（16）向电池包（5）内进行灭火。
7.根据权利要求6所述的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统的控制方法，其特征在于：所述冷媒介质为制冷剂，用于制冷和灭火。
8.根据权利要求6所述的一种乘用车动力电池系统自动灭火系统的控制方法，其特征在于：所述数据处理模块（25）处理的具体步骤如下：
S2.1：对传感器（17）所采集的温度数据、气体浓度数据或者烟雾浓度数据分别进行变化率运算，获得温度数据t、气体浓度数据g和烟雾浓度数据y；
S2.2：对温度数据t、气体浓度数据g和烟雾浓度数据y分别进行微分运算，得到温度变化率a(t)、气体浓度变化率a(g)和烟雾浓度变化率a(y)；
S2.3：将温度变化率a(t)、气体浓度变化率a(g)和烟雾浓度变化率a(y)与一级阈值t1、g1和y1和二级阈值t2、g2和y2进行比较，判断是否发生报警或者灭火。
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