CN110649207A - 锂电池箱火灾防控防爆阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂电池箱火灾防控防爆阀。锂电池箱火灾防控防爆阀，包括阀体组件和监测模块组件。所述阀体组件包括密封盖、第一O型密封圈、密封压螺、防水透气膜、第二O型密封圈、防爆阀壳体、插件。所述密封盖活动安装在所述防爆阀壳体上。所述第一O型密封圈与所述密封盖相接触，所述防水透气膜设于所述防爆阀壳体的一侧，所述密封压螺螺纹与所述防水透气膜相接触，所述第二O型密封圈设于所述防爆阀壳体上。所述监测模块组件包括电源管理单元、传感器单元、主控单元、通讯单元、启动单元，上述单元均设于PCB板上。本发明可实现锂电池箱热失控早期监测告警和快速响应防爆泄压联动，满足动力锂电池箱及UPS备用电源等设备的安全防控防爆要求。

Description

锂电池箱火灾防控防爆阀

技术领域

本发明涉及新能源安全技术领域，尤其涉及一种锂电池箱火灾防控防爆阀。

背景技术

锂电池箱特别是用于纯电动汽车的动力电池箱均有密封要求，一般要求防护等级不低于IP67，而锂电子电芯，由于工艺缺陷和使用不当会出现热失控现象，热失控时电芯阴极材料会产生大量的可燃气体，引发电池箱撕裂或爆炸，大量氧气参与燃烧会导致热失控扩散加剧，从而造成形成大面积火灾而难以抑制，危害性极大。因此锂离子电芯热失控的早期抑制、监测、防控防爆显得尤为重要。国内外对锂电池箱火灾防控的通常方法是增加温度或CO的监测模块，通过对温度或CO的监测比较对电池运行安全进行判断，准确性、及时性不够。对于防爆则采用机械式泄压阀或爆破阀，其主要缺点：前者泄压流量小，不满足防爆大流量要求，后者预应力剪切爆破点误差大，一般在7-15Kpa左右，不能满足及时准确的要求。对于采用精确测量气体膨胀压力和CO浓度作为防控点，甄别热失控信息，联动发生器快速动作泄压的一体化防控防爆装置尚不存在，锂电池运行安全关系到人身及财产安全，业界急需一种能够准确及时告警联动泄压的防控防爆装置。

因此，有必要提供一种锂电池箱火灾防控防爆阀解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种可实现锂电池箱热失控早期监测告警和快速响应防爆泄压联动，满足IP67防护等级的动力锂电池箱及UPS备用电源等设备的安全防控防爆要求的锂电池箱火灾防控防爆阀。

为解决上述技术问题，本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀，包括：阀体组件，所述阀体组件包括密封盖、第一O型密封圈、密封压螺、防水透气膜、第二O型密封圈、防爆阀壳体、插件，所述密封盖活动安装在所述防爆阀壳体上，所述第一O型密封圈设于所述防爆阀壳体上并与所述密封盖相接触，所述防水透气膜设于所述防爆阀壳体的一侧，所述密封压螺螺纹安装在所述防爆阀壳体的一侧并与所述防水透气膜相接触，所述第二O型密封圈设于所述防爆阀壳体上，所述插件设于所述防爆阀壳体远离所述密封压螺的一侧；气体作动器组件，所述气体作动器组件设于所述包括防爆阀壳体内；监测模块组件，所述监测模块组件设于所述防爆阀壳体内。

优选的，所述气体作动器组件设于所述防爆阀壳体内，所述气体作动器包括作动器壳体、气体发生器、推杆、压缩弹簧、作动器压螺、第三O型密封圈、C形簧，所述作动器壳体设于所述防爆阀壳体内，所述推杆设于所述作动器壳体内，所述气体发生器安装在所述推杆内，所述压缩弹簧设于所述作动器壳体内，所述压缩弹簧设于作动器壳体并套设在在所述推杆外部，所述作动器压螺螺纹安装在所述推杆内，所述气体发生器贯穿所述作动器压螺，所述第三O型密封圈套设在所述推杆上并与所述作动器壳体的内壁相接触，所述C形簧套设在所述推杆上。

优选的，所述气体发生器装配于所述推杆内部并采用密封硅胶紧固，所述作动器壳体通过螺纹与所述防爆阀壳体连接。

优选的，所述监测模块组件包括PCB板、电源管理单元、传感器单元、主控单元、通讯单元、启动单元、线束，所述PCB板设于所述防爆阀壳体内，所述电源管理单元、所述传感器单元、所述主控单元、所述通讯单元、所述启动单元均设于所述PCB板上，其中，所述主控单元包括运算芯片与存储芯片。

优选的，所述传感器单元包括压力传感器、CO传感器、温度传感器、VOC传感器。

优选的，在监测到气压或者气体浓度超过一定阈值时，所述监测模块组件用于通过启动单元，以提前打开泄压阀。

优选的，所述通信单元用于和电池箱内BMS进行通信，以实现BMS和防控防爆阀监测模块的传感器监测数据共享。

优选的，所述通信单元通过BMS或者直接通过CAN通信线将传感器信息或者告警信息发送至后方平台。

与相关技术相比较，本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀具有如下有益效果：

本发明提供一种锂电池箱火灾防控防爆阀，本装置可实现锂电池箱热失控早期监测告警和快速响应防爆泄压联动，满足IP67防护等级的动力锂电池箱及UPS备用电源等设备的安全防控防爆要求。

附图说明

图1为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀剖视结构示意图；

图2为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀俯视结构示意图；

图3为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀阀体组件的结构示意图；

图4为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀气体作动器组件结构示意图；

图5为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀监测模块组件分布图；

图6为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀常态结构示意图；

图7为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀半开启机构示意图；

图8为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀全开启结构示意图；

图9为本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀检测组件工作示意图。

图中标号：1、密封盖，2、第一O型密封圈，3、PCB板，4、密封压螺，5、防水透气膜，6、第二O型密封圈，7、防爆阀壳体，8、作动器壳体，9、插件，10、气体发生器，11、推杆，12、压缩弹簧，13、作动器压螺，14、第三O型密封圈，15、压力传感器，16、CO传感器，17、温度传感器，18、运算芯片，19、线束，20、C形簧。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1-5，在本发明中，锂电池箱火灾防控防爆阀包括：阀体组件，所述阀体组件包括密封盖1、第一O型密封圈2、密封压螺4、防水透气膜5、第二O型密封圈6、防爆阀壳体7、插件9，所述密封盖1活动安装在所述防爆阀壳体7上，所述第一O型密封圈2设于所述防爆阀壳体7上并与所述密封盖1相接触，所述防水透气膜5设于所述防爆阀壳体7的一侧，所述密封压螺4螺纹安装在所述防爆阀壳体7的一侧并与所述防水透气膜5相接触，所述第二O型密封圈6设于所述防爆阀壳体7上，所述插件9设于所述防爆阀壳体7远离所述密封压螺4的一侧；气体作动器组件，所述气体作动器组件设于所述包括防爆阀壳体7内；监测模块组件，所述监测模块组件设于所述防爆阀壳体7内。

所述气体作动器组件设于所述防爆阀壳体7内，所述气体作动器包括作动器壳体8、气体发生器10、推杆11、压缩弹簧12、作动器压螺13、第三O型密封圈14、C形簧20，所述作动器壳体8设于所述防爆阀壳体7内，所述推杆11设于所述作动器壳体8内，所述气体发生器10安装在所述推杆11内，所述压缩弹簧设于所述作动器壳体8内，所述压缩弹簧12设于作动器壳体8并套设在在所述推杆11外部，所述作动器压螺13螺纹安装在所述推杆11内，所述气体发生器10贯穿所述作动器压螺13，所述第三O型密封圈14套设在所述推杆11上并与所述作动器壳体8的内壁相接触，所述C形簧20套设在所述推杆11上。

所述气体发生器10装配于所述推杆11内部并采用密封硅胶紧固，所述作动器壳体8通过螺纹与所述防爆阀壳体7连接。

本装置与需泄压的元器件连接，本装置通过防水透气膜5调节内部和外部压强，密封压螺4紧固防水透气膜5；在作动器壳体8内部由压缩弹簧12连着防爆阀壳体7和推杆11，当内部压力值大于5Kpa,内部压强推动密封盖1，密封盖1带动推杆11，推动压缩弹簧12继续压缩，密封盖1与防爆阀壳体7分离减压。

所述监测模块组件包括PCB板3、电源管理单元、传感器单元、主控单元、通讯单元、启动单元、线束19，所述PCB板3设于所述防爆阀壳体7内，所述电源管理单元、所述传感器单元、所述主控单元、所述通讯单元、所述启动单元均设于所述PCB板3上，其中，所述主控单元包括运算芯片18与存储芯片。

所述传感器单元包括压力传感器15、CO传感器16、温度传感器17、VOC传感器；

当压力传感器15、CO传感器16和温度传感器17检测到阀体7内部压强、CO含量和温度三项中的两项超过阀值，从而在危险触发情况下通过信号线发送启动信号给气体发生器10以便其他发生器自动工作，在作动器壳体8内产生大量气体，迅速推动推杆11向外，使密封盖1完全打开，迅速减压排气，预防危险发生；

所述监测模块组件在监测到气压或者气体浓度超过一定阈值时，通过启动单元提前打开泄压阀，避免因电池热失控释放的气体量过大来不及泄放导致的电池箱撕裂，该时间点早于普通泄压阀的打开时机，有利于电池箱体的完整性和密封性，也有利于提升后面火灾抑制工作的有效性；

所述通讯单元，可以和电池箱内BMS进行通信，实现BMS和防控防爆阀监测模块的传感器监测数据共享，可以通过BMS或者直接通过CAN通信线将传感器信息或者告警信息发送至后方平台。

请结合参阅图6，防水透气膜5和密封压螺4组成呼吸阀，当箱内压力小于5KPa装置常态情况下时，防水透气膜5的透气量≤2L/min用以维持箱内压强；

请结合参阅图7，当箱体内部压力为5Kpa至15Kpa时,防控防爆阀属半开启状态，通过防爆阀内压力弹簧和呼吸阀释放内压，透气量50L/min至150L/min；

请结合参阅图8，当箱体内部CO值超过140PPM，压力值超过15KPa，温度值超过65℃时，其中任意两两组合条件满足，触发启动信号，气体发生器装置即时响应，防控防爆阀全开启，透气量达2500L/min以上；

请结合参阅图9，所述PCB板3上设有电源管理单元、内压监测单元、温度监测单元、一氧化碳监测单元、主控单元、通讯单元、启动单元，电源管理单元能将外部输入供电进行转化，为系统内的各个单元提供所需的供电；内压监测单元、温度监测单元和一氧化碳监测单元实时监测电池箱内环境的气压、温度以及一氧化碳的变化情况，并将上述参数信息传递给主控单元；主控单元根据采集到的各传感器参数信息，通过多参数复合判定算法得出目前的工作状态，同时，能够按照设定的程序，完成各报警等级下的相关动作；通讯单元负责与外界进行数据交换，同时也能作为在线升级端口；启动单元提供启动信号，驱动气体作动器合件工作。

本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀具有如下工作原理：正常工况下：电池箱的工况温度在-40℃-﹢65℃之间，其气压的波动范围-15kpa-+15kpa之间，由防水透气膜5进行调节正压、呼吸阀调节负压，内外压力平衡后恢复密封状态；

异常工况下：由于电芯热失控或电池箱内部电路起火，会释放出大量CO₂、H₂、CO和VOC气体，并伴随温度升高内压增大，初时始，通过防水透气膜5排气，此时传感器会迅速捕捉CO、压力和温度的变化值，当CO值超过140PPM，压力值超过15kpa，温度值超过65℃时，任意两两组合条件满足，则启动气体发生器10打开泄压阀，此时排气量达2500L/min以上，同时联动上传到驾驶台启动火灾抑制装置，达到防控防爆的要求。

与相关技术相比较，本发明提供的锂电池箱火灾防控防爆阀具有如下有益效果：

本装置可实现锂电池箱热失控早期监测告警和快速响应防爆泄压联动，满足IP67防护等级的动力锂电池箱及UPS备用电源等设备的安全防控防爆要求。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，包括：

阀体组件，所述阀体组件包括密封盖、第一O型密封圈、密封压螺、防水透气膜、第二O型密封圈、防爆阀壳体、插件，所述密封盖活动安装在所述防爆阀壳体上，所述第一O型密封圈设于所述防爆阀壳体上并与所述密封盖相接触，所述防水透气膜设于所述防爆阀壳体的一侧，所述密封压螺螺纹安装在所述防爆阀壳体的一侧并与所述防水透气膜相接触，所述第二O型密封圈设于所述防爆阀壳体上，所述插件设于所述防爆阀壳体远离所述密封压螺的一侧；

气体作动器组件，所述气体作动器组件设于所述包括防爆阀壳体内；

监测模块组件，所述监测模块组件设于所述防爆阀壳体内。

2.根据权利要求1所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，所述气体作动器组件设于所述防爆阀壳体内，所述气体作动器包括作动器壳体、气体发生器、推杆、压缩弹簧、作动器压螺、第三O型密封圈、C形簧，所述作动器壳体设于所述防爆阀壳体内，所述推杆设于所述作动器壳体内，所述气体发生器安装在所述推杆内，所述压缩弹簧设于所述作动器壳体内，所述压缩弹簧设于作动器壳体并套设在在所述推杆外部，所述作动器压螺螺纹安装在所述推杆内，所述气体发生器贯穿所述作动器压螺，所述第三O型密封圈套设在所述推杆上并与所述作动器壳体的内壁相接触，所述C形簧套设在所述推杆上。

3.根据权利要求2所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，所述气体发生器装配于所述推杆内部并采用密封硅胶紧固，所述作动器壳体通过螺纹与所述防爆阀壳体连接。

4.根据权利要求1所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，所述监测模块组件包括PCB板、电源管理单元、传感器单元、主控单元、通讯单元、启动单元、线束，所述PCB板设于所述防爆阀壳体内，所述电源管理单元、传感器单元、主控单元、通讯单元、启动单元均设于所述PCB板上，其中，所述主控单元包括运算芯片与存储芯片。

5.根据权利要求4所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，所述传感器单元包括压力传感器、CO传感器、温度传感器、VOC传感器。

6.根据权利要求1所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，在监测到气压或者气体浓度超过一定阈值时，所述监测模块组件用于通过启动单元，以提前打开泄压阀。

7.根据权利要求4所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，所述通信单元用于和电池箱内BMS进行通信，以实现BMS和防控防爆阀监测模块的传感器监测数据共享。

8.根据权利要求4所述的锂电池箱火灾防控防爆阀，其特征在于，所述通信单元通过BMS或者直接通过CAN通信线将传感器信息或者告警信息发送至后方平台。

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